Profitable and Environmentally Sound Agriculture: A Sustainable Approach to the Future

ABSTRACT

Definitions of sustainable agriculture commonly include twin goals of profitability and environmental soundness. This paper focuses on an examination of the incentive systems moving agricultural producers towards achievement of these goals, and on incentive systems that might increase the efficiency of movements toward agricultural sustainability. The feed-back mechanism of the economic incentive system pushing farmers toward profitability is contrasted with the unclear, and sometimes conflicting, incentives offered farmers wishing to move toward more sustainable production systems.     

有机农业的环境效益评估

常规农业所带来的环境破坏影响越来越被人们所认识。有机农业作为一种新型农业发展模式 ,以保持农业可持续发展和环境影响最小化为其基本原则 ,近 10 a在全球得到迅速发展和推广。与常规农业相比 ,有机农业的环境破坏风险较低。介绍了有机农业的发展现状 ,并就有机农业可能影响到的水环境、土壤环境、大气环境、生物多样性以及人类健康等方面进行探讨 ,以全面评估有机农业的环境效益     

中国有机农业发展:贡献与启示

改革开放40年以来,中国农业和农村经济取得了令人瞩目的成就。当前,农业和农村发展正从数量型向质量和数量型并重的模式转变,需要对农业发展模式和措施进一步优化,其中有机农业近年来得到较快发展。到2016年底,中国有机农业耕地面积（180万hm²）约占全国耕地面积的1.5%,有机产值和销售额分别达1 323亿元和450.6亿元。有机农业发展,具有显著的环境、经济和社会效益,特别是在促进物质循环利用、发挥农业生态系统内生能力、加强生产者与消费者互动、振兴乡村经济、创造宜居环境等方面能够发挥重要作用。有机农业也面临着无法充分保障氮素供应以及适度规模化困难等挑战,需要在发展中考虑和关注。政府应制定和实施相应政策,采取生态补偿等具体措施,引导有机农业合理、有序发展。此外,发展有机农业更重要的意义在于对常规农业进行生态化改造,将有机农业理念、原则和技术在常规农业中推广应用,促进中国农业的健康和可持续发展。     

世界主要国家精准农业发展概况及对中国的发展建议

中国是一个农业生产和消费大国,同时也面临着投入产出比率相对较低、环境污染等一系列问题,尤其在国际形势变化、自然灾害频发的背景下,中国传统农业生产方式亟需转型升级。在人工智能、物联网、云平台等新兴技术的带动下,精准农业孕育而生,成为了全球农业实现绿色、高产的有效途径。该文瞄准世界精准农业发展较好的发达国家和地区,通过文献梳理和总结,凝练出政府引导、信息化建设、科技支撑、新型农民培育等发达国家和地区发展精准农业的成功经验。在此基础上,着眼于中国大田种植,分析中国发展精准农业的基础,从农田配套设施及信息化建设、农业信息获取、自动变量作业系统及装备等方面充分认识中国发展精准农业的薄弱环节。该文旨在厘清中国精准农业的发展方向,借鉴国际经验,提出中国精准农业今后的发展建议,如强化政府组织领导作用、加强基础设施和信息化建设、聚焦核心技术研发、培养新型农业人才、分区域试点示范。     

Impact of intensive agricultural management on carbon and nitrogen dynamics in the humid tropics

ABSTRACT

The concern about global climate change continues to increase research interest regarding carbon and nitrogen dynamics in the soil. This is based on their role in maintaining soil fertility, which can instead be a source of greenhouse gas emissions if not managed properly, while threatening food security. Humid tropical conditions enable intensive agricultural cultivation with various cropping systems to fulfill the demand for agriculture products. Such climate accelerates the soil organic matter decomposition rate so that it strongly influences soil carbon and nitrogen dynamics. However, inappropriate implementation of intensive agricultural systems that does not consider the balance between carbon and nitrogen input and output, negatively affects soil fertility, mainly decreasing soil organic carbon and total soil nitrogen, changing the composition of carbon and nitrogen owing to the loss of soil organic matter through erosion and leaching, thus, causing soil degradation. Mitigation strategies can be performed by using organic matter and crop residue, crop rotation and improvement of crop pattern, soil tillage and fertilization, cover crops and mulch. Sustainable land management for maintenance of soil organic carbon and total soil nitrogen dynamics should be locally and globally developed and adopted for a more sustainable agricultural system. Recovery of soil capacity to accumulate carbon is a strategic step to reduce the impact of climate change. Hence, an intensive study on efficient soil organic carbon management is required to improve food production and mitigation of climate change to attain sustainable development goals in 2030.     

从传统农业到低碳农业*-- 国外相关政策分析及启示

改革开放30年后,我国经历了从传统农业向高耗能、高排放、高产出生产方式的转变,虽然取得了粮食增产、农民收入增长等重大成就,但这种农业模式给自然环境和农业的可持续带来的巨大挑战,在自然生态环境和资源利用等方面面临增长的瓶颈。总结和分析世界上主要发达国家促进低碳农业发展的相关政策,具体包括:通过具体目标控制温室气体排放;加强对肥料和废料的管理和使用,规范农业生产环节;实施能源税,鼓励新能源应用;加强技术研究,保护以及进行生态环境综合治理;实施农业补贴,通过经济手段达到促进政策的有效性;鼓励公众和私营部门参与低碳农业实践;在农业生产中,通过碳评估对农业能源消耗和污染进行有效的监督和控制;对有机食品进行严格的标准控制等。阐述了目前发达国家的主要政策性工具,及其主要目的和作用。为应对全球气候变化的环境,探索新型农业发展模式和增长方式,从政策创新上为实现农业低能耗、低排放和低污染发展提供借鉴。     

基于农业面源污染控制的三峡库区种植业结构优化

基于农业经济效益最优和农业面源污染物减排的双重目标,运用线性规划模型,对三峡库区重庆段种植业结构和清洁农业生产进行了优化设计。通过对三峡库区重庆段种植业面源污染控制与种植业发展优化设计,得到三峡库区重庆段农作物净收益最大化的优化路径为:三峡库区重庆段粮食生产用地应保持约119.16×104 hm2,蔬菜用地保持约33.25×104 hm2,烟草、水果、茶用地应维持在17.05×104 hm2;在保证粮食生产稳定的前提下,应逐渐缩减玉米和大豆的种植面积,适当增加烟草、蔬菜、水果和茶的种植面积;在农作物生产过程中应大力推广清洁生产技术,扩大水稻、小麦、油料作物、玉米和大豆等种植的测土配方施肥面积,加强设施蔬菜生产基地建设,提倡蔬菜有机种植。通过这些措施,才能达到农业面源径流氮磷损失量减少30%的预期目标,才能实现农业面源污控制、农业经济转型和可持续发展。     

稻作梯田农业文化遗产系统保护研究综述

梯田是人类依山势就地利挖掘而成的山地农业生产系统,许多梯田至今仍发挥着生产功能,展现了人类适应与利用自然的智慧,其包含的生产技术、农业管理经验和传统农业知识,对农业的可持续发展具有重要的启示和借鉴意义,既是典型的山地生态农业模式,也是杰出的生态与文化景观,更是弥足珍贵的农业文化遗产。其中,稻作梯田为其极具代表性的重要类型。在工业化和城市化快速发展的背景下,由于无法使用机械化作业,稻作梯田劳动强度大、生产效率低的劣势愈加突出。一些地方还因为旅游业的不合理发展,引发了梯田农业系统生态环境和社会文化等方面的诸多问题,甚至因改种旱作或抛荒造成了梯田的垮塌。稻作梯田保护和可持续发展问题,引起了不同学科学者越来越多的关注。本文在系统收集国内外稻作梯田保护研究文献的基础上,从保护对象、保护措施、主要问题及原因等角度进行了分析。研究表明,1)稻作梯田的保护对象包括梯田景观、梯田生态和梯田文化3个部分。其中,梯田景观包括梯田结构、水源涵养林、农田灌溉系统和村落;梯田生态包括传统作物品种、生物多样性、农田环境质量和传统小农复合经营模式;梯田文化则包括居民服饰、建筑物等物质文化,以及歌舞、节庆等精神文化和水资源管理、森林管理等制度文化构成的非物质文化。2)造成稻作梯田景观破坏、环境污染和生物多样性减少、传统文化面临失传等问题的主要原因在于,现代科技的冲击、市场需求的驱动、传统农业比较效益低和替代性产业发展不合理等。3)稻作梯田的主要保护措施包括：适度的产业发展、构建和完善保护管理制度和机制、加强科学研究等。未来稻作梯田保护研究,应在强调多学科综合研究的基础上,重点放在梯田系统退化的内在与外在因素、长期监测与动态评估、适宜的产业发展模式与途径和典型案例跟踪及评估等方面。     

栾城县域精准种植运行体系建设与模式示范

太行山前平原是华北平原的重要组成部分和典型农业高产区, 农业集约化程度较高, 是我国重要的商品粮生产基地。随着农业和社会经济的发展, 水资源严重匮乏, 地下水超采严重, 农田面源污染日益加剧等问题, 严重影响了该区域农业的可持续发展。精准农业是未来农业发展的重要方向和必然选择。在农业生产以农户单元为主体的我国现实情况下, 选择县域精准种植模式是有益的尝试和探索。选择农田管理有代表性的河北省栾城县作为示范区, 进行精准农业技术的试验与运行实施模式的示范。在县域尺度上通过划分公里网格的方法建立GPS 定位的县域精准种植观测网, 确定288 个有效采样点, 在中心示范区尺度按20 m×20 m网格对耕层和亚耕层确定采样点, 进行农田基本数据调查和空间变异分析。通过优化管理网络咨询平台组装县域尺度的优化施肥模式, 并根据区域特点建立多种节水种植模式进行推广。在大田尺度和温室大棚示范智控半变量节水灌溉系统, 实现经济效益和环境效益的增长。推广示范用于小麦的智能精准收获系统, 为区域精准农业的发展提供示范样板。县域精准农业技术研究与示范工作, 为未来区域性精准农业的全面实施进行了技术尝试, 提供了示范样板。     

持续农业概念、特性、研究对象与解决的问题

论述了持续农业的概念及其特性，明确了持续农业的研究对象是农业新技术和在环境上安全与健康的农业生产开发管理战略的研究与开发，提出了我国持续农业研究应着重解决的几个问题。     

农业生态效率研究进展分析

农业生态效率是评价农业可持续发展能力的一个非常重要的指标,通过农业生态效率的评价,可以准确评估了解农业生态系统的真实价值,以实现农业资源的高效率利用,并减轻农业废弃物所造成的内源性污染,进而从根本上解决农业生态系统退化和环境污染问题,为农业的可持续发展奠定基础。对已有文献进行系统梳理后发现,农业生态效率研究方面存在如下几个方面的问题:1)概念界定不统一、评价方法趋同;2)宏观层面对农业生态效率的影响因素研究不足、县域层面的收敛性分析亟待丰富;3)生态资产再生产、生态农业生产方式、生态农业政策等方面的应用还亟待加强等问题。为此,剖析了未来为推动我国农业的可持续发展,农业生态效率研究将会更加关注的如下几个方面:1)提升农业生态效率的评价方法;2)加强农业生态效率驱动因素的研究;3)推进农业生态效率在生态资产再生产、转变农业生产方式、制定农业政策等方面的应用。     

禾豆间作氮素高效利用机理及农艺调控途径研究进展

为保障粮食安全,农业生产中化肥使用极为普遍,但过量使用,往往引起地下水污染、温室效应加剧、生物多样性降低等多种环境和生态问题。禾豆间作系统由于不同作物生物学特性和氮素利用存在差异,进行合理调控可充分发挥生物固氮优点,从而减少化肥投入,提高生产效益,是一种稳产、高产、高效可持续的种植体系。该系统中"氮转移"、"氮阻遏"消减和氮素时空分异是目前研究的热点,也是促进豆科作物固氮、减少化肥投入的有效途径,可实现禾、豆两种作物对氮素的高效利用。特别是该系统中作物品种、施氮制度、空间布局以及种植密度等农艺措施是对种间关系进行调控的必要手段,合理优化可有效促进禾/豆间作竞争与互补协同作用,增强氮素协调利用,从而挖掘两种作物对氮素高效利用的生物学潜力。为此,本文基于前人研究成果和农业可持续发展观点,重点综述了国内外有关禾豆间作氮素高效利用主要机理及相关农艺调控途径的研究现状,旨在为构建简易、高产、高效、氮肥节约型禾豆间作模式提供有力的科学依据和理论支撑。     

有机农业能否养活中国?——氮肥供应获得的启示

近年来,有机农业在全球得到了较快发展,然而对于其在农业中的定位和作用以及发展策略,尚存在较大争议。本研究从氮素供应角度,评估不施用化学合成氮肥对于中国粮食生产和消费的影响,以期为我国现代农业发展特别是氮素管理提供支撑。研究以中国整体农业生态系统为对象,基于共生固氮数量、农产品贸易对氮素供应影响以及粮食生产,分析在不同粮食消费水平情形下,有机农业能够养活的人口数量。研究发现,如果全部耕地按照有机方式管理,中国每年共生固氮量为15.41×10~6t。在不施用化学合成氮肥情形下,1979年和2018年粮食总产量分别为381.96×10~6 t和420.72×10~6t。不考虑蔬菜和水果,分别能养活0.81×10~9～1.24×10~9人和0.50×10~9～0.77×10~9人,即中国耕地全部转化为有机农业方式,在当前耕地面积和科学技术条件下,难以养活全国人口。将进口农产品考虑在内,2018年实际人均粮食(折纯,不包括蔬菜和水果)消费量达689.35 kg·a~(-1)。减少食物浪费、调整食物结构和增加粮食特别是豆类进口,是解决中国粮食问题的重要举措,进口大豆等农产品对于中国化肥减量起到了重要作用。化学合成氮肥对中国粮食生产做出了巨大贡献,但氮素利用率仍有较大提升空间。有机和生态农业强调整体、协调、循环和再生,是引领中国农业可持续发展的理论基础和技术保障,在全国范围内应通过种养结合等措施促进养分的循环利用,降低资源浪费和环境污染。在政策和法律法规层面,可以通过生态补偿和种养循环等举措,提高氮素利用效率,实现粮食数量和质量安全以及生态安全等农业的多重目标。     

华北平原农田生态系统氮素过程及其环境效应研究

华北平原是我国重要粮食生产基地,农业生产中,片面追求高产,过量施肥现象普遍存在,由此造成了肥料利用率低下,氮素损失严重,对环境造成了巨大压力,影响到本区域农业经济和生态环境的可持续发展。本文对中国科学院栾城农业生态系统试验站建站以来有关农田氮素过程方面的研究成果进行了梳理,从相关长期定位试验介绍、氮素转化研究方法的创新集成、氮素过程通量与转化机制研究、氮素综合管理与调控等方面入手,全面汇总了有关华北平原农田生态系统氮素过程及其环境效应的研究进展。自建站以来先后建立了8组与氮素有关的长期定位试验,基于此开展了土壤培肥与高产高效、养分循环再利用、农田生态过程及其对人为干扰和环境变化响应和反馈效应等方面的试验研究。研究过程中不断对研究方法进行完善与创新,建立了N_2高背景浓度下原位土壤反硝化研究的方法体系,为土壤反硝化室内机理与原位无扰动反硝化脱氮总量及产物构成规律研究提供了新的方法;量化了乙炔抑制法测定反硝化的系统误差,为克服乙炔抑制法的误差提供了新的技术途径;建立了深层土壤剖面气体监测的技术体系,使N_2O的研究由单纯的农田排放通量测定扩展到深层土体N_2O的产生机制、扩散与还原过程研究,为定量深层土壤产生的N_2O对表层排放的贡献提供了技术支撑。通过对农田氮素转化机制、过程通量及其环境效应的综合研究,分析了该区域农田生态系统氮素平衡状况,定量评价了农田氮素不同损失途径的相对重要性,提出了阻控氮损失、提高肥料利用率的合理调控途径。     

现代农业发展过程中土壤肥力资源合理利用的思考与对策

土壤是农业生产的重要基础,也是人类赖以生存的保障,其不仅关系食物安全供应,而且直接影响生态环境。土壤肥力是发展现代农业的重要支撑,其有效的培育涉及多学科与多专业,需要系统创新与联合攻关,如今人们对土壤肥力的认识已经从农业生产向环境安全、资源利用、生态健康及全球变化等方向转变与提升。本文从土肥长期定位研究、土壤肥力培育技术、现代农业发展等方面阐述内在关系及其特点,同时分析了现代土壤学研究领域所面临的重要挑战与发展趋势,并提出若干建议与对策。     

中国北方平原地区种养循环农业现状调研与发展分析

中国各地根据自然条件、产业类型及资源禀赋等形成了不同的种养循环农业模式,然而,针对北方平原地区(包括东北地区、西北地区和黄淮海地区)的种养循环农业模式尚缺乏系统研究,可复制可推广可持续的典型模式亟待总结.该文以实地调研和文献资料总结分析形式,对北方平原地区121个种养大县的农业废弃物资源化利用系统调研分析,梳理总结出中国北方平原地区基于农业废弃物(畜禽粪污、秸秆、尾菜等)资源化利用,形成以沼气工程、好氧堆肥和秸秆资源化为纽带的种养循环农业模式.同时,深入分析现有种养模式存在问题,仍需优化种养业格局实现种养平衡,构建评价体系,因地制宜选择种养模式,加快关键技术研发,以指导北方平原地区乃至全国种养循环农业发展.     

园区农业能源互联网:概念、特征与应用价值

在能源互联网的背景下，基于现代农业产业园的产业模式特点，构建了园区农业能源互联网。该研究首先分析了园区农业能源互联网存在的关键问题以及发展趋势，并围绕关键问题对园区农业能源互联网的发展现状进行分析。其次介绍了3个典型案例，并论述案例对于园区农业能源互联网关键问题的意义。之后提出了园区农业能源互联网的关键技术和运营模式，构建基本框架，物理系统由"源-网-储-荷"构成，信息系统由"感知层-网络层-平台层-应用层"构成，信息共享性、深度耦合性和产消互补性是园区农业能源互联网的三大特征。探讨了多能源异质特性与农业生产行为深层次耦合优化的相关问题。该研究可为园区农业能源互联网的框架落地与实践提供参考。     

长汀县循环农业产业联盟模式能值分析

实施种养结合,将农牧生产废弃物利用并回流坡耕地和开展地力恢复是长汀县水土保持的重要内容.应用能值分析法分析2014年长汀县循环农业产业联盟和长汀县农业生态系统(对照)的净能值产出率、能值投资率、环境负载率和可持续发展指数,以及循环农业模式能量流动特征.结果表明:2014年循环农业产业联盟的净能值产出率、能值投资率、环境负载率和可持续发展指数分别为7.12、49.35、0.44和16.26.同期长汀县农业生态系统的净能值产出率、能值投资率、环境负载率和可持续发展指数分别为1.20、3.29、0.23和5.17.循环农业产业联盟净能值产出率和可持续发展指数分别高于当地农业生态系统5.92和11.09个单位,对当地农业发展具明显带动作用.提出了有关优化循环农业产业联盟的建议:1)控制牧业生产规模;2)扩大有机肥厂生产规模;3)引进更多的种植企业,参与循环产业联盟,利用沼液;4)增加科技投入,提高沼气和沼液利用率.通过项目引导构建循环农业产业联盟模式,分析循环农业模式能量流动特征,不仅有助于说明循环农业模式实施效果,也可为循环农业模式自身优化提供理论依据.     

A systematic review of soil erosion control practices on the agricultural land in Asia

Soil is the basis of production in agriculture activities. The combination of intensive farming activities, improper farming practices, rainfall regimes, and topography conditions that taken place in agricultural land lead to the soil erosion problem. Soil erosion is the major constraint to agriculture that affects the yield production and degraded environmental sustainability. Furthermore, soil erosion that occurs in the agricultural area has jeopardized the sustainability of agriculture activities. Asia is one of the major agricultural producers in the world. It is essential to know how to mitigate soil erosion in Asian agricultural land. This systematic review aims to analyze the existing literature on research that has been done on control practices that had been taken in Asia agricultural land towards soil erosion. This article is guided by the PRISMA Statement (Preferred Reporting Items for Systematic reviews and Meta-Analysis) review method. The authors systematically reviewed the literature to study the control practices that been taken and tested to control soil erosion on the agricultural land in Asia. Accordingly, this systematic review identified 39 related studies about the topic based on the Web of Science and Scopus databases. This article divided the control practices into three main themes, which are agronomic practices, agrostological practices, and mechanical practices. The three main themes then produced a total of 11 sub-themes. Further specific and sustained research is needed to tackle this severe environmental problem through a better method, such as this systematic review method. The systematic review helps farmers and policymakers to implement the most practical approach to control and reduce soil erosion.     

澳大利亚农业系统中非点源污染的控制

The Australian farming sector is continuing to intensify, particularly within 300 km of the east and southern coastlines. In the future there will be fewer and larger farms, which will use more fertilizer, support more stock, grow more monoculture crops, and utilise more marginal soils. This is likely to increase the major environmental impacts of soil degradation, salt, nutrient and sediment contamination of waterways, and greenhouse gas emissions. Australian national water policy continues to focus on land, stream and groundwater salinity issues, although there is now a greater recognition of the importance of nitrogen and phosphorus losses from agriculture. The general philosophy of policy for dealing with nonpoint source pollution has been towards a voluntary rather than regulatory approach, with state and national governments supporting a range of programs to encourage sustainable agricultural practices. A catchment （watershed） based approach, through the use of integrated catchment management plans, is the primary way that non-point source pollution is addressed at the farm and local level. At an industry level, cotton, grains, meat, sugarcane and dairy amongst others, as well as the Australian fertilizer industry, have responded to non-point source issues by investing in research and development, and developing codes of practice aimed at abating these environmental impacts. Understanding the economic, social, political and cultural contexts of farming as well as the environmental impacts of agriculture are very important in determining the appropriateness of policy responses for Australian farming systems.