欧洲农业集约化与粗放化协同路径：平衡作物生产、气候行动与自然保护

《Nature Communications》：Reconciling crop production, climate action and nature conservation in Europe by agricultural intensification and extensification

本期推荐一篇发表于《Nature Communications》的前沿研究。为应对欧洲农业温室气体排放（占总量31%）与生物多样性丧失的双重挑战，研究团队创新性地提出通过识别2420万公顷次优耕地（13.7%欧洲耕地）进行植被恢复，同时在其余耕地实施作物转换与景观多样化策略。研究表明，通过将1640-3090万公顷耕地转化为林农复合系统（粗放化），可完全补偿次优耕地退耕导致的产量损失，并实现年2.23亿吨CO2-eq固碳潜力与20%生物多样性压力降低。该研究为欧盟“绿色协议”战略提供了兼顾粮食安全与生态目标的科学路径。

　　

在欧洲这片被农田覆盖38%土地面积的大陆上，农业系统正面临前所未有的挑战：它不仅是温室气体排放的重要来源（占欧洲总排放的31%），更是生物多样性丧失的主要推手。随着气候变化加剧和自然生态系统退化，如何在保障粮食安全的同时实现气候行动和自然保护目标，成为欧盟农业政策的核心难题。

当前欧洲农业存在明显的空间异质性——部分耕地位于陡坡地带、碎片化严重或生产力低下，这些“次优耕地”通常需要更高的管理成本和环境代价。挪威科技大学等机构的研究团队在《Nature Communications》发表的最新研究中，开创性地提出了通过农业集约化与粗放化协同的解决方案，为这一复杂问题提供了新思路。

研究人员首先通过整合多源数据，识别出欧洲2420万公顷次优耕地（占全欧耕地13.7%），其中66%面临土地退化风险，50%位于生物多样性优先区域。这些耕地虽然面积可观，但对欧洲作物生产的贡献仅约9.9%，显示出较低的生产效率。

研究团队设计了八种情景方案，将次优耕地植被恢复（自然再生或人工造林）与其余耕地的利用方式调整（集约化或粗放化）及作物转换策略相结合。令人惊讶的是，模拟结果显示：通过将1710万公顷次优耕地进行植被恢复，同时在其他地区实施粗放化策略（在1640-3090万公顷耕地中引入树木形成林农复合系统），并配合战略性作物转换，可以完全补偿因退耕导致的作物产量损失。

气候减缓效益评估表明，粗放化情景（E-HS-NA）具有最大碳固存潜力，年均可封存2.23亿吨CO₂-eq，相当于欧洲农业排放的48%。而集约化情景因需清除现有植被，净碳效益相对较低（6200-6700万吨CO₂-eq）。生物多样性影响评估显示，所有情景均能降低5.22%-17.6%的耕地对生物多样性压力，其中粗放化结合自然再生的方案效益最显著。

关键技术创新方面，研究团队开发了多尺度空间分析方法：利用ESA-CCI（European Space Agency-Climate Change Initiative）300米分辨率土地覆盖数据识别耕地类型；结合MERIT DEM（Multi-Error-Removed Improved Terrain digital elevation model）地形数据判定陡坡耕地；采用基于NDVI（Normalized Difference Vegetation Index）的z-score方法识别低产耕地；通过GAEZ+（Global Agro-Ecological Zones）和SPAM（Spatial Production Allocation Model）作物产量数据库评估生产潜力；运用G4M（Global Forest Model）模型估算碳固存速率；并整合物种丰富度数据评估生物多样性影响。

次优耕地分布特征

研究显示，欧洲次优耕地中，1970万公顷（81.4%）位于陡坡地形，低产耕地约400万公顷，碎片化耕地70万公顷。地理分布上，南欧和东欧是集中区域，意大利（465万公顷）、西班牙（336万公顷）和巴尔干地区尤为突出。这些耕地中，69%正经历某种形式的退化过程，主要威胁包括土壤盐碱化、土壤有机碳（SOC，Soil Organic Carbon）耗竭和土壤酸化。

耕地利用模式比较

集约化方案需转化478-684万公顷林农镶嵌耕地为纯耕地，才能补偿退耕损失。其中，转向高热量作物（I-HC）可完全补偿损失，而转向高适宜性作物（I-HS）仅能补偿91.1%。粗放化方案则需转化1640-3090万公顷纯耕地为林农镶嵌系统，配合9.5%的产量增益（源于景观多样化对微气候和土壤的改善），可完全抵消生产损失。

土地-气候-生物多样性关联效应

粗放化情景能实现耕地节约2540-3260万公顷，同时使欧洲林农镶嵌耕地面积增加50%。碳-生物多样性权衡分析表明，纯自然再生方案比混合（自然再生+造林）方案生物多样性效益高60%以上，但碳固存潜力低约40%。这种权衡在意大利和罗马尼亚等国有明显体现。

研究结论强调，欧洲农业系统转型的技术可行性已具备，当前主要障碍在于耕作实践和利益相关方参与度，而非土地生物物理限制。粗放化路径通过创建多功能农业景观，在维持作物生产的同时，显著提升了环境效益。该研究为欧盟共同农业政策（CAP，Common Agricultural Policy）和“从农场到餐桌”战略提供了科学依据，指出引入碳定价（如100美元/吨CO₂）可产生60-220亿美元年收益，用于支持农业可持续转型。

这项研究首次在欧洲尺度上量化了农业集约化与粗放化协同路径的综合效益，为协调粮食安全、气候行动与自然保护目标提供了精准的空间规划工具。随着欧盟《自然恢复条例》的实施，该研究成果有望指导各成员国制定更具生态效益的农业战略，推动欧洲农业向更可持续的方向发展。