東北地理所在黑土糧倉農(nóng)業(yè)水安全風(fēng)險(xiǎn)研究中取得進(jìn)展
氣候驅(qū)動(dòng)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(fēng)險(xiǎn)。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(yán)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(dǎo)致的地下水可持續(xù)性危機(jī)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(fēng)險(xiǎn)的研究多聚焦于單一指標(biāo)或因素，忽視了農(nóng)業(yè)水安全風(fēng)險(xiǎn)的多維度特性尤其是“氣候—土地—作物”系統(tǒng)的復(fù)雜性與關(guān)聯(lián)性，導(dǎo)致評估不夠精準(zhǔn)，從而限制了對農(nóng)業(yè)水安全風(fēng)險(xiǎn)的全面理解和有效應(yīng)對。
東北地理所水文與水資源學(xué)科組研究人員提出了一個(gè)綜合性的農(nóng)業(yè)水安全風(fēng)險(xiǎn)評估框架，系統(tǒng)整合了包括旱澇災(zāi)害時(shí)空特征（持續(xù)時(shí)間和強(qiáng)度）、區(qū)域氣候生產(chǎn)潛力、土地利用/覆被變化動(dòng)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(yīng)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(fēng)險(xiǎn)評估框架。基于該框架，在柵格、地級市（40個(gè)）和區(qū)域尺度（三大平原區(qū)與整個(gè)東北黑土區(qū)）評估了基準(zhǔn)期（1999-2018年）農(nóng)業(yè)水安全災(zāi)害性、暴露度、脆弱性和風(fēng)險(xiǎn)格局；隨后，采用第六次國際耦合模式比較計(jì)劃（CMIP6）多模型集成數(shù)據(jù)，模擬預(yù)測了SSP2-4.5（中等脅迫）和SSP5-8.5（高脅迫）兩種共享社會(huì)經(jīng)濟(jì)路徑下東北黑土區(qū)未來近期（2031-2050）、中期（2051-2070）和遠(yuǎn)期（2071-2100））農(nóng)業(yè)水安全災(zāi)害性、暴露度、脆弱性和風(fēng)險(xiǎn)格局的演變趨勢。
研究結(jié)果表明，基準(zhǔn)期，東北黑土區(qū)旱澇災(zāi)害頻發(fā)，尤其是旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)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(zāi)風(fēng)險(xiǎn)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(fēng)險(xiǎn)值為 0.061，30% 的地級市處于高和極高風(fēng)險(xiǎn)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(fēng)險(xiǎn)的時(shí)空演變特征如下：
（1）時(shí)間趨勢：近期風(fēng)險(xiǎn)達(dá)峰，長期分化明顯
未來近期（2031-2050）：成為農(nóng)業(yè)水安全風(fēng)險(xiǎn)“峰值窗口期”，SSP2-4.5 情景下平均風(fēng)險(xiǎn)值升至 0.068，SSP5-8.5 情景下達(dá)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(fēng)險(xiǎn)將增加。遠(yuǎn)期（2071-2100）：情景分化顯著，SSP2-4.5 情景下風(fēng)險(xiǎn)回落至 0.056（低于基準(zhǔn)期），而 SSP5-8.5 情景下，風(fēng)險(xiǎn)反彈至 0.063。
（2）災(zāi)害轉(zhuǎn)型：洪澇風(fēng)險(xiǎn)超越干旱風(fēng)險(xiǎn)成主導(dǎo)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(zāi)害。空間格局上，基準(zhǔn)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(zāi)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(fēng)險(xiǎn) “熱點(diǎn)區(qū)”
三大平原農(nóng)業(yè)水安全脆弱性將從歷史時(shí)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(shí)，三江平原極高暴露度面積將大幅度增加，加之澇災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)北移，區(qū)域農(nóng)業(yè)水安全風(fēng)險(xiǎn)在近期增幅最為顯著。與基準(zhǔn)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(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積都將增長43.68%。
基于研究發(fā)現(xiàn)，團(tuán)隊(duì)提出針對性的風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對策略，包括優(yōu)先推進(jìn)重點(diǎn)區(qū)域水網(wǎng)建設(shè)、優(yōu)化作物種植結(jié)構(gòu)與生態(tài)布局和建立動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警機(jī)制等。該研究提出的“災(zāi)害性—暴露度—脆弱性→農(nóng)業(yè)水安全風(fēng)險(xiǎn)”綜合預(yù)測與評估框架，通過多源數(shù)據(jù)融合與跨尺度分析，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)險(xiǎn)評估的精細(xì)化與動(dòng)態(tài)化，不僅為黑土糧倉的水安全保障提供了科學(xué)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(fēng)險(xiǎn)評估提供了可遷移、可復(fù)制的方法論。
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》。由中國科學(xué)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(xué)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(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（XDA28020501和XDA28100105）等項(xiàng)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(fēng)險(xiǎn)。A、C、D、E、F、G、H為不同時(shí)期水安全風(fēng)險(xiǎn)等級的空間分布；餅狀圖為各水安全風(fēng)險(xiǎn)等級在不同時(shí)期的面積占比；B為不同時(shí)期不同情景下的平均農(nóng)業(yè)水安全風(fēng)險(xiǎn)；BP、NT、MT和DF分別代表基準(zhǔn)期、近期、中期和遠(yuǎn)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(qiáng)度和持續(xù)時(shí)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(zhǔn)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(fēng)險(xiǎn)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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