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在全球气候变化与粮食需求增长的背景下，东北（NEC）作为我国粮食安全关键区域，面临农业生产与水资源平衡难题。研究人员运用 GAEZ 模型评估气候变化和灌溉对 NEC 农田产量潜力的影响。结果显示，灌溉可有效缓解气候变化影响，增加 30% 灌溉面积潜力最大。该研究为优化灌溉策略提供科学依据。
在全球范围内，农业系统对于人类的生存、经济的发展以及社会的稳定都起着基础性的作用。然而，当前全球农业正面临着诸多严峻挑战。一方面，气候变化和人类活动导致全球三分之一的耕地出现退化，使得水稻、小麦等主要农作物的年产量下降了 0.3 - 0.9%。与此同时，城市的不断扩张也给农业带来了巨大压力，预计到 2050 年，50 - 63% 的新城区将侵占耕地，这相当于减少了能够满足 1.22 亿至 13.89 亿人一年热量需求的粮食供应。而全球人口的持续增长，又使得粮食需求预计将上升 60%。在这样的大环境下，如何在不扩张耕地面积的前提下满足未来的粮食需求，成为了亟待解决的问题。
东北地区作为我国重要的粮食生产基地，贡献了全国 25% 的粮食产量，在保障国家粮食安全方面具有举足轻重的地位。但该地区正面临着气候快速变暖的问题，其升温速度超过了全球和全国平均水平，这进一步加剧了当地水资源的紧张状况。尽管灌溉被认为是稳定农业生产的重要策略，但目前对于其长期、空间差异化的影响缺乏全面评估，尤其是在不同灌溉扩张情景下，对缩小产量差距和缓解气候变化影响的量化研究还十分有限。为了解决这些问题，来自国内的研究人员开展了一项关于 “东北灌溉对农田产量潜力的影响及情景优化” 的研究，该研究成果发表在《Agricultural Water Management》上。
研究人员为了深入探究相关问题，运用了多种关键技术方法。首先，利用统计记录、遥感数据和气象观测等多源数据，构建了 2000 - 2020 年东北地区标准化数据库。然后，借助全球农业生态区（GAEZ）模型，在平均气候条件和年度气候变异情况下，对东北农田产量潜力进行模拟。此外，通过建立多情景框架，设置灌溉比例分别增加 10%、30% 和 50% 的情景，评估不同情景下灌溉对缓解气候变化影响和缩小产量差距的潜力。
研究结果如下：
- 当前产量潜力及变化趋势：2020 年，东北农田平均产量潜力为 9700 kg?ha?1。高产区集中在东部水稻区和南部小麦区。从 2000 - 2020 年，东北农田产量潜力平均每年增加 56.36 kg?ha?1?a?1，但部分地区如三江平原水稻区和松嫩平原中部玉米种植区产量潜力有所下降。
- 气候变化和灌溉对产量潜力的影响：2000 - 2020 年，气候变化对东北 60% 以上的农田产量潜力产生负面影响，平均每年变化为 - 142.71 kg?ha?1。灌溉土地平均每年增产 133.34 kg?ha?1，雨养土地则减少 276.06 kg?ha?1。灌溉显著缓解了气候变化的负面影响，其增产幅度是气候变化造成减产幅度的 4.81 倍，但灌溉的积极影响在 90% 以上的农田有所下降。
- 不同灌溉情景的潜力：在三种灌溉扩张情景中，情景 Ⅱ（灌溉比例增加 30%）的平均缓解指数（MTI）最高，为 0.65，在缓解气候变化对玉米产量的影响方面潜力最大；该情景下的潜力指数（PTI）也最高，为 0.68，在缩小产量差距方面效果最佳，16.32% 的农田 PTI 大于 1，主要集中在南部松嫩平原、辽河平原和大兴安岭地区。
在研究结论和讨论部分，研究表明优化灌溉对提升作物产量潜力、保障粮食安全具有重要意义。虽然气候变化使东北大部分农田产量下降，但整体产量潜力在过去二十年有所增加，灌溉功不可没。然而，目前灌溉的效益在多数农田呈下降趋势，这与水资源过度使用、灌溉效率降低等因素有关。通过情景分析发现，增加 30% 的灌溉比例对提高产量，尤其是玉米产量，以及在缺水地区提升产量潜力效果显著。这一研究结果为制定东北地区特定的灌溉优化政策和农业实践提供了科学依据。同时，研究也指出存在的局限性，如 GAEZ 模型未考虑极端天气事件，且假设的管理条件过于理想化等。未来研究应进一步探讨灌溉有效性的驱动因素、相关的水文气候反馈，以及灌溉实践的经济可行性等，综合考虑当地水资源约束和作物特定需水量，制定可持续的水资源管理策略。
