通过氮流分析，评估法国传统畜牧业和有机畜牧业发展方案的实施效果

《Agricultural Systems》：Performances of conventional and organic livestock development scenarios in France through nitrogen flow analysis

本研究探讨法国有机农业（OA）在2030年达到25%耕地占比目标下，不同牲畜数量情景对氮循环的影响。通过ALPHA模型模拟，发现减少传统牲畜数量（HL情景）比常规发展（BAU情景）更有效降低氮输入和盈余，但需伴随饮食结构改革以减少动物产品消费。研究强调，OA扩张需平衡生产力与氮自给自足，并考虑生物固氮提升和饮食调整的综合措施。

　　### 研究背景与意义

有机农业（OA）在欧洲联盟（EU）中被提倡为一种可持续的农业形式。然而，其发展可能受到对外部氮（N）资源的依赖所限制，例如传统的动物粪便和进口饲料，因为有机农业禁止使用工业肥料。尽管牲畜在提高土壤肥力方面发挥着关键作用，通过放牧和粪便、尿液中的养分循环，但目前对于有机农业扩展中牲畜角色的理解仍存在分歧。这促使我们研究有机农业扩展的两种可能路径：常规路径（BAU）和牲畜数量减半（HL）路径，以探索如何在2030年前使25%的农业用地转为有机农业，并分析这一过程中氮素可用性及农业系统性能的变化。

研究结果表明，牲畜数量的调整显著影响了氮素的可用性。在BAU和HL路径下，总氮素输入（特别是工业肥料和饲料进口）分别减少了9%和28%，而氮素盈余也分别减少了9%和26%。与此同时，生物固氮（BNF）在两种路径中分别增加了32%和61%。这表明，随着有机农业的扩展，生物固氮成为一种重要的氮素来源，而有机牲畜和作物产量的下降则由于其较低的生产力。此外，有机农业的扩展还意味着人类对动物产品的消费减少，分别在BAU和HL路径下降低了5%和30%。这些发现强调了牲畜和生物固氮在有机农业扩展中的关键作用，但也指出了进一步研究的必要性，例如考虑人类饮食变化、农业实践和土地利用等因素。

### 方法概述

本研究采用了一种现有的氮预算模型（ALPHA-national模型），用于分析法国全国范围内的氮素流动。该模型不仅考虑了有机农业和传统农业的氮素输入，还模拟了整个农业系统的氮素输出。模型通过区分有机农业和传统农业的子系统（即耕地、草地和牲畜），计算了氮素在不同系统间的流动。模型的输入包括大气氮沉降、生物固氮、饲料进口和工业肥料的使用，而输出则主要为动物和作物产品的氮含量。此外，研究还通过敏感性分析探讨了生物固氮率对模型预测的影响。

### 结果分析

在BAU和HL两种路径下，有机农业扩展对农业系统的氮素流动产生了显著影响。首先，牲畜数量的调整导致氮素输入和输出的变化。在BAU路径下，有机牲畜数量的增加和传统牲畜数量的减少使总氮素输入减少9%，而氮素盈余减少9%。在HL路径下，牲畜数量的大幅减少（50%）进一步降低了氮素输入，减少了28%，同时氮素盈余减少了26%。这种变化主要归因于生物固氮的增加（32%和61%）以及传统农业中工业肥料使用量的减少（20%）。

在食品生产和消费方面，BAU和HL路径下的有机农业扩展也带来了显著变化。在BAU路径下，有机农业的食品生产量比传统农业低，而由于有机牲畜数量的增加，食品生产量仍能满足法国国内需求。然而，食品消费的增加意味着需要进口更多的动物产品，从而影响法国的农业自给率。在HL路径下，由于牲畜数量的减少，有机农业的食品生产量进一步下降，但同时需要减少对进口动物产品的依赖。这种趋势表明，法国在实现有机农业扩展的同时，需要在食品生产和消费之间做出权衡。

此外，研究还发现，有机农业的扩展可能导致氮素自给率的提高。在HL路径下，有机农业的氮素自给率从27%增加到46%，而传统农业的氮素自给率从29%增加到38%。这表明，减少牲畜数量和限制传统肥料的使用有助于提高农业系统的氮素自给能力。然而，有机农业的自给率仍然受到传统肥料使用限制的影响，特别是在HL路径下，传统肥料的使用被完全禁止，这可能进一步提高氮素自给率。

### 讨论与展望

本研究的讨论部分强调了有机农业扩展过程中牲畜数量和农业实践变化的重要性。首先，牲畜数量的减少可能对氮素可用性和农业生产力产生双重影响。一方面，牲畜数量的减少减少了氮素输入，从而降低了氮素盈余；另一方面，牲畜数量的减少也导致有机农业的食品生产量下降，进而增加了对进口食品的依赖。这种权衡表明，有机农业的扩展需要在氮素自给率和食品生产之间找到平衡点。

其次，研究还指出，有机农业的扩展可能需要调整农业实践，例如通过增加生物固氮的使用，提高氮素自给率。生物固氮在草地上的作用尤为显著，特别是在HL路径下，由于传统肥料的使用被禁止，生物固氮成为重要的氮素来源。然而，生物固氮的效率和规模仍然存在不确定性，尤其是在大规模区域层面。因此，进一步研究生物固氮率及其在农业系统中的作用是必要的。

此外，研究还探讨了农业系统的自给率和可持续性。在HL路径下，由于牲畜数量的减少和传统肥料的使用限制，农业系统的自给率显著提高。然而，这种提高并不意味着农业系统的完全自给，而是对氮素输入和输出之间的平衡进行了优化。同时，研究还指出，农业系统的自给率受到多种因素的影响，包括牲畜数量、饲料进口和农业实践的变化。

### 结论

本研究通过分析法国农业系统的氮素流动，揭示了有机农业扩展过程中牲畜数量和农业实践变化的重要性。研究结果表明，实现25%的农业用地转为有机农业的目标需要在氮素自给率和食品生产之间做出权衡。牲畜数量的减少可能提高氮素自给率，但也可能影响食品生产，从而增加对进口食品的依赖。此外，有机农业的扩展可能受到人类饮食习惯和农业政策的影响，例如减少动物产品消费和提高生物固氮率。

研究还指出，有机农业的扩展需要考虑区域差异和地方农业实践。例如，法国不同地区的农业实践和牲畜数量可能存在显著差异，而这些差异在国家层面的数据中可能被掩盖。因此，未来的研究应更加关注区域层面的农业实践和牲畜数量的变化，以提高模型的准确性和适用性。

总体而言，本研究为有机农业的扩展提供了重要的理论依据和实践指导。通过分析氮素流动和农业系统的自给率，研究揭示了有机农业扩展过程中可能面临的挑战和机遇。这些发现对于政策制定者和农业从业者具有重要意义，可以帮助他们更好地理解有机农业扩展的潜在影响，并制定相应的策略。