来源:南水北调与水利科技

原标题:专家联访 | 不浪费粮食就是节约用水 —— 解读节粮的资源环境意义








编者按



粮食安全是世界和平与发展的重要保障,是构建人类命运共同体的重要基础,关系人类永续发展和前途命运。尽管我国粮食生产连年丰收,粮食安全这根弦一刻也不能放松,习近平总书记近日再次对厉行节约、反对浪费作出重要指示,关切“小米粒”中的“大民生”。


随着人均耕地面积的减少,粮食问题必须依靠提高农业灌溉用水效率增加单位面积粮食产量来解决。面对日益增长的粮食需求,减少粮食浪费是减少水资源浪费和土地使用压力的最明智、最直接的办法。


由于新冠肺炎疫情在全球蔓延,世界粮食问题再次进入公众视野,水资源、粮食、能源(以下简称“水-粮-能”),是联合国2030可持续发展议程的核心内容。随着经济社会的不断发展,人类对“水-粮-能”的需求不断增加,节水与节粮有何关系?“水-粮-能”如何均衡?我国“水-粮-能”还面临着哪些挑战?如何协同发展?


为此,本期我们推出《不浪费粮食就是节约用水——解读节粮的资源环境意义》特别策划,邀请专家联合访谈,解析概念,谈未来出路。




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节粮即节水

如何理解“节粮即节水”?







王红瑞:

水与粮食都是维持人类赖以生存的基础性资源,在农业生产中,水资源是必不可少的资源与环境要素,习近平总书记曾指出“人的命脉在田,田的命脉在水……”在我国水资源总量利用中,农业用水一直占据绝对主导地位。2019年,我国农业用水量为3682.3亿立方米,占用水总量的61.2%,主要消耗于农田灌溉用水上。从虚拟水的角度来看,粮食作物的生长、采摘、包装、运输和交易的全周期水资源消耗量巨大,我国粮食在储藏、运输、加工等产后环节损失量每年在350亿公斤以上,也就相当于损失了大量的水资源。近日,习近平总书记作出“坚决制止餐饮浪费行为”的指示,对粮食安全始终要有危机意识。我认为,在当前全球面临着水资源短缺以及50年来最严重的粮食危机下,节约粮食也是坚持“节水优先”的重要路径,坚持节水节粮对保障我国水安全和粮食安全具有重要意义。





贾绍凤:

节水需要在更高的层面来理解。灌溉用水占全世界总用水量的2/3以上。在一些国家(如孟加拉国、阿富汗、印度、巴基斯坦)和地区(如新疆),灌溉用水占总用水量的90%以上,其中大部分用于生产粮食。对中国而言,大致生产1公斤粮食要使用0.56吨淡水。因此,节约1公斤粮食,就可以节约0.56吨用水量。


据联合国粮农组织的数据显示,2019年中亚和南亚地区的粮食损失率最高达20.7%,澳大利亚和新西兰的粮食损失率最低为7.8%。其中根类、块茎和油料作物的损失率最高为25.3%,而谷物和豆类的损失率最低为8.6%。我国粮食损失率高于15%。如果降低1个百分点的损失率,就可以节约6.6百万吨粮食。假设粮食总需求不变,通过减少粮食生产,对应减少农业灌溉用水37亿吨。因此,节粮即节水,节能即节水。通过节粮、节能来节水,超越了全社会节水的就水论水的层面,在水之外实现节水。





姜文来:

节约粮食,确实等于节约用水。水利是农业命脉,粮食生产离不开水。尽管玉米、水稻、小麦等粮食作物在不同地区消耗水量不同,节约1公斤粮食等于节约多少水存在差异,但我们可以粗略地估算解读这种趋势,尽管不十分准确,但至少能给我们一个量的概念,帮助我们理解问题的实质。我国生产1公斤粮食需要消耗的水,在杜绝浪费1公斤粮食的时候就节约了。如果考虑虚拟水的话,这个数值会更大,节水量也更大。所以,我们要跳出“节约多少粮食”的视角,从其背后隐含的水、土、能源来衡量,更能显现节约粮食的资源环境意义。






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地位不同
在“水-粮-能”的相互关系中,各自地位有何不同?







王红瑞:

水、粮食、能源在其纽带关系中的地位与研究内容的侧重点息息相关,如联合国粮农组织从粮食安全角度对“水-粮-能”关系进行阐述,国际可再生能源机构则以能源为切入点,通过运用可再生能源技术处理水、粮食、能源间的权衡关系。 


与粮食和能源不同,水资源很难被生产创造,无论是地表水还是地下水,都是有限且短缺的,而非常规水的利用也仅仅占据了很低的比例。当前,对于水资源来说,更多是利用水利工程改变水资源的时空赋存情况,由此提高水资源的利用效率;对于粮食来说,在水、土资源的基础上,可以被大规模的生产;传统的化石能源如煤、石油、天然气等虽然是不可再生能源,但近年来我国新型清洁能源,如太阳能、风能、核能、地热能等能源产业不断扩大,为缓解能源资源约束做出了突出贡献。


除了水资源短缺外,洪涝灾害、水污染问题严重、水生态环境恶化等问题也严重制约着粮食和能源安全。同时,全球85%的水被用于能源与粮食生产过程,而且生产过程不当,如能源工业企业废水的不达标排放,以及农药化肥的过量使用导致的农业面源污染问题,会破坏水生态环境系统,水环境的恶化反过来又会制约粮食与能源的生产。综上,水资源占据着“水-粮-能”纽带关系的核心地位。





贾绍凤:

水和能源具有更多的自然资源属性,而粮食则更多具有社会产品的属性,主要是社会生产的产物。一个国家或地区的当地水资源、能源供应潜力受自然条件的严格约束,人类难以在短期进行改变。粮食生产和消费具有较大的灵活性,除了极度干旱缺水和严寒的地区,一般地区都可以人为选择适宜的农林牧渔产业结构、种养品种结构和饮食结构,而且与当地居民的历史文化和饮食传统有密切的关系。


虽然水、粮食、能源都是生产资料和消费资料,但水和能源具有更多生产资料的性质。总体而言,生产用水用能比生活用水用能要多得多。2019年我国生活用水占全部社会总用水量的比例只有14.5%,2018年我国工业用能占总用能的65%,居民生活用能的比例也只在13%左右;而粮食更多具有消费资料的性质,在改革开放前,口粮消费曾占粮食总消费的2/3以上,后来饲料用粮、加工用粮增多,但口粮仍占总粮消费的1/3左右。





姜文来:

尽管三者之间关系很密切,但深入分析,不同层面各要素地位还是存在一定的差异。从国家宏观层面,水、粮食、能源都不可缺少,都与民生、经济发展和社会稳定有密切关系,最终对国家安全产生不同程度影响。 


水是生命之源,没有水就没有生命,其重要性不言而喻,它关系到人类生存和发展;粮食是重要的民生,与水一样维护生命的存在和健康;没有能源也可以生存,但生存是低质量甚至是原始的。 


在“水-粮-能”互动中,水牵动粮,也牵动能,反过来粮影响水,也影响能的布局,能的布局需要水的配合,不能对粮产生重大影响,所以水占主动性更大些,粮其次,能排在第三位。但无论地位如何不同,都不影响“水-粮-能”在互动过程中各自的重要作用。






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纽带关系
“水-粮-能”关系是当今热点研究问题,该如何理解它们之间环环相扣的纽带关系?







王红瑞:

水、粮食、能源均是支撑人类生存和社会经济发展不可或缺的基础性资源。水、粮食、能源之间相互交织,错综复杂。在全球尺度上,粮食生产约占全球70%的水提取和90%的水消耗;能源生产和发电约占全球水提取总量的15%;全球能源消耗约30%用于食品生产及其供应链,8%用于取水和运输以及污水处理。 


紧密的相互消耗关系,使得水、粮食、能源三者之间具有传导性,单一资源系统的政策调控不当,甚至会导致其他资源系统崩溃,如印度电力价格补贴政策虽然使得粮食产量迅速增长,但导致了印度北部农村地区地下水超采造成枯竭。水、粮食、能源像三个大小不一但转数有限的联动齿轮,一个齿轮的转动需要其他两个齿轮的配合,相当于三种资源间的相互消耗、依存关系。大齿轮转一圈,小齿轮可能需要转两圈,当小齿轮的转数达到阈值时,虽然大齿轮并未消耗完全,但系统依旧无法正常运行。这就相当于三种资源的原有资源量不同,一旦不以系统的角度考虑,资源的使用不当使得其中一种消耗达到上限,那么“水-粮-能”系统也就面临着瘫痪。





贾绍凤:

“水-粮-能”的相互作用虽然是近些年的热点问题,但不是全新的问题,以前就客观存在并被人类应对。首先,市场经济会自动反映他们之间的相互作用,通过市场来实现“水-粮-能”交互作用下的各自平衡;其次,传统计划经济中的国民经济综合平衡、物质综合平衡也考虑了“水-粮-能”的综合平衡。之所以现在“水-粮-能”纽带作用称为热点,是因为现阶段水、粮食、能源都成为全球性的突出问题,它们之间的交互影响也具有了全所未有的广度和深度,需要更深入地理解他们的交互作用、更直接地研究协同解决“水-粮-能”问题的系统性对策。 


水、粮食、能源都是战略资源,面对长期供求平衡的挑战,供求关系有复杂的交互影响。供水中的提水和加工环节要耗能,供水从河道引走流量会影响水力发电,节水往往也要耗能,如火力发电厂从直流冷却改成循环冷却甚至改成空气冷却,在得到节水效果的同时却要消耗更多的能源;能源的开采、加工需要用水或者对水资源产生不利影响,如火电是最大的工业用水用户,煤、石油、天然气的开采,都可能影响地下水的储存条件、流动路径和质量;如果利用生物质作为能源,作为能源来源的生物质会与作为食物来源的生物质之间在土地利用、产品配置等方面产生竞争;粮食的生产、加工、运输又都需要消耗水和能源,粮食生产是最主要的水消耗部门。 


因此,在水、粮食、能源都存在紧约束的情况下,不能就水论水、就能论能、就粮论粮,而必须考虑它们的交互影响、综合权衡。





姜文来:

理解“水-粮-能”关系,首先要明确三者要素的内涵,内涵不同,相互关系融合度就存在差异。我认为,这里的水主要是指水资源,能源主要是与水密切相关的能源,如水能、煤电等,像风能就不包括在内,粮食主要指谷物、豆类和薯类。 


水利是农业命脉,粮食生产离不开水资源,我国灌溉耕地生产了75%以上的粮食,煤电能源的生产需要大量水资源,煤在生产过程中对地下水产生影响,也影响着粮食生产。所以,“水-粮-能”关系环环相扣,相互影响、相互融合,既相互竞争又相互共存,用“水乳相融”来描述毫不过分。国家必须对这个复杂的系统进行统筹考虑,拿出协同策略,才能使得水资源安全、粮食安全、能源安全,进而有利于国家安全,为我国国民经济和社会可持续发展奠定基础,促进我国绿色发展。






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面临挑战

我国当前面临着哪些“水-粮-能”挑战?







王红瑞:

首先,水、粮食、能源资源供需不平衡。当前我国面临着水资源短缺、水污染严重,能源资源开发难度大、人均占有量低以及种植结构不平衡、粮食对国际市场的依赖程度不断加深等问题。而且,我国是全球第一大水资源、能源以及粮食消费国,正处于工业化中期与城镇化快速发展阶段,未来资源需求仍将保持强劲增长态势,资源供给压力将更为突出。


其次,我国地区间差异较大,社会经济发展格局与资源要素错位严重,很多地区经济发展、资源能源与生态环境不匹配。就我国“水-粮-能”格局来说,水资源时空分布不均、南多北少,能源储量西多东少、北丰南贫,粮食生产趋于北重南轻,严重制约着经济社会的发展。


再次,我国正处于城市化进程的快速发展阶段,改革开放以来城镇常住人口增长了4倍左右。快速城市化除了对于水、粮食、能源的需求巨大外,城市作为消费活动的主阵地,资源的生产一般都发生在城市以外的区域。因此,城市活动产生的影响超出了其地理边界,系统的开放性使得“水-粮-能”的关系变得更加复杂。


最后,经济持续发展、人口增加、气候变化等因素加剧了“水-粮-能”面临的挑战。我国水资源、能源与粮食目前分属不同部门管理,三者在政策实施、管理机制方面也存在一定的冲突与不和谐问题。





贾绍凤:

我国在“十五”规划时就把水与粮食、石油作为社会经济发展的三大战略资源。这既说明了这三大资源的重要性,也说明了这三大资源面对的严峻挑战。


从水资源、粮食、能源的单方面来说,我国北方普遍水资源开发过度,河湖天然生态流量被挤占,平原区地下水超采,地表水、地下水污染十分普遍,需要全社会全力节水治污,来减少用水量、压采地下水、改善水环境、恢复河湖生态到合理水平;我国能源结构煤多油少气更少,一方面用煤多对大气污染防治、减少碳排放带来很大压力,另一方面油气的进口依赖率很高,需要下更多力气来开发推广煤清洁化利用技术,并制定应对油气进口受阻风险的对策和预案;我国粮食产量已经长期稳定在人均400公斤以上的安全水平,但大豆及豆制品80%以上依赖进口,肉类也有进口依赖率迅速上升的趋势,近些年国际贸易形势的不确定性增加,对我国粮食安全带来了新的挑战。


从“水-粮-能”的纽带作用而言,也面临诸多挑战和机遇。


首先,扩大粮食生产规模往往消耗更多的水资源和能源,而节约粮食可以大大减少水和能源的消耗。


其次,传统的煤和石油开采往往对地下水造成不利影响,而能源开发向太阳能、风能等新型绿色能源的转移,会减轻对水的需求和影响,从而,节能也会带来节水的同步效果。





姜文来:

目前我国“水-粮-能”面临的挑战,主要表现在以下几点。


理论研究与应用脱节。目前理论研究很热,包括国家重大科研计划、国家自然科学基金等都投入资金开展研究,但实际应用上甚少,理论研究与实际应用不协调,存在脱节现象。


三者融合关系认识有待深入。水-粮、水-能、能-粮关系研究相对成熟,三者融合关系框架性研究成果多,真正体现三者定量性关系成果有限,特别是针对具体地区案例更少。


缺乏三者融通的专业研究人才。参与研究的专家大多对水、粮、能、某一方面或两方面有更多积累,研究队伍大多是相关单位“拼盘组合”,缺乏对水粮能均有深刻认识的通用人才。


部门间决策协调机制不完善。“水-粮-能”不仅涉及水利、能源和粮食部门,还涉及发改、自然资源、农业农村、生态环境等多个部门,目前,部门之间决策协调机制尚不完善,需要建立可持续的部门协调决策机制。






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问题应对

我国长江经济带以及西北华北等地区“水-粮-能”的问题是什么?应该如何应对?







王红瑞:

长江经济带水资源丰富,能源和粮食生产消费结构复杂。随着上游水电的开发力度不断加大,对流域生态功能造成了严重影响;中游地区化石能源资源较为匮乏,超过90%的煤炭和几乎全部的石油天然气均靠外部调入;下游地区经济重型化特征仍然显著,能源消费总量很大,地均污染物排放强度是全国平均水平的4倍以上。同时,长江经济带也是全国最大的粮食生产、加工、消费区域,产量占全国粮食产量的36.4%。整体来说,长江经济带水、粮食、能源资源时空格局不匹配且处于高消耗高排放的现状。


西北地区水资源缺乏,降水稀少使得粮食生产高度依赖灌溉,同时降水集中、强度大造成了严重的水土流失问题。长期以来,西北地区农牧业发展耗用了大量水资源,水资源开发利用率高也引发了一系列生态问题。西北地区能源资源丰富,煤炭、石油、天然气储量分别占全国的30%、23%和58%,但由于地理环境和资源生态的原因,其开发相对滞后。总而言之,西北地区作为我国最大的能源工业基地和粮食生产后备基地,其最大的限制因素为水资源极度短缺。


华北地区水资源短缺,人均水资源、水土资源配置比例均大大低于全国平均水平。在长期缺水条件下保证粮食生产供应带来了诸多生态环境负效应,威胁着华北区域灌溉农业的可持续发展。华北地区能源主要集中在山西和内蒙古,高强度的开采导致后备能源资源匮乏,且能源工业粗放式的发展模式严重破坏了生态环境。此外,华北地区人口众多,能源及粮食消费需求巨大,除北京、天津外,华北地区煤炭能源消费结构远超全国平均水平。


整体来说“水-粮-能”的主要问题在于水、能源、粮食资源的供需不平衡以及与生态之间的不平衡、不匹配问题,且开发利用不合理。因此,应以水资源为突破口,落实十六字治水思路,坚持“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”,实施“以水定地、以水定产、以水定发展”,根据不同地区的突出问题,提高水资源利用效率;大力发展绿色农业,节水灌溉,着力调整种植结构,因地制宜、因水制宜;降低经济增长对煤炭产业的依赖,重视生态环境问题,加速传统能源产业的转型升级,推动清洁能源发展。





贾绍凤:

由于粮食和能源已经建立全国统一市场,并且已经具有比较好的粮食、能源的交通运输基础设施。水资源因为赋存在流域系统中,空间上跨流域长距离配置比较困难,所以不同流域区域间的水资源利用条件差别比较大。


西北地区“水-粮-能”纽带作用的主要矛盾是水资源紧缺,对能源生产、尤其是粮食生产构成了紧约束。如果要利用西北地区广袤的土地资源、丰富的煤炭资源来提高我国的粮食安全和能源安全水平,就需要为西北地区配置更多的水资源,如把黄河流域的水资源更多的配置给黄河上游及其邻近地区。黄河上游及其邻近地区后备耕地资源非常丰富,如果增加配置合理规模的水资源开发,就可以保证我国粮食安全所需耕地。同时,利用西北丰富的煤炭资源和强大的煤矿开采能力发展煤制油、煤制气产业,是应对油气进口风险的有效措施,但前提是要为该产业提供水资源保障。


华北地区“水-粮-能”纽带作用的主要矛盾也是缺水。有人提出为了节水,华北地区尤其是海河平原应该减少粮食种植,那就必须有粮食种植的替代地区,以保持国家粮食总产的稳定。同时华北具有沿海利用海水的优势,应大力发展海水冷却和海水淡化。用水占比较高的火电行业应优先选用沿海海水冷却工艺,在内陆坑口电站优选风冷工艺。






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领域节水

在“水-粮-能”系统中,如何考虑促进各领域节水?如何发挥科技层面的功效?







王红瑞:

推进农业节水,要合理调整农业生产布局,优化农作物种植结构,加强节水抗旱农作物品种推广。如东北地区2014年启动大豆目标价格补贴试点,三年间平均每公顷耕地少用水3000立方米;优先推进粮食主产区和严重缺水地区节水灌溉发展,积极推广渠道防渗、管道输水灌溉、喷灌、微灌等灌溉技术,提高农业灌溉用水利用率,建设节水型农业示范区和节水型灌区。


推进工业节水要科学调整工业产业结构布局,实施严格的能源化工产业节水地方标准,严格控制高耗水、高污染的项目建设;高标准建设能源化工行业节水型企业,积极推行水循环梯级利用,促进高耗水企业加强废水处理和达标再利用。


科技层面应该以绿色发展为导向,起到节约资源、提高效率的作用。一方面对“水-粮-能”系统中三者复杂的关系进行定量、模拟与集成研究,理清变化环境中三者之间以及三种资源与经济、社会和生态环境的相互作用关系,为相关政策的制定与实施提供理论依据;另一方面要推进节水、节能、增产等技术的研发与推广,加快关键技术装备研发,如海水淡化技术创新,加强非常规水利用;同时,要促进节水技术转化推广,对于节水灌溉技术通过组织科技工作者开设讲座、下田指导等进行推广。此外,推动技术成果的产业化是实现节水行动可持续化的关键。





贾绍凤:

深入研究和应用“水-粮-能”纽带作用的协同调控理论和技术,必将有助于节水目标的实现。


随着节水工艺、水处理和综合利用技术的发展,一些工厂、工业园区和生活小区已经可以做到废水零排放,用水可以接近100%循环和综合利用。废水零排放,反过来大大推进了节水进步,使新鲜水取用量大大减少。展望未来,如果很多工业园区和生活小区实现废水零排放,必将实现水的一场3R革命(Reduce减量,Reuse再利用,Recycle再循环)。





姜文来:

“节水优先”是我国水资源开发利用优先考虑的问题,在“水-粮-能”系统中,必须将“节水优先”纳入系统中统筹考虑。


一是在理念上要牢牢树立“节水优先”,将其作为基本指导思想,在顶层设计和实施过程中得以具体贯彻,防止理念与实际做法相脱节。二是提高水资源利用效率,无论是在粮食生产还是在能源生产过程中,要突出高效利用水资源,用尽可能少的水资源生产更多的粮食和能源,通过结构性调整、水资源有效配置、水资源重复利用等多种手段提升水资源利用效率。三是提升科技节水力度,如粮食生产过程中,采用高效节水灌溉方式,因地制宜地采用喷灌、滴灌(膜下滴灌、浅埋滴灌)。四是高效利用降水,有条件地区发展高效旱作农业,在粮食生产过程中,提高降水的利用率和利用效率,提升旱作农业水平和效益,能有效地减少水资源利用。






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协同发展

如何看待“水-粮-能”与生态环境的关系?如何基于生态,实现“水-粮-能”的协同发展?







王红瑞:

水资源是人类生存的基础保障,能源是国家安全及地区经济发展的战略支撑,粮食是社会稳定和民族长远发展的物质基础,生态环境则是人类社会发展的承载体,是保障水资源、粮食和能源安全的基础,它们共同支撑着人类的生计。


生态环境作为水、粮食、能源三种基础性资源开发利用的承载体,随着经济社会的发展,“水-粮-能”供需矛盾突出,生态环境的压力倍增。同时,任一种资源不当的开发利用均会对生态环境造成破坏,如水资源的过量开采会造成地面塌陷、海水入侵等一系列生态环境问题,粗放式农业中将农药化肥的大量投入将产生严重的农业面源污染,传统能源企业废水、废气的排放也会对生态环境造成很大的影响。反之,良好的生态环境是实现可持续发展的前提,生态环境的恶化限制着资源的可持续开发利用,进而影响经济社会的发展。因此,生态环境既是“水-粮-能”系统的承载体,它们之间又存在着相互制约。


“水-粮-能”问题在联合国可持续发展目标中也有多体现,其中分别对应“目标6-清洁饮水和卫生设施”、“目标2-消除饥饿”和“目标7-经济实用的清洁能源”,因此要想实现“水-粮-能”的协同发展,首先必须注重保护生态环境,落实生态保护红线、环境质量底线、资源利用上线硬约束。以可持续发展为原则,根据各地的“水-粮-能”与生态环境特点与主要矛盾因地制宜,坚持节水(能)、减排、高效、和谐的绿色发展模式。





贾绍凤:

“水-粮-能”与生态环境密不可分。水资源开发、能源开发、粮食生产,都会对生态环境造成影响。“水-粮-能”的协同发展,必须以生态保护为前提。


“水-粮-能”的协同应该在人类生命共同体的理念下在全球尺度寻找更好的方案。如全球粮食供应是足够的,生产潜能更是有充分保障,但粮食的分配是大问题,总还有一些地区频发饥荒。非洲萨赫勒地区民族国家的边界是由前殖民国家为瓜分势力范围而划定,阻断了传统的游牧路线,大大降低了牧民在大范围内随降水移动而移动的自适应性,造成了干旱饥荒和生态退化的双重灾难。有必要超越民族国家的界限来进行食物的生产和配送。


多国共享的流域更应该合作进行“水-粮-能”协同管理。中亚的咸海流域由上游山区的塔吉克斯坦和吉尔吉斯斯坦,下游的哈萨克斯坦、乌兹别克斯坦和土库曼斯坦共享,水资源主要产自上游山区,油气资源和平原平坦的土地资源主要分布在下游。在前苏联的合作模式是下游国家向上游供应能源来换取上游在灌溉季节供应水资源。苏联解体后,这种合作机制被打破,上游国家被迫在冬季启用水电站来供暖,减少了灌溉季节的可供水量。他们之间明显存在水-能合作、实现共赢的前景。而且因为大规模发展灌溉,锡尔河和阿姆河这两条流入咸海的主要河流来水锐减,咸海有干涸之虞。咸海萎缩产生的盐尘暴对周边地区造成了严重的生态危害。咸海的保护和治理是中亚国家面临的共同挑战,也是“水-粮-能”协同合作的机遇。