随着全球变暖加剧，高温和干旱正给粮食生产带来日益严峻的挑战。灌溉是农业应对气候变化最为关键的手段之一，能够有效缓解高温干旱造成的减产风险；然而，农业本身又是水资源消耗大户，盲目扩大灌溉面积可能进一步加剧水资源紧张。在此背景下，有限的水资源和农田水利投资资金应如何配置？是将现有农田全部升级为最高效的节水灌溉系统，还是适度扩大灌溉面积？不同作物和区域是否应采用差异化的投资方案？
近日，中国科学院大气物理研究所张天一研究员联合河海大学、厦门大学、北京大学、中国人民大学、中国农业大学、马里兰大学和耶鲁大学等国内外科研机构，在《Nature Food》在线发表了题为《Coupling irrigation technology upgrades with targeted expansion enables water-efficient and climate-resilient cereal production in China》的研究论文。该研究整合了42,190条县级农业统计数据、3,576份农户社会经济调研数据以及2,230个灌溉技术对比试验，聚焦我国玉米、小麦和水稻三大主粮作物，在系统评估不同灌溉节水技术发展趋势的基础上，将技术升级与新增灌溉面积纳入统一的投资优化框架，提出了兼顾农业节水、粮食安全和投资回报的差异化灌溉投资路径。
农户调研数据显示，中国农业灌溉在过去十多年间已经历了一场技术转型。2010年，土渠输水和大水漫灌仍十分普遍；到2022年，这些低效灌溉方式已明显减少，各类节水技术的使用比例持续攀升，但不同作物、不同区域之间的技术转型进程差异显著。
河海大学王金霞教授指出：“灌溉节水技术升级改造一直是我国农田水利投资的重要组成部分。此次研究利用大规模农户调查数据，对不同灌溉技术进行了分作物、分区域的量化评估。按照现有灌溉节水技术的更新速度，到2030年三大主粮作物亩均灌溉用水预计仅能降低9.4%–16.0%，与《全国农业可持续发展规划（2015–2030年）》提出的25.5%节水目标仍存在明显差距。”（注：该《规划》明确，2030年全国农业灌溉用水量需保持在3730亿立方米，相比2010s年代需节水约25.5%）
研究团队在分析未来变化趋势时发现，虽然在现有灌溉面积上全面部署最高效的灌溉技术可以超额完成节水目标，但未来气候变化对作物单产的负面影响十分显著，仅依靠灌溉技术升级所带来的效果，难以抵消气候变化造成的潜在产量损失，影响我国粮食安全。
基于此，研究团队提出了新的思路：先在现有灌溉面积上提高用水效率，再在水资源约束允许的范围内，将节约出来的“水资源空间”用于部分雨养农田的灌溉改造，以应对未来气候变化的负面影响，作为一种规划层面上的资源配置方案。
进一步的投资组合分析显示：在新增灌溉面积方面，玉米适宜采用较先进的灌溉技术并适度扩大灌溉面积；小麦和水稻对新增灌溉面积的需求相对较小，在新增灌溉面积上采用中等效率的节水灌溉技术，即可在保障未来气候变化下粮食安全的同时，达成节水政策目标，并实现投资回报最大化。
“政策制定者真正需要回答的问题是：哪些作物需要灌溉、哪些地区应该新增灌溉面积、新增多少，以及应该采用什么技术，经济可行性如何？”中国科学院大气物理研究所张天一研究员认为，“过去的研究往往重点关注未来灌溉面积的变化，但较难精细刻画灌溉技术以及存量与新增灌溉面积之间的差异。本研究通过整合多源数据并构建新的分析框架，希望为这些具体的投资决策提供更加可操作的科学依据。”
研究团队同时强调，灌溉并非应对未来气候变化，保障粮食安全的唯一手段。农业生产还受到品种选育、栽培管理、土地经营规模等多方面因素的影响。因此，未来仍需将灌溉投资与抗逆品种选育、气候韧性栽培管理、高标准农田建设等措施协同推进。
厦门大学陈煌博士表示，“本研究采用的三个独立数据源来自不同的学科和调研路径，但模型能够较好地反映过去十余年我国农业灌溉用水下降和灌溉生产力提升的演变过程。未来研究还将进一步纳入农田规模化、农产品价格变化等农业政策和经济因素，以进一步完善对农业灌溉投资的综合评估。”
该论文第一作者为中国科学院大气物理研究所张天一研究员，通讯作者包括张天一研究员、河海大学王金霞教授和厦门大学陈煌博士。合作作者包括北京大学周丰教授、中国农业大学康绍忠院士、北京大学金哲侬研究员、中国人民大学刘宇婷博士研究生和北京大学晁炜博士研究生，以及马里兰大学Weston Anderson教授和耶鲁大学Robert O. Mendelsohn教授。该研究得到中国国家重点研发计划（2024YFF0808402）、国家自然科学基金（42575205；72394401）、中国科学院地球系统数值模拟大科学装置以及CGIAR Initiative Climate Resilience（ClimBeR）项目的资助。
文章信息：
Zhang, T., Wang, J., Chen, H., Liu, Y., Chao, W., Zhou, F., Kang, S., Jin, Z., Anderson, W., Mendelsohn, R.O. 2026. Coupling irrigation technology upgrades with targeted expansion enables water-efficient and climate-resilient cereal production in China. Nature Food. https://doi.org/10.1038/s43016-026-01455-5.
图1. 优化灌溉技术升级与灌溉面积扩张，对于实现多个可持续发展目标至关重要：包括节水、提升农业气候韧性以及保证长期投资转化效益。本研究通过投资组合分析，旨在加速政府在灌溉基础设施和高标准农田建设规划中实现可持续发展目标的进程。
