區(qū)域大面積高產(chǎn)高效潛力與資源環(huán)境效應(yīng)研究課件

1、區(qū)域大面積高產(chǎn)高效潛力與資源環(huán)境效應(yīng)研究如果能夠?qū)崿F(xiàn)雙高技術(shù)目標(biāo)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(shù)層面如何在農(nóng)戶地塊中大面積實現(xiàn)？研究方案中國未來人口、膳食和經(jīng)濟發(fā)展等情景各個區(qū)域產(chǎn)量和效率潛力實現(xiàn)程度與資源環(huán)境代價的關(guān)系各個區(qū)域大面積高產(chǎn)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(chǎn)需求限制因素：耕地面積種植結(jié)構(gòu)化肥減施水短缺環(huán)境減排區(qū)域大面積高產(chǎn)高效的貢獻和資源環(huán)境效應(yīng)2015-2016年2017

2、-2019年中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)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(nóng)業(yè)指標(biāo)體系（SDGs）主要研究進展揭示了中國高產(chǎn)高效農(nóng)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(chǎn)和消費的氮磷足跡的歷史變化特征定量了種植結(jié)構(gòu)改變對化肥用量增加的影響定量了高產(chǎn)高效技術(shù)大面積實現(xiàn)的資源環(huán)境代價初步分析了大面積高產(chǎn)高效區(qū)域分步實現(xiàn)設(shè)計進展1 揭示了中國高產(chǎn)高效農(nóng)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(gòu)建了可持續(xù)食物系統(tǒng)設(shè)計與評價的方法(Ma et., EST 2019)分析高產(chǎn)高效大面積實現(xiàn)的潛力和資源環(huán)境效應(yīng)三大糧食作物需求高產(chǎn)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(chǎn)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(jié)構(gòu)改變對化肥用量增加的影響種植業(yè)結(jié)構(gòu)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(chǎn)高效技術(shù)結(jié)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(shè)置：Business As Usual (BAU)Zero Fertilizer (ZF) growth 化肥零增長Integrated Nutrient Management (INM) 高產(chǎn)高效+有機肥部分替代化肥High productivitiesBalanced FertilizationPrecision FeedingManure replacement進展4：高產(chǎn)高效技術(shù)大面積實現(xiàn)資源環(huán)境效應(yīng)高產(chǎn)高效技術(shù)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(chǎn)高效農(nóng)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(chǎn)高效區(qū)域分步實現(xiàn)設(shè)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(chǎn)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(nóng)戶調(diào)研數(shù)據(jù)縣域統(tǒng)計年鑒產(chǎn)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(biāo)分步實現(xiàn)綜合評價研究思路多圖層疊加歸一化指標(biāo)中國不同區(qū)域三大糧食作物產(chǎn)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(chǎn)量效率產(chǎn)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(guān)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?qū)崿F(xiàn)高產(chǎn)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(chǎn)高效區(qū)域分步實現(xiàn)策略小麥：黃淮海區(qū)生產(chǎn)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(yán)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(chǎn)產(chǎn)量差大，效率差大，資源環(huán)境代價高，高產(chǎn)高效實現(xiàn)的提升空間大。玉米：黃淮海和