東北地理所在三江平原水稻水分供需匹配及地下水可持續(xù)利用方面取得新進(jìn)展
????三江平原是我國重要的水稻生產(chǎn)基地，對保障國家糧食安全具有重大的戰(zhàn)略意義。20世紀(jì)90年代以來，三江平原經(jīng)歷了大規(guī)模的水田擴(kuò)張，水田面積由610萬畝增長到4200萬畝，增長了近7倍。水田擴(kuò)張對水資源需求量日益增加，過度開采地下水灌溉致使地下水位持續(xù)下降嚴(yán)重制約著水田發(fā)展和地下水利用。因此，掌握三江平原水稻生育期水分供需匹配程度及地下水利用狀態(tài)，對區(qū)域水資源優(yōu)化管理及農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展有重要的指導(dǎo)意義。
????為此，東北地理所水文與水資源學(xué)科組研究人員核算了1990-2020年三江平原水稻不同生育期的有效降雨量、作物需水量和灌溉需水量，系統(tǒng)分析了水稻不同生育期和全生育期的水分供需匹配度時空變化及其驅(qū)動機(jī)制；基于GRACE重力衛(wèi)星數(shù)據(jù)和GLDAS陸面模型數(shù)據(jù)，核算了2002-2022年三江平原地下水儲量變化，評估了地下水可持續(xù)性變化及其成因。
????研究發(fā)現(xiàn)，1990-2020年間，三江平原水稻生育期水分供需匹配度在各生育期均有所增加，生育中期水分供需匹配度優(yōu)于生育前期和生育后期，且生育后期匹配度時空變異性強(qiáng)于生育前期和中期（圖1）。在空間上，撓力河流域和興凱湖流域水分供需匹配度較低，松花江干流地區(qū)匹配度最高。隨著水稻大規(guī)模擴(kuò)張，區(qū)域總灌溉需水量顯著增大，水稻生育期水分供需匹配程度持續(xù)下降。
????2002-2022年，三江平原地下水儲量整體呈減少態(tài)勢，平原區(qū)地下水儲量減少幅度大于非平原區(qū)。地下水可持續(xù)性在2009年后逐漸降低，在2013年以后處于極低水平（圖2）。地下水可持續(xù)性空間分異與大規(guī)模“旱改水”空間分布基本一致，在建三江地區(qū)地下水可持續(xù)性最低。盡管近年來降水增加一定程度上緩解了區(qū)域水資源供需矛盾，但大面積“旱改水”和水田過度依賴地下水灌溉，地下水可持續(xù)性仍持續(xù)下降（圖3）。最后，提出了面向糧食安全生產(chǎn)的地下水可持續(xù)利用策略，為三江平原水土資源優(yōu)化配置與調(diào)控提供科學(xué)依據(jù)。
圖1.1990年、2000年、2010年和2020年三江平原水稻不同生育期水分供需匹配度變化
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圖2. 基于GRACE的三江平原地下水可持續(xù)性演變
圖3. 政策驅(qū)動下三江平原水田面積和地下水可持續(xù)性變化
研究成果近期先后發(fā)表在農(nóng)業(yè)水資源領(lǐng)域1區(qū)Top期刊Agricultural Water Management，中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所碩士研究生章清松和孫嘉豪為共同第一作者，吳燕鋒項目副研究員為通訊作者，研究得到了中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項（0105和XDA28020501）等項目聯(lián)合資助。
論文信息：
[1] Qingsong Zhang ，Jiahao Sun ，Guangxin Zhang ，Xuemei Liu ，Yanfeng Wu* ，Jingxuan Sun ，Boting Hu. Spatiotemporal dynamics of water supply–demand patterns under large-scale paddy expansion: Implications for regional sustainable water resource management. Agricultural Water Management ，2023 ，285 ，108388.
[2] Qingsong Zhang ，Jiahao Sun ，Changlei Dai ，Guangxin Zhang ，Yanfeng Wu*. Sustainable evolution of groundwater resources under the large-scale conversion of dry land into rice fields. Agricultural Water Management ，2024 ，298 ，108851.
論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.agwat.2023.108388
https://doi.org/10.1016/j.agwat.2024.108851
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