三江平原是我国重要的水稻生产基地，对保障国家粮食安全具有重大的战略意义。20世纪90年代以来，三江平原经历了大规模的水田扩张，水田面积由610万亩增长到4200万亩，增长了近7倍。水田扩张对水资源需求量日益增加，过度开采地下水灌溉致使地下水位持续下降严重制约着水田发展和地下水利用。因此，掌握三江平原水稻生育期水分供需匹配程度及地下水利用状态，对区域水资源优化管理及农业可持续发展有重要的指导意义。 为此，东北地理所水文与水资源学科组研究人员核算了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，系统分析了水稻不同生育期和全生育期的水分供需匹配度时空变化及其驱动机制;基于GRACE重力卫星数据和GLDAS陆面模型数据，核算了2002-2022年三江平原地下水储量变化，评估了地下水可持续性变化及其成因。
研究发现，1990-2020年间，三江平原水稻生育期水分供需匹配度在各生育期均有所增加，生育中期水分供需匹配度优于生育前期和生育后期，且生育后期匹配度时空变异性强于生育前期和中期(图1)。在空间上，挠力河流域和兴凯湖流域水分供需匹配度较低，松花江干流地区匹配度最高。随着水稻大规模扩张，区域总灌溉需水量显著增大，水稻生育期水分供需匹配程度持续下降。
2002-2022年，三江平原地下水储量整体呈减少态势，平原区地下水储量减少幅度大于非平原区。地下水可持续性在2009年后逐渐降低，在2013年以后处于极低水平(图2)。地下水可持续性空间分异与大规模“旱改水”空间分布基本一致，在建三江地区地下水可持续性最低。尽管近年来降水增加一定程度上缓解了区域水资源供需矛盾，但大面积“旱改水”和水田过度依赖地下水灌溉，地下水可持续性仍持续下降(图3)。最后，提出了面向粮食安全生产的地下水可持续利用策略，为三江平原水土资源优化配置与调控提供科学依据。
图1.1990年、2000年、2010年和2020年三江平原水稻不同生育期水分供需匹配度变化
图2. 基于GRACE的三江平原地下水可持续性演变
图3. 政策驱动下三江平原水田面积和地下水可持续性变化
研究成果近期先后发表在农业水资源领域1区Top期刊Agricultural Water Management，中国科学院东北地理与农业生态研究所硕士研究生章清松和孙嘉豪为共同第一作者，吴燕锋项目副研究员为通讯作者，研究得到了中国科学院战略性先导科技专项(0105和XDA28020501)等项目联合资助。
论文信息：
[1] Qingsong Zhang ，Jiahao Sun ，Guangxin Zhang ，Xuemei Liu ，Yanfeng Wu* ，Jingxuan Sun ，Boting Hu. Spatiotemporal dynamics of water supply–demand patterns under large-scale paddy expansion: Implications for regional sustainable water resource management. Agricultural Water Management ，2023 ，285 ，108388.
[2] Qingsong Zhang ，Jiahao Sun ，Changlei Dai ，Guangxin Zhang ，Yanfeng Wu*. Sustainable evolution of groundwater resources under the large-scale conversion of dry land into rice fields. Agricultural Water Management ，2024 ，298 ，108851.
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.agwat.2023.108388
https://doi.org/10.1016/j.agwat.2024.108851
