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十年大型田间试验显示,减少化肥使用可改善中国粮食安全

Nature自然科研
2018-03-13 13:00:54 阅读:
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长达十年、涉及2100万小农户的研究揭示了循证方法是如何改善粮食安全的。

一个具有里程碑意义的项目促进了中国农业的可持续发展。该项目显著减少了全国数百万个小农场的化肥使用量,同时也提高了作物的产量。相关结果发表在了《自然》上。

十年大型田间试验显示,减少化肥使用可改善中国粮食安全

中国稻农采用新型循证耕作方法,增加了作物产量。

来源:KeystoneUSA-ZUMA/REX/Shutterstock

这是一项为期十年的研究,科学家们分析了海量农业数据,制定了改进措施,并将其传授给小农户。通过全国性的动员,大约2090万名农民采纳了这些建议,结果不仅提高了生产力,而且减少了对环境的影响,农民新增收益达122亿美元。

这个项目的规模让国际科学家们感到震惊。由于全球粮食需求预计在2005至2050年间将翻一番,他们希望这项研究的经验能推广至其他国家。“我从未见过规模如此惊人的项目。”Leslie Firbank说,他在英国利兹大学研究农业的可持续集约化。

英国牛津大学的群体生物学家Charles Godfray表示,在过去的30年里,中国创造了一个农业奇迹,中国生产的粮食养活了14亿人口中的绝大多数;但也为此付出了巨大的环境代价。化肥(如含氮化肥)在增加作物产量的同时,也在酸化土壤,污染源,并导致全球变暖。Godfray说,最新研究表明,在减少化肥使用量的同时大幅提高经济效益是可能的。

量身定制的建议

中国农民每年每公顷大约使用305公斤的氮肥,是全球平均水平的四倍以上。中国农业大学的崔振岭作为该项目的负责人,和他的同事们接受了“减少化肥使用但不减少农民收益”的挑战。

在2005至2015年间,项目组在全国范围内,从亚热带的南方到寒冷的北方,共对13123块农田进行了研究,涉及的农作物包括玉米、水稻和小麦。研究人员测试了不同作物品种、种植时间、种植密度、化肥和用水对产量的影响情况。他们还测量了阳光和气候对农业生产的影响。

十年大型田间试验显示,减少化肥使用可改善中国粮食安全

资料来源:Z. Cui et al. Nature http://dx.doi.org/10.1038/nature25785 (2018)

借助田间试验的数据,崔振岭及其同事根据当地情况为农民量身定制了有据可循的建议。例如,他们建议中国东北稻农将氮肥总用量平均减少20%,增加播种密度,且在生长季节晚期增加施氮量。

在2006至2015年间,将近2100万名农民采纳了该小组的建议。同期,每种粮食作物的产量平均增加了约11%,化肥使用量降幅惊人——每种作物约减少15%,节约了120万吨氮肥。“这证明减少投入实际上可以大幅提升农业、环境和经济效益,这一点意义重大。”Godfray说。

管理的成功

10多年来,总计14000多次的推广活动和讲座帮助说服农民采纳了这些建议。崔振岭说:“农民一开始是怀疑的,但后来我们获得了他们的信任,农民依赖我们——这就是我们收获的最大回报。”该项目总耗资约5400万美元,在部分研究点还提供现场示范、优质种子和肥料。

为了让农民参与培训,中国各地的1000多名研究人员,联手65000名省、县农业部门的官员和技术人员,以及农业公司的140000名代表一起做出了巨大的努力。在英国埃塞克斯大学从事环境与社会研究的Jules Pretty说,该项目的成功凸显了大型社会网络的重要性。

明尼苏达大学的生态学家David Tilman说,该研究是科学知识被合理应用于农业实践的一个宝贵例子。他还说:“可持续农业的最大障碍是让农民改用更有效的做法。”他认为该项目为其他国家提供了一个参考。

但一些研究人员认为,该项目的经验可能很难应用到其他地区。Godfray说,在中国是减少化肥的过度使用而使产量提高了,但中低收入国家的许多农民面临的问题却是没有足够的化肥;另外,中国是中央控制政府,因而能够在全国范围内实施政策,而其他区域则不具备这种条件。“这对撒哈拉以南的非洲来说是有益的,但是需要一种可以跨越国界、组织和资助机构的方法。”Firbank说。

Tilman则认为这些挑战不应该阻止其他国家开展类似的实验,但仅提高农业生产力是不够的。他说:“中国的这项研究表明,一个国家并不一定要污染湖泊、河流和海洋才能养活自己的国民;所有国家都面临的一个重大挑战是采用更健康的少肉饮食方式,预防疾病,保护环境。”ⓝ

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