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90年代以來，三江平原經(jīng)歷了大規(guī)模的農業(yè)擴張，區(qū)域農業(yè)灌溉需水量激增，導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)域農業(yè)發(fā)展、水資源短缺和生態(tài)保護之間的矛盾，提出水資源和耕地資源的協(xié)同配置方案，對實現(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，中國科學院東北地理與農業(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)濟效益等目標，構建了區(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，結合多目標遺傳算法和差分進化算法，實現(xiàn)了多尺度多目標協(xié)同發(fā)展。研究以三江平原撓力河流域為案例，設計了現(xiàn)狀及未來氣候情景下不同水文年情景（50%水文年和75%水文年情景）和水資源調控情景（傳統(tǒng)灌溉模式、節(jié)水灌溉模式和外調水情景），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)尺度作物種植結構調整方案。

　　模型優(yōu)化結果顯示：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一步增加，節(jié)水灌溉偏向于增加區(qū)域糧食經(jīng)濟效益，地下水回補量和生態(tài)用水保障率小幅度增加，區(qū)域糧食經(jīng)濟效益增加，而引入外調水更偏向于各系統(tǒng)均衡發(fā)展，可使地下水回補量增加4.7億m3，區(qū)域糧食經(jīng)濟效益小幅度增加，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，將導致區(qū)域地下水回補量和生態(tài)用水保障率下降以及作物種植結構調整，給區(qū)域水-糧食-生態(tài)帶來挑戰(zhàn)。

　　相關研究成果發(fā)表在《農業(yè)水管理》（Agricultural Water Management）上。研究工作得到中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項等的支持。