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農(nóng)業(yè)是全球經(jīng)濟的關(guān)鍵支柱，也是用水的主要領(lǐng)域，灌溉約占全球淡水資源利用的70%-86%。最近的研究表明，中國66%的灌溉用水被定義為不可持續(xù)的，這種現(xiàn)象正在威脅中國的糧食安全和生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)性。我國耕地后備資源總體有限，但鹽堿地數(shù)量眾多，開發(fā)潛力巨大，由于當前發(fā)展模式單一、水資源消耗壓力大，亟待探索多樣化治理模式和有效的水資源管理。在許多地區(qū)，水資源的短缺已成為制約農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要瓶頸。為了滿足日益增長的糧食需求，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)迫切需要有效利用有限的水資源。然而，隨著氣候變化的加劇，水資源匱乏以及鹽堿地開發(fā)灌溉農(nóng)業(yè)帶來了農(nóng)業(yè)水資源可持續(xù)供給的不確定性。

吉林省西部位于世界三大蘇打鹽堿地集中分布區(qū)之一，擁有大量符合開發(fā)條件的鹽堿土地資源。在國家“新一輪千億斤糧食產(chǎn)能提升行動”中，吉林將承擔全國1/5的任務(wù)，計劃增產(chǎn)200億斤。為保障國家糧食安全，吉林省啟動了土地整治工程，逐步將部分鹽堿地改造成水田。然而，由于當前發(fā)展模式單一，鹽堿地的農(nóng)業(yè)開發(fā)利用需要以消耗大量的淡水資源為代價。隨著灌溉水資源短缺的加劇，吉林省西部農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展面臨更大的挑戰(zhàn)。如何通過科學的土地整治和水資源管理，優(yōu)化鹽堿地開發(fā)模式，保障農(nóng)業(yè)水資源可持續(xù)供給，提升水資源利用效率，成為當前亟待解決的關(guān)鍵問題。

中國科學院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所科研人員選取了位于東北蘇打鹽堿集中分布區(qū)的吉林省西部，通過Plus模型設(shè)計了8種不同發(fā)展情景以探索符合吉林省西部未來土地利用規(guī)劃，并結(jié)合水文模型與作物系數(shù)法，在考慮枯水年和平水年的情況下，系統(tǒng)對比分析了2040年鹽堿地開發(fā)情景與其他7種發(fā)展情景下農(nóng)業(yè)水資源供需的變化。研究結(jié)果表明：（1）通過有效的土地整治和改良措施，吉林省西部的鹽堿地問題有望得到顯著改善。特別是在鹽堿地改良情景和綜合發(fā)展情景中，到2040年鹽堿地面積將分別減少1188 km²和1709 km²（圖1、圖2）。（2）在傳統(tǒng)灌溉模式下，未來農(nóng)業(yè)水資源供應(yīng)（31.89×10⁸～36.95×10⁸m³）（圖3、圖4）無法滿足農(nóng)業(yè)水資源需求（44.6×10⁸～87.28×10⁸m³）（圖5、圖6），枯水年份缺水的矛盾尤為突出。（3）農(nóng)業(yè)水資源供需不平衡最嚴重的區(qū)域主要集中在水稻種植區(qū)（圖7）。高耗水作物種植面積的擴大將進一步加劇灌溉用水的壓力。在土地利用和降水變化的共同作用下，水資源供給的復雜性進一步加劇。本研究提出構(gòu)建深度耦合的氣候-土地-水文模型，以應(yīng)對未來氣候變化下農(nóng)業(yè)水資源的挑戰(zhàn)，并通過構(gòu)建“節(jié)水灌溉-種植結(jié)構(gòu)優(yōu)化-供水工程保障”治理模式，實現(xiàn)水資源高效利用和鹽堿地可持續(xù)開發(fā)的協(xié)同目標。研究可為吉林省“大水網(wǎng)工程”建設(shè)提供理論和技術(shù)支撐。

圖1 不同情景下土地利用的空間分布 （a）2020年；（b）2040年自然發(fā)展情景；（c）2040年生態(tài)保護情景；（d）2040年耕地保護情景；（e）2040年經(jīng)濟發(fā)展情景；（f）2040年鹽堿地改良情景；（g）2040年生態(tài)經(jīng)濟平衡情景；（h）2040年生態(tài)耕地保護情景；（i）2040年綜合發(fā)展情景（PF、DL、FL、GL、WL、CL、UL、SL分別表示為水田、旱地、林地、草地、濕地、建設(shè)用地、未利用地和鹽堿地，下同）

圖2 2020-2040年不同情景下的土地利用轉(zhuǎn)移矩陣 （a）2020年與2040年自然發(fā)展情景和經(jīng)濟發(fā)展情景土地轉(zhuǎn)移情況；（b）2020年與2040年耕地保護情景和生態(tài)保護情景土地轉(zhuǎn)移情況；（c）2020年與2040年生態(tài)耕地保護情景和生態(tài)經(jīng)濟平衡情景土地轉(zhuǎn)移情況；（d）2020年與2040年鹽堿地改良情景和綜合發(fā)展情景土地轉(zhuǎn)移情況

圖3 平水年吉林省西部不同發(fā)展情景下農(nóng)業(yè)水資源供應(yīng)的空間分布 （a）2040年自然發(fā)展情景；（b）2040年生態(tài)保護情景；（c）2040年耕地保護情景；（d）2040年經(jīng)濟發(fā)展情景；（e）2040年鹽堿地改良情景；（f）2040年生態(tài)經(jīng)濟平衡情景；（g）2040年生態(tài)耕地保護情景；（h）2040年綜合發(fā)展情景，下同

圖4 枯水年吉林省西部不同發(fā)展情景下農(nóng)業(yè)水資源供應(yīng)的空間分布

圖5 平水年吉林省西部不同發(fā)展情景下農(nóng)業(yè)水資源需求的空間分布

圖6 枯水年吉林省西部不同發(fā)展情景下農(nóng)業(yè)水資源需求的空間分布

圖7 未來不同發(fā)展情景下吉林省西部主要作物的種植分布

該研究發(fā)表在中國科學院1區(qū)期刊《Agricultural Water Management》上，由中國科學院東北地理所齊鵬副研究員（第1作者）、李博特別研究助理、張德權(quán)（項目聘用）、聯(lián)合培養(yǎng)碩士徐海鵬（通訊作者）和章光新研究員共同完成。研究得到國家重點研發(fā)計劃項目（2024YD1501700）、吉林省優(yōu)秀青年科技人才項目（應(yīng)用技術(shù)類）（20230508099RC）和國家自然科學基金項目（42371037）共同資助。

論文信息及鏈接如下：

Peng Qi,Bo Li,Dequan Zhang,Haipeng Xu*,Guangxin Zhang. Supply and demand of agricultural water resources under future saline-alkali land improvement. Agricultural Water Management,2025,314: 109503.DOI:https://doi.org/10.1016/j.agwat.2025.109503