中国粮食生产可持续性提升潜力评估（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

如何利用有限的耕地，以最低的生态环境代价，满足人类日益增长的粮食需求，是解决当今世界粮食安全问题的关键，也是SDG 2.4目标的关注重点。案例针对反映生产性和可持续性农业的三个参数——土地生产力、化肥污染风险和粮食安全，聚焦中国三大主粮作物（水稻、小麦和玉米），建立空间明晰的单产提升潜力和化肥减量化估算模型，开展粮食生产可持续性提升潜力评估。

2.  所用数据

•        中国农业展望——2030年中国主要粮食消费预测数据

•        2010~2015年三大粮食作物主产区遥感反射率、植被指数、气象数据、土壤数据以及生育期及产量数据等

•        2015年中国粮食生产可持续性评估数据集

3.  方法介绍

       作物单产提升潜力方面，采用自主研发的遥感作物产量模型（Remote Sensing-Crop Yield Model, RS-CYM）（Wang et al., 2020）估算2015年中国粮食主产区三大主要粮食作物实际产量；同时，使用气象环境因子构建潜在产量分区方案，以区域内农户实际产量的95%分位数作为潜在产量。计算多年平均潜在产量与实际产量的差值，获取作物单产可提升潜力。

化肥施用可减量方面，基于2015年三大作物产量及相应的氮肥/磷肥施用量数据，在气候区划的基础上，分别构建氮肥和磷肥的作物产量响应模型；基于木桶原理（Mueller et al., 2012），确定限制作物产量的肥料种类，采用肥料产量响应模型计算非限制类肥料的需求量，并获得其可减量。

粮食安全水平方面，采用粮食总产量与总消费量的比值获取。

4.  结果与分析

结果显示，水稻单产增加潜力在面积分布最大的长江中下游主产区为1.1 t/hm²，占潜在产量的13.3%，产量增加潜力约为2015年全国水稻总产量的5%，其实现可使全国总产量达到2030年稻谷消费需求预测量的100%，实现完全自给。

小麦单产增加潜力在面积分布最广的华北平原主产区为0.9 t/hm²，占潜在产量的12.5%，产量增加潜力约为2015年全国小麦总产量的8%，其实现可使全国总产满足2030年小麦消费需求预测量的100%，实现完全自给。

玉米在面积分布最广的东北平原和华北平原两大主产区单产增加潜力为1.5 t/hm²和1.3 t/hm²，分别占潜在产量的16.0%和19.0 %，产量增加潜力分别占2015年全国玉米总产量的6%和5%，其实现可满足2030年玉米总预测需求的89%。玉米的基本自给，还有待更广泛区域的产量提升。

图2-5. 中国东北平原水稻（a）、长江中下游水稻（b）、东北平原春玉米（c）、华北平原夏玉米（d）和华北平原冬小麦的产量提升潜力空间分布（e）

图2-6. 中国三种主粮作物氮肥可减量空间分布 (a)、磷肥可减量空间分布 (b)、各作物减量占比（注：缺台湾地区数据）

不损失粮食产量的前提下，2015年中国三种主要作物氮肥和磷肥的可减量在17%~19%，水稻可减幅度最大。华北平原东部和西南地区是氮肥可减量高值区，东北地区和华北平原西部则是磷肥可减量高值区（图2-6）。玉米氮肥和磷肥可减量占比均最高，分别为48%和61%。小麦氮肥可减量占比最小，为19%；水稻磷肥可减量最小，为14%。化肥减量对提升土壤健康状况和缓解农业面源污染至关重要。合理开展作物增产潜力区与化肥施用减量化实施的区域规划，是实现粮食增产同时降低生态环境影响、有效提升粮食生产可持续性的重要手段。

5.  讨论与展望

本案例采用两种模型分别估算作物产量潜力与化肥可减量，使得提出增产同时化肥减量的方案具有一定难度。今后将开发能同时完成两项估算的模型，实现空间上增产与减肥的耦合，为提升粮食生产可持续性提供空间布局建议。此外，粮食生产可持续性提升是个系统性问题，其涉及内容还包括农药减施、秸秆与农膜以及畜禽粪污资源化利用等问题，并且整体可持续性受气候变化影响较大，今后将把其他方面纳入研究，并考虑气候变化影响，以针对整个粮食生产提出系统性决策建议。