未来盐碱地改良背景下农业水资源供需平衡的多情景模拟与优化策略研究——以吉林西部为例

针对中国盐碱地开发模式单一、水资源消耗压力大的问题，研究人员以吉林西部（WJP）苏打盐碱地集中区为研究对象，耦合PLUS-InVEST-作物系数法，设计8种情景模拟2040年农业水资源供需（AWRSD）变化。结果显示：盐碱地改良情景下面积减少1188.49 km2，但传统灌溉模式下水资源供给（31.89×108~36.95×108 m3）无法满足需求（44.6×108~87.28×108 m3），水稻种植区是压力核心。研究提出构建"节水灌溉-种植结构优化"治理模型，为区域土地利用规划和水资源配置提供科学依据。

　　

在全球粮食安全与生态系统可持续性面临严峻挑战的背景下，中国作为农业大国，其盐碱地资源开发与水资源管理矛盾日益突出。吉林西部（WJP）作为世界三大苏打盐碱地集中分布区之一，拥有大量可开发盐碱地资源，但当前单一开发模式和高强度水资源消耗导致农业可持续发展面临瓶颈。更棘手的是，该地区作为全球气候变化敏感带，极端降水和干旱频发，基于冰雪融水的水资源系统脆弱性加剧。如何平衡盐碱地改良、粮食增产与水资源的可持续利用，成为亟待解决的科学命题。

针对这一挑战，中国的研究团队在《Agricultural Water Management》发表重要研究成果。该研究创新性地耦合PLUS模型（土地利用变化预测）、InVEST模型（生态系统服务评估）和作物系数法（灌溉需求计算），构建了多尺度分析框架。通过整合2000-2020年土地利用数据、气象观测和土壤属性等14类驱动因子，设计自然发展（NDS）、生态保护（EPS）、农田保护（FPS）等8种发展情景，模拟2040年土地覆盖变化；结合水产量模块和作物需水量计算，量化不同情景下农业水资源供给（AWRS）与需求（AWRD）的匹配关系，并区分丰水年与干旱年进行对比分析。

关键技术方法包括：1）基于随机森林算法和元胞自动机的PLUS模型，模拟多约束条件下的土地利用演变；2）采用InVEST水产量模块，结合Budyko曲线和植物可利用水分（PAWC）计算地表产水量；3）应用FAO推荐的Penman-Monteith模型和单作物系数法（K_c）估算玉米、大豆和水稻的灌溉需求；4）利用吉林省水资源公报数据校准模型参数，确保模拟精度（Kappa系数0.74）。

研究结果揭示四大核心发现：

3.1 未来情景下的土地利用预测
通过PLUS模型模拟发现，盐碱地改良情景（SIS）和综合发展情景（CDS）效果最显著，到2040年盐碱地面积分别减少1188.49 km²和1709.75 km²，其中CDS模式下31.4%的盐碱地转为旱地。生态保护情景（EPS）使森林和草地面积增加13.3%，而经济发展情景（EDS）导致建设用地扩张13.5%，主要侵占湿地资源。值得注意的是，自然发展情景（NDS）下草地退化严重，63.85%的盐碱地新增来源于草地退化。

3.2 未来情景下的AWRSD变化
InVEST模型显示，干旱年水资源供给（31.89×10⁸~33.56×10⁸ m³）较丰水年（34.31×10⁸~36.95×10⁸ m³）减少约8%。空间上，产水高值区与盐碱地分布重合，而水稻主产的农安县需水量突破10×10⁸ m³（干旱年）。作物系数法定量表明，水稻单位面积需水量是玉米的1.8倍，其种植面积扩张使2040年灌溉需求较2020年增长24.4%。

3.3 供需匹配关系
所有情景下水资源供需比（SDR）均为负值，传统灌溉模式无法满足需求，干旱年缺口达-4.8（CDS）。空间异质性显著：白城市、洮南市等水稻集中区SDR<-0.6，而大安市因作物需水少出现盈余。

4.4 讨论与展望
研究首次揭示盐碱地改良与水资源压力的辩证关系：虽然盐碱地开发增加耕地面积，但水稻种植的刚性需水加剧供需矛盾。通过构建"气候-陆地-水文"耦合模型，提出三点优化路径：1）推广滴灌等节水技术，将水稻K_c值从1.2降至0.9；2）调整种植结构，在盐碱区改种耐盐碱作物；3）利用微咸水灌溉缓解淡水限制。研究局限性在于未考虑极端气候事件对土地利用的突变影响，未来需纳入更多气候变量。

这项研究为东北黑土区农业可持续发展提供了决策支持，其方法论创新尤其值得关注：通过域权重参数（0-1）量化土地类型扩张强度，结合Z值（季节性常数）校准使水产量模拟误差最小化。成果不仅适用于中国类似生态脆弱区，也为全球盐碱地水资源管理提供了"中国方案"。