作为粮食生产与水资源耗用的关键载体和复杂的开放型自然-社会系统，灌区的节水低碳运行是农业绿色高质量发展的重要支撑。近期，农工院农业节水研究所在灌溉农业系统节水低碳管理基本理论与方法领域取得一系列研究进展。
研究基于农业广义水资源迁移转化原理和足迹理论，解析了自然-社会生态系统视角下的灌区蓝绿水资源迁移、转化、耗用和作物水足迹形成过程，提出了粮食生产水足迹计算方法；联合传统范式和足迹理论，建立考虑广义水循环、工程设施、灌排管理和环境影响的农业灌溉系统蓝绿水资源效用综合评价理论、方法与指标，改进了当前以灌溉水为对象、以水量管控为目标灌区农业水效管控模式。着眼水资源耗用和粮食产销全过程，提出了灌区尺度的水-能-粮-碳关联关系分析理论、框架和量化指标体系，建立了灌区水-能-粮-碳关联关系风险评估模型和可持续性评价方法，识别了灌区尺度水资源综合效用和水-能-粮-碳关联关系风险的驱动机制。以农业生产全过程节水低碳为目标，考虑农业蓝绿水效用提升和区域粮食安全保障，建立了基于水足迹与水-能-粮关联关系的农业灌溉系统种植结构优化模型，提出了灌区绿色运行管理机制。
该研究还以江苏省淮安市涟水县大型灌区为对象，开展了灌溉农业系统节水低碳管理基本理论与方法的应用研究。研究成果为自然-社会系统水-粮食-生态关联关系评估提供理论与方法基础，也可为农业领域水-能-粮协同管控与水碳中和路径的研究与实践提供支撑。
图1 灌排系统蓝绿水效用形成原理与驱动机制
图2 节水低碳灌区研究框架
图3 基于粮食水足迹演变的灌区农业种植结构优化
相关成果发表在《Agricultural Water Management》（IF=6.7）《水利学报》《Science of The Total Environment》（IF=9.8）及《Journal of Hydrology》（IF=6.4）等农业水利领域相关权威学术期刊上。论文通讯作者为操信春教授、第一作者为农工院2022级博士研究生崔思梦，合作作者包括王小军教授和吴梦洋博士等。该研究得到了国家自然科学基金（51979074）和江苏省社会科学基金（17GLC013）等项目的支持。
相关论文信息：
[1] Cui, S., Wu, M., Huang, X., Wang, X., Cao, X.* Sustainability and assessment of factors driving the water-energy-food nexus in pumped irrigation systems. Agricultural Water Management, 2022, 272, 107846.
[2] Cui S., Wu M., Huang X., Cao X.*. Unravelling resources use efficiency and its drivers for water transfer and grain production processes in pumping irrigation system, Science of The Total Environment, 2022, 151810, https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021. 151810.
[3] 崔思梦，吴梦洋，王小军，操信春*. 基于水足迹与水-能源-粮食关联关系的提水灌溉系统种植结构优化, 水利学报, 2023, https://doi.org/10.13243/j.cnki.slxb.20230022.
[4] Cui, S., Zhang, J., Wang, X., Wu, M., Cao, X.* Fuzzy composite risk assessment of water-energy-food-carbon nexus in the dispark pumped irrigation system. Journal of Hydrology, 2023, 624, 129879. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2023.129879.（农工院）
