測地所在中國節水灌溉綜合效益及應用潛力方面取得進展

　　作為世界水稻生產大國，中國以占全球19%的種植面積生產了占全球32%的水稻。目前水稻種植仍然以大水大肥模式為主。大量施肥造成了較為嚴重的稻田氮磷面源污染；同時，在常規淹水灌溉（FI）模式下，水稻灌溉需水量大，約占全國年灌溉用水總量的65%。在當前人口增長和水環境退化的大背景下，水稻生產不僅需要保證產量，同時還需應對水資源短缺以及水稻生產引發的各種環境問題。

　　中國科學院測量與地球物理研究所環境災害評估團隊莊艷華、張亮、李思思等與中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所、北京大學等單位合作，從國家尺度分析了中國節水灌溉的綜合效益及應用潛力。目前淺濕（SWI）、間歇（II）、控制（CI）和蓄雨灌溉（RGI）是中國常見的稻田節水灌溉模式。淺濕灌溉的主要特點是，除曬田和人工排水外，田間建立淺水層；間歇灌溉主要表現為淺水層和無水層交替；控制灌溉是除返青期和分蘗初期田間建立水層外，其余生育期處于無水層狀態；蓄雨灌溉是在不影響水稻生長的前提下，最大程度利用雨水灌溉，且常與其他節水灌溉模式結合應用。該研究基于多點田間研究數據重點從節水、增產和氮素徑流流失負荷削減3個方面對比分析了不同模式的綜合效益。

　　控制灌溉具有最佳的節水效果和氮素徑流流失減排效果，平均節水率和污染負荷削減率可達35.12%和54.97%；其次是蓄雨灌溉、淺濕灌溉和間歇灌溉。整體而言，節水率和污染負荷削減率呈顯著正相關（圖1a）。由于田埂的存在，長期低水位或無水位運行使節水灌溉在面源污染控制方面具有“控源增匯”的雙重功能，一方面，可大大降低徑流排水幾率、延緩暴雨后田間排水時間、削減高濃度田面水排放量，起到“控源”作用；另一方面，可增加田間水儲存“空間”，從而提高稻田容納雨水、灌溉來水甚至消納生活污水的潛力，起到“增匯”作用。從增產效果看，蓄雨灌溉增產效果最佳，平均增產率可達11.82%，其次是淺濕灌溉（8.12%）和間歇灌溉（5.40%）；控制灌溉增產效果不太顯著，平均增產率為0.79%。整體而言，增產率隨節水率增加呈“先增后減”趨勢（圖1b）。相比于淹水灌溉，適度的節水灌溉可改善土壤透氣性、促進根部發育并提高水肥利用效率等，從而增加水稻產量；但當節水率增加到一定程度，會因缺水型水分脅迫導致增產效率降低、甚至減產。

　　節水灌溉普遍適宜于水肥保持能力強、氣候濕潤、地下水位較高以及地勢平坦等區域。通過分析不同節水灌溉模式的適用條件和特點，該研究構建了中國節水灌溉模式識別指標體系，共包括土壤、氣候水文、地形和目標效率4類及土壤質地、土壤肥力、土壤鹽堿度、降水、地下水位、地類/坡度和綜合效益7項指標。基于指標體系和GIS空間分析技術，繪制了4種節水灌溉模式潛在的應用空間分布圖。中國約94.19%的稻田區域適宜實施節水灌溉，應用潛力大。其中，淺濕灌溉分布最為廣泛，適宜于約90.03%的稻田區域；其次是控制灌溉和間歇灌溉，適宜于約23.33%的稻田區域；蓄雨灌溉的適宜范圍約占4.16%。5.81%的稻田區域因土壤鹽堿化和肥力低下等因素不適宜實施節水灌溉。在中國全面實施節水灌溉的情況下，在國家尺度上可節水約22.06-26.41%、削減氮素徑流流失負荷約31.11-39.11%、增產約5.39-6.87%。