Nature丨与数百万小农一起实现可持续生产

论文内容

研究背景：

粮食安全、环境恶化和气候变化是人类面临的重大挑战。农业处于直面这些挑战的关键位置，其原因在于到2050年粮食产量必须增加60-110%（相较于2005年），以满足世界人口不断增长的需求。同时，由于气候变化和对自然资源日益激烈的竞争，需要减少农业生产对环境的不利影响。目前最大的挑战发生在小农种植模式占主导地位的地区，例如撒哈拉以南的非洲、印度和中国。在这些地区，粮食安全和农业生产的可持续性通常取决于资源有限和知识贫乏的小农耕种土地的方式。为提高小农生产力，当地政府作出了很大努力，但是动员数百万小农并鼓励他们同时采用解决生产和污染问题的管理技术是不可行的。在小农经营高投入、种植系统低效率的国家，对此困境的解决方案需求显得尤为突出。中国就是一个很好的例子。在中国有2-3亿家庭只耕种几公顷土地，农业系统严重依赖过度的农资投入。例如，中国目前的施氮量达到305 kg hm-1·year-1，而全球施氮量平均为74 kg hm-1·year-1;氮的利用效率（农产品的氮素投入比例）只有0.25，全球平均值为0.42，北美发达地区更是高达0.65。过度施用氮肥已经造成大面积的土壤酸化、毁灭性的水污染和过量的温室气体排放。为了实现可持续的粮食安全未来，中国需要一个“宏大的平衡行动”，以实现作物高产高效的同时大幅减少环境压力。如果没有广大的小农生产集体参与，这是不可能实现的。在此，本研究报告了10年来在全国范围内推广综合土壤作物系统管理（ISSM）计划的成果，这些努力鼓励2090万小农采用改进的生产管理技术，以提高产量并减少环境污染。

研究内容:

首先，本研究介绍了13123个大田试验的结果，这些试验测试了一个综合决策支持的综合土壤作物系统管理（ISSM）计划的适用性，该计划主要位于中国种植玉米、水稻和小麦的广阔农业生态区内。然后，描述了在经历长时间（2005-2015年）发展后协调行动取得了共计3770万公顷的农田采用基于ISSM的管理措施的成绩。最后，讨论了在整个国家追求可持续生产力的情景以及对粮食产量和选定的环境指数的潜在影响。首先，需要设计管理实践的技术工具，这些工具可以被用于提出综合建议。这些技术需要是全面的，包括关键的作物-土壤-水-养分参数，并具有适应性，以适应不同的生物物理条件。本研究调查了ISSM是否可以在中国主要的农业生态区（从北方寒冷干旱地区到南方热带-亚热带湿润地区）中应用，以在所有地区获得类似的结果。研究人员从2005年到2015年在全国农业生产区进行了田间试验，共13123个位点年。每个试验都包括基于ISSM的建议（处理）与农民的常规种植方法（对照）的比较，并采用分析方法对调研结果进行分析。

Fig.1 ISSM全国推广网络

Fig.2 基于ISSM的干预措施产生的生产和环境效益

Fig.32005-2014年期间全国范围内对农民玉米、水稻和小麦生产调查得出的效益评分

研究结论：

从2005年到2015年，452个县的约2090万农民在田间采取了优化后的管理措施（ISSM），多年来累计达到3770万公顷。作物平均产量（玉米、水稻和小麦）增加了10.8%-11.5%，粮食净产量达到3300万吨。与此同时，氮肥施用量减少了14.7- 18.1%，节约氮肥120万吨，粮食产量的增加和氮肥用量的减少创造的经济价值相当于122亿美元。采取干预措施后的作物生产活性氮平均损失为4.5-4.7 kg N·Mg-1，而未干预的活性氮平均损失为6.0-6.4 kg N·Mg-1。玉米、水稻和小麦的温室气体排放量分别达到328 kg·CO2eq·Mg-1、812 kg·CO2eq·Mg-1和434 kg·CO2eq·Mg-1，而在没有干预的情况下，其温室气体排放量分别为422 kg·CO2eq·Mg-1、941 kg·CO2eq·Mg-1和549 kg·CO2eq·Mg-1。本研究的成果可帮助世界范围内25亿名小农种植者增强管理技术能力，进而提高生产率和环境生态效益。

转自：“农科学术圈”微信公众号

如有侵权，请联系本站删除！