如何用更小的代價“養活中國” _健康小知識

本文轉自：中國科學報

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待耕種的農田。徐銳/攝
■本報采訪人員王方
中國農業大學資源與環境學院、國家農業綠色發展研究院教授崔振嶺課題組，研究揭示通過優質農戶田間管理技術與種植結構優化調整相結合，能在滿足未來中國糧食需求的同時，減少播種面積12%、氮肥施用34%、磷肥施用24%、灌溉水用量23%、活性氮損失18%和溫室氣體排放20% 。相關研究近日在線發表于《自然-食物》。
該項研究突破了農業產業布局與生產技術同時優化并相結合的難題，為我國未來農業種植可持續管理提供了解決方案，為政府推動農業綠色轉型、更大程度實現糧食自給自足、減輕環境影響及國際市場的作用壓力提供了決策參考。
提出種植業綜合管理策略
在氣候變化背景下，以更小的環境代價養活不斷增長的人口一直是農業生產面臨的一個巨大挑戰。有研究指出， 2015年至2050年間，全球糧食需求預計將增長27%~39% 。然而證據顯示，作物產量增加的趨勢很可能會停止，目前很多地區作物的產量潛力已經達到了產量平臺。
論文通訊作者崔振嶺表示，基于空間作物生產力和環境成本的巨大差異，統籌規劃適宜的作物空間分布格局，為提高作物產量和降低環境成本、實現農業綠色發展提供了可能。
然而，生產端空間可獲得產量潛力及優化技術信息不足，排放端空間高精度資源投入及環境排放數據缺失，導致無法進行綜合評估，也無法形成技術與管理一體化的綜合策略。同時，我國仍然缺乏可持續滿足未來食物需求并且空間明確的綜合戰略。
為解決以上難題，課題組開發了一個新的綜合數據及數據集，結合了全國1110萬名農民的調研數據、4272條農田氮損失發表數據及各類統計年鑒，用以定量中國特定作物及縣作物產量和農業投入、活性氮損失、溫室氣體排放等。基于上述分析，研究人員提出了一種將田間優化技術和作物種植結構優化相結合的種植業綜合管理策略，實現以較低成本生產足夠的糧食。
【如何用更小的代價“養活中國”】綜合管理策略步驟如下：通過NUFER模型模擬2030年中國的糧食需求；通過全國大規模的農民調研，獲得2036個縣作物產量及氮肥利用效率前10%生產者的優化技術；通過高精度空間異質數據和具有合理約束條件的線性優化模型，在縣域尺度上優化11類作物種植空間分布。
該研究中優質農戶田間管理技術為各縣優質農戶采用的生產技術。通過調研農戶，研究人員首先選擇產量最高的33.3%生產者，然后提取各縣各作物氮肥利用效率最高的33.3%生產者，組合成優質的10%（33.3%×33.3%）生產者。優化的種植結構布局通過線性規劃計算，設置了5個優化目標，探究不同優化目標下優化種植結構的差異，并通過設置合理的約束條件夯實優化結果。
論文共同第一作者、中國農業大學資源與環境學院博士后汪梓寒介紹， 5個優化目標分別為最小化全國氮肥施用量、最小化全國磷肥施用量、最小化全國灌溉水用量、最小化全國活性氮損失量、最小化全國溫室氣體排放量。約束條件分別為全國各作物總產量等于2030年全國需求量，各縣的種植面積和灌溉水用量不超過當前用量，各縣只優化分配當前已經種植的作物，設置對應省份內最高種植比例作為各縣各作物種植比例上限。
作物產量和環境質量顯著提升
研究表明， 2030年全國作物蛋白質需求將增加至1.52億噸。如果所有農民都能采用田間優化技術，蛋白質總產量將達到129噸，比未來需求少15.8% 。如果通過種植空間結構進行優化，最高蛋白質產量為1.45億噸，仍然比未來預計需求低5.4% 。