农业快速扩张，对水资源供给造成压力，也侵占森林、草地和湿地等生态系统的生态用地，打破生态系统连通性，扰乱自然生态系统碳循环过程。水土资源优化配置要考虑粮食安全和生态安全，涉及水文、生态、农业、地理、经济等多个学科领域，也要考虑水资源和土地资源之间存在相互匹配与均衡的关系。因此，协调与权衡有限的水资源和土地资源，提升水资源利用效率，增加粮食生产能力，提高保护生态系统连通性，增强碳汇能力，是复杂的科学问题。
针对上述问题，研究以中国三江平原为例，结合分布式水文模型和改进的基于水-碳-粮食-生态耦合的水土资源空间优化配置模型，实现水资源、固碳量、粮食产量和生态系统连通性多维要素的协同与权衡。
团队取得如下认识：三江平原水资源量在156亿立方米至479亿立方米之间波动。因水利工程和水土资源时空不匹配性，现有可利用水资源量无法可持续支撑三江平原4000万亩水稻田种植规模；常规灌溉模式下，水稻、玉米和大豆的种植比例优化为2.2∶2.4∶1.4，可节约灌溉用水23亿立方米，湿地面积增加10204公顷，总固碳量增加153亿千克，空间优化后生态连通性提高2.8%；节水灌溉模式下，三种作物种植比例优化为2.3∶2.4∶1.3，能够节约灌溉用水45亿立方米，总固碳量增加137亿千克，湿地面积增加5609公顷，空间优化后生态连通性提高2.3%。
未来，三江平原需要加强两方面研究：加强供水工程建设，提高农业水资源利用效率，增强农业水资源供给保障能力，以及从多角度、多过程揭示生态系统功能与农业生产的关系。
相关研究成果发表在《农业水管理》（Agricultural Water Management）上。研究得到国家重点研发计划项目和中国科学院战略性先导科技专项的支持。
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基于水-碳-粮食-生态耦合的水土资源空间优化配置概念图
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