東北地理所在氣候變化下東北地區(qū)農(nóng)業(yè)綠水安全風(fēng)險評估方面取得重要進(jìn)展
農(nóng)業(yè)用水占人類用水足跡的90%，是世界上最大的淡水用戶。全球糧食需求增長導(dǎo)致的農(nóng)業(yè)用水增加是造成水資源短缺的主要因素。氣候變化對水文要素產(chǎn)生的不利影響正在給全球水資源短缺帶來前所未有的壓力和挑戰(zhàn)。目前農(nóng)業(yè)綠水安全風(fēng)險的精細(xì)化評估研究較少,尤其對未來氣候變化情景下農(nóng)業(yè)綠水安全風(fēng)險的時空演變趨勢預(yù)估更為有限，難以為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的水資源安全保障提供科學(xué)支撐。東北地區(qū)是國家重要糧食生產(chǎn)基地，以依賴綠水的雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)為主。然而，在全球氣候變化背景下，區(qū)域氣溫升高、降水模式改變和干旱頻率增加對農(nóng)業(yè)綠水安全帶來威脅和挑戰(zhàn)。因此，開展東北地區(qū)氣候變化下農(nóng)業(yè)綠水安全風(fēng)險評估及應(yīng)對策略研究，對國家乃至全球灌溉農(nóng)業(yè)發(fā)展規(guī)劃及其水資源安全保障具有重要現(xiàn)實意義。
中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所水文與水資源學(xué)科組研究人員利用柵格尺度作物空間分布數(shù)據(jù)、偏差矯正后的ERA5數(shù)據(jù)和CMIP6多模式數(shù)據(jù)，采用綠水虧缺指數(shù)（Green Water Scarcity，GWS）精細(xì)化評估東北地區(qū)基準(zhǔn)期（2001~2020年）及未來2031~2090年氣候變化情景（SSP245：中等強(qiáng)迫情景；SSP585：高強(qiáng)迫情景）下綠水安全風(fēng)險時空特征及發(fā)展趨勢。
研究發(fā)現(xiàn)，基準(zhǔn)期東北地區(qū)旱作物綠水安全風(fēng)險區(qū)較低，無風(fēng)險區(qū)面積占比達(dá)72.4%，主要分布在400mm等降水量線（5~9月總降水量）以東的地區(qū)；低風(fēng)險區(qū)主要分布在中部，中、高風(fēng)險區(qū)主要分布在西部。未來氣候變化下，東北地區(qū)綠水安全風(fēng)險將大幅度增加，且高風(fēng)險區(qū)整體上由西部向中部和東部地區(qū)擴(kuò)張。在SSP245和SSP585情景下，低風(fēng)險區(qū)、中風(fēng)險區(qū)和高風(fēng)險區(qū)面積占比將分別增至21.6%和23.8%、16.0%和17.9%、6.9%和6.8%，而無風(fēng)險區(qū)面積占比將分別減少至55.5%和51.4%。
圖1. 未來氣候情景下東北地區(qū)旱作物綠水安全風(fēng)險等級空間分布
以GWS大于0.1區(qū)域劃定為具有灌溉需求的區(qū)域，發(fā)現(xiàn)基準(zhǔn)期東北地區(qū)仍有10%地區(qū)的旱作物沒有得到灌溉。SSP245和SSP585情景下，具有灌溉需求的區(qū)域由基準(zhǔn)期的27.6%增至44.5%和48.6%，灌溉需水量相應(yīng)將增加46.4億m3和59.2億m3。因此，未來氣候變化下東北地區(qū)旱作物灌溉需水量將大幅度增加，這將進(jìn)一步加劇農(nóng)業(yè)水資源供需矛盾。為此，提出了旱作物基于蒸散（ET）的水資源管理和虧缺灌溉等綠水安全風(fēng)險應(yīng)對策略。研究結(jié)果可為東北地區(qū)灌溉農(nóng)業(yè)發(fā)展及國家水網(wǎng)建設(shè)的規(guī)劃提供科學(xué)支撐，保障農(nóng)業(yè)用水安全，確保東北“黑土糧倉”的國家糧食安全戰(zhàn)略地位。
圖2. 東北地區(qū)旱作物灌溉需水量空間分布及相對變化圖
圖3. 氣候變化下東北地區(qū)農(nóng)業(yè)綠水安全風(fēng)險演變趨勢圖
該研究發(fā)表在《中國科學(xué)：地球科學(xué)（中英文版）》上，中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所孫敬軒博士為論文第一作者，章光新研究員為通訊作者。該研究得到中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項（A類）（編號：XDA28020501）和中國工程院戰(zhàn)略研究與咨詢項目（編號：JL2023-17）共同資助。
論文信息如下：
孫敬軒,章光新,吳燕鋒,陳立文,齊鵬,胡博亭,胥毅軍. 2024. 氣候變化下東北地區(qū)農(nóng)業(yè)綠水安全風(fēng)險評估. 中國科學(xué):地球科學(xué),54,doi: 10.1360/SSTe-2023-0240.
Sun J X,Zhang G X,Wu Y F,Chen L W,Qi P,Hu B T,Xu Y J. 2024. Risk assessment of agricultural green water security in Northeast China under climate change. Science China Earth Sciences,https://doi.org/? 10.1007/s11430-023-1278-2.
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