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探索·有机农业可连续养活世界的生长战略

本文摘要:中文题目有机农业可连续养活世界的生长战略期刊名称NATURE COMMUNICATIONS(影响因子:12.121)第一作者Adrian Muller,瑞士有机研究所研究员,曾在《NATURE COMMUNICATIONS(影响因子:12.121)》、《PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA(影响因子:9.412)》等著名期刊揭晓多篇文献。

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中文题目有机农业可连续养活世界的生长战略期刊名称NATURE COMMUNICATIONS(影响因子:12.121)第一作者Adrian Muller,瑞士有机研究所研究员,曾在《NATURE COMMUNICATIONS(影响因子:12.121)》、《PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA(影响因子:9.412)》等著名期刊揭晓多篇文献。2020年SCI共收录21篇,被引频次总计为668。

作者单元Research Institute of Organic Agriculture FiBL,瑞士有机研究所,是世界上系统从事有机农业最早的研究所,也是有机农业领域里全世界最领先的研究机构之一。FiBL拥有一支高素质的员工队伍,在有机土壤治理、植物生长、整体动物康健、动物行为学、有灵活物养殖、社会经济学、有机市场的全面分析、有机食品加工和生产等方面都深有研究,且在国际上享有盛誉。研究亮点1. 研究通过SOL模型联合了一系列农业和粮食生产系统的指标,对有机农业可连续地养活世界的可能性举行了探讨,并对情况影响举行了定量分析;2. 有机农业会比通例农业占用更多的土地,但在特定的情境下可以满足全球粮食需求;3. 除了土壤侵蚀潜力外,有机农业的情况体现均优于通例农业生产模式;4. 有机农业要想可连续的养活世界,除田间生产外,还应越发注重可连续食物体系,以解决食物浪费、作物-草-牲畜的相互依赖性和人类消费等问题。研究配景近几十年来,农业集约化极大地增加了粮食供应。

然而,这造成了相当大的情况影响,在停止农业对情况发生负面影响的同时,确保能够提供同样数量的粮食至关重要。为实现这一目的,相关研究人员提出了许多建议,例如进一步提高生产和资源使用的效率,或接纳有机生产等综合方法,淘汰动物产物的消费和食物浪费等。有机农业是改善食物系统可连续性的一个详细但存在争议的建议,它克制使用化学合成的肥料和农药,强调作物轮作,注重土壤肥力提升和内部养分循环。

然而,有机生产模式的产量较低,需要占用更大的土地面积来生产与传统生产模式相同的产量。因此,有机农业可连续养活世界的能力受到了挑战。现在的一些研究都没有从食物系统的角度评估有机生产模式养活全世界的可能性,也没有探讨改变更物饲养制度、消费趋势和淘汰食物浪费可能发挥的作用——所有这些都是可以大幅淘汰农业生产的土地需求、降低情况影响和促进全球粮食供应的战略因素。基于此,本文接纳了SOL模型,将农业食品生产中动物饲养、消费趋势和食物浪费几方面纳入评估体系,探讨有机农业可连续地养活世界的潜在可行性。

研究方法本研究接纳SOL模型举行评估,SOL模型是一个自下而上的农业生产和粮食部门的物质流平衡模型,该模型凭据世界粮农组织(FAO)统计的数据库举行了校准,用于捕捉追踪生产中的生物量和养分流,以评估差别方案的可行性,不思量经济限制和与数量、价钱变化有关的市场效应。SOL模型中的每项作物和牲畜运动都有一套投入和产出,即与各项运动有关的数量和养分的所有物质流动。

畜牧运动的投入是饲料、修建物的能源投入、马厩中举行的运动(清洁、喂养)以及栅栏的投入。产出包罗人类食用产物(肉、奶、蛋)和不行食用产物(皮、毛、骨等)、粪便排泄、营养损失和温室气体排放。研究中设定有机农业生产面积占比的差别情景(通例生产、20%有机生产、40%有机生产、60%有机生产、80%有机生产、100%有机生产),并对土地占用、气候影响、食物浪费、竞争饲料、情况影响举行情景模拟,通过SOL模型评估每种情景,得出每种生产情景下所有作物和牲畜运动的投入、产出和情况影响。

对于所有的情景,评估了食物的可获得性(用人均天天的卡路里和卵白质供应量来表现)、饮食模式、土地占用、动物数量以及一系列情况影响,如N/P盈余(即N/P流入和流出之间的净差)、水资源消耗、森林砍伐和温室气体排放。主要效果01有机农业可行性图1 耕地面积的占用(十亿公顷为基准);基准年(2005-2009年平均数据)、2050年参考情景(0%有机)和有机产物生产百分比增加情景的耕地面积如图1所示,与基准年(2005年-2009年平均数据)相比,维持通例农业生产的前提下耕地面积在2050年需要增加6%。而如果耕地全部(100%)举行有机生产,思量到有机作物减产因素(8%~25%),耕地面积需要增加16-33%。

如果同时思量到气候变化对产量的倒霉影响,有机生产所需的土地占用将进一步增加,与基准年相比,2050年参考情景通例生产的土地占用最多可增加55%,而100%有机生产则需要增加71-81%。图2 模拟情景下(有机耕地面积占比、气候变化对产量的影响、淘汰粮食竞争的饲料以及淘汰食物浪费)耕地面积变化的百分比(>+5%为红色;<-5%为蓝色;-5%~+5%为黄色,灰色虚线0%为参考情景,参考情景的耕地面积比基准年高6%)由于有机和通例生产存在产量差距,与部门有机生产相比,通例生产需要的土地更少,但如果接纳一些措施,有机生产则可以弥补与通例生产的产量差距,实现整体的可连续性。

如图2所示,部门有机生产(如中等气候变化影响下,与粮食竞争土地的动物饲料淘汰40%),甚至是全部有机生产(如中等气候影响下,淘汰50%的食物浪费以及100%的竞争食物的饲料)是完全可行的,与参考情景相比土地需求相等甚至更少。图3 模拟情景下(有机耕地面积占比、气候变化对产量的影响、淘汰粮食竞争的饲料以及淘汰食物浪费)氮盈余百分比(>+5%为红色;<-5%为蓝色;-5%—+5%为黄色,灰色虚线0%为参考情景,参考情景的耕地面积比基准年高6%)氮盈余是氮向生态系统供过于求及其相关影响的指标,氮盈余=氮投入-氮产出,氮投入=肥料投入+生物牢固,氮产出=产物带出+氮排放+氮淋溶。

在有机生产中,由于化肥氮素投入的淘汰和豆科作物氮素的增加,氮盈余会随着有机生产比例的增加而淘汰,并在有机生产占比为80%时到达平衡水平。基准年相比,100%有机生产情景下氮盈余甚至可淘汰15%-35%。总而言之,当60%有机生产、气候影响中等、淘汰50%竞争饲料和淘汰50%食物浪费的情景时,只需要少量的分外土地便可以养活全球人口(图2),而且氮盈余也在可接受的规模(图3)。

02差别情景对饮食的影响本文通太过析差别情景下的饮食消费,说明所涉及的差别食物体系计谋对消费方面的影响。在该模型中,豆类作物在有机生产系统中的份额增加到种植面积的20%,这导致膳食结构(卵白质供应份额)略有变化,完全有机生产的卵白质/卡路里比例为12%,而参考情景中的比例为10.9%,这高于美国国家科学院食品和营养委员会推荐的10%的最低水平。随着分外的豆类替代肉类,动物产物的份额从参考情景的38%下降到全部有机生产的36%。有机农业可以通过增加豆类作物以弥补动物卵白供应的淘汰,使人类膳食结构处于合理的状态。

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03情况影响图4展示了2050年全面转向有机农业对情况的影响,蓝色的线代表通例生产。100%有机生产将淘汰一系列的情况影响,但有一个情况破例,土壤侵蚀潜力与通例生产相比增加了10-20%,主要是因为有机生产的土地面积增加引起的(假设有机与通例生产的土壤侵蚀率相似)。P盈余:假设有机系统与通例系统的非再生P投入水平相似,P盈余可保持与通例生产的相同水平。

不行再生能源:与通例生产,可以淘汰19-27%(主要是由于淘汰合成肥料,以及由于Ecoinvent 2.0数据库中陈诉的能源使用的差异)。温室气体排放量:与通例生产相比则淘汰了3-7%,但与基准年相比仍增加了8-12%。(包罗森林砍伐和有机土壤流失所导致的温室其他排放)。

农药使用:由于有机农业不使用化学合成的农药,其影响相应地降至零。总产量:凭据假设,所有情景都提供相同的卡路里和卵白质水平,不影响产量。

总之,除土壤侵蚀外,有机农业在其他情况指标,如磷盈余、不行再生资源需求、温室气体排放、农药等方面均优于通例农业。图4 2050年全面转向有机农业对情况的影响。

有机生产情景(100%有机农业,黄色线)相对于参考情景(0%有机农业,蓝色线)的情况影响,有(虚线)和没有(实线)气候变化对产量的影响;在所有情况下,卡路里保持稳定。显示的指标有:农田使用、毁林、温室气体排放(包罗毁林、有机土壤)、氮和磷过剩、水资源使用、不行再生能源使用、土壤侵蚀、农药使用研究结论有机农业被认为是实现可连续食品体系的一条愿景途径,但其可行性也存在争议。本文接纳食物系统模型,该模型凭据有机农业的农艺特性分析了有机农业在可连续食物系统中可以发挥的作用。

文章讲明,2050年100%的有机农业生产比通例农业需要更多的土地,但淘汰了氮盈余和农药的使用。在分析时,将粮食浪费与饲料竞争淘汰,以及相应动物产物的生产和消费淘汰的模拟情景相联合,接纳SOL模型模拟出2050年100%有机农业下的土地使用低于通例农业,温室气体排放等其他情况指标也有所改善。

除了注重生产之外,可连续粮食系统还需要解决食物浪费、作物、草、牲畜的相互依赖和人类消费问题。文章中提出的这些生长战略实际上并不需要全面实施,只需要部门措施能够获得实施就能带来一个更可连续的食物供应未来。


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