China
1) 全球灌溉耕地总体格局
2010—2020年全球最大实际灌溉耕地面积为4.03亿公顷，约占全球耕地总面积的23.4%。各大洲的灌溉耕地面积差异明显，亚洲灌溉耕地面积最大，达到2.74亿公顷，占全球灌溉耕地面积的68.0%；其次是北美洲，灌溉耕地面积约0.46亿公顷，占全球灌溉耕地面积的11.4%；欧洲灌溉耕地面积为0.36亿公顷，占全球灌溉耕地面积的8.9%；非洲、南美洲、大洋洲灌溉耕地面积相对较小。
灌溉耕地主要分布在南亚和东亚（图4-5）。印度（0.95亿公顷）是全球灌溉耕地面积最大的国家，中国（0.85亿公顷）和巴基斯坦（0.18亿公顷）分别位列第2和第4位。此外，美国灌溉耕地面积（0.27亿公顷）位列全球第3，其余国家灌溉耕地面积均低于0.1亿公顷。
图4-5 2010—2020年全球灌溉耕地分布及典型平原和三角洲范围
灌溉耕地集中分布在平原区、河流两侧。平原区地势平坦，靠近河流便于取水，适宜发展灌溉农业，分布在平原区的灌溉耕地面积为2.24亿公顷，约占全球灌溉耕地面积的55.6%。恒河平原、印度河平原和黄淮海平原均有大量灌溉耕地。然而，全球范围内平原区仍有70.8%的耕地为雨养耕地，仅不到三成的耕地为灌溉耕地。
除平原区外，干旱区内的绿洲是另一类灌溉耕地较为集中的区域，这些区域的自然条件恶劣，降水极度匮乏，但光热资源充足，绿洲区的农作物全部需要通过灌溉补充作物需水，否则农作物几乎无法存活。因此，在干旱区海拔相对较低且水资源较容易获取的区域，得益于灌溉设施的发展，形成了规模化绿洲农业区。全球约0.31亿公顷的灌溉耕地属于干旱区内的绿洲农业区，占全球灌溉耕地面积的7.7%。埃及尼罗河沿岸和三角洲地区、美国加利福尼亚谷地、中国新疆等是全球典型的灌溉绿洲农业区。
2) 全球灌溉耕地粮食产量
灌溉能够为作物提供稳定的水分供给，从而实现粮食稳产。CropWatch遥感监测发现，灌溉耕地生产的粮食产量达到14.68亿吨，贡献了全球粮食总产量的41.4%。
受气候特征差异影响，全球各农业生态分区的灌溉水平和灌溉耕地粮食产量占比差异巨大（图4-6）。萨赫勒以北的北非地区、中东、中亚至中国西北地区一带是全球灌溉耕地粮食产量占比较高的集中区。
图4-6 全球各个农业气候分区的灌溉产量占比
按照全球不同区域的气候特征，将农业生态区分为湿润区、半湿润区、半干旱区、干旱区和极端干旱区五个级别，各区灌溉耕地面积占全球的比例分别为34.4%、8.9%、24.2%、24.9%、7.6%。随着干旱程度的加强，灌溉耕地粮食产量占比总体呈现逐渐增加趋势（图4-7）。
图4-7 不同气候分区灌溉面积/产量比例
极端干旱区主要分布在西亚、北非等区域，由于降水极度匮乏，作物在自然条件下难以生存，约91.8%的耕地为灌溉耕地，生产了98.2%的粮食。极端干旱区的灌溉耕地比例较高，但由于该区域的耕地总量较小，粮食产量仅占全球粮食产量的0.73%，2020年为0.26亿吨。
干旱区与半干旱区是人类活动较为密集的区域，主要包括美国中西部、中国北方、中亚大部、南美洲安第斯山脉区域、大洋洲中部、南部非洲以及萨赫勒地区等，粮食总产量为11.82亿吨，约占全球粮食产量的33.3%。干旱区与半干旱区的灌溉耕地占比与生产的粮食产量占比均高于全球平均水平，干旱区灌溉耕地占耕地面积的比例为44.5%，生产了73.3%的粮食；半干旱区灌溉耕地占耕地面积的比例为24.1%，生产了43.7%的粮食。中国黄淮海平原位于半干旱区，巴基斯坦印度河平原位于干旱区，灌溉耕地粮食产量占比分别达90.5%和97.4%。安第斯山脉中部至北部（99.0%），中国甘肃—新疆（99.8%）、喜马拉雅山南麓印度区域（98.3%）是干旱区和半干旱区中灌溉耕地粮食产量占比最高的农业生态区。
半湿润区和湿润区主要包括欧洲大部、北美洲东部、南美洲除安第斯山脉周边区域、非洲热带雨林区域、东南亚、中国南方区域、大洋洲的西海岸等，粮食产量为23.38亿吨，占全球粮食总产量的65.9%。半湿润区和湿润区的灌溉耕地比例明显低于干旱区和半干旱区，半湿润区的灌溉耕地占比为20.7%，生产了32.9%的粮食，湿润区的灌溉耕地占比为21.4%，生产了30.6%的粮食。亚马孙地区、非洲几内亚湾、非洲中部和南部区域、中国海南等农业生态区灌溉耕地比例甚至低于2%。虽然半湿润和湿润区降水相对充沛，但近些年气候变化导致极端高温干旱天气频发，采取适当的灌溉措施，有利于降低粮食产量波动。
3) 各大洲灌溉耕地粮食产量
亚洲灌溉耕地面积占亚洲耕地面积的53.3%，灌溉耕地粮食产量达到9.9亿吨，占亚洲粮食总产量的62.4%（图4-8），占全球灌溉耕地产量的68.0%。20世纪60年代以来，东亚、南亚的灌溉农业迅速发展，灌溉耕地面积大幅增加。中亚图兰平原的灌溉耕地占比也处于较高水平。海河、黄河、淮河三大河流共同造就的大型冲积平原——黄淮海平原是世界上灌溉耕地分布最为集中的地区之一。黄淮海平原完善的灌溉设施使其成为中国重要的粮食生产基地，生产了中国75%的小麦与35%的玉米。印度北部的恒河平原和巴基斯坦的印度河平原均通过灌溉缓解了旱季作物的水分胁迫。
图4-8 世界各大洲灌溉区产量占比与面积占比
北美洲的灌溉耕地面积占总耕地面积的16.9%，灌溉耕地粮食产量为3.2亿吨，占北美洲粮食总产量的44.3%，灌溉耕地面积占比和灌溉耕地粮食产量占比仅次于亚洲。北美的灌溉耕地主要分布在美国的西部和中部高原地区，主要沿着北美洲密西西比河、科罗拉多河、斯内克河分布，相应区域也是灌溉耕地集中区和粮食主产区。
欧洲是世界上发达国家数量最多的大洲，农业科技水平较为先进，但雨养农业占据主导地位，欧洲灌溉耕地面积为0.36亿公顷，占欧洲耕地面积的11.3%，灌溉耕地生产的粮食产量约为0.60亿吨，占欧洲粮食总产量的11.7%。欧洲的灌溉耕地主要分布在意大利的北部、第聂伯河下游地区。第聂伯河地处半干旱区，主要种植小麦、玉米、大豆等作物，灌溉使得小麦在返青季节有充足的水分，夏季作物能够有较为稳定的产量。欧洲大部分为湿润地区，农业自然条件禀赋较好，灌溉的投入能够降低作物产量的波动性，达到稳定粮食产量的作用。
非洲的灌溉耕地面积为0.23亿公顷，占非洲耕地面积的14.1%，灌溉耕地的粮食产量为4 561万吨，占非洲粮食总产量的15.9%。非洲的灌溉耕地主要分布在北非地中海沿岸，该地区为干旱区，自然降水很难满足作物生长的需求，农业生产完全依赖灌溉，如埃及尼罗河沿岸，遍布着灌溉农田，基本形成了“有田皆灌”的情景。而在南部非洲，雨养农业仍占据绝对主导地位。非洲是全球人口增速最快的区域，同时也是粮食安全问题最为突出的大洲，在水资源充沛的区域适当发展灌溉农业，有利于非洲实现零饥饿目标。
南美洲的灌溉耕地面积为0.2亿公顷，占南美洲耕地面积的7.6%，比例低于世界平均水平。灌溉耕地粮食产量为3 208万吨，占南美洲粮食总产量的9.8%。南美洲不同区域之间的灌溉发展状况差异巨大，灌溉耕地主要分布在巴西中部和东部地区、阿根廷北部以及秘鲁和智利西部。
大洋洲的灌溉耕地面积为0.05亿公顷，灌溉耕地粮食产量为582万吨，占大洋洲粮食总产量的12.7%。大洋洲的灌溉耕地主要分布在澳大利亚东南部，沿着墨累—达令河流分布。
4) 各国灌溉耕地粮食产量
全球各国灌溉耕地生产的粮食产量占比差异明显（图4-9）。各国的灌溉耕地粮食产量占比同样随着干旱程度的增强逐渐增加。北非、中东、西亚和中亚地区国家由于气候干燥，灌溉耕地粮食产量占比明显高于全球其他国家，如埃及、也门、沙特阿拉伯、阿曼、以色列等国家农业生产完全依赖灌溉。乌兹别克斯坦灌溉耕地粮食占比达98.5%。地中海北岸的意大利、阿富汗、伊朗、孟加拉国以及南美洲西海岸的智利和秘鲁等国灌溉耕地粮食产量占比也高于63%。
图4-9 世界各国灌溉耕地粮食产量占比
在全球主要粮食生产国中，白俄罗斯、尼日利亚、罗马尼亚、英国、波兰等国家的灌溉耕地粮食产量占比均小于1%（图4-10），雨养农业在上述国家的粮食生产中占据绝对主导地位。
图4-10 全球主要粮食生产国灌溉耕地产量占比排序
全球灌溉耕地粮食产量最高的四个国家是中国、印度、美国和巴基斯坦。中国的灌溉农业发展历史悠久，最早可以追溯到春秋战国时期，都江堰、郑国渠等工程都是中国古人发展灌溉的著名范例，截至2022年世界灌溉工程遗产名录共收录了26项中国灌溉工程遗产。中国是全球灌溉耕地粮食产量最高的国家，灌溉耕地的粮食产量约为5.1亿吨，占粮食总产量的78.5%。中国的灌溉耕地主要分布在黄淮海平原以及长江中下游地区，西北地区干旱区、半干旱区的灌溉农业也较为完善。
美国灌溉耕地粮食产量为2.8亿吨，仅次于中国，灌溉耕地粮食产量占比为49.0%。美国的灌溉耕地主要分布在斯内克河平原、密西西比河下游冲积平原以及地下水资源丰富的哥伦比亚高原。斯内克河流域的华盛顿州灌溉农业非常发达。密西西比河下游是美国灌溉较为集中的区域，灌溉耕地比例达49.9%，区域内灌溉耕地粮食产量占比达77.9%。美国中部的内布拉斯加州、堪萨斯州是著名的小麦产区，主要依赖移动喷灌设施保障冬小麦的春季作物需水。美国加利福尼亚州的中央谷地是典型的绿洲农业区，农业水利设施的兴建使其成为美国重要的粮食和蔬菜生产基地。相对而言，美国东部的玉米带灌溉耕地占比较低，灌溉耕地的粮食产量占比低于20%。
20世纪60年代，印度掀起了第一次“绿色革命”，通过新品种、农药化肥投入以及灌溉系统的改良，实现了粮食产量的大幅提升，小麦和水稻产量增幅最为显著。自2004年起，印度进行了第二次“绿色革命”，进一步完善水利灌溉系统并加强其他相关农业科技应用，不仅明显提高了粮食产量，而且增强了农业生产的可持续性，农田灌溉设施建设和灌溉范围进一步扩大。近些年印度超过中国成为全球灌溉耕地面积最大的国家，灌溉耕地面积占比为50.4%，灌溉耕地粮食产量约为2.5亿吨，灌溉耕地粮食产量占比为66.0%，该国灌溉耕地最为集中的区域是北部的恒河平原，水资源丰富，是印度的小麦主产区。印度南部的丘陵地区也有大量的灌溉耕地分布，灌溉耕地粮食产量占比为50.8%。
巴基斯坦灌溉设施完善，灌溉耕地密度较高，虽然国土面积排名在全球十名之外，但灌溉耕地面积和灌溉耕地粮食产量均排名全球第四，灌溉耕地粮食产量约为0.5亿吨，占粮食总产量的94.0%。
利用过去10年的产量标准差与平均值的比值作为粮食波动率，衡量43个粮食主产国的年际产量波动情况。罗马尼亚、津巴布韦等国家是过去10年粮食波动率较高的国家，达到25%以上。粮食波动率与灌溉耕地占比、灌溉区产量占比之间存在显著的负相关关系（图4-11），国家的灌溉区域粮食产量占比越高，粮食波动率越小，粮食产量越稳定。
图4-11 主产国灌溉耕地面积占比（a）、灌溉耕地粮食产量占比（b）与粮食产量波动率的关系
对于部分农业气候条件优越的国家，即使灌溉耕地占比较低，其农业产量仍能处在平稳水平。比如越南、菲律宾、孟加拉国等国家，适宜作物生长，虽然灌溉区域的产量占比不高，但是整个国家的产量年际波动率仍然能维持在较低的水平（5%左右）。
部分国家得益于灌溉耕地占比较高，实现了年际间的稳产。如埃及、巴基斯坦、乌兹别克斯坦的灌溉区的产量占比较高，其产量的年际波动率小于10%[图4-12（a）]。
由于干旱的影响，部分国家的产量年际波动较大。2012年，北半球发生了大范围的干旱，美国、乌克兰、俄罗斯等国家的粮食产量明显较前一年降低，俄罗斯在2012年的粮食产量较2011年降低了23%，乌克兰降低了16%，主要由于俄罗斯、乌克兰的灌溉耕地比例处于较低水平[图4-12（b）]，但是同样位于北半球的印度和中国并没有受到影响，粮食产量基本平稳。由于罗马尼亚灌溉水平较低，过去10年的产量变幅达25%。
图4-12 世界主要粮食主产国的粮食年际波动较小的国家（a）和较大的国家（b）