三江平原是重要的商品糧生產(chǎn)基地和濕地集中分布區(qū)。20世紀(jì)90年代以來(lái)，三江平原經(jīng)歷了大規(guī)模的農(nóng)業(yè)擴(kuò)張，區(qū)域農(nóng)業(yè)灌溉需水量激增，導(dǎo)致地下水超采和生態(tài)用水被擠占，激化了區(qū)域水-糧食-生態(tài)系統(tǒng)之間的矛盾，制約了這一地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。如何平衡區(qū)域農(nóng)業(yè)發(fā)展、水資源短缺和生態(tài)保護(hù)之間的矛盾，提出水資源和耕地資源的協(xié)同配置方案，對(duì)實(shí)現(xiàn)灌區(qū)糧食穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)和區(qū)域“水-糧-生”協(xié)同可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。
近日，中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所研究人員提出了水資源和作物種植協(xié)同優(yōu)化配置的多尺度多目標(biāo)規(guī)劃模型，綜合考慮地下水均衡、濕地生態(tài)需水、糧食產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益等目標(biāo)，構(gòu)建了區(qū)域-灌區(qū)的多尺度優(yōu)化框架。這一框架平衡糧食生產(chǎn)和區(qū)域協(xié)同發(fā)展，結(jié)合多目標(biāo)遺傳算法和差分進(jìn)化算法，實(shí)現(xiàn)了多尺度多目標(biāo)協(xié)同發(fā)展。研究以三江平原撓力河流域?yàn)榘咐O(shè)計(jì)了現(xiàn)狀及未來(lái)氣候情景下不同水文年情景（50%水文年和75%水文年情景）和水資源調(diào)控情景（傳統(tǒng)灌溉模式、節(jié)水灌溉模式和外調(diào)水情景），給出不同情景下水-糧食-生態(tài)協(xié)同發(fā)展最優(yōu)的水資源配置方案和灌區(qū)尺度作物種植結(jié)構(gòu)調(diào)整方案。
模型優(yōu)化結(jié)果顯示：水-糧食-生態(tài)系統(tǒng)之間存在矛盾，僅考慮某單一目標(biāo)的決策將損害另外兩方利益；在現(xiàn)狀氣候情景下，節(jié)水灌溉和引入外調(diào)水均可緩解區(qū)域水-糧食-生態(tài)系統(tǒng)之間的矛盾，灌區(qū)尺度總耕地面積和水稻種植面積可進(jìn)一步增加，節(jié)水灌溉偏向于增加區(qū)域糧食經(jīng)濟(jì)效益，地下水回補(bǔ)量和生態(tài)用水保障率小幅度增加，區(qū)域糧食經(jīng)濟(jì)效益增加，而引入外調(diào)水更偏向于各系統(tǒng)均衡發(fā)展，可使地下水回補(bǔ)量增加4.7億m3，區(qū)域糧食經(jīng)濟(jì)效益小幅度增加，生態(tài)用水保障率提升16.6%；在RCP4.5-2050氣候情景下，區(qū)域水資源可利用量最小，將導(dǎo)致區(qū)域地下水回補(bǔ)量和生態(tài)用水保障率下降以及作物種植結(jié)構(gòu)調(diào)整，給區(qū)域水-糧食-生態(tài)帶來(lái)挑戰(zhàn)。
相關(guān)研究成果發(fā)表在《農(nóng)業(yè)水管理》（Agricultural Water Management）上。研究工作得到中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)等的支持。
論文鏈接
本文鏈接：研究提出水資源和作物種植協(xié)同優(yōu)化配置的多尺度多目標(biāo)規(guī)劃模型http://www.sq15.cn/show-12-1579-0.html
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