区域大面积高产高效潜力与资源环境效应研究课件

1、区域大面积高产高效潜力与资源环境效应研究如果能够实现双高技术目标的80%就能解决中国粮食安全问题，但如何实现？RiceWheatMaizeChen et al., NATURE 2014要解决2个问题：1 国家层面如何在各区域分步实现？2 技术层面如何在农户地块中大面积实现？研究方案中国未来人口、膳食和经济发展等情景各个区域产量和效率潜力实现程度与资源环境代价的关系各个区域大面积高产高效分步实现的难易程度和策略Trade-off analysis基于NUFER模型的三大作物生产需求限制因素：耕地面积种植结构化肥减施水短缺环境减排区域大面积高产高效的贡献和资源环境效应2015-2016年2017

2、-2019年中国农业生产的资源环境代价：氮足迹磷足迹水足迹温室气体富营养化耕地需求Top-down可持续农业指标体系（SDGs）主要研究进展揭示了中国高产高效农业对可持续食物系统的贡献阐明了中国主要食物生产和消费的氮磷足迹的历史变化特征定量了种植结构改变对化肥用量增加的影响定量了高产高效技术大面积实现的资源环境代价初步分析了大面积高产高效区域分步实现设计进展1 揭示了中国高产高效农业对可持续食物系统的贡献Sustainable Development Goals （SDGs）SDSNSustainable development Solutions Network Chinese Bluepr

3、int: National Plan on Sustainable Agricultural Development 2015-2030 (Ma et., EST 2019)构建了可持续食物系统设计与评价的方法(Ma et., EST 2019)分析高产高效大面积实现的潜力和资源环境效应三大粮食作物需求高产高效的贡献资源环境代价自上而下+72%+1%-6%百万吨百万公顷百万吨氮十亿m3百万吨CO2-eq百万吨氮-33%-42%-7%-17%-52%(Ma et., EST 2019)牧草需求还有很大的缺口，产量需要增长1倍多。进展2 阐明了中国主要食物系统的氮磷足迹历史变化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)进展3：定量了种植结构改变对化肥用量增加的影响种植业结构改变贡献率逐渐增大单位面积施肥量贡献率不断降低(Chen et., 2018)高产高效技术结合有机肥部分替代化肥，大幅度提高养分利用效率，同时减少养分环境排放。Wang et al., 2017 Agricultural sys

5、temsWang et al., 2017 STOTEN情景设置：Business As Usual (BAU)Zero Fertilizer (ZF) growth 化肥零增长Integrated Nutrient Management (INM) 高产高效+有机肥部分替代化肥High productivitiesBalanced FertilizationPrecision FeedingManure replacement进展4：高产高效技术大面积实现资源环境效应高产高效技术大面积实现，减少海洋富营养化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高产高效农业加之优化畜禽粪尿管理，可以减少水体可溶性无机氮和可溶性无机磷浓度20-35%。进展5：初步分析了大面积高产高效区域分步实现设计和资源环境代价最小化的策略阐明各区域三大粮食作物的产量差、效率差分析区域三大粮食作物的资源环境代价提出资源环境约束下区域分步实现的策略农户调研数据县域统计年鉴产量差效率差环境损失NH3, runoff, leachingGHG fertilizer N2O

7、, rice CH4降水资源数据挖掘三大作物环境排放规律数据方法 指标分步实现综合评价研究思路多图层叠加归一化指标中国不同区域三大粮食作物产量差和效率差Cui et al.,2018，分县统计数据NC 黄淮海区 LP黄土高原区 MLY 长江中下游区 NE 东北区 SC 华南区 SW西南区产量效率产量差（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模型确定了区域三大作物化肥投入和环境排放的关系Maize小麦：黄土高原区 西南区长江中下游区 黄淮海区 玉米：黄土高原区 西南区黄淮海区东北区水稻：西南区华南区长江中下游区东北区RiceWheat确定了不同区域实现高产高效的优先程度standardized each of the indicators to a relative scale (01)PrecipitationmmN lossesGHGYield and efficiency gapsWheatMaizeRice三大粮食作物高产高效区域分步实现策略小麦：黄淮海区生产了全国63%的小麦，但是其资源环境代价高并且受水资源严重约束，建议优先提高水肥利用效率；长江中下游区与黄土高原区小麦生产产量差大，效率差大，资源环境代价高，高产高效实现的提升空间大。玉米：黄淮海和