全球高分辨率遥感揭示2010-2020年46种农作物水资源消耗量增长9%，加剧水资源压力

本期推荐：为应对农业水资源压力，研究人员基于SPAM2020数据开发CropGBWater模型，计算全球46种作物蓝水（WCbl）和绿水（WCgn）消耗量。研究发现2020年全球作物总耗水量达6,817 km3（含水稻淹水），较2010年增长9%。该研究为水资源管理提供了高分辨率时空数据支撑，对保障粮食安全与生态可持续性具有重要意义。

　　

随着全球人口增长和饮食结构变化，农业生产对水资源的需求持续攀升。农业作为全球最大的水资源消耗部门，其灌溉和雨养生产分别依赖蓝水（地表及地下水）和绿水（土壤水）。然而，淡水资源日益紧缺，全球已有数十亿人口面临水资源压力，河流生态系统服务功能下降，水生生物多样性快速丧失。尽管先前研究评估了2000年全球作物耗水格局，但对当前十年高分辨率时空数据的系统分析仍然缺乏。

为精准量化农业水资源消耗，国际水管理研究所（IWMI）领衔的研究团队在《Nature Food》发表了最新研究成果。他们利用国际食物政策研究所（IFPRI）2024年发布的SPAM2020数据（空间生产分配模型），开发了开源Python工具CropGBWater，以5角分（约10公里）空间分辨率计算了全球46种作物的蓝绿水资源消耗量，并对比分析了2000-2020年的变化趋势。

研究采用多源开放数据融合技术：包括SPAM系列作物分布数据、FAO气候数据（AgERA5再分析资料）、土壤持水能力参数（GAEZ数据库）以及综合SAGE与MIRCA2000的作物物候日历。模型通过日尺度根区水分平衡计算，区分灌溉与雨养条件下的蓝绿水组分，并采用Chukalla等人提出的阴影水平衡法进行水分溯源。

全球作物耗水空间格局

2020年全球作物总耗水量达6,668 km3（不含水稻淹水）或6,817 km3（含淹水），其中绿水消耗占5,588 km3，蓝水消耗为1,080 km3（含淹水增至1,228 km3）。亚洲是最大的水资源消耗区域，其蓝水消耗达782 km3（含水稻淹水918 km3），绿水消耗2,606 km3。水稻、小麦、玉米、甘蔗和棉花是蓝水消耗前五的作物，合计占总量的74%（含淹水达77%）。空间分析显示：水稻主导亚洲地区水资源消耗，小麦在印度河流域和尼罗河三角洲占优势，玉米耗水集中在美国中西部和中国东北，甘蔗在巴西和南亚流域呈高值区，棉花则主要消耗中亚和北美南部的水资源。

二十年耗水动态变化

2010-2020年间全球作物总耗水量增长9%，其中蓝水消耗增长4%，绿水消耗增长10%。2000-2020年期间，玉米耗水量增长45%（主要驱动因素为饲料和生物燃料需求），大豆增长60%（受动物饲料贸易推动），水稻增长9%（集中在东南亚地区）。值得注意的是，木薯因非洲粮食安全需求增长出现82%的耗水增幅，甘蔗和花生的耗水量也分别增长23%和27%。耕地扩张是耗水增加的主要驱动因素——2020年全球收获面积达14.07亿公顷，较2000年增长19%。

流域尺度水资源压力

研究将蓝水消耗与流域可再生水资源量进行对比，发现2020年印度河（130%）、恒河（121%）等流域的农业耗水已远超环境流（EF）保护阈值（80%自然径流）。黄河流域蓝水消耗占可再生水量的51%，科罗拉多河（46%）和墨累河（26%）也呈现显著压力上升。全球合计有11%的可再生水资源被农业消耗，较2010年上升2个百分点。

该研究首次基于SPAM2020数据提供了2020年全球高分辨率作物耗水图谱，揭示了农业水资源消耗的增长趋势与空间异质性。研究强调作物耗水增长加剧了流域水资源竞争，需通过提升作物水分生产力（more crop per drop）、调整作物结构、减少食物损失等策略缓解压力。开源模型CropGBWater为全球南方国家提供了易用的水资源评估工具，对实现联合国可持续发展目标（SDG 6.4）具有重要实践意义。