问题

生产一公斤粮食真的需要消耗一吨那么多的水吗?

回答
这个问题很多人都问过,也让不少人觉得难以置信。一公斤粮食需要一吨水?听起来似乎是夸张了点。但如果我们深入了解一下,就会发现这背后是有科学依据的,而且这个“水足迹”的概念,远比我们想象的要复杂。

首先,我们要明确一点:“一公斤粮食需要一吨水”这个说法,指的是“虚拟水”或“水足迹”的概念,并不是说我们直接用一吨水去浇灌那一公斤粮食。 虚拟水,顾名思义,是指在生产某种产品过程中所消耗的全部水的总量,包括生产过程中直接使用的水,以及生产过程中所需的原料、能源等间接消耗的水。

所以,我们得把眼光放得更远一些。

1. 灌溉用水:这是最直接也是最重要的部分。

农作物生长离不开水,这个我们都知道。不同种类的作物,对水的需求量也不同。比如,水稻是出了名的“耗水大户”,它需要一片片的水田来生长,而且在生长过程中需要大量的水来保持土壤的湿润。相比之下,小麦、玉米等旱地作物,虽然也需要水,但对灌溉的要求会相对低一些。

即使是同一种作物,在不同的地理环境下,耗水量也会有很大差异。比如,在一个降雨充沛、水资源丰富的地区种植水稻,可能主要依靠自然降雨,灌溉用水的比例就没那么高。但在一个干旱地区,为了保证产量,就必须依靠人工灌溉,这时耗水量就会显著增加。

2. 生产资料的“水足迹”:

你可能想不到,生产化肥、农药、农机具这些“农民伯伯”们离不开的东西,也都需要消耗水。

化肥: 氮肥、磷肥、钾肥,它们的生产过程都需要经过一系列复杂的化学反应,而这些化学反应很多都需要水作为溶剂或参与反应。例如,合成氨的工业过程中,需要消耗大量的水。
农药: 农药的生产同样是化学工业的一部分,其制造过程同样离不开水。
农机具: 制造拖拉机、收割机等农机具的钢铁、塑料等材料,其生产过程同样有水的消耗。

3. 土地的“水足迹”:

为了种植一公斤粮食,我们首先需要一块土地。而这块土地的形成,也不是凭空出现的。地质变迁、风化作用,这些漫长而复杂的地质过程,都与水的参与息息相关。当然,这个部分的水量通常不会计入具体的粮食生产的“水足迹”计算中,但从更宏观的角度看,水对土地形成的重要性也不容忽视。

4. 运输、加工等等:

从农田到餐桌,粮食还要经历收割、晾晒、储存、运输、加工等等一系列环节。这些环节同样需要消耗水。比如,工厂里的机械需要用水冷却,运输车辆需要清洗,甚至我们用来包装粮食的材料,它的生产过程也可能消耗水。

那么,为什么会有一个“一吨水”的数字出现呢?

这个数字,通常是基于全球平均数据,经过科学研究和模型计算得出的。它综合了不同地区、不同耕作方式、不同品种的作物,以及生产过程中各个环节的水消耗。

一个典型的计算例子: 假设生产一公斤大米,需要多少灌溉水?如果按亩产1000斤(500公斤)计算,那么一公斤大米就需要0.2亩的种植面积。如果每亩地在生长季节需要灌溉1000立方米的水,那么一公斤大米就需要1000立方米 0.2亩 = 200公斤水(或者说200升水)。这只是灌溉用水,再加上前面提到的化肥、农药、运输等,这个数字就会被放大。
全球平均的复杂性: 实际上,全球粮食的水足迹计算非常复杂,需要考虑各种变量。有研究表明,生产一公斤牛肉的水足迹可能高达15000升,而一公斤小麦可能在10002000升之间。所以,“一吨水”(1000公斤)这个数字,是一个相对笼统的说法,它可能更接近于某些高耗水作物的平均值,或者是为了方便理解而取的近似值。

为什么这个说法会引起争议?

1. “一吨水”的模糊性: 正如前面所说,“一吨水”可能不是一个精确到位的数字,而是一个概括性的描述。不同来源的数据可能会有所差异。
2. “虚拟水”概念的认知: 很多人可能不习惯“虚拟水”这个概念,觉得水是直接消耗的。
3. 地域差异和技术进步: 在节水灌溉技术发达、水资源充足的地区,实际的水消耗可能远低于这个平均值。而技术落后、水资源匮乏的地区,则可能更高。

结论:

所以,“生产一公斤粮食真的需要消耗一吨水”这句话,虽然听起来吓人,但从“虚拟水”和“水足迹”的宏观角度来看,它反映了一个真实的、但常常被我们忽视的现象:食物的生产过程,是一个耗水的密集型过程。

理解这一点,并非是为了让我们对粮食生产产生恐惧,而是为了让我们更加珍视每一粒粮食,更加关注水资源的节约和可持续利用。无论是农民在耕种时采用更节水的技术,还是我们在生活中减少食物浪费,都是对这个庞大“水足迹”的贡献。

下次吃饭的时候,当你看到碗里的米饭或馒头,不妨想想,这一小份粮食背后,也承载着许多“无形”的水。这或许能让我们在享受美味的同时,多一份敬畏和感恩。

网友意见

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1吨=1000 Kg=1000公斤,生产1公斤粮食需要消耗1000公斤水,听起来挺吓人。

是不是这样呢,我们来算一算。按照良种良法配套栽培的策略,我们先计算理论数值。


比如,小麦:

黄淮海流域的冬小麦,从寒露、霜降播种(10月10日),10月16出苗,3叶以前3天一片叶,以后5天一片叶;11月初到3月中分蘖,同时进行幼穗分化;春暖返青,3月上旬起身(生物学拔节),3月15号拔节(农艺拔节);清明前后孕穗(挑旗);4月20日抽穗,随后不久开花,花后10天籽粒形成;5月5号到5月25号是真正的灌浆期,5月20日小满;5月25号以后,因干热风,35度以上灌浆停止。开花到成熟30~40天,乳熟12~18天,面团期3天,蜡熟3~7天,随后完熟。到芒种前后收获,整个生育期计为250天。


生产1公斤的小麦,按常规的中穗型品种(例如黄淮第一麦百农矮抗58)来算:

  • 一亩地播15斤种子,斤籽万苗,成15万株/亩
  • 一株小麦成3个有效分蘖,就是3穗/株
  • 穗粒数:40粒/穗
  • 千粒重:42g/1000粒
  • 按这套理论值计算,亩产756Kg,约1500斤/亩

那么一株小麦对产量的贡献是:3*40*42/1000=5.04g,那么,生产1公斤小麦,需要1000g÷5.04g/株=198.41株。如果1公斤粮食耗水1000Kg的话,1株中穗型小麦整个生育期内的耗水约为5Kg(约10瓶矿泉水)。


生产1公斤的小麦,按大穗型品种(如兰考超大穗)来算:

  • 一亩地播10斤种子,斤籽万苗,成10万株/亩
  • 一株小麦成3个有效分蘖,就是3穗/株
  • 穗粒数:50粒/穗
  • 千粒重:50g/1000粒
  • 按这套理论值计算,亩产750Kg,即1500斤/亩

那么一株小麦对产量的贡献是:3*50*50/1000=7.5g,那么,生产1公斤小麦,需要1000g÷7.5g/株=133.33株。如果1公斤粮食耗水1000Kg的话,1株大穗型小麦整个生育期内的耗水约为7.5Kg(约15瓶矿泉水)。


在长达250天的时间里,一株小麦只消耗10-15瓶水(500ml装),这样算下来,生产1Kg粮食用水1吨,一点也不夸张。毕竟这么多水给我拿来浇花的话,根本用不了几天。


上边计算的是最优栽培方案下的理论值,实际农业生产中的产量要低很多

实际生产的产量,如果能达到理论产量的8折,就算很高产了。理论亩产1500斤,实际产量达到1200斤/亩(8折)的都不多,我们家那边种麦子亩产只有900斤/亩。比如这个文献里边,临麦6号在该区域最高产,为8710.95Kg/h㎡ =580.73Kg/亩,远低于之前估算的750Kg/亩。

  • 如果按亩产1500斤,1平方米土地生产1.125Kg粮食,即0.8㎡/Kg
  • 如果按亩产1200斤,1平方米土地生产0.899Kg粮食,即1.11㎡/Kg
  • 如果按亩产900斤,1平方米土地生产0.675Kg粮食,即1.48㎡/Kg
  • 综上,正常生产条件下,生产1Kg小麦需要的土地面积大于1㎡。

水的密度是1.0×10 kg/m³,1吨的水,体积是1m³。多于1㎡的土地,种一季麦子,只用1m³的水,你还觉得多吗?


农学上,我们用作物水分利用效率(WUE)定义单位水量消耗所生产的经济产品数量。粮食作物的产品数量一般用籽粒产量表示,以kg/m³为水分利用效率的单位,表示每立方米水分消耗下产出粮食的千克数。

作物水分利用效率 =(相同面积上的经济产品总量Kg)÷(消耗的总水量m

上述文献显示,我国在实际农业生产中,消耗1m³的水(1吨),平均下来也只是生产1.1公斤的粮食作物。生产出的水稻、大豆、夏谷、春小麦等都达不到1公斤。

植物需水,除了生理需水,还有生态需水。陆生植物吸收的水分,只有极少数(1%~2%)用于体内代谢,绝大多数都散失到体外,如“吐水”、蒸腾作用。不同种类的作物需水量不同,C3植物的蒸腾系数较大,为400-900,更耗水;C4植物如高粱、玉米,蒸腾系数小,为250-400,较为节水。各主要粮食作物中,玉米的WUE最高,小麦其次,而水稻最小。

作物理论最小需水量 = 生物产量×蒸腾系数

也就是说,蒸腾系数在管着,生产1公斤这种粮食,理论上最少就要消耗这么多水。实际生产中可能会需要更多。即使在发达国家规模化的种植管理下,水分利用效率也才接近于2.0 kg/m³。


因此,生产一公斤粮食需要消耗1吨水的说法是真实可信的。



主要参考文献

  • 仇宽彪, 成军锋, 贾宝全. 中国中东部农田作物水分利用效率时空分布及影响因子分析[J]. 农业工程学报, 2015(11):111-117.
  • 段爱旺,张寄阳. 中国灌溉农田粮食作物水分利用效率的研究[J]. 农业工程学报,2000,16(4):41-44.
  • 韩梅, 孙绿, 李玉刚, et al. 干旱胁迫对不同品种小麦旗叶光合特性及产量的影响[J]. 中国农学通报, 2019(26).
  • 植物生理学 (李合生).

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