J. Clean. Prod丨全球粮食作物再分配在不损害物种多样性的情况下减少水足迹

研究背景：

由于到2050年全球人口将增长到97亿，所以预计2010年至2050年全球粮食总需求将增加35%-56%，同时2020年约有7.2亿至8.11亿人（约占世界人口的10%）营养不良，气候变化也突显了生物燃料消费的升级，导致粮食作物的消费受到影响，计划要求全球能源部门到2050年实现净零排放。

与此同时，全球一半以上的蓝色粮食计划署是不可持续的，干旱和极端高温已经导致世界上大多数农业地区的作物产量下降，并且在干旱下田间的产量损失通常在30%和90%之间。由于可持续集约化提供了在表现不佳的景观上增加产量的协同机会，数百万农场已经在实践许多形式的可持续集约化。

世界粮食计划署在不同的作物中差异很大，小麦和水稻的蓝色粮食作物产量最大，在1996-2005年期间共占全球总量的45%。水稻是最大水足迹和碳足迹的耗能谷类作物，最近的理论研究强调了一个实用的解决方案，用不同的方法来实现农业系统的可持续集约化，在不关闭的情况下实现大量的养分生产增加或用水减少。

研究内容：

本研究采用FAO和USDA的100种作物的数据来研究作物再分配理论，以计算它们在卡路里、宏量元素、微量元素、水溶性维生素和脂溶性维生素方面的全球粮食计划署生产率（WFPP），WFPP是一个结合了水生产率（WP）和平均水足迹（WFP）的概念，以优化种植面积。

该研究测试了这种再分配理论及其对物种多样性的影响，使用60年的数据，每年世界生产的137种粮食作物产品和他们的平均水足迹。并且比较和重新分配100种常见作物的营养价值和世界粮食计划署，专注于20种主要作物：小麦、玉米、水稻、大豆、大麦、高粱、油菜籽、干豆、小米、落花生、油棕果、向日葵种子、木薯、甘蔗、马铃薯、鹰嘴豆、干豇豆、可可豆、芝麻籽和椰子。在全部137种粮食作物（1394 Mha）中，20种主要作物（1134 Mha）和100种普通作物（1342 Mha）的总收获面积分别占81%和96%。所有137种粮食作物产品根据其2020年的全球收获面积分为四类。第一组：每作物超过100 Mha的大面积作物，总面积为712 Mha（51%），包括四种最大的作物：小麦、玉米、水稻和大豆。第二组：32种中等面积作物，每种作物收获面积5-100 Mha，共计537 Mha（38%）。第三组：64种小面积作物，每种作物面积小于5 Mha，总面积为94 Mha（7%）。第四组：其他37种作物，总面积为53 Mha（4%）。我们假设第I组的总收获面积可能变化± 5%，± 10%，± 15%和±20%，以测试其对所有137种作物的有效物种多样性的影响。第I组和第II组使用其营养素WFPPI进行优化，同时允许最大减少75%。第III类的物种多样性可能不会下降，但会扩大，以维持物种多样性。第四组缺乏粮食计划署的数据，保持不变。

研究结论：

本研究主要结果：近60年来，全球粮食作物有效物种多样性从21种增加到27种。然后，我们开发了一个营养水足迹生产力指数（WFPPI），以优化作物布局。在世界粮食计划署目前的总收获面积内，通过重塑100种作物的全球分布，有可能大幅增加卡路里（+14%）、矿物质（+25%）和维生素（+26%）的产量。小麦和水稻面积分别减少31%和34%，玉米和大豆面积分别增加18%和40%。全球再分配可以养活额外的8.66亿人，同时提供比净零情景中2020年至2030年预计生物燃料增长所需热量多37%的热量。这样的优化过程不会造成作物物种多样性的损失。在变化不超过5%的情况下，四大作物（小麦、玉米、水稻和大豆）总收获面积的稳定性对所有作物的产量和物种多样性都至关重要。我们的研究结果表明，全球作物再分配为可持续生产提供了一个有前途的解决方案。

转自：“农科学术圈”微信公众号

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