中国耕地可持续集约化利用潜力评估（2020）

对应目标：2.4 到2030年，确保建立可持续粮食生产体系并执行具有抗灾能力的农作方法，以提高生产力和产量，帮助维护生态系统，加强适应气候变化、极端天气、干旱、洪涝和其他灾害的能力，逐步改善土地和土壤质量。

1.  案例背景

耕地可持续集约化利用对全球粮食生产至关重要。近几十年来，通过采用高产作物品种，全球粮食总产实现翻倍，但目前技术条件下作物单产已接近“天花板”（Ray et al., 2012），难以继续提高。同时，全球耕地面积接近“全球环境安全界限”（Henry et al., 2018），扩张代价巨大。在此背景下，通过采用复种等耕种方式提高耕地集约化利用水平，成为提升全球粮食生产能力的重要途径。

本案例依托地球观测大数据技术，调查评估中国的耕地复种潜力及其对粮食生产体系的影响，科学提出中国耕地可持续集约化利用的实现路径，为可持续农业发展提供支持。

2.  所用数据

•        Spatial Production Allocation Model全球农业生产网格数据集

•        中国土地覆盖数据集、全球耕地覆盖数据集

•        Climate Research Unit网格气象数据集

•        Global Agro-Ecological Zones全球农业生态区划数据集

3.  方法介绍

耕地集约化利用潜力空间制图。基于区域的热量和降水条件，分别计算受两者因素限制下的潜力复种指数，取两者最小值作为最终潜力。其中，热量复种指数潜力根据积温差异：积温≥3 400 ℃、4 200 ℃、5 200 ℃和6 200 ℃进行复种潜力值划分；降水复种指数潜力采用年降水量500 mm和1 200 mm作为潜力值划分标准。

收获面积差估算与水资源分配情景设置。根据耕地集约化利用潜力与现状之间的差异估算收获面积差，并设置四种水资源分配情景分析不同水土资源配置模式对收获面积差的影响。水资源优先分配情景：按照收获面积差的大小顺序，将流域内可用水资源分配至空间像元。水资源按需分配情景：按照充分满足收获面积差的水资源需求，将流域内可用水资源按比例分配至空间像元。水资源平均分配情景：将流域内可用水资源平均分配至空间像元。水资源灌溉面积分配情景：按照灌溉作物面积，将流域内可用水资源按比例分配至空间像元。

4.  结果与分析

中国现有耕地面积约1.31×10⁶ km²，粮食作物收获面积约1.60×10⁶ km²。在兼顾气候资源潜力与水资源约束的情况下，中国可增加1.35×10⁵~3.63×10⁵ km²作物收获面积（即收获面积差，图2-3）。在最现实情况下（水资源灌溉设施分配情景），充分利用收获面积差可额外生产1.17×10⁸ t粮食（约19.6%）。

从历史变化特征看，虽然中国的粮食作物总收获面积稳步上升，但收获面积差却经历了先减后增的过程。气候变化提高了中国耕地集约利用的潜力，且相当一部分潜力未被有效利用。尤其在南方部分地区，气候变化与土地利用对收获面积差变化均有明显的正贡献（图2-4）。由于自然条件限制较小，这些地区应当成为未来提高耕地集约化利用的优先地区。

图2-3. 中国耕地利用强度提升潜力与水资源分配情景

图2-4. 气候变化与土地利用变化对收获面积差变化的贡献（注：缺台湾地区数据）

5.  讨论与展望

       以提高中国农业生产力，确保建立可持续粮食生产体系为目标，依托地球大数据，开展中国耕地可持续集约化利用潜力及限制研究。研究发现，中国耕地集约化利用潜力较大，且受气候变化影响显著。充分利用这部分潜力，一方面可以有效增加粮食产量、消除饥饿，另一方面可以缓解耕地面积扩张带来的环境压力。但耕地集约化利用是一个复杂问题，需要综合考虑耕地集约化利用与资源、环境、生态的相互关系，建立资源节约型和环境友好型相结合的耕地可持续集约化利用模式。