2021-11-02
引言
国际间农产品贸易极大的促进了全球粮食安全,是全球食物消费多样性、公平性和营养性快速增加的主要保障因素之一。近年来全球农产品的贸易量快速增加,同时也对全球地表和地下水资源利用、生物多样性丧失、空气质量恶化、土地利用和气候变化等多个资源环境指标有着复杂而深远的影响。当前一些学者发表文章定量了农业生产非本地消费的资源环境代价,但是忽略了进出口国之间的生产效率和资源禀赋差异,对农产品贸易是优化还是削弱了全球资源利用效率这一关键问题还存在较大的争议,主要是原因是缺少科学的定量分析指标和评价方法。
近日,中科院遗传所农业资源研究中心柏兆海和马林课题组联合国内外多所研究机构,针对全球农产品贸易优化程度展开研究。该论文创新性地刻画全球农业生产的累积生产效率分布曲线(图1a),基于该曲线提出了两个新的农业生产效率评价指标:农产品高效生产集聚度和集聚生产力,并利用该指标在进出口国之间的差异(图1b),系统地提出了农产品贸易优化程度评价方法(图2)。利用该方法分析了贸易对全球耕地、氮肥、畜禽养殖和饲料氮利用效率的影响,以及农产品贸易优化程度变化规律(图3-5)。

论文研究结果表明:作物蛋白贸易提高了全球耕地利用效率和氮肥偏生产力,这相当于在1961-2017年间节约了22.7亿公顷农田和4.80 亿吨氮肥,相当于平均每年节约了3.4%耕地面积和11.5%的氮肥消费量。基于能量和蛋白的畜产品贸易均大幅度提升了全球畜禽生产力,分别节约了1.7和0.8亿头标准牛单位(相当于每年少饲养了全球0.5-1%左右的动物数量)(图4)。然而,当土地利用效率或者氮肥偏生产力以能量(卡路里)表示时,作物贸易降低了全球农田生产率,在过去57年间接导致了8.7亿公顷农田的浪费(图4)。

图3. 累积生产效率贸易分布曲线图。a-d左列曲线图分别为1961-2017年进出口国作物能量或蛋白单产或氮肥偏生产力的累积生产效率贸易分布;a-d右列地图分别为进出口国2017年作物能量或蛋白的单产或氮肥偏生产力,以及对能量或者蛋白进出口的贡献

图4. 1961-2017年间基于能量和蛋白农产品贸易导致的虚拟耕地资源、氮肥、动物养殖数量和饲料氮节约或者浪费量
从整体而言全球农产品贸易优化程度总体趋于上升趋势,即贸易逐渐增加了全球土地、氮肥、畜禽和饲料氮生产力,但是当前贸易功能性仍处于相对较低的水平。主要表现在以下2方面:(1)出口国农产品高效生产集聚度偏低,(2)进口国农产品高效生产集聚度偏高(图5)。总的来说,全球农产品贸易对土地资源利用的影响好坏参半,而对氮肥利用效率有明显的提升,这表明需要重新思考贸易模式并提高其优化程度和功能性。

图5. 贸易优化和功能性程度。1961-2017年基于能量(a)或蛋白(b)的作物和动物单产及氮肥/饲料氮偏生产力的贸易优化和功能性程度
此外,该论文是农学、资源环境和管理学等多学科交叉的创新结果,文中提出的累积生产效率分布曲线、产品高效生产集聚度和集聚生产力等指标是基于洛伦兹曲线的创新性应用,不仅可以用于农业生产同时也适用于工业、生态和管理等多个学科,分析生产和效率在空间上的集聚程度或者不公平性。与此同时,近年来我国农产品蛋白和能量进口逐年增加,本研究还能为我国农产品贸易资源环境代价的全球谈判,贸易与自给的权衡分析决策提供理论和定量依据。不仅如此,本文构建的研究方法还可以用于分析我国农产品区域贸易与资源环境不均衡的问题,评价我国北粮南运、南猪北移等策略的可持续性,为农业绿色发展政策的制定提供科学依据。
上述相关成果以“Food and feed trade has greatly impacted global land and nitrogen use efficiencies over 1961–2017”为题,在Nature Food上发表,https://www.nature.com/articles/s43016-021-00351-4。中科院遗传所农业资源研究中心柏兆海研究员和河北农业大学资源学院马文奇教授为论文共同第一作者,中科院遗传所农业资源研究中心马林研究员为论文通讯作者。合作作者包括荷兰瓦赫宁根大学Oene Oenema教授和Gerard Velthof研究员,英国阿伯丁大学的Pete Smith教授,河北地质大学数学系刘霞副教授,河北大学数学系王培光教授,国际应用系统研究所Wilfried Winiwatar研究员等。该项目得到了国家自然基金委(31572210, 31272247)、和中科院青促会(2019101)等项目支持。