西北干旱区是我国水资源最为短缺的地区之一,近几十年由于绿洲浇灌面积快速扩大,农业浇灌用水占到水资源总消耗量的95%以上。如何合理控制浇灌面积、减少农业用水量是当前重大的科技需求。

中国科学院遗传发育所农业资源研究中心研究员沈彦俊和助理研究员郭英分析了未来60年高、中、低三种温室气体排放情景下的气候变化趋势,并对未来气候情景影响下的西北干旱区水资源和农业浇灌需水的变化进行了预估。

“社会经济的发展对水资源需求产生了巨大影响,与此同时,气候变化通过影响高山冰雪融水和降水对水资源的形成也产生影响。”沈彦俊将之称为干旱区水资源的出和入。因此,研究未来气候变化对西北干旱区水资源供需的可能影响以及针对未来缺水状况的应对策略具有重要意义。

他们的研究是基于国际耦合模式比较计划第5阶段(CMIP5)中RCP未来气候情景的模拟和分析。这种气候暖化情景设定了相对于工业革命前,到2010年全球辐射强迫分别增加2.6~8.5W/m2时的不同温室气体排放情景。世界气候研究计划组织的耦合模式比较计划(CMIP)为国际耦合模式的评估和后续发展提供了重要的平台。参与该计划的气候模式模拟数据资料被广泛用于气候变化相关机理以及未来气候变化特征预估等方面的研究。

研究结果显示,未来的气候增温将使农业需水量显著增加,三种排放情景下,五种主要作物(小麦、玉米、棉花、油料、甜菜)在本世纪30年代(2016～2045年)和60年代(2046～2075年)两个时段的年均浇灌需水量,可分别达到370.2亿～372.7亿立方米和371.5亿～389亿立方米,比1971～2000年历史时段的浇灌需水量增加了42.7亿～61.5亿立方米,但径流的增加量与五种主要作物的浇灌需水的增加量大致相当,甚至在有些流域小于浇灌需水量的增加。

他们得到了一组有意思的数据,就模拟研究的五种作物而言,假如种植规模控制到2010年规模(4.4×106公顷),浇灌水利用效率需提高到0.73以上;假如种植规模控制到2000年的规模(3.0×106公顷),浇灌水利用效率需提高到0.48以上;假如种植规模控制到1990年的规模(2.7×106公顷),浇灌水利用效率需提高到0.4以上,才可以使浇灌需水量降低到1971~2000年历史时段的水平。

“由于未来工业生活等其他需水量也会呈现增加趋势,这将造成未来水短缺和生态环境恶化的情况加剧。”郭英分析。

郭英还模拟了种植结构调整模式下的浇灌需水量变化,发觉在作物规模大的情况下,该种植结构调整模式的节水效果并不明显。

“因此,控制种植规模是未来最有效的农业水资源治理措施,考虑到西北地区还有大量的特色林果种植,西北干旱区的浇灌面积应控制在400万公顷,结合农业种植结构调整与节水改造等措施,可望实现水资源的适应性治理。”沈彦俊建议,“压缩农业浇灌面积是西北地区实施丝绸之路经济带建设和实现经济转型的重要水资源保障前提,应杜绝一边努力实施节水改造,一边又在大面积开荒的做法。”