沈彦俊研究组在华北平原农业与地下水资源可持续研究中取得进展

过去30年，华北平原的农业生产取得了长足的发展，农业投入、产出水平达到新的历史水平，然而高强度的灌溉和施肥已经在区域范围内造成了严重的地下水超采和包气带土壤污染。“小麦—玉米”一年两熟的高强度农业必不能持续发展。华北平原农业的未来出路在何方是诸多科学家所共同关注的问题。

他山之石可以攻玉。华北平原现阶段面临的困境是世界各主要粮食生产区的共性问题，其中美国高平原（U.S. High Plains）具有和华北平原相似的气候特征和作物种植结构（单季的小麦、玉米为主）。高平原在农业生产发展中所面临的问题和相应的对策对华北的农业结构调整无疑具有重要的借鉴意义。中国科学院遗传发育所农业资源研究中心沈彦俊研究组与美国得克萨斯大学奥斯汀分校（University of Texas at Austin）的合作者一项最新研究成果发表在2014年4月出版的Environmental Research Letters。该研究系统地比较了1980-2011年华北平原和美国高平原的农业生产特征及其对地下水资源消耗的影响，探讨了实现华北平原农业可持续发展的途径。

研究发现，最近三十年两地的小麦玉米生产状况发生了巨大的变化，其中华北平原的小麦播种面积减少2%，总产量增长114%；玉米播种面积增加75%，总产量增长325%；而美国高平原玉米播面增加57%，总产量增长124%；小麦播种面积减少36%，总产量则减少了27%；最近十年（2002-2011）华北平原一年两熟的种植模式下粮食年产量（小麦+玉米）仅比美国高平原一季夏玉米的产量高15%左右，而华北平原小麦玉米两熟模式下消耗的氮肥和灌溉面积则分别是高平原的2倍之多。灌溉和施肥已经在美国高平原造成了普遍的地下水污染，个别地区的地下水已经严重污染不适于饮用；在灌溉和施肥强度更高的华北平原则将面临更为严峻的地下水污染威胁。

1980年以来，由于保护地下水的需要，高平原逐渐压缩耗水高单产低的小麦的种植面积，由1980年的670万公顷减少至2011年的430万公顷，化肥的施用水平也维持在1990年以后稳定的水平并遏制了地下水硝酸盐浓度持续上升的危险局面，这对保护地下水资源起到了至关重要的作用。鉴于美国高平原的农业结构调整与地下水保护方面的经验，在华北平原压缩高耗水冬小麦的播种面积，控制化肥施用水平，同时通过单季玉米品种和栽培技术的改进，将会大力补偿因缩减冬小麦种植引起的产量损失，可望有效地缓解华北平原地下水资源面临的困局。

该研究受到国家自然科学基金项目（41471027）和国家留学基金委（201204910291）的资助。

论文全文链接：

http://iopscience.iop.org/1748-9326/10/4/044013/article?fromSearchPage=true