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(guó)重要的水稻生產(chǎn)基地，對(duì)保障國(guó)家糧食安全具有重大的戰(zhàn)略意義。20世紀(jì)90年代以來(lái)，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(wàn)畝增長(zhǎng)到4200萬(wàn)畝，增長(zhǎng)了近7倍。水田擴(kuò)張對(duì)水資源需求量日益增加，過(guò)度開(kāi)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(duì)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(shí)空變化及其驅(qū)動(dòng)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(chǔ)量變化，評(píng)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(shí)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(chǔ)量整體呈減少態(tài)勢(shì)，平原區(qū)地下水儲(chǔ)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(lái)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(guò)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(dòng)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(guó)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(xiàng)目副研究員為通訊作者，研究得到了中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)（0105和XDA28020501）等項(xiàng)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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