基础研究看怀柔｜大科学装置支撑我国灌溉投资优化路径研究 为节水与粮食安全提供科学依据
日期：2026-10-29
来源：北京怀柔科学城管理委员会
水是农业的命脉，更是粮食安全的根基。我国以占全球6%的淡水资源、9%的耕地，养活了世界近1/5的人口。当前，全国耕地灌溉面积达10.86亿亩，以占全国56%的耕地生产了80%以上的粮食，灌溉对粮食增产的直接贡献率超过36%。与此同时，农业用水占全国总用水量的60%以上，是最大的用水户,也是节水最大潜力所在。
在水资源刚性约束日益趋紧、气候变化导致高温干旱频发加剧的双重背景下，如何在“节水”与“保粮”之间找到最优平衡，成为关乎国家粮食安全的重大课题。
近日，中国科学院大气物理研究所张天一研究员联合多家国内外科研机构，在国际权威期刊《NatureFood》发表研究成果，系统提出了兼顾农业节水、粮食安全与投资回报的差异化灌溉投资路径。
优化灌溉技术升级与灌溉面积扩张，对于实现多个可持续发展目标至关重要：包括节水、提升农业气候韧性以及保证长期投资转化效益。本研究通过投资组合分析，旨在加速政府在灌溉基础设施和高标准农田建设规划中实现可持续发展目标的进程。
该研究整合了42190条县级农业统计数据、3576份农户调研数据及2230个灌溉技术对比试验，将灌溉技术升级与新增灌溉面积纳入统一的投资优化框架，揭示出“技术升级先行、节水空间定向用于雨养农田灌溉改造”的协同方案。在新增灌溉面积方面，玉米适宜采用较先进的灌溉技术并适度扩大灌溉面积；小麦和水稻对新增灌溉面积的需求相对较小，在新增灌溉面积上采用中等效率的节水灌溉技术，即可在保障未来气候变化下粮食安全的同时，达成节水政策目标，并实现投资回报最大化。
此项研究的顺利完成，离不开地球系统数值模拟大科学装置的关键支撑。该装置为研究团队提供了强大的超级计算能力和自主知识产权的地球系统模式平台，使得大规模多源农业数据的融合处理、气候变化对三大主粮作物产量影响的精细模拟，以及复杂投资组合的优化求解得以高效实现。
依托大科学装置的算力与模拟能力，研究团队得以刻画不同作物、不同区域在未来气候情景下的灌溉需求与节水潜力，为“哪些作物需要灌溉、哪些地区应新增灌溉面积、采用何种技术”等关键问题提供科学依据。
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