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作者|王方何志勇
占世界产量51%的玉米和大豆是重要的粮食和饲料作物。 在中国，近年来对玉米和大豆的需求迅速增加，越来越依赖进口。 将来，玉米和大豆能实现更大的自给自足吗？
到2035年，中国可以生产所有需要的玉米和45%的大豆——。 这是从最近在《自然—食物》发表的论文中得出的结论。 该研究由中国农业大学资源与环境学院教授崔振岭等完成。
崔振岭(右)在田里做技术指导。 项目小组供应图
需求的增加进口的增加粮食安全的增加——一个国家生产自己食物的能力——是中国的重要问题。 可以保护农民免受市场波动的影响，保护一个国家的食品供应免受地缘政治的纷争。
“在世界粮食安全和可持续发展中，玉米和大豆作为谷物饲料占有突出地位。 ”崔振岭介绍给《中国科学报》。
2000年以来，玉米和大豆的贸易量在国际市场上从1.35亿吨增加到2.93亿吨，超过了所有其他作物。 这是因为来自动物的食品(肉、奶、蛋)的消费量越来越多。
我国也在其中占有一席之地。 随着经济发展和菜单成分的变化，人们对玉米和大豆的需求迅速增加，国内市场出现了一些不足。
崔振岭说，玉米作为我国种植面积最大的作物，基本实现了自给自足，但目前单产仅为产量潜力的50%，增产潜力巨大。 但是大豆存在严重的生产需求不平衡问题，粮食问题在大豆方面存在很大的安全隐患。 ”
海关总署公布的数据显示，2020年全年累计进口大豆10032.8万吨，同比增长11.7%。 我国大豆进口量首次突破1亿吨大关。 中国激增的进口量也促进了国际市场大豆价格的上涨。
因此，未来在种植面积不变的情况下，土壤、作物管理能在多大程度上为保障粮食安全和资源环境安全做出贡献呢？ 中国应如何优化资源配置提高玉米和大豆产能，减少对大豆进口的依赖，可持续推进粮食安全？ 小组想通过相关研究给出答案。
这项提高产量的研究基于县级数据( 485万农户调查数据，超过180个县)，结合作物生长模型对中国县域玉米和大豆产量、产量潜力、产量差异、可实现产量进行了评价。
“产量的差别本质上是农民、地区或国家能够生产某一作物的数量与实际生产的数量之间的差异。 现有产量来自各省市的统计年鉴，产量潜力是由作物生长模型模拟的。 为了获得更准确的产量潜力，全面优化了各县的栽培措施，包括栽培日期、栽培密度、品种积温等。 ”。 论文第一作者、团队成员刘梓桐解释说。
“为了捕捉气候和社会因素变异对实现度的影响，我们将可能的产量潜力设定为调查数据中各县前10%农户产量的平均值，而不是以往研究统一设定的产量潜力的80%。 ”刘梓桐说。
研究表明，我国玉米和大豆只实现了产量潜力的50%左右。 相比之下，美国玉米实现了80%的产量潜力，巴西大豆实现了64%的产量潜力，这表明中国有“很大的提升空间”。 全国平均可实现产量可达各作物产量潜力的70%以上。
在保障中国饲料和食品安全更大程度实现自给自足的同时，必须解决相关的环境和气候问题。 因此，该研究还定量评估了基于传统管理方案和优化管理方案的资源和环境影响，包括施用肥料、活性氮损失、温室气体排放和成本收益分析。
结果表明，与传统治理方案相比，基于土壤-作物系统的综合治理方案在减少氮肥42%、活性氮损失27%、温室气体排放量19%的同时，总成本可降低约27亿美元。
土壤——作物系统综合管理技术是什么？ 据介绍，这是一种在高效利用光温资源的高产群体中定量设计和挖掘高产潜力，通过定量调控根层水肥供应支撑高产群体，实现资源高效，通过地面/地下协同突破绿色增产增效的技术。
论文作者之一中国工程院院士张福锁表示，土壤—作物系统综合管理技术可以提高作物生产能力，提高养分利用效率，在更大程度上实现自给自足的同时，减轻国际市场压力和环境影响。
实践中，崔振岭等在2018年《自然》发表的结果表明，在13123个田间试验中，应用土壤—作物系统综合管理技术，玉米、水稻和小麦产量增产20.6%，氮肥用量为14.5 % ( 8.5 % )
双赢：提高自给率的新途径。据此，该研究提出了通过土壤―作物系统综合管理技术提高作物单产、实现产量的途径。 在满足我国玉米需求的情况下，将耕地从玉米“再分配”给大豆，以提高大豆种植能力。 研究表明，实行这一分配制度后，2035年中国可以生产所有必需的玉米和45%的大豆，环境成本将大幅降低。
“首先，我们的研究表明，在优化方案下，2035年中国可以生产国家需要的大豆的45%，比目前国内只生产需要的大豆的10%有了很大的提高，大大减少了对外国进口的依赖。 另外，将具体操作方案细化到县域，对我国相关政策制定有很强的指导作用。 ”崔振岭说。
“该研究首次量化研究了中国县级主要作物的产量潜力和产量潜力。 ”美国内布拉斯加大学林肯分校教授、农学家海顺杨说。
“按量实现产量，并与现有产量水平进行比较，可以帮助农户了解自己的土地生产能力，帮助政府制定相关规划政策，帮助企业选择种植投资区。 ”崔振岭说。
斯坦福大学教授、生物地球化学家、可持续发展科学家Pamela Matson认为这项研究为世界农业发展做出了非常重要的贡献。
世界数据研究主管Hannah Ritchie指出，在传统农业发展中，经常通过增加耕地数量或增加农业投入来增加产量，生产更多的粮食。 该研究表明，如果能提高效率，采用优化管理，就能在不增加肥料施用的情况下实现更高的产量。 这是实现粮食安全、减少氮污染和温室气体排放的重大成就，对农民和环境是双赢的局面。
该研究不仅对我国农业可持续生产和饲料安全的政策制定具有重要意义而且对国际贸易和可持续发展具有全局意义。
相关论文信息： doi.org/10.1038/s 43016-021-00300-1
3359 doi.org/10.1038/nature 25785
大豆进口已经超过了一亿吨！ 别急，2035年就好了
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