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期刊：Nature Food
题目：Managing fragmented croplands for environmental and economic benefits in China
通讯作者：谷保静 教授 （浙江大学）
时间：2024-3-21
研究背景
中国耕地普遍分散，由于人均土地资源有限，小农农业主导农业生产。与现代大规模农业的地区相比，这些破碎的农田的生产力通常较低。此外，受农村老龄化和气候变化的影响，破碎农田的遗弃也在增加。大量人口对粮食需求造成的压力，以及饮食组成的逐渐但实质性的变化，对实现可持续发展目标（可持续发展目标）的目标，包括与零饥饿和无贫困有关的目标提出了巨大的挑战。为了实现农业生产的现代化和提高效率，中国政府通过土地使用权改革进行了土地整合。如果这些措施在未来得以持续，预计到 2050 年，中国 90% 的耕地面积将达到或超过 10 公顷。然而，剩余的 10%（约 1300 万公顷）耕地由于与其他土地用途交错，并不适合集中成规模化农场。虽然规模化生产具有环境和气候优势，但并不能直接提高作物产量。到 2050 年，为中国人口提供充足且营养均衡的粮食仍是一项挑战。提高零碎耕地的生产力对于减少饥饿、减轻贫困和改善依靠这些零碎耕地为生的农民的福祉至关重要。
研究方案
研究分三个阶段进行。首先，根据到2050年的城市扩张、土地复垦和大规模农业的模型，确定了破碎的农田及其周围的关键土地利用限制。其次，为破碎农田的可持续利用设计了两个优化方案。最后，计算了在BAU和两种优化方案下（优化种植结构和农田置换）的全链养殖系统的作物和牲畜生产以及由此产生的氮和温室气体排放量。
主要结果
破碎的农田仅占作物总产量的8%，而使用了15%的氮肥，导致中国化肥损失的12%。
优化破碎化农田的种植结构以满足我国动物粮食需求，可增加19%的动物粮食供应，相当于按比例增加耕地。这种改变作物的方法将导致氮气和温室气体排放分别减少10%和101%，从而获得的净收益为70亿美元/年。
如果这些支离破碎的农田搬迁产生大规模农业单位，牲畜、蔬菜和水果生产将增加8%，3%和14%，活性氮和温室气体排放将减少16%和5%，分别导致净收益440亿美元/年。
图1. 破碎化农田的分布和氮平衡
图2. 不同类型土地利用交叉的破碎破碎分布
图3. 不同情景下破碎农田使用的优化
图4. 不同情景下氮平衡的变化
图5. 不同情景下温室气体排放量的变化
图6. 在不同情景下管理破碎农田的成本和效益
主要结论
优化种植结构和农田置换两种优化方案在不增加农田面积的情况下，都可以通过提高农业生产力来实现粮食安全、经济效益和环境保护之间的协同作用。