追踪农业转型：全球肥料利用效率与作物生产趋势（1961–2022年）

《Cleaner and Circular Bioeconomy》：Tracking agricultural transformation: fertilizer efficiency and crop production trends worldwide (1961–2022)

分析1961-2022年全球四大作物生产与化肥使用，发现块茎类产量增长显著，但化肥效率下降，需优化氮磷钾管理

　　在过去的六十年里，全球主要农作物（包括谷物、豆类、油料作物和块茎作物）的产量、耕地扩展和肥料使用情况发生了显著变化。这项研究对四个主要作物类别在选定全球区域的长期趋势进行了分析，揭示了农业生产力和土地利用的动态发展，同时关注了肥料应用对环境的影响。在某些地区，特别是块茎作物的生产增长最为显著，这表明农业实践中肥料的高效使用对提升产量具有重要作用。然而，研究也指出了一些挑战，例如营养利用效率的下降和肥料过量使用带来的环境问题。

研究发现，从1961年到2022年，全球范围内谷物、豆类、油料作物和块茎作物的产量和耕地面积都有显著增长。在中东和北非（MEA-M）地区，块茎作物的年产量增长率达到3.2%，远高于谷物（2.5%）和豆类（2.1%）的增幅，而油料作物的年增长率为2.8%。这些数据表明，不同作物的生产增长趋势存在差异，而这些差异可能与气候条件、土壤特性以及农业技术的进步有关。总体而言，耕地面积和产量的增加反映了农业扩张的趋势，但同时也带来了对自然资源的更大压力。

肥料的使用量也在全球范围内持续增长，特别是在氮（N）、磷（P）和钾（K）的消费上。研究指出，氮肥的年平均增长率约为2.5%，磷肥为3.0%，钾肥为2.8%。然而，随着肥料使用量的增加，营养利用效率却呈现出下降的趋势，尤其是在肥料应用量较高的地区，如东欧和墨西哥（MEX）。例如，在MEA-M地区，氮和磷的使用效率每年分别下降0.8%和1.1%。这种趋势提示，尽管肥料使用量增加有助于提高产量，但过量施肥可能对土壤质量、水体污染和生态系统造成负面影响。相比之下，韩国（KOR）和撒哈拉以南非洲（SSA-M）地区则在磷肥利用效率方面取得了显著改善，年均增长分别为0.6%和0.4%。

研究还强调了在提高农业生产力的同时，优化肥料使用和加强营养管理的重要性。这些趋势不仅反映了农业生产的扩张，也揭示了农业实践中存在的问题。例如，某些地区在化肥使用效率方面表现不佳，可能与土壤肥力下降、施肥技术不完善或农业政策执行不力有关。因此，推动更精细的肥料使用策略，尤其是在氮肥方面，是提高肥料利用效率和减少农业活动对环境影响的关键。同时，研究呼吁采取可持续的农业政策，以平衡产量增长与生态保护之间的关系，尤其是在全球粮食需求不断上升的背景下。

全球农业活动占总温室气体排放的约15%，并且是人类活动导致的氮氧化物（N?O）排放的主要来源之一。研究指出，农业中氮肥的过量使用可能导致大气中N?O浓度上升，而这种气体的全球变暖潜力是二氧化碳的298倍。因此，改善氮肥管理对于减少温室气体排放和降低农业对环境的负面影响至关重要。一些国家通过减少氮肥污染，将产量减少了约1%，但这种减少并未显著影响农业生产力，表明提高肥料使用效率是可行的。

此外，研究强调了磷肥的使用趋势。磷肥的需求在一些模型预测中可能会翻倍，这与气候变化导致的土壤侵蚀有关。磷肥的分布不均也使得一些地区面临磷肥短缺的问题，而另一些地区则存在磷肥过量使用的情况。因此，提高磷肥的使用效率对于缓解这些不平衡现象具有重要意义。通过减少磷肥的流失，可以显著提高其在粮食不安全地区的可用性。

研究还分析了不同区域在农业实践和肥料使用上的差异。例如，中国（CHN）、欧盟15国（EU15）、美国（USA）和印度（IND）等高产区域贡献了全球约47.91%的农业用地和52.03%的作物产量。而像巴西（BRA）、撒哈拉以南非洲（SSA）和中亚（CAS）等中等产量区域则在农业现代化方面发挥了重要作用。相比之下，一些低产区域如巴基斯坦（PAK）、北非（NAF）和南非（SAF）则在农业用地和产量方面表现较弱。这些差异表明，农业发展水平和资源利用效率在不同地区存在显著的不平衡现象。

为了应对这些挑战，研究建议采用更精细的肥料使用策略，提高肥料的使用效率，并减少对环境的负面影响。此外，应加强农业技术的推广，如精准农业技术，通过土壤分析和传感器技术减少肥料过量使用。同时，推广缓慢释放肥料等可持续农业实践，也有助于提高肥料的利用效率和农业的长期效益。这些措施不仅有助于提高农业生产力，也有助于减少农业活动对环境的破坏。

研究还分析了不同区域的肥料使用强度和生产效率。例如，在高收入地区，如欧洲和北美，肥料使用强度通常较高，而生产效率则相对稳定或有所提升。而在一些发展中国家，由于天气和土壤条件的不确定性，肥料使用可能仍然存在过度现象。因此，改善这些地区的农业基础设施和提供技术援助，有助于提高农业生产力和资源利用效率。

总体而言，这项研究提供了关于全球农业趋势的深入见解，强调了在提高产量的同时优化肥料使用和加强农业可持续性的重要性。随着全球人口的增长和气候变化的影响，农业实践需要在提高生产力和减少环境负担之间找到平衡。通过改进肥料管理、推广可持续农业技术以及加强政策干预，可以有效应对这些挑战，实现农业的可持续发展。