来源:Frontiers of Agricultural Science and Engineering 发布时间:2020/3/25 11:09:52
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FASE刊“农业绿色发展”专辑概览

近日,农业农村部印发了《2020年农业农村绿色发展工作要点》,重点强调要推进质量兴农,绿色兴农,不断强化绿色发展对乡村振兴的引领作用。并围绕绿色生产、环境治理、农业资源保护、人居环境改善等方面制定了2020年农业农村绿色发展的工作内容。在此背景下,Frontiers of Agricultural Science and Engineering (FASE,《农业科学与工程前沿》)特邀中国农业大学资源与环境学院申建波教授为组稿人,在2020年度第一期专辑:“Agriculture Green Development”(AGD, 农业绿色发展) 中深度介绍了有关AGD的最新研究成果。

 

尽管世界粮食生产在过去的数十年中取得了巨大进步,但未来世界人口可能增长到100亿,全球对食物的需求仍在增加。日益增长的世界人口正在给地球生态系统带来巨大压力。与此同时,全球气候变化或极端气候条件在世界范围内越来越受关注,气候变化给世界农业带来了严重问题,而且高投入-高产出的粮食生产方式造成陆地和水生生态系统严重退化。因此,中国科学家们提出的 “农业绿色发展”(Agriculture Green Development, AGD)逐渐引起了全球广泛关注。

由于集约化的粮食生产方式诱发各种资源与环境问题,过量水肥投入导致地下水位下降、荒漠化、地下水和地表水体污染、土壤退化以及生物多样性的大规模减少。为了降低资源投入和环境代价,改变当前粮食生产和耕作方式是我们的首要任务。本期专辑系统剖析和综述了全球粮食生产体系面临的关键问题和解决方法。

除上述环境问题外,政府间气候变化专门委员会(IPCC)最近还发布了关于气候变化、沙漠化、土地退化、可持续土地管理、以及粮食安全和陆地生态系统中温室气体通量的重要报告,凸显了农业、林业和其他土地利用活动给地球生态系统带来的一系列问题。专家组认为,在2007-2016年期间,土地利用活动约占全球人类活动二氧化碳排放量的13%、甲烷的44%、氧化亚氮的82%,占温室气体人为净排放总量的23%(12±3 Gt·yr-1 CO2-e)。

尽管2015年《巴黎协定》和最近的联合国气候变化大会取得了可观成就,但减少碳排放的承诺仍然只能使温度增量维持在3.3℃左右。一切照旧的做法将导致全球气温升高超过4℃,并对世界造成重大影响。无论我们在限制温室气体排放方面取得何种成功,未来的世界粮食生产都将面临巨大挑战。

联合国可持续发展目标(SDGs)中包含了世界不同国家和地区制定的政策,以解决广泛的地球生态环境问题。全球许多地区都在积极制定国家战略以解决生态环境问题,达到绿色可持续发展目标,中国在这方面一直很突出。中国农业大学在其中贡献了很大力量:中国农业大学为支持AGD推动跨学科研究创新,于2018年7月启动了国家农业绿色发展研究院和国际农业绿色发展学院;针对中国和世界关注的生态环境与AGD问题,积极推动国家绿色发展和乡村振兴战略,建立了农业绿色发展研究院。

本期专辑首先提出了AGD新概念模型、实施路径、方案及挑战。随后以AGD4大主题(绿色种植、种养一体化、绿色产品与产业、绿色生态环境)为方向对AGD进行了全面阐释。

首先,申建波、张福锁等的文章指出,中国绿色革命的成功使农业生产力大幅提高,中国只用了不到10%世界耕地面积,生产了世界粮食总产量的25%,并为20%的全球人口提供粮食。当前,中国是谷物、棉花、水果、蔬菜、肉、家禽、蛋和渔业产品的最大生产国。然而,这样的粮食生产体系背后也存在一系列资源环境问题。自1978年以来,中国的粮食产量翻了一番,同时氮肥用量增加了3倍,磷肥用量增加了11倍,灌溉用水增加了1.5倍。申建波等概述了农业绿色发展研究院项目中提出的措施,这些措施将有助于解决中国AGD面临的挑战,并指出AGD的方法和措施在许多发展中国家中也将适用。AGD的主要目标是协调“绿色”与“发展”,实现高资源投入-高环境成本的当前农业向高生产力-高资源利用效率和低环境影响的绿色农业和农村的转型。AGD的三个关键方面涉及跨学科创新、整个食物链的改善和区域解决方案;其中包括绿色作物生产系统、种养综合生产系统、绿色产品和产业以及农村环境和生态系统服务功能四个主题。这些方面对于实现AGD以及SDGs至关重要。正如Willett等人所说:“改革重点应放在地球生态系统健康,以及与人类健康紧密相关的食品质量上”。

刘学军等认为绿色生态环境包括四个关键要素:(1)绿色生态环境指标体系。(2)环境监测和预警网络。(3)关键污染物的排放标准和环境阈值。(4)排放控制和污染修复技术。他们描述了曲周县(华北平原中部的一个典型县)如何发展成为了示范区,证明环境监测网络以及改进的农民实践和污染控制措施(尤其是缓解氨气排放和减少PM2.5污染)可创造绿色生态环境。

整合畜牧和饲料生产系统也是本期专辑的重点内容。Chadwick等的论文着重指出了在土地储备不足的地区减少养分积累所面临的挑战,同时阐述了最小化污染物转移风险的问题。在中国,随着饮食结构的变化和对动物蛋白需求的增加,畜禽粪便的排放量日益增加,我们必须对此进行有效管理。他还概述了改善畜禽粪便管理链的策略,并提出需要一系列利益相关者来支持改善畜禽粪便管理,以减少对无机肥料的依赖,创造新的商机,以及有关科研的突破。

崔振岭等概述了另一种提高农业养分利用效率的创新方法,即土壤-作物系统综合管理(ISSM)。该策略旨在提高作物产量和养分利用率,同时减少环境污染。 ISSM方法已在中国成千上万的农户中使用,可大幅提高玉米、水稻和小麦的产量,同时提高氮效率并减少环境足迹。该论文报告了全国各地的成功经验。

如上所述,农业系统的温室气体排放对全球变暖产生了巨大影响。Rees等认为氧化亚氮的排放占农业温室气体排放量的很大一部分,我们迫切需要找到减少农业系统温室气体排放的新方法。他还认为农业系统的精确管理为减少氧化亚氮的排放提供了机会。农业生产的精准管理依赖于新的传感器技术、建模和空间信息,我们可以根据这些信息制定管理决策和干预措施,从而提高农业生产率和环境保护。

中国科学家提出“减少农业生产的环境足迹,促进社会可持续发展”的目标,与IPCC报告所讨论的观点一致。IPCC小组指出,可持续的土地管理可以预防和减少土地退化,维持生产力,有时甚至可以逆转气候变化的不利影响。从单个农场到整个流域的规模减少和逆转土地退化,可为社会提供短期和长期的利益,并支持绿色可持续发展目标。Davies等还强调了设定目标的重要性,不仅要有针对气候变化的补救措施,而且要更普遍地为社会发展设定目标。这些作者指出生产营养食品(不仅仅是更多的食品)的重要性,因为与饮食有关的健康问题是许多国家普遍面临的问题。Davies等还重点介绍了作物科学(遗传学和农艺学)和工程学的发展,有助于推动粮食和农业革命。Hassan等总结了中国绿色食品的发展历史和当前的成就,分析了可能阻碍该行业进一步发展的主要挑战,并提出了应对这些挑战的策略,例如,优化食品供应链,深层食品加工以及食物垃圾的再利用。

Firbank论文的重点是作为AGD组成部分的可持续集约化。本期的其他作者(如Willett等)也强调了这一领域发展的重要性。Munier-Jolain和Lechenet强调了重新设计种植系统以提高农业可持续性的重要性,并将注意力集中在基于农业网络的参与式研究上,以彻底改变农业实践。

本期论文还指出,有效的知识交流(KE)机制在确保科学创新和产业实践中具有关键作用。公众参与有关农业革命的对话同样重要。Smith的论文分析了AGD的公共政策挑战,并提出了由监督管理、建议提供、自愿性和有针对性激励措施组成的政策组合。他还指出,中国的农业推广服务是一项重要资源,但需要重新定位和改革,以更好地在高农业生产率与环境保护之间取得平衡。吕悦来等在文章中以政策为重点,研究了集约化农业对环境的负面影响如何推动中英两国摆脱仅仅关注产量的农业产出政策,并采取更全面的绿色发展道路。他还探讨了中英共同的政策目标,并通过可持续农业创新网络(SAIN)和其他现有的体制机制,评估联合研究和知识共享的众多机会。

本期还特约欧盟环境政策牵头人Oene OenemaAGD整体进行评述。同时还邀请荷兰瓦赫宁根大学环境与水问题专家Carolien Kroeze教授对张福锁的AGD文章进行点评,请国际SDGs的研究专家Guido Schmidt-TraubAGD与可持续发展的关系和发展进行点评。农业农村部余欣荣副部长阐述了中国为什么必须走绿色发展道路;张福锁、南京农大副校长董维春、国务院学位和研究生教育委员会的李健强联合阐述AGD对人才培养的需求、新农科建设及创新大学教育,促进AGD。最后邀请欧洲科学院院士John R. Porter从国际视野评价了AGD未来的发展与展望。

本期特刊对AGD的理念、实施路径、关键问题与未来挑战进行全面论述,汇集了国内外11位专家的论文、6位来自全球不同领域专家对AGD的评述和观点,期望有关AGD专题的广度和覆盖面将对致力于改变粮食和农业以造福人类和地球健康的人们提供参考价值。

FASE诚挚感谢专辑组稿人,所有作者和审稿人对本专辑的鼎力支持和着重贡献!

AGD专辑组稿专家

 

申建波,博士,中国农业大学资源与环境学院教授、博士生导师、国家杰青入选者。任中国土壤学会土壤与植物营养专业委员会主任,中国植物营养与肥料学会理事,“Food and Energy Security”期刊编委。在国际英文期刊发表SCI论文100余篇,入选科睿唯安2019全球高被引科学家。主要研究方向:根际营养与养分高效利用,重点开展根际过程与调控、磷可持续利用、面向绿色发展的养分高效利用研究。

期刊简介

Frontiers of Agricultural Science and Engineering, 简称FASE20142月创刊,是由中国工程院、中国农业大学和高等教育出版社联合主办的一种国际化英文季刊。

FASE旨在为农业科学与工程领域的研究人员提供论文发表与学术交流的国际化平台,服务对象包括两院院士和国内外的研究人员,内容涵盖农业科学、农业技术/工程、农业经济、农业政策及管理等可促进当前与未来农业可持续发展的学科。

FASE刊承担着面向国内外科研工作者,报道农业科学与工程领域最新研究成果和前沿进展,开展学术交流,促进学科发展,提升我国在该领域的学术影响力等重要使命。所录文章包括综述(Review)、研究论文(Research article)、学术快报(Letter)、数据(Data)、评论(Comments)、观点(Perspectives)、科学新闻(Science News)等,特别注重刊登农业科学与工程发展前沿学科及与其他学科交叉融合的研究成果。

本期专辑链接:http://journal.hep.com.cn/fase/EN/2095-7505/current.shtml

FASE网址:http://journal.hep.com.cn/fase

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