作为全球棉花产量四分之一的产地,我国新疆的棉花生产长期面临“十年九旱”的水资源挑战。近日,西北工业大学团队在《Frontiers in Agricultural Science and Engineering》发表研究,通过模拟两种气候变化情景发现,到2090年代新疆棉花水足迹(生产每吨棉花消耗的水资源量)可能减少35.7%,其中喷灌技术节水潜力最大,降幅可达40.1%。这一发现为干旱地区农业应对气候变化提供了新参考。
新疆棉花的“水账本”:蓝水占比超八成,干旱压力加剧
棉花是新疆农业的“支柱产业”,但当地年均降水量仅135毫米,蒸发量却高达1080毫米,生产严重依赖灌溉。研究以2000-2018年为基准期,测算出新疆棉花水足迹为4264立方米/吨,其中蓝水(地下水、地表水等灌溉用水)占83%,相当于每吨棉花要消耗约4个标准游泳池的地下水,而绿水(天然降水)仅占17%。
气候变化正让情况更复杂。研究预测,到2090年代,新疆年蒸发量将增加14.3%,降水却减少16.4%,干旱趋势加剧。“就像给本就缺水的‘水缸’开了个更大的口子,”团队成员解释,“但高浓度CO₂会像‘植物加湿器’,让棉花叶片气孔关闭,减少水分蒸发,反而可能降低整体水足迹。”
两种气候情景下:水足迹最多降35.7%,喷灌技术“领跑”节水
研究模拟了两种共享社会经济路径(SSP)情景:SSP2-4.5(中等排放)和SSP5-8.5(高排放)。结果显示,到2090年代,新疆棉花水足迹在SSP2-4.5情景下减少19.3%,在SSP5-8.5情景下减少35.7%。蓝水足迹虽整体下降,但占比小幅上升3.4%,意味着棉花生产对地下水的依赖更强;绿水足迹则锐减47.2%,反映降水对棉花的补水作用进一步减弱。
不同灌溉技术中,喷灌(通过喷头均匀喷水)表现最优,在SSP5-8.5情景下节水40.1%,远超沟灌(17.8%)和滴灌(33.7%)。“喷灌像‘精准淋浴’,减少水分蒸发和深层渗漏,而沟灌像‘大水漫灌’,浪费较多,”研究指出,目前新疆滴灌普及率较高,但喷灌在极端干旱情景下的节水优势更明显。
南北疆差异显著:北疆水足迹降得多,南疆干旱压力更大
空间分布上,北疆棉花水足迹降幅大于南疆。在SSP5-8.5情景下,北疆部分地区水足迹减少超40%,而南疆降幅多在30%左右。“北疆原本降水稍多,CO₂施肥效应叠加温度适宜,减产风险小;南疆更干旱,蒸发加剧可能抵消部分节水效果,”团队分析。
不过研究也有局限:模型假设灌溉技术、棉花品种不变。现实中,若结合耐旱品种培育、智能灌溉等,节水潜力可能更大。例如,已有研究显示,高产品种可提高单产,间接降低单位水足迹。
应对气候变化:从“节水技术”到“综合管理”
研究建议,未来新疆棉花生产需“两手抓”:短期推广喷灌等高效灌溉技术,长期结合品种改良和气候适应性管理。“就像给棉花‘穿上节水衣’,同时‘锻炼’它的耐旱能力,”团队强调,这不仅关乎棉花产业可持续性,也是我国西北干旱区农业应对气候变化的缩影。
来源: 农业科学与工程前沿