劉 顯 ，徐悅悅，孫從建，陳 偉，李 皎，張齊飛

1. 山西師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院，太原 030031

2. 山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 山西有機(jī)旱作農(nóng)業(yè)研究院，太原 030031

3. 西北農(nóng)林科技大學(xué) 水利與建筑工程學(xué)院，楊凌 712100

糧食安全關(guān)乎社會(huì)穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展，實(shí)現(xiàn)糧食安全不僅有助于社會(huì)穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，也有益于全球糧食安全。我國(guó)作為世界上人口最多的國(guó)家，對(duì)糧食消費(fèi)需求巨大（Liu et al，2021），糧食安全問題歷來(lái)是政府決策者關(guān)注的重要問題（Zhang et al，2010）。我國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)通過增加化肥、農(nóng)藥、灌水量等高資源投入的方式來(lái)進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，促使人均糧食產(chǎn)量由1949年的209.0 kg增加到2019年的470.8 kg，已達(dá)到FAO規(guī)定的人均400 kg的糧食安全標(biāo)準(zhǔn)（Liu et al，2020）。但這種通過高資源投入為代價(jià)換來(lái)的糧食安全，具有不可持續(xù)性，帶來(lái)的深層次問題已經(jīng)嚴(yán)重影響我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的高質(zhì)量發(fā)展。水資源作為保障糧食產(chǎn)量的關(guān)鍵因素，其是否可持續(xù)利用是實(shí)現(xiàn)區(qū)域糧食安全和糧食生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的基本前提。雖然我國(guó)水資源總量豐富，但由于龐大的人口基礎(chǔ)，導(dǎo)致人均水資源僅為全球均值的四分之一，位列十三個(gè)貧水國(guó)（王西琴等，2016）。在氣候變化背景下，日益顯著的水資源時(shí)空異質(zhì)性、高耗水的農(nóng)業(yè)活動(dòng)進(jìn)一步加劇了區(qū)域水資源的供需矛盾（王浩等，2013）。隨著氣候變化的加劇，我國(guó)耕地逐漸北擴(kuò)，進(jìn)一步加劇了北方地區(qū)水資源的供需矛盾（Liu et al，2021），從而威脅糧食安全（Liu et al，2019；Liu et al，2021）。尤其是屬于干旱、半干旱區(qū)的西北地區(qū)，其水資源利用是否具有可持續(xù)性是保障糧食安全的重要因素。因此，探明水資源與糧食安全的耦合特性，針對(duì)性地提出促進(jìn)區(qū)域水資源高效利用和糧食生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的有效建議措施，是保障我國(guó)糧食安全的重要途徑。

關(guān)于水資源和糧食安全耦合特性的研究一直受到國(guó)內(nèi)外廣大學(xué)者的關(guān)注。其中一部分學(xué)者重點(diǎn)關(guān)注了滴灌（Qin et al，2016；要家威等，2021）、噴灌（Amare，2020）、微灌（Li et al，2018）、分根交替灌溉（Kang et al，2017）、調(diào)虧灌溉（Du et al，2015）和覆膜灌溉（Xu et al，2020）等節(jié)水灌溉技術(shù)條件下水資源與糧食生產(chǎn)的耦合特性。這些節(jié)水技術(shù)的推廣有助于從作物用水的角度來(lái)減少糧食生產(chǎn)對(duì)水資源的需求數(shù)量。與此同時(shí)，通過利用精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)和雨水智能農(nóng)業(yè)技術(shù)來(lái)大力發(fā)展旱作農(nóng)業(yè)（Leal Filho and de Trincheria Gomez，2018），可有效提高作物對(duì)降水的利用效率，進(jìn)而減少對(duì)灌溉水的需求數(shù)量，達(dá)到緩解區(qū)域水資源壓力的目的。除此之外，部分學(xué)者關(guān)注了糧食需求對(duì)水資源的耦合特性，例如：氣候變化與膳食結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變（Damerau et al，2019；Duan et al，2019；江文曲等，2021；辛良杰，2021）和食物浪費(fèi)（Jalava et al，2016）。這些因素增加了區(qū)域糧食安全對(duì)食物及水資源的需求數(shù)量。綜上所述，目前關(guān)于水資源與糧食生產(chǎn)耦合特性的研究主要集中在“用水”或“需水”單一方面，在區(qū)域水資源自然屬性、水資源配置以及需求數(shù)量等多個(gè)層面進(jìn)行系統(tǒng)的耦合評(píng)價(jià)還有待加強(qiáng)。

因此，本文以水資源利用和糧食生產(chǎn)矛盾較為突出的黃河中上游的陜西、甘肅、寧夏和青海作為研究區(qū)域，通過系統(tǒng)分析區(qū)域水資源時(shí)空分布特征、水資源壓力指數(shù)、用水結(jié)構(gòu)特征、膳食結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變及人口增長(zhǎng)對(duì)糧食消費(fèi)水足跡需求數(shù)量的影響，分析區(qū)域水資源和糧食安全的耦合特性，探索促進(jìn)區(qū)域水資源利用和糧食生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑，為區(qū)域糧食安全做出貢獻(xiàn)。

1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)方法

1.1 研究區(qū)域概況

陜甘寧青地區(qū)（89°40′ — 111°24′ E，31°60′ —42°79′ N）位于黃河中上游（圖1），屬于干旱、半干旱及生態(tài)環(huán)境較為脆弱的地區(qū)（Liu et al，2019），包含陜西省、甘肅省、寧夏回族自治區(qū)和青海省。該區(qū)域海拔范圍為460 — 3600 m，土地資源豐富（約占全國(guó)的14.8%，包括盆地、高原、山地、平原等地貌類型）（孫夢(mèng)華等，2021），但水資源極度匱乏，2019年其水資源總量?jī)H占全國(guó)的6.0%。其降雨量和蒸散發(fā)分別呈現(xiàn)出東多西少和西多東少的特點(diǎn)，2000 — 2019年平均值分別為432 mm和1005 mm。雖然該區(qū)域水資源匱乏，但土地資源、日照充足，具有較為豐富的太陽(yáng)能資源，適宜農(nóng)業(yè)發(fā)展。

圖1 研究區(qū)域概況Fig. 1 Overview of the region

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究涉及到的數(shù)據(jù)主要包括2000 — 2016年陜甘寧青地區(qū)的氣象數(shù)據(jù)、農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)、人口數(shù)據(jù)和消費(fèi)數(shù)據(jù)。氣象數(shù)據(jù)來(lái)自國(guó)家氣象科學(xué)數(shù)據(jù)中心（http://data.cma.cn/）（CMDC 2000 — 2016）。農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)主要包括：糧食產(chǎn)量、播種面積、灌溉面積、灌溉用水量、水資源總量、農(nóng)業(yè)用水、工業(yè)用水、生態(tài)用水、生活用水等，取自2001—2017年的全國(guó)及各省份水資源公報(bào)（http://www.mwr.gov.cn/）、全國(guó)及各省份統(tǒng)計(jì)年鑒（http://www.stats.gov.cn/tjsj/ndsj/）、《中國(guó)農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒》（http://www.stats.gov.cn/tjsj/）、《中國(guó)環(huán)境統(tǒng)計(jì)年鑒》（https://kns.cnki.net/kns8?dbcode=CYFD/）和《中國(guó)農(nóng)業(yè)年鑒》（https://kns.cnki.net/kns8?dbcode=CYFD/）。人口數(shù)據(jù)取自 2001 — 2017 年各省份的統(tǒng)計(jì)年鑒。消費(fèi)數(shù)據(jù)主要包括：口糧、牛肉、豬肉、雞肉、蛋類、奶類和水產(chǎn)品的消費(fèi)數(shù)量，主要取自2001 — 2017年各省份及全國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒（http://www.stats.gov.cn/tjsj/）以及《中國(guó)農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒》（https://kns.cnki.net/kns8?dbcode=CYFD/）。

1.3 研究方法

1.3.1 水資源負(fù)載指數(shù)

水資源負(fù)載指數(shù)將區(qū)域水資源的自然和社會(huì)屬性進(jìn)行了充分考量，可科學(xué)表征區(qū)域水資源開發(fā)利用程度及其開發(fā)潛力（夏帆等，2020）：

式中：C為區(qū)域水資源負(fù)載指數(shù)；P為區(qū)域人口數(shù)量（單位為萬(wàn)人）；G為區(qū)域GDP（單位為億元）；W為區(qū)域水資源總量（單位為億m3）；K為區(qū)域降水系數(shù)。

K是與區(qū)域全年降水量（R，單位為mm）相關(guān)的系數(shù)，不同年份不同的降水量決定了不同的K值，其確定方法如下：

進(jìn)一步將水資源負(fù)載指數(shù)劃分為五個(gè)等級(jí)，如表1所示。

表1 水資源負(fù)載指數(shù)分級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Tab. 1 Classification and evaluation criteria of water resources load index

1.3.2 糧食生產(chǎn)水足跡量化方法

式中：Kc為作物c的系數(shù)；ET0為參考作物蒸發(fā)蒸騰量（單位為mm · d-1）。

式中：Δ為飽和水汽壓與溫度曲線斜率（單位為kPa · ℃-1）；Rn為 參 考 作 物 冠層 表 面 凈 輻射（單 位 為MJ · (m2· d)-1）；G為 土 壤 熱 通 量（單位 為MJ · (m2· d)-1）；γ為 干 濕 表 系 數(shù)（單 位 為kPa · ℃-1）；T為2 m處 的 日 平 均 氣 溫（單 位為℃）；μ2為2 m處風(fēng)速（單位為m · s-1）；es為飽和水汽壓（單位為kPa）；ea為實(shí)際水汽壓（單位為kPa）。

將各區(qū)域、相同時(shí)段內(nèi)各站點(diǎn)日降水量的平均值作為該省份該時(shí)段的逐日降水量值。采用美國(guó)農(nóng)業(yè)部推薦的方法來(lái)計(jì)算糧食作物生育期的有效降水量（D?ll and Siebert，2002）：

式中：P為降水量（單位為mm）。

式中：AR為每公頃氮肥折純施用量（單位為kg · hm-2）；α為淋溶率，一般取10%（Sun et al，2019）；cmax為最大容許濃度，取10 mg · L-1；cnat為污染物的自然本底濃度（單位為mg · L-1）。

1.3.3 食物消費(fèi)水足跡

式中：WFconsp為食物p的人均消費(fèi)水足跡（單位為m3）；為研究區(qū)域的作物生產(chǎn)水足跡（單位為m3· kg-1）。cp為食物p的人均消費(fèi)量（單位為kg）；ρp為食物p折算成原糧系數(shù)（p為口糧、牛肉、豬肉、羊肉、禽類、蛋類和奶類）（單位為kg · 人-1）；由于農(nóng)村和城鎮(zhèn)居民對(duì)于口糧的消費(fèi)統(tǒng)計(jì)分別以原糧和商品糧進(jìn)行，故分別以1.0和1.25作為系數(shù)，將農(nóng)村和城鎮(zhèn)居民的口糧消費(fèi)統(tǒng)一折算為原糧；牛肉、豬肉、羊肉、禽類、蛋類、奶類和水產(chǎn)品折算系數(shù)分別為：7.0、3.5、3.0、2.1、2.5、2.1和2.0（Li et al，2014；Liu et al，2019）。

2 結(jié)果與分析

2.1 陜甘寧青地區(qū)水資源稟賦差異

2.1.1 水資源時(shí)空分布特征

陜甘寧青地區(qū)水資源時(shí)空分布差異顯著。通過對(duì)2000 — 2016年陜甘寧青地區(qū)水資源與時(shí)間的M-K趨勢(shì)分析，可知其水資源隨時(shí)間推移呈不顯著的增加趨勢(shì)，年均增幅為2.0%，可見該區(qū)域水資源基本維持在較為穩(wěn)定的狀態(tài)（圖2）。從空間角度而言，青海水資源較為豐富，多年均值為686.1億m3，比陜甘寧青地區(qū)均值高109.6%。寧夏水資源最為匱乏，其多年水資源量較陜甘寧青地區(qū)均值低97.0%。對(duì)于干旱的陜甘寧青地區(qū)而言，水資源豐富與否，直接決定著該區(qū)域可用于糧食生產(chǎn)的水資源數(shù)量及其是否具有進(jìn)一步增加的潛力，關(guān)乎區(qū)域糧食安全及糧食生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。

圖2 2000 — 2016年陜甘寧青地區(qū)水資源總量動(dòng)態(tài)變化Fig. 2 Dynamic changes in water resources in Shaanxi-Gansu-Ningxia-Qinghai region during 2000 — 2016

2.1.2 水資源開發(fā)潛力分析

2000 — 2016年陜甘寧青地區(qū)水資源開發(fā)潛力在逐年減小。2000 — 2016年陜甘寧青地區(qū)水資源負(fù)載指數(shù)隨時(shí)間推移呈顯著增加的趨勢(shì)（P＜0.05），年均增幅為11.2%（圖3）。其水資源負(fù)載等級(jí)由2000年的Ⅲ級(jí)提升到2016年的Ⅰ級(jí)，這也說明其已處于高水資源壓力水平，已不具備進(jìn)一步開發(fā)的可能性（圖3a）。其中尤為嚴(yán)峻的是寧夏地區(qū)，其水資源負(fù)載指數(shù)呈顯著增加趨勢(shì)（P＜0.05），由2000年的57.3增加到2016年的137.2，增加了139.4%（圖3b）。在水資源量保持常年穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，水資源負(fù)載指數(shù)的顯著增加，預(yù)示著區(qū)域水資源的不可持續(xù)性。這也表征了該區(qū)域已無(wú)法通過進(jìn)一步開采水資源來(lái)滿足農(nóng)業(yè)部門對(duì)水資源的需求，威脅了區(qū)域糧食安全和糧食生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。

圖3 2000 — 2016年陜甘寧青地區(qū)水資源負(fù)載指數(shù)動(dòng)態(tài)變化Fig. 3 Dynamic changes of water resources load index in Shaanxi-Gansu-Ningxia-Qinghai region during 2000 — 2016

2.1.3 用水結(jié)構(gòu)時(shí)空特征

陜甘寧青地區(qū)農(nóng)業(yè)用水量的比重在減小。隨著時(shí)間推移，陜甘寧青地區(qū)的農(nóng)業(yè)用水比重由2004年的78.6%減小到2016年的76.1%，年均減幅為0.3%（圖4）。其中農(nóng)業(yè)用水減幅最顯著的是寧夏地區(qū)（P＜0.01），2004 — 2016年其農(nóng)業(yè)用水比重減少了6.4%，年均減幅達(dá)到0.5%。值得注意的是水資源壓力較小的青海地區(qū)，在研究期間其農(nóng)業(yè)用水比重增加了4.1%。這在一定程度上說明區(qū)域各水資源壓力較大省份的農(nóng)業(yè)用水占比的減小是被動(dòng)產(chǎn)生的。與農(nóng)業(yè)用水占比的變化趨勢(shì)相反，區(qū)域生活和生態(tài)用水占總用水量的比重隨時(shí)間呈逐年增加的趨勢(shì)，尤其是生態(tài)用水。2004 — 2016年陜甘寧青地區(qū)的生態(tài)用水比重呈極顯著增加趨勢(shì)（P＜0.01），年均增幅達(dá)到23.6%。從空間角度而言，2004 — 2016年陜甘寧青地區(qū)的農(nóng)業(yè)用水比重最大，多年均值為77.3%；生態(tài)用水最小，為2.0%。水資源壓力最大的寧夏，其農(nóng)業(yè)用水比重多年均值為89.7%。農(nóng)業(yè)用水比重最小的為陜西省，其值為65.8%。通過此結(jié)果及國(guó)家對(duì)黃河流域生態(tài)安全的逐漸重視可以預(yù)判，未來(lái)區(qū)域的生態(tài)用水將進(jìn)一步增加，在水資源不具備進(jìn)一步開發(fā)潛力的基礎(chǔ)上，必將擠占農(nóng)業(yè)用水，這勢(shì)必對(duì)區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展和糧食安全帶來(lái)新的挑戰(zhàn)。

圖4 陜甘寧青地區(qū)各部門用水結(jié)構(gòu)特征Fig. 4 Water use structure characteristics of different departments in Shaanxi-Gansu-Ningxia-Qinghai region

2.2 陜甘寧青地區(qū)水資源與糧食安全的相互關(guān)系

2.2.1 膳食結(jié)構(gòu)對(duì)水資源需求的影響

隨著收入水平的提高，居民的膳食結(jié)構(gòu)在發(fā)生變化，膳食結(jié)構(gòu)的改變決定著區(qū)域糧食安全對(duì)水資源的需求量。2000 — 2016年，陜甘寧青地區(qū)人均口糧消費(fèi)水足跡年均減幅達(dá)到4.4%（圖5）。肉類、水產(chǎn)品、蛋類和奶類的人均消費(fèi)水足跡分別以年均2.4%、3.0%、- 0.7%和10.8%的幅度變化。尤其是奶類，2016年較2000年增長(zhǎng)了311.2%。表明居民對(duì)口糧的消費(fèi)需求在減少，而對(duì)動(dòng)物性產(chǎn)品的消費(fèi)需求在增加。不同的食物在提供同樣熱量的基礎(chǔ)上，所需要的水足跡不同，其中口糧最少，奶類最大（Liu et al，2019）?？梢娪捎诰用裆攀辰Y(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，若要實(shí)現(xiàn)區(qū)域糧食安全，則需要提供更多的水資源來(lái)滿足糧食安全。

圖5 不同食物消費(fèi)水足跡隨時(shí)間變化Fig. 5 Variation of water footprint of different food consumption over time

2.2.2 人口增長(zhǎng)對(duì)水資源需求的影響

隨著人口的增長(zhǎng)，陜甘寧青地區(qū)的糧食消費(fèi)水足跡在逐年增加。2000 — 2016年，在人口增長(zhǎng)6.4%的基礎(chǔ)上，糧食消費(fèi)水足跡由79.7 Gm3（藍(lán)水、綠水和灰水分別占29.4%、35.0%和35.6%）增長(zhǎng)到100.1 Gm3（藍(lán)水、綠水和灰水分別占26.2%、28.5%和45.3%），增長(zhǎng)了25.6%（圖6）。從空間差異來(lái)看，研究期間陜西糧食消費(fèi)水足跡增幅最大，為46.6%；其次為青海（39.3%）。值得注意的是，甘肅在人口增長(zhǎng)3.8%的基礎(chǔ)上，糧食消費(fèi)水足跡減少了5.9%，主要?dú)w因于甘肅水分利用效率的提高，研究期間其糧食生產(chǎn)水足跡減少了26.5%。人口的增長(zhǎng)必然會(huì)導(dǎo)致區(qū)域糧食消費(fèi)水足跡的增加，進(jìn)而對(duì)用于糧食生產(chǎn)的水資源提出了更高的要求。但隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的提高，降低了糧食生產(chǎn)水足跡，這在一定程度上減少了由于人口增長(zhǎng)對(duì)區(qū)域水資源的需求數(shù)量，可以緩解區(qū)域水資源壓力。

圖6 陜甘寧青地區(qū)糧食消費(fèi)水足跡結(jié)構(gòu)及動(dòng)態(tài)變化Fig. 6 Structure and dynamics of water footprint of grain consumption in Shaanxi-Gansu-Ningxia-Qinghai region

3 討論

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不平衡發(fā)展和城市化的快速推進(jìn)，南方的耕地面積在大量減少，“北糧南運(yùn)”的現(xiàn)象在加?。↗iang et al，2015）。這也促使具有耕地面積優(yōu)勢(shì)的陜甘寧青地區(qū)在保障全國(guó)糧食安全方面的地位逐步提升。我國(guó)政府高度重視黃河流域的生態(tài)環(huán)境（例如：中共中央國(guó)務(wù)院印發(fā)《黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展規(guī)劃綱要》），一定程度上加劇了區(qū)域水資源的矛盾，給農(nóng)業(yè)用水和區(qū)域糧食安全帶來(lái)了更高的挑戰(zhàn)。

隨著未來(lái)人口的持續(xù)增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)陜甘寧青地區(qū)的糧食消費(fèi)水足跡將進(jìn)一步增加。在不考慮經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、氣候變化、膳食結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變以及城市化水平的提高等因素對(duì)未來(lái)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及糧食消費(fèi)需求影響的基礎(chǔ)上，隨著人口的增長(zhǎng)，研究區(qū)未來(lái)對(duì)于糧食消費(fèi)水足跡的需求將大幅增加，尤其是2045年（圖7）。2045年糧食消費(fèi)水足跡預(yù)計(jì)較2016年增加5.0%。在區(qū)域未來(lái)糧食消費(fèi)水足跡進(jìn)一步增加的基礎(chǔ)上，其用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的水資源不具備進(jìn)一步增加的潛力。從水資源供給角度而言，陜甘寧青地區(qū)的水資源總量處于穩(wěn)定狀態(tài)（圖2），且目前已處于高水資源壓力水平，水資源已不具備進(jìn)一步開發(fā)的潛力（圖3）。從水資源配置角度而言，隨著工業(yè)化、城市化的快速發(fā)展，以及對(duì)生態(tài)環(huán)境的高度重視，陜甘寧青地區(qū)農(nóng)業(yè)水資源非農(nóng)化現(xiàn)象嚴(yán)重，尤其是水資源緊缺地區(qū)（圖4）。從水資源需求方面而言，隨著經(jīng)濟(jì)和城市化的發(fā)展，居民的飲食結(jié)構(gòu)在發(fā)生變化，居民更傾向于消費(fèi)耗水量更大的動(dòng)物性產(chǎn)品，這無(wú)形中增加了區(qū)域糧食安全對(duì)水資源的需求數(shù)量。此外，隨著我國(guó)南北方經(jīng)濟(jì)差異的進(jìn)一步拉大，南方地區(qū)耕地面積在進(jìn)一步縮小。長(zhǎng)期以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為主，具有后備耕地資源的陜甘寧青地區(qū)在保障全國(guó)糧食安全中的地位在提升。因此，陜甘寧青地區(qū)未來(lái)的水資源和糧食安全面臨著巨大的挑戰(zhàn)。

圖7 2025 — 2050年陜甘寧青地區(qū)的糧食消費(fèi)水足跡Fig. 7 Water footprint of grain consumption in Shaanxi-Gansu-Ningxia-Qinghai region during 2025 — 2050

要想實(shí)現(xiàn)區(qū)域水資源和糧食生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展，必須提高區(qū)域農(nóng)業(yè)對(duì)水資源的利用效率，即減少區(qū)域各糧食作物生產(chǎn)水足跡。如圖6所示：由于甘肅糧食生產(chǎn)水足跡的減小幅度大于人口增加的幅度，促使其在人口持續(xù)增加的基礎(chǔ)上，糧食消費(fèi)水足跡反而呈減小趨勢(shì)。因此，必須采取措施提高作物對(duì)水資源的利用效率，以減小區(qū)域生產(chǎn)水足跡。

（1）優(yōu)化區(qū)域作物種植結(jié)構(gòu)。依據(jù)區(qū)域間各糧食作物生產(chǎn)水足跡的相對(duì)比較優(yōu)勢(shì)（同一作物在不同地區(qū)間的比較優(yōu)勢(shì)）和絕對(duì)比較優(yōu)勢(shì)（同一地區(qū)內(nèi)不同作物間的比較優(yōu)勢(shì)）來(lái)調(diào)整區(qū)域種植結(jié)構(gòu)。如圖8a所示：陜西稻谷具有相對(duì)比較優(yōu)勢(shì)，其生產(chǎn)水足跡是寧夏的0.38倍。同理，對(duì)小麥而言，具有藍(lán)水生產(chǎn)足跡相對(duì)比較優(yōu)勢(shì)的是陜西，其是不具有相對(duì)比較優(yōu)勢(shì)的青海的0.25倍。對(duì)玉米而言，具有相對(duì)比較優(yōu)勢(shì)的為陜西和青海，這兩個(gè)省份的玉米生產(chǎn)藍(lán)水足跡分布是區(qū)域均值的0.53倍和0.74倍。對(duì)于具有相對(duì)比較優(yōu)勢(shì)的作物應(yīng)擴(kuò)大其種植面積，相應(yīng)地縮減其在不具有比較優(yōu)勢(shì)地區(qū)的種植面積，提高區(qū)域作物對(duì)綠水的利用效率，有助于減少作物對(duì)藍(lán)水的需求數(shù)量。對(duì)玉米而言，具有相對(duì)比較優(yōu)勢(shì)的青海，其綠水生產(chǎn)足跡較區(qū)域均值大37.5%（圖8b）；對(duì)小麥而言，具有相對(duì)比較優(yōu)勢(shì)的陜西地區(qū)，其數(shù)值為區(qū)域均值的1.68倍。因此，擴(kuò)大具有相對(duì)比較優(yōu)勢(shì)地區(qū)作物的種植面積，同時(shí)相應(yīng)地減少不具有優(yōu)勢(shì)的作物比例，有助于提高區(qū)域農(nóng)業(yè)水資源利用效率，減少糧食生產(chǎn)對(duì)藍(lán)水足跡的需求數(shù)量，進(jìn)而達(dá)到緩解區(qū)域水資源和促進(jìn)糧食生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的目的。

圖8 各糧食作物生產(chǎn)水足跡空間分布特征Fig. 8 Spatial distribution characteristics of water footprint of grain production

（2）加強(qiáng)田間管理水平，推廣節(jié)水灌溉技術(shù)。通過對(duì)比分析陜甘寧青地區(qū)糧食生產(chǎn)水足跡與全國(guó)平均水平可知，陜甘寧青地區(qū)糧食灌溉水分生產(chǎn)率仍小于全國(guó)均值，其生產(chǎn)水足跡大于全國(guó)均值，說明其仍具有較大的節(jié)水潛力（Liu et al，2020）?？赏ㄟ^以下措施來(lái)達(dá)到減少區(qū)域糧食作物生產(chǎn)水足跡的目的：第一，加大對(duì)農(nóng)田水利基礎(chǔ)設(shè)施的支持力度，推廣滴灌、噴灌、調(diào)虧灌溉、涌泉根灌、波涌灌等節(jié)水灌溉技術(shù)以及作物密植、覆膜方式（李尚中等，2017）等種植模式在田間的應(yīng)用，從作物生理的角度來(lái)提高對(duì)藍(lán)水資源的利用效率，還應(yīng)培育新型抗旱節(jié)水作物品種（Du et al，2015；黃德良，2019；吳漢等，2020），進(jìn)而最大程度地減少區(qū)域糧食生產(chǎn)對(duì)藍(lán)水資源的需求數(shù)量，緩解區(qū)域水資源壓力，促進(jìn)區(qū)域水資源和糧食生產(chǎn)的協(xié)同發(fā)展。第二，在保證藍(lán)水利用效率最大化的基礎(chǔ)上，還應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注綠水資源，加大田間溝壟集雨（劉宏勝等，2018；Xu et al，2020）、雨水-智慧農(nóng) 業(yè)（Oguge and Oremo，2018）、地膜覆蓋（謝軍紅等，2018）、保水劑（武繼承等，2011）、作物輪作等技術(shù)的應(yīng)用。根據(jù)區(qū)域降水特性，適度調(diào)整作物播種時(shí)期，使其生育期與降水相吻合，最大化地提高區(qū)域?qū)邓睦眯?，進(jìn)而達(dá)到緩解區(qū)域水資源壓力，實(shí)現(xiàn)糧食生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的目的。第三，根據(jù)圖6可知，區(qū)域糧食灰水足跡在糧食水足跡中占據(jù)較大比重，采取措施減少區(qū)域灰水足跡不僅有助于間接減少區(qū)域糧食生產(chǎn)對(duì)水資源的需求數(shù)量，而且有助于促進(jìn)區(qū)域生態(tài)安全。在大力發(fā)展區(qū)域節(jié)水灌溉技術(shù)的基礎(chǔ)上，實(shí)行水肥一體化灌溉，以及精準(zhǔn)施肥、測(cè)土施肥等技術(shù)來(lái)提高作物對(duì)氮肥的利用效率（白由路，2018），通過發(fā)展有機(jī)農(nóng)業(yè)來(lái)減少作物生長(zhǎng)對(duì)化肥的需求數(shù)量（Muneret et al，2018）?？傊?，通過以上田間管理措施有望減少區(qū)域糧食藍(lán)水和灰水足跡，增加綠水足跡，進(jìn)而最終減少區(qū)域糧食生產(chǎn)對(duì)水資源的需求，實(shí)現(xiàn)雙方的和諧發(fā)展。

（3）加強(qiáng)區(qū)域間的糧食貿(mào)易。區(qū)域內(nèi)各糧食作物具有相對(duì)和絕對(duì)比較優(yōu)勢(shì)，區(qū)域間同樣如此（圖8）。因此，應(yīng)在保證區(qū)域內(nèi)口糧絕對(duì)安全的基礎(chǔ)上，適度減少水密集型作物的種植比例，代替以水稀疏性作物。對(duì)于短缺的水密集型作物的消費(fèi)需求，通過區(qū)域間的糧食貿(mào)易來(lái)滿足。這同樣有助于在保障區(qū)域糧食安全的基礎(chǔ)上，緩解區(qū)域水資源壓力。

4 結(jié)論

（1）陜甘寧青地區(qū)已處于高水資源壓力水平，不具備進(jìn)一步開發(fā)的潛力，農(nóng)業(yè)水資源被擠占現(xiàn)象進(jìn)一步加劇，區(qū)域水資源和糧食安全的可持續(xù)受到嚴(yán)重威脅。

（2）膳食結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變和人口增長(zhǎng)對(duì)區(qū)域糧食安全和水資源帶來(lái)了更高的要求，居民的飲食結(jié)構(gòu)逐漸由口糧向動(dòng)物性產(chǎn)品轉(zhuǎn)變，加劇了區(qū)域糧食安全對(duì)水資源的需求數(shù)量。隨著人口的增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)到2045年該區(qū)域糧食消費(fèi)水足跡較2016年將增加5.0%。

（3）針對(duì)區(qū)域水資源及糧食生產(chǎn)不可持續(xù)現(xiàn)狀，提出提高藍(lán)水、綠水利用效率，減少灰水?dāng)?shù)量的有效建議措施，以更好地促進(jìn)區(qū)域水資源和糧食生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。