東北地理所在未來鹽堿地開發情景下農業水資源供需分析方面取得重要進展
農業是全球經濟的關鍵支柱，也是用水的主要領域，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的，這種現象正在威脅中國的糧食安全和生態系統可持續性。我國耕地后備資源總體有限，但鹽堿地數量眾多，開發潛力巨大，由于當前發展模式單一、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，水資源的短缺已成為制約農業發展的主要瓶頸。為了滿足日益增長的糧食需求，農業生產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灌溉農業帶來了農業水資源可持續供給的不確定性。
吉林省西部位于世界三大蘇打鹽堿地集中分布區之一，擁有大量符合開發條件的鹽堿土地資源。在國家“新一輪千億斤糧食產能提升行動”中，吉林將承擔全國1/5的任務，計劃增產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，由于當前發展模式單一，鹽堿地的農業開發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，吉林省西部農業的可持續發展面臨更大的挑戰。如何通過科學的土地整治和水資源管理，優化鹽堿地開發模式，保障農業水資源可持續供給，提升水資源利用效率，成為當前亟待解決的關鍵問題。
中國科學院東北地理與農業生態研究所科研人員選取了位于東北蘇打鹽堿集中分布區的吉林省西部，通過Plus模型設計了8種不同發展情景以探索符合吉林省西部未來土地利用規劃，并結合水文模型與作物系數法，在考慮枯水年和平水年的情況下，系統對比分析了2040年鹽堿地開發情景與其他7種發展情景下農業水資源供需的變化。研究結果表明：（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）在傳統灌溉模式下，未來農業水資源供應（31.89×108～36.95×108m3）（圖3、圖4）無法滿足農業水資源需求（44.6×108～87.28×108m3）（圖5、圖6），枯水年份缺水的矛盾尤為突出。（3）農業水資源供需不平衡最嚴重的區域主要集中在水稻種植區（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。本研究提出構建深度耦合的氣候-土地-水文模型，以應對未來氣候變化下農業水資源的挑戰，并通過構建“節水灌溉-種植結構優化-供水工程保障”治理模式，實現水資源高效利用和鹽堿地可持續開發的協同目標。研究可為吉林省“大水網工程”建設提供理論和技術支撐。
圖1 不同情景下土地利用的空間分布 （a）2020年；（b）2040年自然發展情景；（c）2040年生態保護情景；（d）2040年耕地保護情景；（e）2040年經濟發展情景；（f）2040年鹽堿地改良情景；（g）2040年生態經濟平衡情景；（h）2040年生態耕地保護情景；（i）2040年綜合發展情景（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移矩陣 （a）2020年與2040年自然發展情景和經濟發展情景土地轉移情況；（b）2020年與2040年耕地保護情景和生態保護情景土地轉移情況；（c）2020年與2040年生態耕地保護情景和生態經濟平衡情景土地轉移情況；（d）2020年與2040年鹽堿地改良情景和綜合發展情景土地轉移情況
圖3 平水年吉林省西部不同發展情景下農業水資源供應的空間分布 （a）2040年自然發展情景；（b）2040年生態保護情景；（c）2040年耕地保護情景；（d）2040年經濟發展情景；（e）2040年鹽堿地改良情景；（f）2040年生態經濟平衡情景；（g）2040年生態耕地保護情景；（h）2040年綜合發展情景，下同
圖4 枯水年吉林省西部不同發展情景下農業水資源供應的空間分布
圖5 平水年吉林省西部不同發展情景下農業水資源需求的空間分布
圖6 枯水年吉林省西部不同發展情景下農業水資源需求的空間分布
圖7 未來不同發展情景下吉林省西部主要作物的種植分布
該研究發表在中國科學院1區期刊《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（項目聘用）、聯合培養碩士徐海鵬（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計劃項目（2024YD1501700）、吉林省優秀青年科技人才項目（應用技術類）（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
附件下載：
吉公網安備22017302000214號
