東北地理所在黑土糧倉農(nóng)業(yè)水安全風險研究中取得進展
氣候驅(qū)動的水資源短缺和極端天氣事件已成為全球糧食安全面臨的主要風險。作為我國糧食安全戰(zhàn)略核心區(qū)，東北黑土糧倉農(nóng)業(yè)生產(chǎn)穩(wěn)定性直接關(guān)系國家“飯碗安全”。然而，氣候變化對黑土糧倉的農(nóng)業(yè)水安全構(gòu)成了嚴重威脅，主要表現(xiàn)為作物水分需求與降水模式的不匹配、灌溉用水需求激增導致的地下水可持續(xù)性危機以及頻繁的極端水文事件。然而，目前有關(guān)黑土糧倉農(nóng)業(yè)水安全風險的研究多聚焦于單一指標或因素，忽視了農(nóng)業(yè)水安全風險的多維度特性尤其是“氣候—土地—作物”系統(tǒng)的復雜性與關(guān)聯(lián)性，導致評估不夠精準，從而限制了對農(nóng)業(yè)水安全風險的全面理解和有效應對。
東北地理所水文與水資源學科組研究人員提出了一個綜合性的農(nóng)業(yè)水安全風險評估框架，系統(tǒng)整合了包括旱澇災害時空特征（持續(xù)時間和強度）、區(qū)域氣候生產(chǎn)潛力、土地利用/覆被變化動態(tài)以及主要糧食作物（水稻、玉米和大豆）對氣候變化的脆弱性響應等多維度關(guān)鍵因子，構(gòu)建了適用于東北黑土區(qū)的農(nóng)業(yè)水安全風險評估框架。基于該框架，在柵格、地級市（40個）和區(qū)域尺度（三大平原區(qū)與整個東北黑土區(qū)）評估了基準期（1999-2018年）農(nóng)業(yè)水安全災害性、暴露度、脆弱性和風險格局；隨后，采用第六次國際耦合模式比較計劃（CMIP6）多模型集成數(shù)據(jù)，模擬預測了SSP2-4.5（中等脅迫）和SSP5-8.5（高脅迫）兩種共享社會經(jīng)濟路徑下東北黑土區(qū)未來近期（2031-2050）、中期（2051-2070）和遠期（2071-2100））農(nóng)業(yè)水安全災害性、暴露度、脆弱性和風險格局的演變趨勢。
研究結(jié)果表明，基準期，東北黑土區(qū)旱澇災害頻發(fā)，尤其是旱災風險較為突出；空間分布上，三大平原地區(qū)（三江平原、松嫩平原和遼河平原）的澇災風險呈自南向北遞減的空間分布特征。黑土區(qū)農(nóng)業(yè)水安全平均風險值為 0.061，30% 的地級市處于高和極高風險水平，主要集中在遼寧西部和黑龍江省西南部。未來氣候變化下，黑土區(qū)農(nóng)業(yè)水安全風險的時空演變特征如下：
（1）時間趨勢：近期風險達峰，長期分化明顯
未來近期（2031-2050）：成為農(nóng)業(yè)水安全風險“峰值窗口期”，SSP2-4.5 情景下平均風險值升至 0.068，SSP5-8.5 情景下達到 0.067，且兩種氣候情景下黑土區(qū)50% 地級市農(nóng)業(yè)水安全風險將增加。遠期（2071-2100）：情景分化顯著，SSP2-4.5 情景下風險回落至 0.056（低于基準期），而 SSP5-8.5 情景下，風險反彈至 0.063。
（2）災害轉(zhuǎn)型：洪澇風險超越干旱風險成主導威脅
未來氣候變化下，洪澇將取代干旱成為威脅黑土糧倉農(nóng)業(yè)水安全的主要災害。空間格局上，基準期三大平原的洪澇特征表現(xiàn)為“遼河平原>松嫩平原>三江平原”；至未來中期（2051-2070），洪水災害分布將發(fā)生空間逆轉(zhuǎn)，形成“三江平原>松嫩平原>遼河平原”的新格局。
（3）空間格局：三江平原成風險 “熱點區(qū)”
三大平原農(nóng)業(yè)水安全脆弱性將從歷史時期的“遼河平原>松嫩平原>三江平原”的空間格局轉(zhuǎn)變?yōu)椤叭皆?/span>>遼河平原>松嫩平原”的未來分布格局。同時，三江平原極高暴露度面積將大幅度增加，加之澇災風險北移，區(qū)域農(nóng)業(yè)水安全風險在近期增幅最為顯著。與基準期比較，兩種氣候情景下近期三大平原地區(qū)處于高和極高風險區(qū)面積都將增長43.68%。
基于研究發(fā)現(xiàn)，團隊提出針對性的風險應對策略，包括優(yōu)先推進重點區(qū)域水網(wǎng)建設、優(yōu)化作物種植結(jié)構(gòu)與生態(tài)布局和建立動態(tài)風險預警機制等。該研究提出的“災害性—暴露度—脆弱性→農(nóng)業(yè)水安全風險”綜合預測與評估框架，通過多源數(shù)據(jù)融合與跨尺度分析，實現(xiàn)了風險評估的精細化與動態(tài)化，不僅為黑土糧倉的水安全保障提供了科學依據(jù)和決策支持，也為全球類似農(nóng)業(yè)區(qū)（如美國大平原、烏克蘭黑土區(qū)）的農(nóng)業(yè)水安全風險評估提供了可遷移、可復制的方法論。
研究成果近期發(fā)表在農(nóng)業(yè)水資源領域Top期刊《Agricultural Water Management》。由中國科學院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所聯(lián)合培養(yǎng)碩士李澤華（第一作者）、吳燕鋒副研究員（通訊作者）、章光新研究員、美國路易斯安那州立大學胥毅軍教授、倪炳波博士、胡博亭博士、孫敬軒博士、章清松博士和于葉翔博士共同完成，研究得到了中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項（XDA28020501和XDA28100105）等項目資助。
圖1. 不同氣候變化情景下東北黑土區(qū)的農(nóng)業(yè)水安全風險。A、C、D、E、F、G、H為不同時期水安全風險等級的空間分布；餅狀圖為各水安全風險等級在不同時期的面積占比；B為不同時期不同情景下的平均農(nóng)業(yè)水安全風險；BP、NT、MT和DF分別代表基準期、近期、中期和遠期
圖2. 未來氣候變化下三江平原（A）、松嫩平原（B）、遼河平原（C）洪水強度和持續(xù)時間聯(lián)合分布概率（JFE）
圖3. 未來氣候變化下三江平原（A）、松嫩平原（B）、遼河平原（C）農(nóng)業(yè)水安全脆弱性
圖4. 基準期至未來不同氣候情景下（SSP2-4.5和SSP5-8.5）三江平原、松嫩平原和遼河平原的農(nóng)業(yè)水安全風險水平轉(zhuǎn)移矩陣
論文信息及鏈接如下：
Li,Z. et al.,2025. China's Black Soil Granary is approaching the climax phase of agricultural water security risk. Agricultural Water Management,319: 109780. DOI: https://doi.org/10.1016/j.agwat.2025.109780
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