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期刊： Nature communications
中文题目： 跨国农业土地收购引发的水资源竞争
英文题目： Competition for water induced by transnational land acquisitions for agriculture
作者： Davide Danilo Chiarelli, Paolo D’Odorico, Marc F. Müller, Nathaniel D. Mueller Kyle Frankel Davis, Jampel Dell’Angelo, Gopal Penny & Maria Cristina Rulli
摘要
在大规模跨国土地收购（LSLAs）的推动下，正在进行的从小农农业向大规模商业农业的农业转型往往旨在通过扩大灌溉提高作物产量。地方律师协会在这一过渡中发挥着越来越突出的作用。然而，目前尚不清楚外国农业企业的LSLAs是否以特定水文条件为目标区域，以及这些投资是否与当地现有用户的水需求竞争。在这里，我们将基于作物和水文建模、农业统计和跨国LSLAs的地理参考信息结合起来，以评估与LSLAs相关的缺水现象。虽然在土地征用之前已经存在缺水的情况，但这些交易通过采用水密集型作物和扩大灌溉种植，大大加剧了水资源短缺。这些影响导致160个LSLAs研究中的105个（占已征用土地的67%）出现了新的竞争用水现象。结合我们的调查结果，即投资者以优先获得地表水和地下水资源的土地为目标以支持灌溉，这表明LSLAs通常会占用水资源，损害当地用户。
研究背景
作为农业生产的主要决定因素，水是农业企业投资的中心目标，旨在获取和控制这一有限资源。与木材或矿产等其他自然资源不同，水资源运输困难且昂贵，因此其农业用途主要用于当地。水的分配通常是通过土地上的作物生产进行的，有适当的雨水用于雨养农业或利用地表水体和含水层进行作物灌溉。
事实上，由于LSLAs通常用于农业企业发展，投资者通常寻求利用当地水资源来支持灌溉和提高其所收购土地的生产率。最近的研究考察了LSLAs的水文组成部分，并量化了作物的预期用水。这一证据表明，投资者可能利用大量水来支持LSLAs内出口经济作物的生产，这对当地的粮食安全和生活有潜在的影响，特别是如果土地投资者基于水文条件选择性地瞄准区域。这可能会导致冲突的出现以及社会和政治不稳定。虽然之前的研究已经讨论并量化了满足单个大规模土地交易灌溉用水所需的水量，但仍然缺乏对这些水资源拨款对当地水资源安全和竞争影响的综合分析。
研究结果
（1）缺水和竞争
农业用水既包括渗入地下并保持在根区内的雨水（绿水），也包括从含水层和地表水体中提取的以满足作物用水需求的灌溉水（蓝水）。虽然绿水获取与转让的土地有着内在的联系，但蓝水获取需要随时进入含水层和地表水体，以及对水井、运河、储存基础设施和管道等基础设施的投资。只有当绿水无法满足作物用水需求时，才需要灌溉，这种情况称为“绿水短缺”（图1）。在这种情况下，只有在当地既有蓝水资源又可获得蓝水资源的情况下，灌溉才是可行的。如果能够在不影响环境或消耗地下水资源的情况下满足灌溉用水需求，则可以认为灌溉用水是可持续的。当蓝水资源不足以满足当地灌溉需求时，就会出现“蓝水稀缺”的情况（图1）。这些条件与环境或其他用水者潜在的竞争关系，可能导致不可持续或不公平的水资源分配。
水在物理上是可用的这一事实并不一定意味着它可以很容易地用于灌溉。这可能发生在“农业经济用水短缺”的情况下，在这种情况下，蓝水是可用的，但基础设施的缺乏使其无法在需要的时间和地点提取、储存和输送（图1）。有人认为，在灌溉基础设施历来缺乏的地区，土地投资将有助于缩小作物产量差距。因此，重要的是评估所收购土地是否在收购前进行了灌溉，或随后是否开发了灌溉基础设施。虽然人们正在逐渐了解当地土地使用权对作物生产和粮食安全的影响，但灌溉基础设施的具体作用仍需澄清。
对灌溉基础设施的投资可以缓解农业经济用水短缺，并有助于在蓝水充足的情况下缩小产量差距。然而，如果蓝水已经稀缺，新的大规模灌溉基础设施将增加当地社区对水的竞争。我们使用160个大规模土地投资样本评估了LSLAs落入这两类的倾向，这些投资在195个地点占410万公顷。我们估计了所考虑的土地交易中绿水、蓝水和经济用水稀缺的相对普遍性。由于水资源短缺是由气候和农业实践共同决定的，因此LSLAs的水资源影响也取决于作物覆盖率和作物类型，以及它们在收购后的变化。一个区域可以满足传统小农的雨养农业，并随着与LSLAs相关的农业发展（即作物类型的变化和耕地扩张）的实施，逐渐成为绿水和蓝水资源稀缺区。
我们首先估计了预先存在的缺水条件，以确定在土地收购之前（收购情景之前），竞争性用水（蓝水稀缺）或灌溉投资赤字（经济用水稀缺）是否已经普遍存在，所有这些都是在2000年后完成或投入生产的。我们评估这些条件是否可能引导投资者瞄准特定地区进行收购。第二，我们利用土地交易中当前耕地面积（当前使用情景）的最新遥感估计，以确定在实施每个LSLAs后，蓝水和经济用水短缺是否被放大或减弱。第三，我们估计了与预期种植作物在征用土地上的扩张相关的假设需水量（100%种植情景）。在此过程中，我们解开了与LSLAs相关的耕地扩张和作物类型转变的混淆效应。使用这些估计值来评估蓝水和经济用水短缺，使我们能够检查LSLAs是否加剧了水资源竞争，或缓解了农业水资源短缺。最后，我们选择埃塞俄比亚的两个具体交易作为代表性案例，详细调查了与LSLAs相关的水文动态，并展示了当地如何导致缺水以及下游地区如何发挥溢出效应。
图1绿色（GWS）、蓝色（BWS）和经济（EWS）缺水的不同条件下的用水和竞争
注：灰色框：没有GWS。充足的绿水可用于雨养农业。黄色框：带EWS和GWS，无BWS。需要灌溉，有足够的蓝水可用于可持续灌溉，但缺少灌溉基础设施；通过实施灌溉系统、渠道、水井和其他灌溉基础设施，可以满足作物用水需求。浅蓝色和深蓝色框：带BWS和GWS；需要灌溉，但没有足够的蓝水来满足灌溉需求。这些条件要么由于水的有限可用性（浅蓝色框）导致对水的竞争，要么以牺牲环境流量来满足作物用水需求（“不可持续灌溉”，深蓝色框）。橙色框：全球变暖，没有BWS和EWS（可持续灌溉）；在这些条件下，灌溉可以提高作物产量，并且蓝水和基础设施都可用于实施可持续灌溉。
（2）预先存在的水可用条件和土地目标
我们首先使用作物覆盖率的遥感估计、农业普查中的作物类型信息和历史气候数据，使用已建立的作物水分模型估计LSLAs之前（采集场景之前）的作物需水量。绿色、蓝色和经济缺水的条件是通过比较每个位置的作物用水需求与当地可再生水的可用性（考虑环境流量）和灌溉设备的存在来评估的。
在本研究中包括在土地征用日期之前的400多万公顷签约面积，（其中3.1%灌溉）（图2，征用前情景）。结果表明，收购前16%的耕地不需要灌溉（现有作物）（即，无绿色缺水），而14%的土地进行了灌溉，并拥有足够的蓝色水资源，以满足作物蓝水需求（即，土地受到绿色缺水影响，但无蓝色缺水）。在剩余的70%地区，即使原有的作物需要灌溉，蓝色缺水的条件也不允许所有农民进行灌溉。这些条件可能潜在地导致出现对水的竞争（图1）。
图2 大规模土地交易前（收购前，即收购前种植的区域和作物）、当前情景（当前使用，即当前种植面积和预期作物）和潜在种植扩张（100%种植，即整个收购区域种植预期作物）下的绿色、蓝色和经济缺水。如果仅降雨量不足以满足90%的作物用水需求，则该地区被归类为“绿色缺水”地区。研究发现，35个土地交易地点：(≈134000公顷）不受绿色缺水的影响，因此适合于雨养生产。另外83个地点（包括：≈ 578000公顷）既缺乏绿色水源，又缺乏蓝色水源（即无法持续满足现有作物的用水需求）。在这83个地点中，有30个地点进行了灌溉（可能是不可持续的）(≈12000公顷）。在其余77个地点(≈114000公顷）的绿色水资源稀缺，但蓝色水资源足以满足现有作物的灌溉需求；然而，这些地点中只有29个在某种程度上配备了灌溉系统(≈30000公顷），留下48个地点(≈100000公顷）在农业经济缺水的条件下（即，尽管有蓝水可用，但没有实施灌溉）。因此，这些地区的作物生产将受益于灌溉基础设施投资的增加，不会与该地区的其他农民争夺水资源。
为了评估LSLAs是否优先选择具有宝贵水资源的目标位置，我们定义了一个目标比率，该比率将交易地点的地下水位深度、河流距离和绿色缺水与交易国家内的平均耕地特征进行比较。我们发现，LSLAs的目标农田位于比平均地下水位深度浅且与河流的距离比平均距离短的区域（即，目标比率小于1，图3）。然而，交易也优先针对绿色水资源短缺低于平均水平的地区，这意味着它们发生在比目标国家内的典型农田更适合雨水生产的土地上（图3）。综上所述，这些结果表明，水文条件，特别是靠近灌溉淡水资源和雨水生产的土壤水，可能会影响LSLAs投资者的目标区域。值得注意的是，在超过一半的交易中（160个交易中的85个），最近的河流直接流经收购土地。
图3 LSLAs的农业用地优先目标
注：目标比率将交易地点的地下水位深度、与河流的距离以及绿色水资源稀缺性与每个目标国家的耕地面积进行比较。低于1的比率表示交易具有低于特定特征的平均值（例如，比平均地下水位深度浅）。点表示平均靶向率，条形表示95%置信区间。
（3）水资源的现有稀缺性和竞争
确定当前条件下的作物需水量，在我们将当前作物覆盖率的遥感估计与投资者预期的作物类型相结合。通过对高分辨率图像的视觉分析，约20%的收获面积（0.2百万公顷）被确定为正在进行商业化耕作。对于相应的土地交易，我们假设预期作物类型平均分布在当前种植区域，并进行灌溉以满足作物用水需求。剩余80%的耕地似乎仍由小农使用或未受保护，我们假设每项交易的作物类型和灌溉方法与之前（收购前）情景相同。我们发现，在2000年至2015年期间，耕地面积扩大到征用土地的26%（当前使用情景）。耕地面积的扩大和向“预期作物”的转变改变了受绿色、蓝色和农业经济缺水影响地区的分布。特别是，我们发现，受蓝色缺水影响的灌溉面积增加了15倍（53个地点的0.18百万公顷，图2，当前使用情景），每年总共消耗0.5 km3的灌溉水。如果所有当前耕地都得到灌溉（不只是通过视觉分析确定的商业农场），受蓝色缺水影响的面积将在45%的采样地点增加到0.8ha（n=88，图2，当前使用情景）。
从水文的角度来看，我们的结果显示了LSLAs对水资源的不同影响。虽然在某些地区，与当地可持续农业区相关的资本投资和灌溉基础设施开发导致农业经济用水短缺普遍减少（图1从黄色变为橙色），但在23个案例中(≈168000公顷）的土地征用加剧了蓝色缺水的状况（图1，蓝色方框）。具体而言，在64种情况下，LSLAs的存在可能导致作物产量增加（由于灌溉扩张），而不会影响邻近或下游用户的当地水资源可用性（图2，当前使用情景，黄色和橙色）。相反，在88个蓝水资源稀缺的地区，土地投资者引入的灌溉可能导致（当前）水资源竞争和相关蓝水资源分配（图2，当前使用场景，蓝色和浅蓝色）。我们的视觉分析证实了其中53个位置存在枢轴灌溉（图2，当前使用场景，蓝色）。
（4）水资源短缺和竞争可能加剧
最后，我们考虑了农业综合企业投资者将预期作物的种植扩展到整个收购区域的情景（100%种植情景），以最大化产量，在需要时使用灌溉。在这种情况下，我们假设整个征用土地的灌溉用水需求完全得到满足，农业经济用水短缺的条件不存在。我们估计每年8.1 km3y−1对于灌溉来说是必要的，以缩小作物产量差距，相对于当前条件增加180倍。确认之前的研究，我们发现灌溉用水在非洲需求特别高（5.6 km3y−1）。与“交易前”和“当前”情景相比，100%种植情景显示蓝色缺水大幅增加（2.7百万公顷，跨越105个地点67%的收购面积，图2，100%栽培情景，蓝色）。在这些地点，占抽样土地交易的54%，与预期农业企业扩张相关的灌溉水需求无法持续满足，这需要与当地用户竞争蓝水，以及该地区的环境流量要求。相比之下，只有47个地点有足够的蓝水可用于可持续地支持预期的农业企业扩张，这仅占所考虑样本中土地面积的5%（图2，100%种植情景，橙色）。与LSLAs相关的潜在蓝水资源分配，此处估计为8.1 km3y−1的数量远远小于支持全球农业所需的数量。然而，这些水资源拨款可能对农村社区和环境产生强烈的地方影响。
与收购前条件相比，绿色和蓝色缺水的预期增加（图2中的100%种植与收购前情景相比），既来自收获面积的扩大，也来自预期作物的转移。为了评估蓝色缺水的预期增加在多大程度上是由作物类型的变化引起的，我们考虑了另一种情况，即整个收购土地都种植了收购前种植的作物（即，100%的耕地种植了收购之前种植的作物）。我们发现，满足收购前作物用水需求所需的蓝水为5.6 km3y−1,这比在100%栽培情景中大约少30%。这一结果表明，LSLAs不仅通过扩大耕地，而且通过转向更需要水的作物，导致蓝色缺水。具体而言，需水量相对较高的经济作物，如油棕榈和甘蔗，占额外蓝水需求总量的40%，其次是玉米（12%）、大豆（9%）和小麦（9%）。
研究结论
在一个水资源有限的世界中，协调不断增加的用水需求是可持续发展的一项根本挑战。农业生产是用水最密集的部门，约占全球用水的90%。为了应对日益恶化的水文气候危机和日益严重的缺水，农业企业投资者对控制农业用水资源越来越感兴趣，特别是通过大规模土地收购。应认真评估新的灌溉基础设施的引进情况，特别是在全球南方。强有力的水资源核算、水资源开采上限、测量、社会水文权衡评估、“赢家”和“输家”评估以及不确定性评估都是在农业发展背景下综合治理稀缺水资源的重要措施。
文献来源：
https://www.nature.com/articles/s41467-022-28077-2
稿件自荐：公众号文章稿件宣传自荐欢迎联系zwgeography@163.com
以上中文翻译为译者个人对于文章的概略理解，论文传递的准确信息请参照英文原文。
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