《小规模与大规模农业的水资源消耗与营养生产对比分析》

推荐 为解决小规模与大规模农业在水资源消耗和营养生产方面的差异问题，研究人员利用网格化作物模型，对2010年全球61%的收获面积进行研究。结果表明小规模农业虽种植更多粮食作物，但营养生产贡献相对较低，且在水资源稀缺地区面临更大压力。这有助于提升农业系统的韧性和可持续性。

　　

论文解读
在当今全球农业领域，水资源短缺已成为制约农业发展的关键因素之一。小规模和大规模农业在作物生产和水资源消耗方面呈现出不同的特点，然而，目前对于这两者在生产过程中的具体差异缺乏深入的了解。为填补这一研究空白，研究人员开展了此项基于网格化作物模型的全球对比分析研究。

研究人员利用一个网格化作物模型，该模型覆盖了2010年全球61%的收获面积。通过对小规模和大规模农业在不同地区的水资源消耗和营养生产情况进行模拟分析，得出了一系列重要结论。

在研究过程中，研究人员采用了多种关键技术方法。首先，他们利用网格化作物模型（gridded crop model）来模拟不同规模农业的作物生长过程，该模型基于AquaCrop - OSpy构建，描述了作物生长、蒸腾、土壤蒸发以及蓝色水（灌溉用水）和绿色水（降水直接利用）的消耗情况^18326169。其次，研究人员收集了广泛的数据，包括气候、二氧化碳浓度、地下水位、土壤成分、土壤肥力压力、作物日历、作物参数、作物分布和灌溉类型等，以确保模型的准确性⁴⁰⁴²。此外，还对模型进行了校准和验证，将模拟产量与FAO产量进行对比，并与其他全球数据集进行比较，以保证研究结果的可靠性^43034110。

研究结果表明，小规模农业占全球收获面积的43%，但在营养生产方面的贡献相对较低。尽管小规模农业种植的粮食作物比例相对较高，但由于受到水资源和土壤肥力压力的影响，其单位土地的养分产出较低。具体而言，在水资源稀缺地区，小规模农业占收获面积的54%，但仅消耗38%的蓝色水，且大部分依赖绿色水，同时面临着70 - 90%的作物生产潜力无法实现的问题¹⁴⁰⁴²。

从不同地区来看，在水资源稀缺地区，小规模农业的作物种植以谷物（如水稻、小麦和玉米）为主，占54%，其次是油料作物（14%）和豆类（12%）。而大规模农业在水资源稀缺地区的灌溉比例相对较高，达到30%。在营养生产方面，通过额外的灌溉和施肥措施，小规模农业的营养生产可以得到显著提升，其中灌溉可使能量和蛋白质产量分别提高20%和19%，施肥可使能量和蛋白质产量分别提高39%和37%⁴⁰⁴²。

此外，研究还发现小规模和大规模农业在应对水资源和土壤肥力压力方面存在差异。小规模农业面临更高的水和土壤肥力压力，土壤肥力压力对小规模农业的影响更为显著。在缓解土壤肥力压力后，小规模农业在水资源稀缺地区的产量可增加70 - 90%，这一效果高于仅缓解水压力带来的产量提升⁴⁰⁴²。

这项研究具有重要意义。它挑战了现有全球尺度研究中将国家农业生产简单分配给小规模和大规模农业的假设，揭示了不同规模农业在水资源消耗和营养生产方面的差异及其背后的原因。通过深入了解这些差异，有助于制定更有针对性的农业政策和管理措施，以提高农业系统的韧性和可持续性。例如，在水资源稀缺地区，应更加关注小规模农业的灌溉设施建设和土壤肥力提升，以保障粮食安全和农民生计。同时，研究结果也为全球农业资源的合理配置和水资源管理提供了科学依据，对于实现联合国可持续发展目标中的消除贫困和保障粮食安全具有重要意义⁴⁰⁴²。