精密测量院提出水稻可持续性生产的近自然解决方案

　　近日，精密测量院杜耘与张亮研究团队基于系统调研和我国三大稻区典型灌排单元观测数据，采用自主研发的稻田灌排单元水量水质响应模型（WQQM-PIDU）评估了不同灌排结构对水资源利用和水稻产量的影响，研究发现重启小水体的灌排功能可提升水稻生产可持续性和韧性，应对气候变化背景下的水安全和粮食安全问题。相关研究发表在《自然-通讯》（Nature Communications）和《水研究》（Water Research）等期刊上。

　　作为全球一半以上人口的主粮，水稻生产消耗了全球约40%的淡水资源，也排放了大量氮磷营养物质。气候变化背景下，水资源保护和粮食稳产压力增大，亟需找到一种可持续、能应对极端天气的水稻生产方式。水塘等小水体在中国、印度等传统稻作区的灌排系统中扮演着重要角色。

　　精密测量院杜耘、张亮团队，与中国农科院、华中农业大学、中科院重庆绿色智能研究院、加拿大滑铁卢大学及湖北、江西、辽宁省农科院等单位合作，系统调查了我国水稻灌排系统的发展历程及小水体利用现状，发现近几十年来由于填塘造田和自然损毁，我国稻区的水塘数量已大幅减少，现存水塘有的缺乏维护而淤积严重、有的改为精养渔塘，80%都不再参与水稻灌排（图1）。然而，基于前期建立的涵盖中国417个水体的数据集，团队发现相比于湖泊、水库等大型水体，小水体的氮磷截留能力更强。稻区小水体的减少和弃用，增加了水稻生产的清水消耗量和污水排放量，从而提高了水稻生产的水足迹。同时，过度依赖远距离水源的灌溉模式，也增加了稻田在干旱天气的减产风险。

　　明确了灌排系统中小水体的重要作用后，团队建议要加强我国稻区现存小水体（沟塘面积占比约6.1%）的维护，并重启其灌排功能，可减少水稻生产30%的水足迹，相当于节省了全国淡水资源取用量的9%；同时将水稻灌溉自给率从3%提高到31%，缓解旱灾中2-3%的产量损失。研究还对不同省份重启小水体灌排功能的潜在效益进行了差异性分析，提出各地区小水体维护、灌排系统改造的实用建议（图2）。这些差异与建议对我国正在实施的高标准农田建设工程具有指导意义。

　　中国稻区灌排系统发展历程及小水体利用现状图.

（a）传统陂塘系统（以分散的小水塘为降雨径流调蓄设施和灌溉水源）的式微及驱动因素，（b）稻区沟塘小水体利用现状

　重启小水体用于水稻灌排的效益.

（a）不同重启程度的水稻生产水足迹，（b）不同重启程度的水稻灌溉自给率及干旱天气的减产风险，（c）水足迹效益的省份间差异，（d）稳产效益的省份间差异

　　稻区的小水体既是重要的生产单元，也是水资源调蓄净化的生态景观。利用小水体进行调蓄灌溉的传统智慧，为应对气候变化提供了时下最时髦的“近自然解决方案”，能很大程度上缓解极端天气导致的水资源短缺、水稻减产和水环境富营养化问题。基于此，团队提出了我国稻区灌排系统结构调整的方向。

　　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”为题先后发表在国际学术期刊《Water Research》和《Nature Communications》上。精密测量院博士生沈王政、副研究员李思思分别为两篇论文的第一作者，研究员张亮为论文通讯作者。

　　该研究获得国家重点研发计划项目、国家自然科学基金和现代农业产业技术体系建设专项资金等资助。

　　文章链接：

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

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