需要数据驱动和政策支持的含水层灌溉策略，以最大限度地发挥其效益。
孟加拉的“水机”(water machine)
阿迪蒂·穆克吉
1988至2018三十年间，孟加拉国数以百万计的农民仅在旱季从浅井抽水进行集约灌溉所“捕获”（capture）的水资源量就高达75-90 km3，约为中国三峡大坝（~39 km3）和美国胡佛大坝（~37 km3）等大型大坝库容的两倍之多。在旱季（1月至5月）利用地下水灌溉稻田使孟加拉国在90年代实现了粮食自给自足，这对于世界上人口最稠密的国家之一来说并非易事。研究人员提出，由于旱季密集灌溉导致地下水位降低，为雨季（6月至9月）降水补给含水层创造了有利条件（1）。在本期Science第1315页，沙姆苏杜哈等人（2）对这种含水层消耗–补给过程进行定量分析，并表明这种补给确实在大规模发生，这个过程被称之为“孟加拉水机（the Bengal Water Machine，简称BWM）”——为了向“恒河水机”（the Ganges Water Machine）致敬。
1：大规模利用地下水进行灌溉前：(a) 雨季前，薄薄的非饱和带位于浅层含水层之上，地下水使用量很少，地下水保持在高水位；(b) 雨季期间，非饱和带迅速被填满，地下水位到达地表，导致洪水泛滥。2：大规模开采地下水进行灌溉之后：(a)旱季，用于灌溉的密集抽水会形成较厚的非饱和带，并导致地下水位降低；(b) 雨季，较厚的非饱和带可更好吸收降雨，补给地下含水层，降低洪水风险。
“恒河水机“是在20世纪70年代提出的。两种“水机”都描述了旱季因人类活动影响地下水位降低、在冲积含水层（由松散沉积物组成）创造出更多储水空间、从而在雨季吸纳强降雨的过程。这种机制具有双重好处，既有助于农民种植旱季作物，也有利于提高地下含水层的蓄水能力、调蓄洪水。在孟加拉国，沙姆苏杜哈等观察到与大规模开采地下水进行灌溉之前相比（1976年至1980年），农民利用浅井开采地下水进行集约化灌溉后（2011年至2015年）含水层得到的年补给量增多。但作者也指出，BWM既不是无处不在，也不是无限的，并且可能受到诸多因素影响，包括当地地质条件、土地利用和降雨的逐年变化等。
尽管孟加拉国拥有肥沃土地和有利气候，全年都可以种植，但该国一直存在粮食短缺问题，这归因于该地区复杂的殖民历史，以及人口密度和飓风、洪水影响。在70年代粮食严重短缺之后，孟加拉国走上了农业集约化的道路。地下水灌溉发挥了巨大作用，农民开始种植一种叫Boro的夏季水稻（3，4）。经济上负担得起的浅井钻探、对进口便宜水泵的政策支持、以及克服安装水泵时的官僚主义，都有助于Boro水稻种植面积和产量的持续增长（5，6）。总的来说，水稻产量从1971-1972的990万吨增加到2018-2019的3640万吨。同期，用于Boro种植的农业用地份额也从17.7%增加到53.8%。然而，在取消对水泵安装的控制30多年后，孟加拉国政府于2019年重新引入了水泵许可证制度，目的是限制地下水的开采（7）。如果不根据当地含水层和补给条件调整这些政策，该条例可能会给需要灌溉的农民造成不必要的障碍（8）。
沙姆苏杜哈等人的发现可能有助于为特定区域的地下水利用提供信息与指导。例如，他们的研究结果表明，雅鲁藏布江流域的BWM最有潜力，可以优先考虑开发利用该区地下水；相反，在恒河流域和孟加拉国西北部，地下水开采可以收紧，因为那里的BWM潜力已经达到极限， BWM机制已经发挥了最大作用，如果地下水位持续降低，也无法提供额外的补给空间。此外，需要定期维护水体，包括当地的溪流、池塘和运河，以确保BWM继续正常运行。使用沙姆苏杜哈等人对BWM在空间分布上的明确认识、校准当前地下水使用限制，将确保BWM继续发挥益处。
运行水泵的耗能情况也必须考虑。在目前使用的150万台水泵中，约有130万台是柴油机水泵，其余为电机水泵（利用化石燃料发电）。2017至2018年，孟加拉国石油公司向农业部门出售了110万吨柴油，最终排放了350万吨二氧化碳，占该国整个生产型CO2排放量的4.3%（9）。作为化石燃料净进口国，只有实现BWM能源动力的自给自足，才能保障孟加拉国的能源安全。用太阳能灌溉泵取代依赖化石燃料的水泵就是这样一种解决方案。孟加拉国政府已开始推广太阳能水泵，倡导者也要求加快政策变化和公共融资的步伐（10）。
气候变化对BWM的长期影响目前尚不清楚。未来气候变化在不同条件下对含水层补给的影响还缺乏针对性研究。有一些共识认为，由于降水增加，干燥的热带地区降雨补给也有所加强（11，12）。然而，对于孟加拉国等湿润和半湿润热带地区，仍缺乏对未来气候变化下降雨补给的预测。
诱发补给(induced recharge)——就像在BWM中观察到的降雨补给——也可能在具有类似降雨和地质条件下的其他含水层中发挥作用。印度东部和尼泊尔的恒河盆地也存在类似的高降雨量和冲积含水层，那里高强度的地下水灌溉可以增加含水层“诱发补给”，带来粮食安全、减轻洪水的双重益处。为充分发挥BWM的益处，地下水长期监测以及对农民开采地下水的政策支持显得至关重要。
参考文献：
- [1] R. Revelle, V. Lakshminarayana, Science 188, 611 (1975).
- [2] M. Shamsudduha et al., Science 377, 1315 (2022).
- [3] A. U. Ahmed, R. K. Sampath, Am. J. Agric. Econ. 74, 144 (1992).
- [4] A. R. Bell et al., Land Use Policy 48, 1 (2015).
- [5] M. Hossain, “The impact of shallow tubewells and boro rice on food security of Bangladesh,” discussion paper 00917 (International Food Policy Research Institute, 2009); https://bit.ly/3Q9g9A5.
- [6] R. Salim, A. Hossain, Appl. Econ. 38, 2567 (2006).
- [7] A. Mukherji et al., “Role of groundwater in agrarian change in West Bengal and Bangladesh: A comparative analysis—Final report” (Austrailian Centre for Inrernational Agrarian Research, 2021); https://bit.ly/3wJL4fv.
- [8] M. S. Islam, Austral. J. Asian Law 21, 47 (2021).
- [9] H. Ritchie et al., “CO2 and greenhouse gas emissions” (Our World in Data, 2020); https://bit.ly/3RoUPI5.
- [10] A. Mitra et al., “Solar irrigation in Bangladesh: A situation analysis report” (International Water Management Institute, 2021); https://doi.org/10.5337/2021.216.
- [11] A. Asoka et al., Geophys. Res. Lett. 45, 5536 (2018).
- [12] R. G. Taylor et al., Nat. Clim. Chang. 3, 374 (2012).
原文：Mukherji A. The “water machine” of Bengal [J]. Science, 2022, 377(6612):1258-1259. DOI：10.1126/science.ade0393
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