【专家视角】东北地理所WR｜在湿地水文多功能性提升农业水资源安全研究方面取得进展

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（来源：生态修复网）

在全球气候变化与土地利用集约化的双重作用下，农业水资源安全正面临日益严峻的挑战。湿地具备储水（Store）、滞留（Retain）、下渗（Infiltrate）、净化（Purify）和缓释（Release）等协同水文过程（SRIPR），被普遍视为支撑农业生产的重要天然基础设施。然而，受“湿地与农业对土地和水呈零和竞争”的传统观念束缚，加之现有流域模型与评估框架多将湿地视为静态、孤立的蓄水体，难以刻画上述耦合水文过程、量化湿地对农业水资源安全的贡献，也缺乏统筹湿地恢复与农业生产的空间优化工具，湿地在保障农业水资源安全中的潜力长期未能充分释放。如何突破这一瓶颈，成为国际生态水文学与农业水资源管理领域的重要科学问题。

针对这一科学问题，中国科学院东北地理与农业生态研究所水文与水资源学科组科研人员联合加拿大国立科学研究院、美国北达科他州立大学和英国伦敦大学学院，提出了湿地水文多功能性提升农业水资源安全的SRIPR框架（图1）。该框架首次将储水、滞留、下渗、净化、释放五种水文过程作为一个协同过程束进行机理整合，阐明了其与农业水资源安全“水量安全、水质安全、水灾害安全、权益安全”四个维度的内在联系（图2）；构建了流域尺度12项指标诊断体系（并给出湿地水权系数等量化方法），同时建立了空间显式的多目标优化架构，用于统筹湿地恢复与农业生产、设计协同增效的“湿地—农业”景观格局。

图1 湿地水文多功能性提升农业水资源安全的SRIPR框架

图2 SRIPR框架下边际农田湿地恢复景观设计概念图。

(a) 在边际农田上战略性恢复湿地如何增强SRIPR功能，并为下游农业构建水文与生物地球化学安全网，同时最小化与粮食生产的权衡；(b) 当前湿地破碎化、农业集约化景观，水文连通性有限，下游洪水风险较高、水质相对较差；(c) SRIPR导向的恢复情景：在边际农田战略性恢复湿地可增强水文连通性、削减洪峰、维持旱季基流并改善下游水质

研究以我国吉林西部供水工程（河湖连通工程）为案例开展回溯性“自然实验”验证。该工程连通203个湖泊水库、恢复湿地与湖面4,755 km²，累计调引洪水21亿立方米，推动区域地下水水位平均回升超过1.0 m；湿地处理稻田排水的总氮、总磷去除率分别达70.0%和68.8%，湿地网络在强降水事件中可使洪峰流量削减最高达24%，同步实现洪水缓解与农业灌溉补水。在此基础上，研究对比了三种湿地规划情景：单纯追求恢复面积（情景A）与仅考虑生态连通（情景B）的方案，其水文服务效能均不及基于SRIPR的多目标优化方案（情景C）；情景C在恢复面积最小（约1,000 km²）的条件下，取得最高的洪峰削减（18%–22%）、枯季基流提升（18%–25%）与氮去除效率（60%–70%），并将农业生产损失控制在10%以内。研究进一步表明，基于SRIPR的战略性湿地网络设计可使农业灌溉可靠性提升15%–25%、硝态氮负荷降低20%–30%，同时保持现有粮食生产能力90%以上。

为使这一框架具备可操作性，研究提出了三个相互衔接的科学前沿（图3）：第一，发展能够实现SRIPR过程模切耦合的新一代模型，实现蓄存—滞留反馈、滞留—净化反馈和下渗—释放反馈过程的精细刻画，并为SWAT、HSPF、MIKE SHE等主流平台给出了具体的模块修改路径；第二，建立由12项指标构成的流域尺度诊断体系，将湿地网络的功能表现与农业水安全的密切相关的四个维度——水量安全、水质安全、水灾害安全和水权安全——直接服务于农业水安全评估与决策；第三，构建多目标空间优化架构，以多目标优化算法求解“在哪里恢复湿地能以最小的农业生产损失换取最大的SRIPR协同效益”，推动规划逻辑从“避让式保护”转向“设计式协同”。

图3 SRIPR落地实施：三个相互关联的科学前沿与实现路径

该研究打破了“湿地与农业零和竞争”的传统范式，系统论证了湿地作为战略性绿色基础设施支撑气候韧性粮食系统的路径，为流域尺度湿地保护恢复与农业水资源可持续管理提供了可操作的科学依据，直接支撑联合国可持续发展目标（SDG）2、6、13和15。

研究成果在线发表于国际水研究领域权威期刊《Water Research》。论文由中国科学院东北地理与农业生态研究所吴燕锋副研究员（第一作者）、章光新研究员，以及加拿大国立科学研究院Alain N. Rousseau教授、美国北达科他州立大学Marinus Otte教授、英国伦敦大学学院Julian R. Thompson教授等合作完成。研究得到国家自然科学基金（42571038、U2243230）、吉林省科技发展计划项目（20240101058JC）和科技基础资源调查专项（2025FY101302）等项目资助。