气候适应性灌溉农业的动态灵活规划：印度Lower Bhavani灌区的适应路径与增量成本效益分析

《Agricultural Water Management》：Dynamic and flexible climate-adaptive long-term planning in irrigated-agriculture

　　本研究针对气候变化下灌溉农业系统面临的水资源供需失衡风险，以印度Lower Bhavani灌区为案例，开展了动态适应性规划研究。通过构建ArcSWAT与AquaCrop耦合模型，评估了节水灌溉技术（AWD、DIT、ARC）的适应临界点(ATP)与增量成本效益。结果表明，赤字灌溉(DIT)在低排放情景下可保障系统长期稳定运行，增量成本效益比(ΔB/ΔC)达1.70。研究创新性地将适应路径方法与气候智慧型农业(CSA)三大支柱（减缓、适应、韧性）相结合，为灌溉系统应对气候不确定性提供了兼具财务可行性与生态效益的决策框架。

　　

随着全球气候变化加剧，农业生产系统面临着前所未有的挑战。在灌溉农业领域，气候变化导致的水资源时空分布不均、极端天气事件频发，使得传统的水资源管理方式难以应对未来不确定性。印度Lower Bhavani灌溉工程(LBIP)作为南印度重要的农业灌溉系统，其83,700公顷的灌区中有超过70%种植水稻，系统脆弱性日益凸显。如何在这种复杂的水资源系统中实现长期、灵活的适应性规划，成为摆在决策者面前的紧迫课题。

为了解决这一难题，研究人员开展了一项创新性研究，成果发表在《Agricultural Water Management》。该研究首次将适应路径(Adaptation Pathways)方法与增量成本分析(Incremental Cost Analysis, ICA)相结合，系统评估了三种气候适应性水资源管理措施——好氧水稻栽培(Aerobic Rice Cultivation, ARC)、交替干湿(Alternate Wetting and Drying, AWD)和赤字灌溉(Deficit Irrigation Technique, DIT)在LBIP系统中的适用性。

研究团队采用了多学科交叉的研究方法，主要包括：基于ArcSWAT和AquaCrop模型的水文-作物系统模拟、适应临界点(Adaptation Tipping Points, ATPs)识别、增量成本效益分析以及适应路径图谱构建。其中，ArcSWAT模型用于模拟Bhavani流域内的水文过程，而AquaCrop模型则用于模拟流域外灌区的作物生长响应。研究人员还开发了水分生产函数(Water Production Functions)，将供水需求比(Supply-Demand Ratio, SDR)的变化转化为可量化的经济效益，为成本效益分析提供了基础。

3.1. 适应临界点

研究发现，在基准情景(Business as Usual, BAU)下，当干旱指数(Aridity Index, AI)达到0.75时，系统就会出现供水危机。而三种适应措施均能不同程度地推迟这一临界点的到来：ARC将临界点推迟至AI=0.76，AWD至AI=0.90，DIT表现最优，能够承受高达AI=1.34的干旱压力，在所有测试的未来气候条件下均未出现系统失效。

3.2. 适应行动的财务可行性

增量成本分析显示，所有适应措施的效益成本比(Benefit-Cost Ratio, BCR)均大于1.5，表明它们都具有经济合理性。特别值得注意的是，虽然DIT的绝对成本最高（107.6美元/千立方米），但其增量效益成本比(ΔB/ΔC)达到1.70，意味着每增加1美元的投资就能带来1.70美元的额外收益。从水分生产率角度看，DIT比基准情景提高了86%的经济水分生产率，显著优于其他措施。

3.3. 适应路径

研究构建了两种类型的适应路径图谱："按条件使用"(Use by Condition)和"按时间使用"(Use by Date)。在低排放情景(RCP4.5)下，DIT单独实施或与ARC、AWD组合实施，可在整个规划期内保持系统稳定运行。而在高排放情景(RCP8.5)下，即使是最优的DIT措施也只能维持到2063年，凸显了深度不确定性下的规划挑战。

研究还评估了各措施对气候智慧型农业(Climate-Smart Agriculture, CSA)的协同效益。AWD在甲烷减排潜力(48.2%)、产量(4.16吨/公顷)和韧性(790.5)三个方面表现均衡，获得了最高的综合评分(+++)。而ARC虽然减排潜力最大(70%)，但在韧性和产量方面相对较弱。

研究结论强调，适应路径方法为灌溉农业应对气候变化提供了一种动态、灵活的规划框架。通过将技术可行性、财务可持续性和CSA协同效益相结合，决策者可以根据资源约束和风险偏好选择最优的实施路径。然而，成功实施这些措施需要克服制度碎片化、基础设施老化、农民接受度等多重挑战。

该研究的创新之处在于将工程措施与财务分析、制度设计有机结合，为发展中国家灌溉系统应对气候变化提供了可操作的决策支持工具。研究结果表明，适度的增量投资可以显著提升系统的气候韧性，这一发现对全球类似地区的适应性规划具有重要借鉴意义。未来研究需要进一步整合社会经济因素和农民行为决策，以更好地理解复杂农业系统适应能力形成的动力学机制。