綠水

簡單地說：“綠水”是指不可見的水，“藍水”是指看得見的水。中國在“綠水”的研究上算是剛剛起步。

綠水

在某一流域中，“綠水”（氣態水）的循環供給陸生生態系統，“藍水”（液態水）的循環供給水生生態系統和人類的用水需求。“綠水”的循環反映了自然界“土壤－植物”生態系統的用水消耗。“藍水”在地表和地下流動，從山頂到山腳，從陸地到海洋。

1995年，綠水和藍水的概念開始出現。從水循環角度分析，全球總降水的65%通過森林、草地、濕地和雨養農田的蒸散返回大氣，稱為綠水(綠水流)；僅有35%的降水儲存於河流、湖泊以及含水層中，稱為藍水。綠水最初被定義為蒸散流，是流向大氣圈的水汽流，後來被定義為具體的水資源，即綠水是源於降水、存儲於土壤並通過植被蒸發消耗掉的水資源，尤其在雨養農業區是重要的水資源。

“綠水”概念是由瑞典斯德哥爾摩國際水資源研究所水文學家馬林·福爾肯馬克於1995年首次提出的，它拓寬了傳統水資源的範疇，更新了水資源的思維，引起科學界對水資源概念和水文功能的重新思考，在水資源越來越匱乏的嚴峻情況下，從“綠水”概念出發，可以看出“水土保持”概念的全面性，也更加明確了保水的思路和方法，為全面做好水土資源保護提供了理論基礎，水土保持中“保水”的對象就是綠水。

“綠水”主要是指植物根部的土壤存儲的雨水

2009年4月20日，英國《自然》雜誌援引福爾肯馬克的話說，“綠水”對乾旱地區的水安全和糧食安全至關重要。發展中國家需要重視“綠水”管理，致力於土壤保持以及更有效地保護乾旱期的農作物，這樣才能有效提高糧食作物產量。福爾肯馬克說，世界上河流、湖泊、水庫和地下蓄水層中的“藍水”只佔世界淡水資源的40%，在乾旱地區就更少。要解決乾旱地區的水危機就要管理好“綠水”：使雨水滲透到土壤中去並能被植物根吸收，從而使土壤保持充足的水分。福爾肯馬克提出的建議包括：普及“綠水”概念，收集雨水以便在作物生長期遇到乾旱時使用，深種作物和梯田耕作，以及改淺耕為深耕等。

–人類對水資源的利用方式包括：

·1、直接利用

–主要是社會經濟用水，包括雨養農業、木材、牧場等利用的綠水和灌溉、工業、生活等利用的藍水

·2、間接利用

–主要是生態系統用水，包括與“綠水”相關的陸生生態系統用水和與“藍水”相關的水生生態系統用水。

綠水具有極為重要的生態功能，它不僅為所有陸地植物提供生長的必備條件，而且調節著全球的氣溫。蒸發蒸騰到大氣中的綠水起著溫室效應，與乾燥的大氣相比，它使地表氣溫提高了30℃，大氣中二氧化碳的溫室效應，又使地表氣溫提高了3℃，如果沒有這兩者的溫室效應，地表平均氣溫將是-18℃，而且不是現在的15℃。正是綠水使地表平均氣溫既沒有冷到冰點之下，也沒有熱到沸點之上，從而才使地球上的水能以液態形式存在，使生命能在地球上誕生和進化。

綠水還對陸地的降水模式起著重要的調節作用。在全球尺度上，海洋蒸發的水汽進入陸地形成陸地40%的降水，另外60%的降水則來自陸地的蒸發和蒸騰，因而綠水構成了陸地一個具有支配作用的水汽反饋圈。如果海洋水汽途經陸地的距離大於500—1000公里，則陸地綠水對陸地水循環的影響比海洋水汽更大。

生態水文學把陸地上的水劃分為“綠水”和“藍水”，綠水是看不見的地表蒸發和植物蒸騰的氣態水，其中植物生長蒸騰的綠水是生產性綠水；藍水是看得見的地表徑流和地下徑流的液態水。

據最新（2009年4月）的水文觀測和監測所得的數據，全球年平均降雨量約為119000km3，其中藍水約為42650km3，綠水約為76350km3，藍水約佔1/3，綠水約佔2/3。綠水則陸地綠水對陸地水循環的影響比海洋水汽更大，如撒哈拉地區90%的降水來自綠水，美國中部地區60%的降水來自綠水。

植物的生物生產量、綠水量、降水量三者成正比例線性關係，並構成一個循環模式。生物生產量越大，蒸騰量即生產性綠水量也越大，降水也越多。反之，森林植被複蓋和植物生產量不斷減少，降水會越來越多地成為地表徑流流走，植物蒸騰也就越來越小，降水模式隨之改變，氣候也就變得日益乾燥。

藍水約佔全球降水的37%，其中不可利用的暴雨徑流又佔了降水的27%，可利用的僅佔10%，藍水又是淡水生物的生境，人類不能取盡用竭，按中度風險的標準，應留一半以保持河流徑流穩定從而保護這一生境，人類可取用的水就只剩下5%，工業和城市生活還要用去1—2%的水，則可用於農業灌溉的水只有約3%，約為12800km3。經過各種折算，目前（截止2009年5月）全球人均年食物生產用水量約為1200m3。

·“藍水”使用後分為兩部分：一部分使用后消耗成為水蒸氣進入大氣，不再適合人類使用；另一部分迴流進入生態系統，但經常會攜帶大量的污染物。

·藍水量 WB=WS+WG-WR

·綠水量 WG=P - WB

·WB 藍水量； WS 地表水資源量；WG 地下水資源量；

·WR地表水資源量與地下水資源量的重複計算量

·P 降水總量

據了解，一般意義上的水資源是指水循環中能夠為生態環境和人類社會所利用的淡水，其補給來源主要為大氣降水，儲存形式為地表水、地下水和土壤水，可通過水循環逐年得到更新。現在對水資源的評價多集中於可見的、能被人類直接利用的藍水資源，而綠水資源的評價和管理卻被忽略。程國棟認為，應將綠水資源納入未來的水資源評價中，使之真正發揮作用。

程國棟說，相對於真實存在於河流、湖泊等中的水資源，綠水是一種不易被看見的水，但它具有重要作用。綠水是維持生態系統景觀協調和平衡的重要水源，能否保持生態系統的健康是水資源可持續利用的關鍵，綠水則在此發揮重要作用。目前，國際農業發展基金、全球水系統項目組開始致力於綠水研究。綠水概念及評價方法的出現已經引起了科學界對水資源概念和水文功能的重新思考。

在糧食生產與維繫生態系統服務之間分享綠水，將成為21世紀的又一生態水文挑戰，也是科學家研究關注的重點。據程國棟介紹，將綠水概念引入農業科學研究，更新了水資源的思維。近年來綠水資源及其功能評價研究正在起步，儘管在概念體系和評價方法上仍處在發展階段，但綠水資源已在水資源評價和水文學研究中逐漸得到重視。斯德哥爾摩國際水資源研究中心將綠水資源視為關係人類福祉的重要資源，並用簡明的水循環圖式構畫了一種全新的水資源管理策略。

有數據表明，人類用來生產維繫其生存所需的水資源多半為綠水資源。大約60%的世界糧食生產依賴於綠水，幾乎全部的畜牧業肉產品生產來源於綠水。並且在可預見的將來，綠水資源仍是世界糧食生產最重要的水源。綠水在維護地球陸地生態系統生產功能和服務功能方面具有不可替代的作用。

程國棟直言不諱：“乾旱半乾旱區雨養農業所要面對的是嚴酷的水資源條件，降水的不可靠性導致乾旱脅迫頻繁發生，糧食生產穩定性受到嚴重威脅。因此，科學的技術和方法對這一帶水資源的管理非常關鍵。”

研究表明，生態系統生產量的增長與綠水的消耗呈線性關係，全球平均生產每噸穀物大約需要1500～3000立方米的綠水資源。據估計，發展中國家為滿足人口增長的需要，在未來的25年內糧食產量必須翻番。這對於發展中國家是一個極大的挑戰。目前，大約有95%的世界人口增長發生在發展中國家，超過60%的人口將主要依賴小規模的農場生活。所以，綠水管理的關鍵在於如何保證這些小規模的農場進行有效的糧食生產。

據程國棟介紹，人類活動不斷影響綠水資源。在全球範圍內，綠水流既決定於生物物理條件，如氣候、土壤類型和植物種類等，又受制於各種因素，例如植物吸收水份時間、植被密度、土壤養分狀況、土壤物理狀況和土地利用方式。但無論是全球範圍還是局部地區，人類活動通過改變土地利用格局一直深刻影響著綠水的變化。綠水流的減少意味著耕地面積在擴大，森林復蓋面積在減少。

此外，人類活動也加速了藍水和綠水的互相轉化。比如，人工儲水工程消耗了藍水資源，這就是一種藍水轉化為綠水的方式。據估計，目前全球人工儲水工程所儲存的水量約為6000立方千米，復蓋面積超過50萬平方千米。乾旱區水庫能導致相當數量的水面蒸發，如阿斯旺大壩建成后，納塞爾湖每年因水面蒸發損失的水量約為蓄水體積的11%。

40餘年的西北工作和生活，使程國棟熟知，在西北缺水地區，老百姓早就懂得利用綠水資源，如用築水窖集雨，水缸、臉盆接雨水等。科研人員完全可以設計出運行模型來估算綠水資源，以科學的方法使綠水資源被合理利用。

綠水資源研究恰逢其時

綠水資源研究在國外起步較晚，國內目前對其認識也非常有限，可以說還停留在概念上。然而，中國科學院寒區旱區環境與工程研究所在甘肅臨澤農田生態系統國家野外科學觀測研究站近年來所做的科研工作，卻為綠水研究準備了大量可靠、詳實的技術數據。

據臨澤站站長趙文智研究員介紹，臨澤站位於河西走廊中部臨澤平川荒漠綠洲邊緣，自1975年建站以來，沙漠化防治和沙漠化土地的改造一直是研究站一項重點建設內容。經過不懈治理，臨澤站周圍流沙面積由54.6%減少到9.4%，綠洲向北擴展了1000～1500米。通過一些項目建設，不僅促進了草蓄產業的發展，使種植結構趨於合理，緩解了水資源緊缺的矛盾，也使治理區生態環境明顯改善。

臨澤站多年來積累的數據資源，不僅為當地制定灌溉定額、配水計劃提供依據，而且曾經為國家“九五”科技攻關項目、國家自然科學基金等項目的開展提供了基礎資料，為黑河分水方案的制定提供依據，眼下正在為3項重點基金和10餘項研究所創新課題提供基礎性研究資料，資料庫部分數據已實現網上資源共享。臨澤站科研基地是開展水文、生態、大氣、土壤、冰川、凍土、沙漠化、人類活動等綜合交叉研究的理想場地，在荒漠綠洲生態與環境研究示範、內陸河流域綜合研究等方面發揮著重要作用，在乾旱區水資源、水循環研究方面發揮著不可替代的作用。

迄今（指2009年）為止，人類農業發展所走的是一條綠水不斷向藍水轉移的路子，這種轉移表現為：耕地和季節性單一化種植靣積不斷擴張—森林植被不斷破壞—表土不斷流失—土壤入滲水不斷下降—植物蒸騰不斷減少的過程。降雨迅速流過板結的地表進入河道，地表徑流迅速增加，但這種徑流已日益失去了在森林植被高復蓋下的穩定性，而以暴落暴漲的形式出現，從而變得乾旱時無水可用或暴雨時洪水無法利用。

森林植被不斷地被耕地和人工建築物取代，內陸的“蒸騰——降雨”水汽循環機制也就日趨衰微，海洋蒸發所形成的降雨帶不斷向近海岸收縮，內陸乾旱化蔓延，水利工程雖越建越多，但解決不了水需求日增，降儲水日少的根本性矛盾，地下水的補充雖可緩解一時，但卻不能持續長遠。向藍水轉移的路子最終陷入山窮水盡的困境。現在人們就已經看到，許多地方的降水模式已經改變，許多河流下游已經乾涸，許多地區地下水的抽取量遠大於補給量，乾旱化荒漠化鹽漬化在蔓延，氣候災害和生態災害在加劇……沒有水觀念和用水方式的根本性轉變，人類就會在用水問題上陷入越來越深的困境。

自然生態系統處處都展示著驚人的生物與環境和諧傑作，關鍵是人類要讀懂它。非洲薩赫勒和澳大利亞乾旱稀樹草原區的虎斑紋狀叢林，其灌木林被一條條裸土帶隔開，從空中看像老虎的斑紋，大自然在這裡以最明白的方式向我們演示了生物將降水最大限度地向生產性綠水轉移的機制：裸土帶硬的外殼使降水下滲很少，降水最大限度地形成地表徑流集中流向灌木叢，使灌木叢獲得比降水多幾個量級的土埌水，這就最大限度地降低了降水的季節性變化給植物生長帶來的風險。

要走出這種困境，就需要開闢一條向生產性綠水轉移的新路，這就是要通過生態恢復和重建，大大增加森林植被的復蓋率，充分發揮森林植被的陸地生態支柱功能，以大大減少洪水徑流和蒸發，增加蒸騰和內陸水汽循環，把農業生產系統融入到自然生態系統中，從而大幅度提高雨養農業的經濟和生態貢獻。

除少數雨水豐沛的地區有條件發展灌溉農業外，全球大多數地區需要轉換農業模式，走綠水農業的路子。綠水農業是以自然森林植被生物多樣性和生態功能的恢復為基礎，與各地自然環境相適應的多樣化的農業體系。其共同特徵是生物多樣性包括多樣性的植物、動物、微生物協同作用，能最大限度地實現降水向生產性綠水轉移和水汽循環，地面常年為植被複蓋、自我制土施肥灌溉抑蟲、持續收穫、多產高產。

這是本地經驗與現代生物學、生態學等知識的集成，是自然森林系統的縮影，是立足於持久效率和信賴自然能力的農業，因而被稱之為“天然系統農業”。這種農業目前（截止2009年8月）當然還遠沒有達致完善和普及，但從熱帶森林到溫帶森林到半乾旱草原、荒漠，都在實驗，並有著一系列振奮人心的成果。如熱帶森林中斑塊狀模擬叢林多樣性的多年輪作種植，其產出的食物高出同地域等面積畜牧場產量的幾個量級，即使是在半乾旱稀樹草原，相關的初步研究和實驗表明，這種農業在改善其生態環境的同時，可以使農作物產量提高2—3倍。如果在使占目前全球糧食總量60%—70%的旱作農業出產翻1-2番的同時，又大大改善了全球的生態環境，則21世紀的糧食和水危機都將得到有效化解。

民以食為天。中國作為一個人口大國，解決好十多億人的吃飯問題始終是中國的一個重大戰略問題，尤其在全球一體化的現在，保障中國的糧食安全更是我們對世界的莊嚴承諾。而目前（2009年）中國的農業生產，尤其是糧食生產，靠天吃飯的局面還沒有根本改變，所謂“有收無收在於水”，一語道破了水在保障糧食安全中舉足輕重的作用。可以說糧食安全能否得以保障在很大程度上取決於供水是否安全。

拿傳統水資源評價體系中有限的水資源供給應對無限的水需求？這樣的思維模式似乎進入了一個死胡同。“綠水”概念的提出恰逢其時。它從水循環的角度出發，將一種不易被人看見的水引入水資源內涵中來。這種被忽視了的水一直在支撐雨養農業、保持生態系統健康等方面發揮著重要作用。如果將它納人新的水資源評價體系中，並對其充分利用和有效管理，困擾人類的水資源危機將有望得到緩解，糧食安全也將得以保障。

“綠水”雖然是個新名詞，但在生產、生活實踐中，它並不算是一個新的理念，人類自古就懂得利用它了。比如在人類利用灌溉之前，農業種植只能是靠天吃飯的雨養農業，又如在西北乾旱地區，老百姓會築水窖集雨，用水缸、臉盆接雨水等，這些都屬於對“綠水”資源的有效利用。“綠水”概念使人類跳出了傳統水資源定義的禁錮，能夠在更廣義的水資源範疇內思考水資源的可持續利用問題。這是人類對水資源認識上的一個重要突破，也是對“綠水”未來在全球發展的最大意義所在。