Nat. Geosci丨通过优化作物分配，增加粮食产量和减少用水

论文内容

研究背景：

由于人口增长、饮食更丰富和生物燃料的使用，预计未来几十年人类对作物生产的需求将大幅增加。为了保持粮食生产的速度，将需要前所未有的大量资源，如水、化肥和能源。人类已经在许多方面超过了“可持续”的水平美国呼吁“可持续集约化”，即在提高现有农田产量的同时尽量减少对水和其他农业资源的影响，这一呼吁的频率和紧迫性已经增加。最近的研究对这方面进行了量化，表明提高作物产量有很大的潜力增加收获的频率为了更好地满足未来人类的需求。这种解决办法虽然有希望，但将需要对现代技术进行重大投资，并需要大量额外的水和化肥投入。

虽然最近的工作强调了"硬"解决办法(例如水库容量、海水淡化)和"软"解决办法(灌溉效率、人均用水需求)的结合可以大大减少水的压力，但也表明严重的障碍。无论是经济、卫生、基础设施还是环境，都存在阻碍实现这些解决方案 。因此，旨在可持续用水的战略必须更好地结合粮食安全、社会经济和环境，结合这些考虑因素，一个潜在的解决方案在案例研究示例之外很少受到关注是当前作物的分配是否在实际生产上是最优的，以最小化作物生产的用水需求。

研究内容：

本研究将基于过程的作物水分模型与 14 种主要粮食作物的空间插值产量图结合起来，以确定当前和优化的作物分配之间在粮食生产和用水方面的潜在差异。以及它们在雨水灌溉和灌溉农田情况中最适合种植的地方。在目前的耕地中重新分配作物时，我们确定哪种作物模式能最大限度地减少作物生产对绿水和蓝水的需求，这两种水分别通过降水和灌溉提供，同时还能增加热量和蛋白质的产量。

研究结论：

本研究结论：目前作物在世界各地的分布既没有达到最大产量，也没有达到最小用水量。我们确定了农业景观的可能替代配置，通过总用水量在当前雨养和灌溉农田中重塑作物的全球分布，将额外养活 8.25 亿人，同时减少雨水和灌溉用水的消耗14%和12%，分别这样的优化过程不会导致作物多样性的损失、耕地的扩张或对养分和饲料可用性的影响。它也不一定会引发对现代技术的大规模投资，而在许多地区，这需要从小农农业转向大规模商业农业，从而对农村生计产生重要影响。与最近提出的其他解决方案相比，通过重新分配作物节约的水和增加的产量也相当可观，在现有技术下，要缩小作物产量差距，灌溉用水需要增加一倍以上。从提出的结果可以清楚地看出，只有把营养和自然资源结合起来，才有可能为全球粮食系统制定真正可持续的解决方案。

转自：“农科学术圈”微信公众号

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