不应忽视的“绿水”资源

  “现在，对水资源评价多集中于可见的、可以被人类直接利用的蓝水资源，而忽略了绿水资源的评价和管理。”中国科学院院士程国栋在接受《科学时报》采访时说。

  绿水是源于降水、存储于土壤，并通过植被蒸散消耗掉的水资源，尤其在雨养农业区是重要的水资源。“在我国西北缺水地区，当地百姓其实多年前就已经懂得利用绿水资源，包括拿个水缸接雨水，虽然设施简陋、办法简单，但直接利用了绿水。而如果给予一定的资金支持，科研人能设计出运行模型，来估算绿水流，以科学方法使绿水资源被合理规划利用。”程国栋说。

  为了能更好地评价半湿润、半干旱区农业生产中水资源的作用，1995年由Falkenm Ark等提出绿水和蓝水的概念，首次将绿水引入农业科学研究，更新了水资源的思维。其中，蓝水是指储存在河流、湖泊以及含水层中的水，而绿水是指直接来源于降水，用于蒸发、散发的水。

  从水循环的角度分析，全球尺度上总降水的65％通过森林、草地、湿地和雨养农田的蒸散返回到大气中，成为绿水流，仅有35％的降水储存于河流、湖泊以及含水层中，成为蓝水。

  绿水虽不易被看见，但具有不可忽视的作用。2006年第三期《地球科学进展》刊登了程国栋、赵文智合作发表的“绿水及其研究进展”文章，分析了绿水的价值：首先，绿水是维持陆地ECO景观协调和平衡的重要水源。陆地ECO是淡水资源的主要载体，保持陆地ECO健康是水资源可持续的关键。

  其次，绿水支撑着雨养农业。研究表明，绿水支撑了约占全球耕地面积83％的雨养农业，为世界70％的人口提供粮食保障。人类人均每年需要1700立方米的水资源以满足各种生活需求，但是通常只有约190立方米来自蓝水，用来生产维系其生存所需的水资源多半为绿水资源。大约60％的世界粮食生产依赖于绿水，几乎全部的畜牧业肉产品和林产品来源于绿水。

  最后，绿水在维护地球陆地ECO生产功能和服务功能方面具有无法替代的作用。如，作物、鱼类和林木的生产能力，森林和海洋的碳固存、养分吸收和同化，海岸的维护等。这些功能虽然无显著的定量的价格，但对人类社会的健康发展具备极其重大作用。生产这些ECO价值的淡水需求往往是看不到的，但维持这些功能的确需要大量的绿水。

  尽管在概念体系和评价方法上仍处在发展阶段，但绿水资源已在水资源评价和水文学研究中逐渐被重视。斯德哥尔摩国际水资源研究中心将绿水资源视为关系人类福祉的重要资源，并用简明的水循环图式构画了一种全新的水资源管理策略。国际农业发展基金（IFAD）、全球水系统项目组（GW SP）也开始致力于绿水研究。

  “绿水概念及评价方法的出现，已经引起科学界对水资源概念和水文功能的重新思考，但国内尚未开展类似的研究工作。”程国栋介绍。

  “绿水资源在国外也起步较晚，国内目前对其认识也非常有限，可以说还停留在概念上。”程国栋说。

  在全球尺度上，绿水流既决定于生物物理条件，如气候、土壤类型和植物种类等，又受制于各种管理条件，如植物吸收水分时间、植被密度、土壤养分状况、土壤物理状况和土地利用方式。

  但不论是在全球尺度还是流域尺度，人类活动通过改变土地利用格局，一直在深刻影响着绿水流的变化。如耕地的扩张影响绿水流，因为农作物根系深度远小于森林植被，生长季又较短，导致蒸散减小，生长季之后接着是较长的休耕期，最近一段时间内绿水流为土壤蒸发代替，森林蒸散要远高于农田，所以绿水流的减小意味着耕地面积在扩大，森林覆盖面积正在减小。

  同时，人类活动也加速了蓝水和绿水的互相转化。比如，人工储水工程消耗了蓝水资源，而这就是一种蓝水转化为绿水的方式。据研究人员估计，目前全球人工储水工程所储存的水量约为6000立方千米，覆盖面积超过50万平方千米。干旱区水库能导致相当数量的水面蒸发，如阿斯旺大坝建成之后，纳塞尔（Nasser）湖每年由于水面蒸发损失的水量约为蓄水体积的11％，而该大坝能蓄积两年的径流量，因此每年大约有20％的径流量损失于蒸发。

  研究表明，ECO生产量的增长与绿水的消耗呈线性关系，全球平均生产每吨谷物大约需要1500～3000立方米的绿水资源。据估计，发展中国家为满足人口增长的需要，在未来的25年内粮食产量必须翻倍。这对发展中国家是一个极大的挑战，尤其是那些多数土地已经被开发，而数据表明其粮食产量又在最近25年内停滞不前的国家。

  尽管灌溉农业在全球粮食生产中的地位也很重要，但逐步发展的空间小，因为缺乏足够的蓝水资源或因为水资源非常昂贵而受到限制。而理论分析表明，雨养农业粮食产量仍然有很大的提高空间，但实现这种提高还需要克服许多困难，如增大降水的入渗能力、减缓因为降水的不确定性导致的干旱期胁迫（增加时间尺度上的根系可获得水资源）、提高土壤肥力增加绿水流利用效率等。因此，为了养活迅速增加的世界人口，有效地利用降水资源，开发雨养农业潜力值得科学界进一步重视。

  在全球人口膨胀的背景下、在可预见的将来，雨养农业仍是生产绝大多数人生存所需粮食的基础。绿水安全与雨养农业紧密相关，雨养农业又与粮食安全关系紧密，因此绿水安全就是与粮食安全相关的水资源安全。

  “干旱半干旱区雨养农业所要面对的是严酷的水资源条件，降水的不可靠性导致干旱胁迫频繁发生，粮食生产稳定性受到严重威胁。因此，在这一地带，科学的技术和方法对水资源的管理最重要。”程国栋说。

  目前，约95％的世界人口增长发生在发展中国家，超过60％的人口将主要依赖小规模的农场生活，所以，研究人员认为，绿水管理的重点是如何保证这些小规模的农场进行相对有效的粮食生产。

  也有科学家认为，在传统的水资源评价中夸大了水资源的短缺程度，尽管人类所要面对的水资源压力的确非常紧迫，但是只要将蓝水和绿水资源进行综合管理，在水资源管理以及利用策略上聪明起来，靠目前已知水资源，在全球养活100亿的人口应该是可能的。

  但是，ECO服务功能的正常发挥是粮食生产稳定的保障。需要强调的一点是，鉴于在水资源尤其绿水资源的利用上存在此消彼长的现象，因此，在粮食生产与维系ECO服务之间，分享绿水流将成为21世纪的又一生态水文挑战，也是科学家研究关注的重点。