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作者：记者 倪伟波综合报道 来源： 发布时间：2019-1-8 14:55:2
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用“多劳多得”来描述农业生产一点也不为过。人们耕种的土地越多，生产的粮食就越多；人们施用的水、化肥和农药越多，收成就会越丰裕。
尽管现代农业成功地为数十亿人提供了食物，但它的迅速扩张也导致了生物多样性的丧失、水道污染和温室气体排放的增加。随着世界人口逐步攀升至百亿，以及气候变化影响的日益显现，这种做法显然是不可持续的。
“我们需要在未来看到的重大进展，即要以‘可持续集约化’为框架，用更少的成本获得更多，”英属哥伦比亚大学资源、环境与可持续发展研究所代所长Navin Ramankutty表示。
取长补短
关于粮食和农业未来的争论常常被视为两种看似截然不同方法之间的一种选择。一种是传统农业，其目标是通过依赖灌溉系统、合成肥料和农药的大规模单一耕作来生产尽可能多的粮食；另一种是有机农业，优先考虑可持续性，利用自然投入和过程使农场更适合自然。
如今，一种被称为“可持续集约化”的概念正在不断演变，它试图通过汲取传统农业和有机农业的优势，同时尽量减少它们的不足（比如传统农业过度使用肥料，以及有机农业的低产量趋势），从而弥补两者之间的差距。
“我们不能失去保护性农业或者有机农业，”堪萨斯州立大学的作物科学家Vara Prasad解释道。“与此同时，我们也不能让现在正在发生的负面影响污染我们生存的环境。”
可持续集约化的理念认为，需要生产足够的粮食来养活不断增长的人口，但却力求以最环保的方式实现这个目标。值得一提的是，该理念注重提高产量（特别是每单位土地生产的粮食数量），从而最大限度地减少将森林和其他未开垦土地转变为农场的需求的方法。
在谈到巴西和印尼因农业扩张而造成的森林砍伐时，Ramankutty忧心忡忡地说，“那次的森林砍伐产生了很大的影响，因此我们所能做的一切都是为了避免这种情况的再度发生。”
环境可持续性与增加产量同样重要，Prasad指出。除了保护荒地外，环境目标还包括减少温室气体排放、氮磷径流流失和农药污染，以及保护淡水资源。然而，可持续集约化理念深知没有完美的解决方案。毕竟有这么多的目标，自然需要有所取舍。
当然，可持续集约化并没有指定特定的技术或者做法。不过，它更侧重于预期结果：在更少的土地上种植更多的粮食，减少对环境的负面影响。
双赢策略
尽管这一概念是开放的，但从事可持续集约化研究的科学家们指出了一些有证据支持的策略和技术，这些策略和技术可以提高产量，同时还能实现环境收益。根据最近发表在《自然—可持续性》杂志上的一项研究估计，占地约4.53亿公顷（10亿英亩）的1.63亿个农场正在实施某种形式的可持续集约化。
实施可持续集约化最有希望的策略之一是改善作物和牲畜品种。通过传统育种或基因工程培育抗病虫害的种子，既可以提高产量，也能减少农药的使用。适合当地条件和极端天气（如干旱和炎热）的品种，也可以帮助农民在不破坏生态系统的情况下生产更多的粮食。
有效利用投入是可持续集约化实践的一个共同目标。综合病虫害管理，采用诸如生物防治等策略来防治病虫害，可以在不伤害益虫的情况下保护农作物。2015年，一项针对85个综合病虫害治理项目的整合分析就发现，项目和作物平均增产约41%，同时农药使用量下降至31%。同时，保护性农业实践（例如免耕种植、覆盖种植和作物轮作）可以改善土壤质量，减少杂草，降低成本，并将碳储存在地下。
在农作物和牧场及其周围种植树木和灌木可以让农民和当地生态系统获益，还能为鸟类和其他生物提供栖息地。在这种农林复合经营系统中的树木可以保护动物免受夏季炎热太阳和冬季凛冽寒风的伤害，而该系统中生长的营养丰富的草则可以迅速且成本低廉地喂养牲畜。农场内外的树木可以固定土壤中的氮，隔离碳，并减少径流流失和土壤侵蚀。
像精密农业设备（即将详细数据与机器人、传感器和成像技术结合起来，以更有效的方式播种和浇水、施肥和撒农药）等技术，可以在降低投入成本的同时，提高已经高产的农场的生产率。在众多正在开发的双赢技术中，既有不断改进的天气预报工具，又有助于农民选择最佳的种植和收获日期，还有固氮液体益生菌，它们至少可以替代一些合成肥料。
另一种策略则是在休耕土地上种植作物，同时在现有耕地上种植和收获更多的作物。这样做可以提高已开垦耕地的生产力，减少对森林和其他自然栖息地的转化需求。
“其实技术工具并不缺乏，人们可以利用它们来提高作物产量，同时减少对环境的影响，”普林斯顿大学教授、世界资源研究所研究员Tim Searchinger表示。“这不是一个科学问题，而是一个实践问题。”
定位恰当
在一些地区，例如撒哈拉沙漠以南的非洲地区，由于土壤缺乏水分和养分，所以作物产量非常低。这一较低的基准就意味着现代农业工具可以在从现有农田获取更多的粮食中大显身手。不过，如果这种集约化是可持续的，那么将这一途径与教育农民避免浪费和污染的最佳实践相结合是至关重要的，Prasad指出。
实际上，“经常被遗忘的一件事是施肥本身并不是坏事，”牛津大学博士后研究员Michael Clark解释说。“但当你开始施用太多的时候，它就成了一个问题。”
目前，中国正通过资助农业科学家扎根农村，向农民传授何时以及如何更有效地施用化肥，从而遏制化肥的过度使用。这些举措帮助了2000多万小农户将玉米、大米和小麦的产量提高了10%，同时减少了15%的化肥使用量，在这一过程中也显著减少了温室气体排放。
在一些刚刚采用水灌溉系统来提高农作物产量的地区，最先获得水资源的农民往往会过度使用这种宝贵的资源，而留给后来者的资源就会越来越少。地方法规和水资源协会则可以发挥相应作用，帮助农民以更有效、公平和可持续的方式使用水资源。
除了农业技术和实践外，建立相应机构也是可持续集约化的重要组成部分。Prasad指出，在发展中国家投资农民田间学校和开展推广项目对于帮助农民实施可持续的实践和技术是必要的。
可持续食物系统
可持续集约化虽然是农业可持续发展的重要组成部分，但单靠它是无法实现可持续发展目标的。
如果我们试图在不扩大耕地的情况下生产足够的粮食来满足当前的预期，那么从2006年到2050年，我们就需要比1962年到2006年多增加11%的粮食产量——鉴于过去的增长主要归功于增加的投入，这无疑是一个艰巨的任务。
此外，在Clark看来，一个真正的可持续的食物系统还必须解决食品浪费和暴饮暴食的问题，并把人们的饮食从肉类和乳制品中转移出来，因为肉类和乳制品在农业的环境足迹中所占的比例非常大。
值得注意的是，按照“杰文斯悖论”（Jevons paradox），提高效率可以激励农民增加生产，从而导致更多的土地开垦。为避免出现这种矛盾，让人们从可持续集约化中获得最大收益，我们就必须更好地确保自然区域不受农业扩张的限制。
尽管困难和挑战重重，但可持续集约化的数学原理很简单：在对环境影响最小、面积最少的土地上生产的粮食越多，人类和自然将会变得越好。■
《科学新闻》 (科学新闻2018年12月刊 农业生物)
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