近期，南方科技大学环境科学与工程学院讲席教授刘俊国课题组在面向多维度可持续发展的水-能源-粮食资源纽带关系研究领域取得系列成果，并依托NSFC-NSF中美国际合作网络IRCN项目（51711520317），在国际期刊Resources, Conservation & Recycling先后发表5篇研究论文。

图1. 水-能源-粮食纽带关系与未来水资源使用情况

刘俊国与Bridget Scanlon是中美国际合作网络中方和美方项目负责人。应期刊邀请，两人与国内外专家合作撰写论文《多维可持续发展的水-能源-粮食资源纽带关系研究》，提出“水-能源-粮食资源纽带关系研究”应从“树”状线性研究模式发展成为“网”状多学科交叉研究模式，量化三种资源的内在关联对于实现联合国可持续发展目标，如应对气候变化、减贫与水资源短缺具有重要作用，建议采用多学科融合交叉的系统论方法解决水-能源-粮食纽带关系及权衡的复杂问题。刘俊国为论文通讯作者。

 图2. 不同升温情景下水电站建设的优化位置与灌溉用水量

论文“气候变化将削弱水力发电和灌溉的协同效应”综合考虑了水电开发潜能、农业生产、能源需求、社会经济和自然保护等因素，构建了水文（PCR-GLOBWB）-能源（BeWhere）-农业（GEPIC）三维评价体系模型，评价了升温1.5°C和2°C全球气候变化情景下湄公河流域水电和农业可用水量间协同效应的变化。

水电作为一种可再生清洁能源，在全球能源供应中发挥着重要作用。全球气候变化通过影响河川径流量进而影响到水电产量和农业灌溉，从而影响水-能-粮纽带关系。然而，当前关于气候不同升温程度对水-能-粮纽带关系不同影响的研究鲜有报道。

研究表明，升温1.5°C和2°C均会减少水电产量及农业可用水量，削弱湄公河流域水电和农业可用水量间的协同效应。

刘俊国课题组博士生孟莹为论文第一作者，刘俊国为论文通讯作者。合作作者为王子丰、冒甘泉、王凯以及杨红。

图3. 未来区域能源与粮食生产用水

论文“气候变化与社会经济发展对水-能源-粮食资源纽带关系影响研究：以湄公河三角洲为例”选取了水、能源、粮食三种资源矛盾较为突出的湄公河三角洲为研究区域，采用课题组自主开发的水资源综合管理模型 (River -basin Integrated Model)，揭示了该区域不同气候变化与社会经济发展模式下水-能-粮耦合关系。

目前水、能源、粮食的耦合关系研究大多关注三者间的关系量化，对耦合系统如何响应外部变化，特别是对气候变化与社会经济发展带来的共同影响认识还不够深入。刘俊国课题组研究表明，湄公河三角洲水、能源、粮食存在紧密联系，未来极端气候事件将使区域水稻产量产生较大波动。

刘俊国课题组研究助理教授王凯为论文第一作者，刘俊国为论文通讯作者。合作作者为夏军、王子丰、孟莹、陈鹤、冒甘泉及叶斌。

图4. 不同灌溉方式下的中国24个水稻站点（a 北方，b南方）甲烷排放情景

论文“不同灌溉方式下粮食-水-温室气体排放权衡问题的‘双赢’方案”， 以中国水稻为例，对三种典型灌溉模式（持续淹灌、中期晒田和新型干湿交替灌溉）的实施效果进行了比较，以深入探索粮食安全-灌溉水量-温室气体排放纽带关系。

水稻种植是农业温室气体排放的重要来源，传统的淹灌稻田不仅消耗了大量灌溉水，而且还会排放大量的温室气体甲烷（CH4）。

研究结果表明，新型干湿交替灌溉方式可以实现粮食-水-温室气体排放权衡的“共赢”目标，在维持水稻产量基本不变的情况下，CH4排放可以减少34%-71%，灌溉水量可以减少18-50%。

刘俊国课题组研究副教授田展为论文第一作者，刘俊国和马里兰大学地理科学系教授孙来祥为论文共同通讯作者。合作作者为樊一丹、王凯、钟洪麟、樊冬丽及Francesco Tubiello。

图5 长江流域冬闲田油菜生产潜力图

论文“利用长江流域冬闲田种植油菜对我国粮食和能源安全贡献评估”的研究基于1981-2011年84个油菜观测站点数据，融合遥感数据，在1km×1km网格单元水平上监测了长江流域2007-2008年的冬季休耕期时间及空间范围，并结合农业生态区（Agro-Ecological Zones, AEZ）和CHINAGRO-II模型，模拟了在长江流域利用冬闲田种植油菜对2020年和2030年中国油菜的生产和贸易的影响。

油菜是食用植物油、植物蛋白和蛋白饲料的重要来源，也是生物能源主要的原材料。中国油料短缺趋势持续加大，但传统油菜种植区域长江流域近年来出现了大规模的冬闲田。如何充分利用冬闲田保障中国油料安全是大家十分关心的主题。

研究发现，2007-2008年长江流域可供油菜种植的冬季休耕地面积为778万公顷，总生产潜力可达到1517万吨。如果60%的冬季休耕地被利用种植油菜，将使中国油菜籽自给率在2020年提高到100%，在2030年提高到72%；2020年增加的910万吨油菜籽不仅可以使中国油菜籽进口量降为零，还可以减少810万吨大豆进口。2030年中国油菜籽进口将从基线下的1500万吨减少到730万吨，能够有效缓解中国未来油料进口压力，保障中国粮食安全。

田展为论文第一作者，刘俊国为论文共同作者。中国人民大学农业经济与农村发展学院教授仇焕广和马里兰大学地理科学系教授孙来祥为论文共同通讯作者。合作作者为纪英豪、许翰卿及钟洪麟。

论文链接：

1.《面向多维度可持续发展的水-能源-粮食资源纽带关系研究》

https://www.sciencedirect.com/journal/resources-conservation-and-recycling/special-issue/10FMF7DP7KG

2.《气候变化将削弱水力发电和灌溉的协同效应》

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S092134492030690X

3. 《气候变化与社会经济发展对水-能源-粮食资源纽带关系影响研究：以湄公河三角洲为例》

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0921344920307084

4. 《不同灌溉方式下粮食-水-温室气体排放权衡问题的“双赢”方案》

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0921344920306753

5. 《利用长江流域冬闲田种植油菜对我国粮食和能源安全贡献评估》

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0921344920304766

供稿：环境科学与工程学院

通讯员：晏梓添

编辑：苗雪宁

主图设计：丘妍