區(qū)域大面積高產高效潛力與資源環(huán)境效應研究課件

1、區(qū)域大面積高產高效潛力與資源環(huán)境效應研究如果能夠實現(xiàn)雙高技術目標的80%就能解決中國糧食安全問題，但如何實現(xiàn)？RiceWheatMaizeChen et al., NATURE 2014要解決2個問題：1 國家層面如何在各區(qū)域分步實現(xiàn)？2 技術層面如何在農戶地塊中大面積實現(xiàn)？研究方案中國未來人口、膳食和經濟發(fā)展等情景各個區(qū)域產量和效率潛力實現(xiàn)程度與資源環(huán)境代價的關系各個區(qū)域大面積高產高效分步實現(xiàn)的難易程度和策略Trade-off analysis基于NUFER模型的三大作物生產需求限制因素：耕地面積種植結構化肥減施水短缺環(huán)境減排區(qū)域大面積高產高效的貢獻和資源環(huán)境效應2015-2016年2017

2、-2019年中國農業(yè)生產的資源環(huán)境代價：氮足跡磷足跡水足跡溫室氣體富營養(yǎng)化耕地需求Top-down可持續(xù)農業(yè)指標體系（SDGs）主要研究進展揭示了中國高產高效農業(yè)對可持續(xù)食物系統(tǒng)的貢獻闡明了中國主要食物生產和消費的氮磷足跡的歷史變化特征定量了種植結構改變對化肥用量增加的影響定量了高產高效技術大面積實現(xiàn)的資源環(huán)境代價初步分析了大面積高產高效區(qū)域分步實現(xiàn)設計進展1 揭示了中國高產高效農業(yè)對可持續(xù)食物系統(tǒng)的貢獻Sustainable Development Goals （SDGs）SDSNSustainable development Solutions Network Chinese Bluepr

3、int: National Plan on Sustainable Agricultural Development 2015-2030 (Ma et., EST 2019)構建了可持續(xù)食物系統(tǒng)設計與評價的方法(Ma et., EST 2019)分析高產高效大面積實現(xiàn)的潛力和資源環(huán)境效應三大糧食作物需求高產高效的貢獻資源環(huán)境代價自上而下+72%+1%-6%百萬噸百萬公頃百萬噸氮十億m3百萬噸CO2-eq百萬噸氮-33%-42%-7%-17%-52%(Ma et., EST 2019)牧草需求還有很大的缺口，產量需要增長1倍多。進展2 闡明了中國主要食物系統(tǒng)的氮磷足跡歷史變化Total food

4、 N footprint of China from 1960s to 2000s(Guo et., ERL, 2017)Effect of area expansion(AE), Fertilization per unit area change(FE) Cropping structure shift(CS)進展3：定量了種植結構改變對化肥用量增加的影響種植業(yè)結構改變貢獻率逐漸增大單位面積施肥量貢獻率不斷降低(Chen et., 2018)高產高效技術結合有機肥部分替代化肥，大幅度提高養(yǎng)分利用效率，同時減少養(yǎng)分環(huán)境排放。Wang et al., 2017 Agricultural sys

5、temsWang et al., 2017 STOTEN情景設置：Business As Usual (BAU)Zero Fertilizer (ZF) growth 化肥零增長Integrated Nutrient Management (INM) 高產高效+有機肥部分替代化肥High productivitiesBalanced FertilizationPrecision FeedingManure replacement進展4：高產高效技術大面積實現(xiàn)資源環(huán)境效應高產高效技術大面積實現(xiàn)，減少海洋富營養(yǎng)化Total dissolved inorganic nitrogen (DIN) (k

6、g km-2 year-1)Total dissolved inorganic phosphorus (DIP) (kg km-2 year-1)Li et al., soil research, 2017高產高效農業(yè)加之優(yōu)化畜禽糞尿管理，可以減少水體可溶性無機氮和可溶性無機磷濃度20-35%。進展5：初步分析了大面積高產高效區(qū)域分步實現(xiàn)設計和資源環(huán)境代價最小化的策略闡明各區(qū)域三大糧食作物的產量差、效率差分析區(qū)域三大糧食作物的資源環(huán)境代價提出資源環(huán)境約束下區(qū)域分步實現(xiàn)的策略農戶調研數(shù)據(jù)縣域統(tǒng)計年鑒產量差效率差環(huán)境損失NH3, runoff, leachingGHG fertilizer N2O

7、, rice CH4降水資源數(shù)據(jù)挖掘三大作物環(huán)境排放規(guī)律數(shù)據(jù)方法 指標分步實現(xiàn)綜合評價研究思路多圖層疊加歸一化指標中國不同區(qū)域三大糧食作物產量差和效率差Cui et al.,2018，分縣統(tǒng)計數(shù)據(jù)NC 黃淮海區(qū) LP黃土高原區(qū) MLY 長江中下游區(qū) NE 東北區(qū) SC 華南區(qū) SW西南區(qū)產量效率產量差（效率差）NCLPMLYNESCSWWheat 0.5 (13.4)1.7 (28)1.5 (28.4)1.2 (17.9)Maize 1.5 (24.1)4.3 (39.1)1.1 (31.4)1.9 (17.6)Rice1.4 (17.4)0.8 (20.4)2.0 (22.8)0.9 (23

8、.4)基于NUFER模型確定了區(qū)域三大作物化肥投入和環(huán)境排放的關系Maize小麥：黃土高原區(qū) 西南區(qū)長江中下游區(qū) 黃淮海區(qū) 玉米：黃土高原區(qū) 西南區(qū)黃淮海區(qū)東北區(qū)水稻：西南區(qū)華南區(qū)長江中下游區(qū)東北區(qū)RiceWheat確定了不同區(qū)域實現(xiàn)高產高效的優(yōu)先程度standardized each of the indicators to a relative scale (01)PrecipitationmmN lossesGHGYield and efficiency gapsWheatMaizeRice三大糧食作物高產高效區(qū)域分步實現(xiàn)策略小麥：黃淮海區(qū)生產了全國63%的小麥，但是其資源環(huán)境代價高并且受水資源嚴重約束，建議優(yōu)先提高水肥利用效率；長江中下游區(qū)與黃土高原區(qū)小麥生產產量差大，效率差大，資源環(huán)境代價高，高產高效實現(xiàn)的提升空間大。玉米：黃淮海和