天山北坡农业灌溉水价值30年时空演变及其对干旱区水资源管理的启示

为解决干旱区农业水资源定价缺失问题，研究人员采用生物物理模型（biophysical framework）量化了天山北坡1990-2020年棉花、玉米和小麦的灌溉水价值（Vw），发现其均值达0.27-0.32 USD m–3，是全球水平的2-3.2倍，且受作物价格和水分利用效率（WUE）驱动显著。该研究为干旱区农业水权交易和可持续管理提供了关键数据支撑。

　　

在全球水资源日益紧张的背景下，干旱区农业灌溉用水的经济价值评估成为实现可持续水资源管理的关键。天山北坡（NSTM）作为中国西北重要的绿洲农业区，其农业高度依赖灌溉，但长期以来水资源的真实价值未被充分量化，导致水资源定价与市场脱节、配置效率低下。这一问题在气候变化加剧和水资源竞争激烈的当下尤为突出。

为填补这一空白，中国科学院地理科学与资源研究所的研究团队在《Geography and Sustainability》发表了一项开创性研究。通过构建数据节约型生物物理模型（data-parsimonious biophysical framework），团队首次系统评估了天山北坡1990-2020年间三大主粮作物（棉花、玉米、小麦）的灌溉水价值（V_w）时空演变规律。研究发现，该地区灌溉水价值显著高于全球平均水平，且呈现持续上升趋势，这一发现挑战了传统认知，为干旱区农业水权交易和政策制定提供了科学依据。

研究采用多源数据融合与模型计算相结合的方法：基于县级统计年鉴获取作物产量和面积数据，结合FAO价格数据库和ERA5-Land气候再分析数据集，运用WATNEEDS模型量化作物水分需求（ET_c和ET_r），最终通过边际效益公式V_w=P_cΔY/IWR计算水价值。关键创新在于引入水分胁迫系数（k_s）和灌溉效率（e）等参数，解决了干旱区雨养与灌溉产量差的动态测算难题。

3.1 耕地扩张与气候动态
研究发现，1990-2020年间棉花和玉米种植面积分别增长15倍和7.7倍，而小麦面积持续萎缩。这种作物布局变化与气候变暖（年均温上升0.04°C/年）和降水减少（-1.2 mm/年）显著相关，反映出农户为适应干旱化趋势作出的经济选择。

3.2 灌溉水价值时空分异
三大作物灌溉水价值呈现显著差异：玉米最高（2.08 CNY m^–3），棉花次之（1.73 CNY m^–3），小麦最低（1.02 CNY m^–3）。空间上，阜康县棉花水价值达7.0 CNY m^–3（2015年），创区域峰值；时间上，2020年水价值较1990年增长8-17倍，远超同期CPI涨幅。

3.3 驱动机制解析
结构方程模型（SEM）揭示：水分利用效率（ΔY/IWR）解释69%的水价值变异，是核心驱动因子。气候通过双重路径影响水价值——降水减少扩大雨养与灌溉产量差，而升温促进光合作用提升灌溉产量。值得注意的是，棉花虽水分利用效率最低，但凭借高价维持经济竞争力，这一发现为作物布局优化提供了新思路。

讨论部分强调，该研究首次量化了干旱区灌溉水的"隐形红利"：当水价低于1.73-2.08 CNY m^–3时，农户扩大灌溉面积仍具经济合理性，这解释了天山北坡耕地持续扩张的内在动力。然而，GRACE-FO数据显示区域水资源储量持续下降，警示当前发展模式不可持续。研究建议通过水分定价政策引导小麦向高降水区集中，同时推广滴灌技术提升棉花水分利用效率（目前仅0.47-0.81）。

这项研究的科学价值在于，将生物物理过程与经济价值评估有机结合，突破了传统水资源定价中"重工程成本、轻生态价值"的局限。提出的"灌溉水价值敏感指数（SI_x）"为干旱区农业适应气候变化提供了量化工具，已被新疆水利厅纳入《农业水价综合改革实施方案》制定依据。未来研究可结合水足迹（water footprint）评估，进一步优化跨流域水资源配置方案。