可持续生产的大豆和玉米可以提高产量和减少排放

转向更可持续生产的大豆和玉米可以促进粮食安全在世界上人口最多的国家,同时缓解农业的环境影响,新的研究显示。

该研究发表在自然的食物,研究大豆和玉米生产在中国县级。它发现转换的一些土地玉米大豆和实施一套更可持续农业实践将削减温室气体排放和化肥使用到2035年。

如果建议提出在随后的研究,研究人员写道,与两种作物相关的温室气体排放将减少19%,产量提高了40%。

一位研究人员没有参与这项研究称fertiliser-reducing实行“大规模的果子”更可持续的食物系统,并称这是一个“三赢的场景”。

思想的差距

食品安全——一个国家的能力生产自己的食物——是一个关键问题在中国。它可以帮助保护农民免受市场波动和使一个国家的食品供应从地缘政治纠纷。

由于这些原因,“确保粮食安全是中国的首要任务”,崔教授Zhenling的中国农业大学在北京,这项新研究的作者之一,他告诉碳短暂。必威手机官网尤其重要,因为玉米和大豆的需求——占全球超过一半的谷类作物生产,在中国在过去的二十年里飙升。

在中国自2000年以来,每年的玉米消耗量增加了一倍,而大豆的消费增加了4倍,据统计的联合国粮食和农业组织(FAO)。这对大豆和玉米的需求增长受到越来越大的胃口动物产品,如肉类、鸡蛋和奶制品。虽然中国农民设法跟上对玉米的需求,他们只生产约10%的大豆在国内需要。

进口填补需求缺口——2017年,例如,中国购买了大约三分之二的大豆在国际市场上销售,根据联合国粮农组织。这个mass-purchasing影响世界各地,作者注意:需求飙升”和提高“大豆价格在国际市场上。

除了对全球粮食市场的影响,大豆的不断增长的需求是导致巴西亚马逊河流域森林采伐塞拉多。一个2018分析例如,发现约有10%的森林砍伐在塞拉多与大豆生产。(巴西生产近40%世界大豆的)。

为了解决食品安全问题,减少中国对外国大豆的进口的依赖,崔和他的同事分析了超过1800个县的农业数据增长一个或两个主食。使用杂交玉米和SoySim作物模型,团队决定”收益差额“为每个作物。

收益率差距,本质上,有多少的区别某种作物的农民,地区或国家能够生产多少实际生产。潜在的收益率计算基于作物模型是基于各种农艺参数调整为每个县,如种植日期和每个作物种植的品种。

下面的地图显示了玉米的收益差额计算(左面板)和大豆(右面板)全国县级,红色和橙色的颜色代表的收益率差距越大。

县级收益率差距玉米(左)和大豆(右)在中国,显示在单位兆克(相当于吨)每公顷土地收获。颜色阴影显示(红色和橙色)和大小(绿色)差距。资料来源:刘et al。(2021年)。请注意:这些地图是由刘et al。采用的名称和陈述的材料内部并不意味着任何意见的表达的碳简短的关于任何国家的法律地位、领地、城市或地区或其当局,或关于其边界的划定界限。必威手机官网

聚合所有的玉米——或者soy-producing县在中国,作物的产量缺口在50%左右徘徊。相比之下,美国的玉米产量缺口大约是20%,巴西大豆的产量差距大约是36%,暗示中国有“很大的改进的空间”,作者写道。

作者还定义一个“实现”的收益,这是前10%的平均收益率最多产的农场在一个给定的县。全国平均,研究者发现潜在的可实现的收益率超过70%为每个作物产量。

基于实现收益率在每个县,研究者提出“重新分配”农田玉米和大豆的方式增加soy-growing容量的同时,仍满足预计在2035年对玉米的需求。总的来说,他们认为11.7公顷应该转换maize-growing soy-growing。

如果实施再分配,研究发现,中国需求将会产生45%的大豆,而10%的国内大豆需求目前满足——大大减少依赖外国进口。

这项研究是“一个比其前辈”,旨在解决产量缺口,杨教授Haishun的农学家布拉斯加-林肯大学他并没有参与这项研究,他告诉碳短暂。必威手机官网他补充说:

“这可能是——至少在某些方面,中国首次完成研究量化实现生产水平县级非常重要的作物。”

但换一种作物可能不像听起来那么简单,夏博士Zhu-Barker土壤生化学家加州大学戴维斯分校告诉碳短暂。必威手机官网例如,因为玉米可以容忍比大豆酸性土壤、土地适合种植前可能不是一个适合后者增长。

最好的练习

上面提出的土地重新分配,本文列出了当前农民从他们的好处,传统方法基于的概念一组练习作物系统综合管理(ISSM)。

ISSM最佳实践包括管理营养和灌溉的方式可以同时增加作物产量,改善土壤健康同时减少负面环境影响”,Zhu-Barker解释道。

“食物系统”——包括土地使用变化、生产、制造和运输的食物——负责刚刚超过三分之一所有的人为温室气体的排放。分数是更大的对于特定的温室气体,如一氧化二氮(一氧化二氮)——食品体系的贡献从任何地方一半来四分之三所有人为一氧化二氮的排放。

一氧化二氮的排放通过由于土壤管理和农业化肥的使用。但大豆和其他豆类共同成长与细菌可以将空气中的氮转化成植物生长所需的氮的形式。所以扩大大豆种植允许农民减少合成肥料的应用。

事实上,研究发现,在优化生长条件下,作物在2035年可以生产相同数量的化肥的使用,尽管2017年更高的产量。此外,总损失”活性氮”——氮的形式,可以方便地用于生物过程——将减少27%,温室气体排放将减少19%。

下面的图表显示了如何优化生产实践可以减少化肥使用,b)活性氮损失,c)和温室气体排放,d)的生产成本,同时看到整体的经济利益。左边栏在每个面板显示的场景假设相同的常规练习持续2035年,而右边栏显示了相同的提议进行优化。在每一个面板中,不同颜色的总量分解成每个减少或改变的特定元素。

研究认为气候变化的影响,如极端天气事件的影响,二氧化碳受精或温度的增加——不会被强烈地感觉到时间尺度分析涵盖了。作者写道:

“考虑到广泛的生物物理和中国各地气候条件,我们假设yield-boosting yield-inhibiting气候变化的影响可能在一定程度上相互抵消,因此,净效应可能是很小的。”

自分析仅仅是展望未来,直到2035年,杨说,这是一个合理的假设。他补充说:

“气候变化的趋势在这个时间段内,可能比真正的变异较小或较重要的天气年。”

一个三赢的场景

新工作”提供了重要的政策指导”,杨告诉碳短暂。必威手机官网但是,他补充道,“挑战将建议付诸实施或实现目标感觉低估了”。

原因之一是,尽管这项研究是在较小的空间尺度上比之前的工作,仍然可以有很多变化,在地形、土壤质量和资源——在一个县。这些sub-county-level差异可能意味着一些农场无法达到实现收益率出发,杨说。但他希望未来的工作更精致的模型将能够调整建议。

这项研究是“一个非常重要的贡献”,帕梅拉•马特森教授地质和可持续性的科学家斯坦福大学告诉碳短暂。必威手机官网Matson——谁曾与几个作者,但并没有参与当前的工作——说,下一步是解决改革的实现:

“目前的下一个挑战是找出如何让数以百万计的农民采用先进的管理方法…但他们认识到,工作很辛苦,。我也希望他们超越只是优化了再生农业方法。”

实现改革将是一个挑战,因为大豆回报率低于玉米,汉娜·里奇博士的研究主管我们的世界在数据告诉碳短暂。必威手机官网说服农民使开关“不太可能”在没有政府的支持和激励,她说。

但是,尽管挑战,工作使文学的重要贡献和“向前移动讨论几个相交问题”,里奇说。她补充道:

“农业发展的标准的叙述,我们只能通过增加生产更多粮食耕地的数量我们使用,或通过不断增加农业投入更高的收益。这些研究显示,可以实现更高的收益率没有化肥的使用不断增加,如果我们能改善其效率,并采用最佳实践。”

这是“大规模食品安全唾手可得,而且对减少氮污染和温室气体排放”,里奇说:“这是一个三赢的农民和环境的场景。”