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本综述聚焦非洲未充分利用和被忽视的作物(UNCs),分析其在改善粮食安全与气候适应力方面的潜力,探讨研发不足、市场疲软、政策框架不完善等障碍,提出优化价值链、加强育种研究等解决方案,助力非洲可持续粮食安全与农业系统多样化。
非洲面临人口快速增长、气候变化、农业基础设施不足等多重挑战,粮食安全问题严峻。未充分利用和被忽视的作物(UNCs)如班巴拉花生(Vinga subterranean (L) verde.)、非洲葡萄(Lannea microcarpa (Engl. & K. Krause.))等,具备高营养价值、强环境适应力等优势,在改善农业生物多样性、增强气候韧性等方面潜力巨大。
UNCs 在营养方面表现突出,许多 UNCs 富含关键维生素、矿物质和蛋白质。例如,班巴拉花生是优质的蛋白质来源,小米和高粱富含铁和纤维,100 克非洲(黑)龙葵 / 莫雷尔(Solanum spp.)和苋菜叶中含有 3.6 克蛋白质、480 毫克钙、10 毫克铁等多种营养成分及有价值的抗氧化剂。
农艺上,UNCs 适合在边缘土地种植,对干旱和低土壤质量等恶劣环境耐受性强。其种植可通过多种根系系统改善土壤健康,提高农业整体可持续性和抗逆性。如未充分利用的豆类通过固定大气氮可改善土壤肥力,减少对合成肥料的需求,鸽豆在半干旱的肯尼亚具有较高的固氮能力(60 - 70 kgN ha-1),有助于玉米(Zea mays l.)种植系统的土壤肥力和生产力提升。此外,UNCs 对气候变化具有较强的适应力,在其他主要作物可能失败的恶劣环境中仍能生长,且通常所需资源较少,不易受危害主粮作物的病虫害影响。
UNCs 对生态系统健康和生物多样性也有重要影响,通过种植多种植物物种增加农业系统内的遗传多样性,减少对病虫害和气候变异的脆弱性,还能支持更多种类的传粉者和其他有益生物,促进形成更具弹性的农业生态系统。
在社会文化方面,UNCs 虽常被视为经济价值低和贫困者的食物,但对非洲社会和文化至关重要,是习俗和饮食的重要组成部分,有助于保护地区知识和烹饪传统,促进文化认同和社区凝聚力。从社会经济角度看,豆类等作物为小农拓宽收入来源,降低对价格波动较大的主粮作物的依赖,tef 和班巴拉花生等作物提供了新的市场机会和收入来源。
非洲不同地区 UNCs 的生产和消费存在显著差异,东非广泛种植手指 millet 和 tef,西非的传统农业系统和饮食中 fonio 和班巴拉花生至关重要,南部非洲因高粱和 millet 的营养价值和抗旱性而种植。传统农业方法和关于 UNCs 的知识融入了非洲地区的农业系统和文化,土著 farming communities 根据独特环境创造了先进的种植方法,知识常代代相传,还包括 UNCs 在文化仪式、烹饪和药用等方面的应用。目前,非洲通过国际项目、非政府组织和政府政策等多种举措推广 UNCs,如埃塞俄比亚和马里政府将 tef 和 fonio 等传统作物纳入国家粮食安全计划,相关机构致力于推进研究、培育更好的品种并为农民提供技术援助,助力 UNCs 发展价值链和市场准入。
然而,UNCs 的广泛应用面临诸多障碍。知识意识不足和研究推广服务欠缺,导致人们对 UNCs 的优势和种植方法了解有限,市场需求和采用率低。价值链条薄弱和市场准入受限,许多 UNCs 供应链薄弱、基础设施不足,缺乏加工设施和市场知识,经济竞争力低于主要主粮,农民缺乏种植动力。研究资金不足和农业基础设施不完善,制约了 UNCs 更好品种的开发、病虫害防治和理想种植技术的研究,影响其市场 ability 和产量。制度和政策障碍方面,许多农业政策优先考虑水稻和玉米等主要主粮,对 UNCs 支持不足,政府机构、研究机构和农民团体之间协调可能不足。文化观念和消费者偏好也阻碍 UNCs 的使用,主粮作物在地区饮食中根深蒂固,文化偏见和对 UNCs 的不了解导致其在日常饮食中使用受阻,消费者偏好熟悉的食物,限制了 UNCs 的需求。此外,气候变化对 UNCs 和农业生物多样性产生影响,农民可能转向改良和改性的耐受作物品种,一些 UNCs 被忽视,农村发展项目和政策也不利于 UNCs 的保护和可持续利用。
为促进 UNCs 的利用,可采取一系列策略。加强研发,培育更适应干旱、土壤贫瘠等环境压力及抗病虫害的作物品种,探索标记辅助选择、突变育种、基因编辑(如 CRISPR/Cas9)和组学等新育种方法,加速培育高性能品种,提升 UNCs 的生产力和市场 ability。政府提供政策支持,通过补贴、 grants 或税收减免等政策改革鼓励农民种植 UNCs,将 UNCs 纳入国家农业发展计划和粮食安全计划,投资交通和存储设施以改善市场准入,开展针对 UNCs 的研发项目。推动市场扩展和商业化,加强包括分销、加工和包装等环节的价值链,通过农民合作社、与私营部门合作和市场准入项目扩大本地和区域市场,营销 UNCs 的增值产品,在品牌和营销活动中强调其营养和环境优势。采用基于社区的策略,如农民主导的种子交换、参与式研究和培训计划,促进知识共享和社区对农业发展的参与。采取气候变化适应措施,改进雨水收集和保护性耕作等水管理技术,通过基因组编辑或选择性育种培育耐旱和耐热品种,支持作物轮作和间作等农业生态技术,将 UNCs 纳入农民援助计划和气候适应政策。
创新方法方面,利用基因编辑(如 CRISPR/Cas9)和遗传修饰等生物技术提高 UNCs 的营养质量、耐旱性和抗虫性,标记辅助选择加速育种。借助卫星和无人机等遥感技术及数字平台,实时监测 UNCs 的作物健康、土壤条件等,为农民提供决策信息,降低投入成本,提高产量,也有助于研发数据收集。将 UNCs 纳入永续农业和农林业等可持续农业实践,农林业通过将 UNCs 与树木和灌木结合,改善土壤健康、水分保持和生物多样性,永续农业系统中 UNCs 与其他植物一起生长,减少对外界投入的依赖。鼓励分散的网络和社区种子银行保存和传播本地适应的地方品种,促进 UNCs 育种材料的供应,还需进行政策改革,简化 UNCs 种子认证程序,协调区域种子立法以促进贸易,公私合作增加种子产量,能力发展计划教育种者使用低成本表型和基因组应用。进行土壤和气候调查,确定最适合 UNCs 如耐旱高粱或耐涝芋头的种植地点,通过与固氮豆类间作或添加有机堆肥等低投入技术刺激土壤肥力,利用扎伊坑等本土方法收集雨水,加强气候适应力,通过参与式项目培训农民有关病虫害管理、收获后护理和保护性农业的知识。
多个成功案例表明 UNCs 在非洲的应用潜力。tef 在埃塞俄比亚因其营养价值和土壤适应能力成为主粮作物,政府支持、研究项目和市场扩展促进了其生产和消费,改善了当地经济和粮食安全。布基纳法索通过推广恢复了 fonio 的种植,其生长周期短、耐不利土壤条件,非政府组织和社区团体助力其融入农业系统,提高了产量和市场准入。肯尼亚的社区倡议有效促进了富含蛋白质的班巴拉花生的生产,其耐旱性和耐低土壤肥力特性改善了粮食安全,为小农提供了新市场。非洲的苋菜和辣木等传统叶菜类蔬菜营养丰富,辣木以其高营养密度和治疗特性、苋菜富含蛋白质和维生素等,有潜力改善粮食安全和饮食。
综上所述,UNCs 在增强非洲气候适应力和多样化农业系统方面对提高粮食安全有巨大潜力,但受政策、市场、研发和文化等因素限制。需通过育种、政策支持、市场开发、知识普及等协调努力,克服障碍,使 UNCs 在非洲粮食安全中发挥重要作用,促进非洲农业向更具弹性和多样性的未来发展。