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。伴隨著水田的擴(kuò)張，對水資源需求量日益增加，水資源供需矛盾突出，嚴(yán)重制約了該地區(qū)水田地力產(chǎn)能提升。掌握三江平原地區(qū)水稻生育期水分供需及其匹配度變化對該地區(qū)最優(yōu)水分管理模式以及農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展有重要的指導(dǎo)意義。

為此，三江示范區(qū)“水土資源優(yōu)化匹配與調(diào)控技術(shù)示范”研究人員采用長序列氣溫、降水、蒸散發(fā)和多期水稻分布數(shù)據(jù)，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，并系統(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。

研究發(fā)現(xiàn)，1990-2020年間，三江平原地區(qū)水稻生育期水分供需匹配度在各生育期均有所增加，但在不同生育期匹配程度差異顯著。水稻生育中期水分供需匹配度優(yōu)于生育前期和生育后期，且生育后期匹配度變異性強(qiáng)于生育前期和中期。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。建議在不同匹配度地區(qū)制定不同灌溉方案，同時應(yīng)更加關(guān)注水稻生育前期的降水不足問題。降水量的增加和蒸散發(fā)的減少導(dǎo)致三江平原地區(qū)水稻單位面積灌溉需水量的減少，在一定程度上改善了水分供需匹配度。但隨著水稻的不斷大規(guī)模擴(kuò)張，區(qū)域總灌溉需水量顯著增大，生育期灌溉需水量超過了總有效降水量。最后，從氣候變化和社會經(jīng)濟(jì)視角探討了三江平原地區(qū)水稻水分供需匹配度變化的驅(qū)動機(jī)制，并提出了水資源適應(yīng)性管理對策，為面向糧食生產(chǎn)布局和地力產(chǎn)能提升的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年三江平原不同生育期水田水資源供需匹配系數(shù)空間分布

圖 2. 1990-2020年水稻各生育期有效降水、蒸發(fā)和灌溉需水量的年際變化

圖 3. 氣候變化和社會經(jīng)濟(jì)影響下三江平原水田水資源供需匹配動態(tài)概念圖

研究成果近期發(fā)表在農(nóng)業(yè)水資源領(lǐng)域Top期刊《Agricultural Water Management》，中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所研究生章清松和孫嘉豪為共同第一作者，特別研究助理吳燕鋒為通訊作者，研究得到了中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(XDA28100105和XDA28020501)等項目聯(lián)合資助。

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.agwat.2023.108388