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。伴隨著水田的擴(kuò)張，對(duì)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(duì)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(zhǎng)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(shí)空變化及其驅(qū)動(dòng)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(shí)應(yīng)更加關(guān)注水稻生育前期的降水不足問(wèn)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(guò)了總有效降水量。最后，從氣候變化和社會(huì)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(dòng)機(jī)制，并提出了水資源適應(yīng)性管理對(duì)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(huì)經(jīng)濟(jì)影響下三江平原水田水資源供需匹配動(dòng)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(guó)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(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)(XDA28100105和XDA28020501)等項(xiàng)目聯(lián)合資助。

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