可持續種植多樣化的新設計

信用來源:Jeroen C. J. Groot, Xiaolin Yang

種植制度是作物生產制度中最重要的組成部分之一，為了養活日益增長的全球人口，作物生產制度得到了強化。以前的研究側重於高產，而較少關注人類飲食中營養素和維生素的生產。自綠色革命以來，冬小麥-夏玉米兩熟制在華北平原占據主導地位，為了糧食安全，為了糧食高產，化肥、農藥和灌溉投入不斷增加，導致地下水急劇枯竭和水污染等一系列環境問題。

為了實現高產優質和減少地下水開採的多個目標，瓦赫寧根大學和中國農業大學的科學家合作建立了一個多目標優化模型，為國家協調計劃在區域層面實施的30種多樣化種植制度創造了一種新的配置，以協調經濟、糧食安全和環境績效指標之間的權衡。他們的研究發表在《農業科學與工程前沿》上。

Jeroen C.J.Groot（瓦赫寧根大學與研究所）和楊（中國農業大學）基於楊等人（2021）建立的種植系統資料庫，從產量、經濟效益、地下水消耗、維生素C、膳食能量和飼料產量等多個指標綜合評價了30種作物輪作的表現。採用主成分分析（PCA）和層次聚類分析（HCA）得到了潛在的多目標合作種植制度。採用差分進化進化算法和帕累托優化模型進行多目標優化，以獲得在區域層面上具有多目標權衡和協同作用的多樣化種植系統的重構。

他們的結果表明，不同種植制度在上述評價指標上的表現不同。經濟收入與膳食營養、膳食能量和飼料產品之間存在協同關係，但隨著地下水的減少而出現。維生素C與飼料產品呈負相關。因此，考慮多目標權衡和協同評價，以滿足人們對更好、更健康生活的需求，是區域種植結構調整和優化的關鍵。

考慮到地下水位下降、膳食能量、經濟效益、維生素C和飼料產量的多目標權衡和協同作用，研究人員提出了基於多種種植制度而不是某一作物的簡單種植面積的種植結構重構優化解決方案。這是他們研究的一個新穎而重要的觀點。建議在今後的研究中，種植結構優化應直接關注和作用於潛在的種植制度，而不是單一的作物播種面積。中國是一個典型的多熟制國家，通過提高種植指數來提高系統生產力。充分考慮不同作物輪作和作物組合的時間和空間配置非常重要。

因此，他們提出了區域種植結構調整的新視角。

（1） 應從糧食產量、經濟效益、綠色環境、健康飲食和土壤健康等多個維度對耕作制度進行多目標綜合評價，積極促進耕作制度的可持續發展。

（2） 它應該不斷改進和更新優化算法，如遺傳算法、蒙特卡洛模擬、模糊規划算法和帕累托多目標優化，直接針對種植系統，而不是某一作物的簡單種植面積。研究對象側重於區域尺度上作物的時間和空間尺度配置所隱含的多樣化種植制度優化。他們研究採用的基於帕累托優化的農場設計模型（Groot等人，2012）被證明是作物重組的良好工具，為決策者在不同規模上調整種植結構提供了重要參考。

（3） 還迫切需要關注未來氣候變化情景下種植系統的多目標優化和重新配置，以提高農場系統的彈性。

進一步探索

與玉米-大豆輪作相比，不同的種植制度不會增加碳儲量

更多信息:耶魯安·c·j·格魯特和楊小林,《區域層面可持續種植制度設計中的權衡:華北平原的案例研究》,農業科學與工程前沿 (2022). FASE-2021434

由高等教育出版社提供