农业用水占人类用水足迹的90%，是世界上最大的淡水用户。全球粮食需求增长导致的农业用水增加是造成水资源短缺的主要因素。气候变化对水文要素产生的不利影响正在给全球水资源短缺带来前所未有的压力和挑战。目前农业绿水安全风险的精细化评估研究较少,尤其对未来气候变化情景下农业绿水安全风险的时空演变趋势预估更为有限，难以为农业可持续发展的水资源安全保障提供科学支撑。东北地区是国家重要粮食生产基地，以依赖绿水的雨养农业为主。然而，在全球气候变化背景下，区域气温升高、降水模式改变和干旱频率增加对农业绿水安全带来威胁和挑战。因此，开展东北地区气候变化下农业绿水安全风险评估及应对策略研究，对国家乃至全球灌溉农业发展规划及其水资源安全保障具有重要现实意义。 中国科学院东北地理与农业生态研究所水文与水资源学科组研究人员利用栅格尺度作物空间分布数据、偏差矫正后的ERA5数据和CMIP6多模式数据，采用绿水亏缺指数(Green Water Scarcity，GWS)精细化评估东北地区基准期(2001~2020年)及未来2031~2090年气候变化情景(SSP245：中等强迫情景;SSP585：高强迫情景)下绿水安全风险时空特征及发展趋势。
研究发现，基准期东北地区旱作物绿水安全风险区较低，无风险区面积占比达72.4%，主要分布在400mm等降水量线(5~9月总降水量)以东的地区;低风险区主要分布在中部，中、高风险区主要分布在西部。未来气候变化下，东北地区绿水安全风险将大幅度增加，且高风险区整体上由西部向中部和东部地区扩张。在SSP245和SSP585情景下，低风险区、中风险区和高风险区面积占比将分别增至21.6%和23.8%、16.0%和17.9%、6.9%和6.8%，而无风险区面积占比将分别减少至55.5%和51.4%。
图1. 未来气候情景下东北地区旱作物绿水安全风险等级空间分布
以GWS大于0.1区域划定为具有灌溉需求的区域，发现基准期东北地区仍有10%地区的旱作物没有得到灌溉。SSP245和SSP585情景下，具有灌溉需求的区域由基准期的27.6%增至44.5%和48.6%，灌溉需水量相应将增加46.4亿m³和59.2亿m³。因此，未来气候变化下东北地区旱作物灌溉需水量将大幅度增加，这将进一步加剧农业水资源供需矛盾。为此，提出了旱作物基于蒸散(ET)的水资源管理和亏缺灌溉等绿水安全风险应对策略。研究结果可为东北地区灌溉农业发展及国家水网建设的规划提供科学支撑，保障农业用水安全，确保东北“黑土粮仓”的国家粮食安全战略地位。
图2. 东北地区旱作物灌溉需水量空间分布及相对变化图
图3. 气候变化下东北地区农业绿水安全风险演变趋势图
该研究发表在《中国科学：地球科学(中英文版)》上，中国科学院东北地理与农业生态研究所孙敬轩博士为论文第一作者，章光新研究员为通讯作者。该研究得到中国科学院战略性先导科技专项(A类)(编号：XDA28020501)和中国工程院战略研究与咨询项目(编号：JL2023-17)共同资助。
论文信息如下：
孙敬轩,章光新,吴燕锋,陈立文,齐鹏,胡博亭,胥毅军. 2024. 气候变化下东北地区农业绿水安全风险评估. 中国科学:地球科学,54.doi: 10.1360/SSTe-2023-0240.
Sun J X,Zhang G X,Wu Y F,Chen L W,Qi P,Hu B T,Xu Y J. 2024. Risk assessment of agricultural green water security in Northeast China under climate change. Science China Earth Sciences,https://doi.org/10.1007/s11430-023-1278-2.
