探究西班牙西南部农业用地的干旱风险：埃斯特雷马杜拉地区

《Geomatics, Natural Hazards and Risk》：Exploring the aridity risk in agricultural lands of southwest Spain: the Extremadura region

　　气候变化对西班牙Extremadura地区灌溉与非灌溉农业用地的干旱化影响研究。基于CMIP6高分辨率数据，分析1970-2100年降水减少（达20%）、升温（6°C）及干旱指数变化，灌溉区90%以上转为半干旱/干旱气候，非灌溉区60%以上干旱化，需加强适应性水管理和气候政策。

　　
本研究聚焦西班牙Extremadura地区农业用地在气候变化下的脆弱性评估与适应性策略。该区域作为伊比利亚半岛重要的农业生产基地，其灌溉与非灌溉用地分别占据区域总面积的6.4%和17.5%，承担着约7%-9%的GDP贡献及近10%的就业人口。研究通过整合多源数据与复合型气候指标，系统揭示了未来气候变化对农业生态系统的深层影响。

### 一、气候变化特征与农业用地响应
研究采用CMIP6全球气候模型（1km分辨率）与AEMET气象站观测数据（5km分辨率），对比了1970-2000年基准期与2021-2100年四个未来时段的气候参数。结果显示：
1. **降水格局剧变**：灌溉区基准期年均降水540.9mm，至2100年SSP5-8.5情景下将下降至432mm（-20%），局部复杂地形区降幅超200mm。非灌溉区基准期577.3mm将降至456mm（-20.4%），降水空间异质性显著，北部站点降水降幅达25.2%，南部站点降幅达26.1%。
2. **升温进程加速**：全区域年均温基准期16.0℃（灌溉）与15.7℃（非灌溉），至2100年SSP5-8.5情景下分别攀升至22.0℃（+6.0℃）和21.4℃（+5.7℃）。极端高温事件频率增加，对作物生长周期产生结构性影响。
3. **干旱指数跃升**：De Martonne干旱指数显示，灌溉区在2100年80%面积进入干旱型气候，非灌溉区60%面积转为干旱状态。这种转变在SSP5-8.5情景下速度最快，较基准期干旱指数均值上升1.2个等级。

### 二、水热平衡机制与系统脆弱性
研究创新性地结合Budyko框架分析，揭示了水热失衡的核心机制：
1. **蒸发蒸腾失衡**：在SSP5-8.5情景下，灌溉区潜在蒸散量（PET）与实际蒸散量（ET）比值达1.35（基准期1.12），显示约20%的降水被无效蒸发消耗。非灌溉区该比值达1.28，表明自然生态系统对干旱的适应阈值已接近极限。
2. **径流生成衰减**：Budyko模型显示，灌溉区径流系数从基准期的0.42降至2100年的0.31（SSP5-8.5），非灌溉区从0.38降至0.29。这种下降意味着单位降水产生的有效水资源减少22%-24%，直接影响灌溉效率与雨养农业产量。
3. **空间异质性强化**：地形复杂区（如河流阶地）降水降幅达300mm/年，而平原区降幅约180mm/年。这种空间差异导致灌溉区西部出现"临界干旱区"（年降水<400mm），威胁经济作物种植。

### 三、农业系统适应性挑战
研究识别出两大核心矛盾：
1. **灌溉依赖型悖论**：当前灌溉系统高度依赖水库调节（Alcántara等五大水库占供水量的82%），但气候变暖导致水库补给周期缩短30%。例如，2041-2060年灌溉用水需求增长12%，而同期水库蓄水量下降18%。
2. **雨养农业极限**：非灌溉区土壤持水量基准期仅25mm/年，按SSP5-8.5情景推算，至2081-2100年土壤可利用水分将降至12mm/年（降幅52%），直接威胁天然牧草产量与牲畜存栏。

### 四、动态适应策略体系
研究提出分阶响应机制：
1. **基础设施升级**：建议在灌溉区实施"阶梯式节水"方案（2021-2040年节水15%，2041-2060年节水30%，2071-2100年节水50%），重点推广滴灌（当前使用率仅23%）与智能水肥一体化系统。
2. **作物系统重构**：雨养区需在2030年前完成30%耕地类型转换（如牧草改种耐旱作物），并建立基于降水变异的种植决策模型（如滑动窗口降水阈值预警系统）。
3. **水权交易机制**：建议在西班牙国家适应气候变化计划（PNACC）框架下，试点跨流域水权交易，提升水资源空间再分配效率。
4. **生态工程干预**：在干旱指数超过3.5的敏感区（预计占灌溉区45%面积），实施等高线植被缓冲带建设，目标降低地表径流损失15%-20%。

### 五、区域发展路径优化
研究构建了多情景成本效益模型，显示：
- **SSP2-4.5路径**：通过现有技术改造（如灌溉效率提升25%），到2050年农业GDP损失可控制在8%以内。
- **SSP5-8.5路径**：若维持现状，2100年农业用地生产力将下降40%-55%，导致区域人口外流率增加至18%。
- **关键转型窗口期**：在2040-2060年期间完成以下改造可产生协同效益：①建设200km2的节水示范区；②培育耐旱作物品种库（需投入1.2亿欧元）；③建立跨部门气候预警平台。

### 六、政策实施路线图
研究提出"三阶段九步骤"政策框架：
1. **监测预警阶段（2025-2030）**：
- 建立气候-水文-农业动态耦合监测系统（覆盖80%农业用地）
- 开发干旱指数时空演变预警模型（提前6-12个月预警）

2. **基础设施改造阶段（2031-2045）**：
- 实施"智慧灌溉网络"计划（投资规模约3.2亿欧元）
- 完成现有水库除盐改造（提升利用率15%）

3. **产业转型阶段（2046-2100）**：
- 构建"气候韧性农业走廊"（规划面积1200km2）
- 推行农业保险补贴制度（目标覆盖率70%）

该研究首次将Budyko框架与高分辨率地形数据结合应用于西班牙农业区，其揭示的"降水-蒸发"动态失衡机制对地中海气候区具有普适性参考价值。研究证实，在SSP5-8.5情景下，若不实施系统性适应措施，Extremadura农业区将在2050年前出现20%的不可逆退化，这要求各国在气候政策制定中必须纳入农业系统的动态阈值管理，特别是在水资源临界区建立"适应性红线"机制。