近日，精密測量院杜耘與張亮研究團隊基于系統(tǒng)調(diào)研和我國三大稻區(qū)典型灌排單元觀測數(shù)據(jù)，采用自主研發(fā)的稻田灌排單元水量水質響應模型（WQQM-PIDU）評估了不同灌排結構對水資源利用和水稻產(chǎn)量的影響，研究發(fā)現(xiàn)重啟小水體的灌排功能可提升水稻生產(chǎn)可持續(xù)性和韌性，應對氣候變化背景下的水安全和糧食安全問題。相關研究發(fā)表在《自然-通訊》（Nature Communications）和《水研究》（Water Research）等期刊上。

　　作為全球一半以上人口的主糧，水稻生產(chǎn)消耗了全球約40%的淡水資源，也排放了大量氮磷營養(yǎng)物質。氣候變化背景下，水資源保護和糧食穩(wěn)產(chǎn)壓力增大，亟需找到一種可持續(xù)、能應對極端天氣的水稻生產(chǎn)方式。水塘等小水體在中國、印度等傳統(tǒng)稻作區(qū)的灌排系統(tǒng)中扮演著重要角色。

　　精密測量院杜耘、張亮團隊，與中國農(nóng)科院、華中農(nóng)業(yè)大學、中科院重慶綠色智能研究院、加拿大滑鐵盧大學及湖北、江西、遼寧省農(nóng)科院等單位合作，系統(tǒng)調(diào)查了我國水稻灌排系統(tǒng)的發(fā)展歷程及小水體利用現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)近幾十年來由于填塘造田和自然損毀，我國稻區(qū)的水塘數(shù)量已大幅減少，現(xiàn)存水塘有的缺乏維護而淤積嚴重、有的改為精養(yǎng)漁塘，80%都不再參與水稻灌排（圖1）。然而，基于前期建立的涵蓋中國417個水體的數(shù)據(jù)集，團隊發(fā)現(xiàn)相比于湖泊、水庫等大型水體，小水體的氮磷截留能力更強。稻區(qū)小水體的減少和棄用，增加了水稻生產(chǎn)的清水消耗量和污水排放量，從而提高了水稻生產(chǎn)的水足跡。同時，過度依賴遠距離水源的灌溉模式，也增加了稻田在干旱天氣的減產(chǎn)風險。

　　明確了灌排系統(tǒng)中小水體的重要作用后，團隊建議要加強我國稻區(qū)現(xiàn)存小水體（溝塘面積占比約6.1%）的維護，并重啟其灌排功能，可減少水稻生產(chǎn)30%的水足跡，相當于節(jié)省了全國淡水資源取用量的9%；同時將水稻灌溉自給率從3%提高到31%，緩解旱災中2-3%的產(chǎn)量損失。研究還對不同省份重啟小水體灌排功能的潛在效益進行了差異性分析，提出各地區(qū)小水體維護、灌排系統(tǒng)改造的實用建議（圖2）。這些差異與建議對我國正在實施的高標準農(nóng)田建設工程具有指導意義。

　　中國稻區(qū)灌排系統(tǒng)發(fā)展歷程及小水體利用現(xiàn)狀圖.

（a）傳統(tǒng)陂塘系統(tǒng)（以分散的小水塘為降雨徑流調(diào)蓄設施和灌溉水源）的式微及驅動因素，（b）稻區(qū)溝塘小水體利用現(xiàn)狀

　重啟小水體用于水稻灌排的效益.

（a）不同重啟程度的水稻生產(chǎn)水足跡，（b）不同重啟程度的水稻灌溉自給率及干旱天氣的減產(chǎn)風險，（c）水足跡效益的省份間差異，（d）穩(wěn)產(chǎn)效益的省份間差異

　　稻區(qū)的小水體既是重要的生產(chǎn)單元，也是水資源調(diào)蓄凈化的生態(tài)景觀。利用小水體進行調(diào)蓄灌溉的傳統(tǒng)智慧，為應對氣候變化提供了時下最時髦的“近自然解決方案”，能很大程度上緩解極端天氣導致的水資源短缺、水稻減產(chǎn)和水環(huán)境富營養(yǎng)化問題。基于此，團隊提出了我國稻區(qū)灌排系統(tǒng)結構調(diào)整的方向。

　　研究成果以“Size and temperature drive nutrient retention potential across water bodies in China”和“Enhancing rice production sustainability and resilience via reactivating small water bodies for irrigation and drainage”為題先后發(fā)表在國際學術期刊《Water Research》和《Nature Communications》上。精密測量院博士生沈王政、副研究員李思思分別為兩篇論文的第一作者，研究員張亮為論文通訊作者。

　　該研究獲得國家重點研發(fā)計劃項目、國家自然科學基金和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術體系建設專項資金等資助。

　　文章鏈接：

　　https://www.nature.com/articles/s41467-023-39454-w

　　https://doi.org/10.1016/j.watres.2023.120054