精准识别低效作物：多维效率视角下中国农业环境足迹调控路径研究

针对作物生产环境足迹的区域异质性问题，中国研究人员通过生命周期评价(LCA)量化了15种作物在12类环境影响指标下的多维效率（产量/播种面积/经济价值），识别出水果、小麦等关键作物及其调控路径。研究发现针对低效作物改进可使 mitigation outcomes 与全面改进差异小于3.5%，为精准调控农业环境足迹提供科学依据。

　　

随着全球人口增长和饮食结构多元化，农业生产正以前所未有的力度冲击着地球环境边界。作为全球最大的农产品生产国，中国在实现粮食安全的同时，作物生产系统(CPS)带来的环境代价日益凸显：化肥农药过量使用导致21%-37%的全球农业温室气体(GHGs)排放，营养盐流失突破行星边界，生态毒性物质持续累积。更复杂的是，由于农业发展水平、管理策略的区域差异，不同作物在各地区呈现显著异质性的环境足迹。传统研究多聚焦单一作物或少数环境影响指标，难以全面揭示这种复杂性。

吉林省科技厅重点研发计划支持的研究团队在《Environmental Impact Assessment Review》发表论文，首次构建了覆盖中国30个省份、15种主要作物（占全国产量98.5%）、8类生产活动、12项环境影响的完整生命周期清单。通过创新性提出产量-播种面积-经济价值三维效率评价体系，不仅量化了甘蔗、大豆等高效作物的基准值，更精准识别出西北地区水果（气候变化/臭氧消耗）、北方小麦玉米（光化学氧化）等关键调控靶点。令人振奋的是，针对性改进这些低效作物可实现与全面改进差异不足3.5%的 mitigation outcomes，为区域精准治理提供了成本效益最优路径。

研究采用三大关键技术：1) 省级尺度的生命周期评价(LCA)框架，整合农业生产活动、排放因子与区域特征数据；2) 基于产量(yield)、播种面积(sown area)、经济价值(economic value)的多维效率量化模型；3) 关键作物识别算法，综合低效率与高贡献度双阈值。

【Diversified environmental footprints of CPS】
全国尺度分析显示，化肥贡献9类影响的50.4%-82.3%，农药主导生态毒性影响。氮(N)、磷(P)流失分别导致海洋/淡水富营养化，N₂O排放加剧气候变化，NH₃挥发促成颗粒物形成。

【Refined environmental footprints and environmental efficiencies of crops】
甘蔗、甜菜、蔬菜的产量效率最高；大豆单位播种面积效率最优；经济价值维度下烟草、茶叶等经济作物表现突出。水稻因CH₄排放成为气候变化低效典型，水果因农药投入在生态毒性指标中效率低下。

【关键调控路径】
西北/西南地区水果在气候变化(Climate change)和臭氧消耗(Ozone depletion)中的贡献效率比达1:3.2，需优先调控种植密度与氮肥管理；北方小麦玉米在光化学氧化形成(Photochemical oxidant formation)中呈现播种面积效率比均值低38%，建议优化秸秆还田与机械作业时序。

该研究突破传统单指标评估局限，首次建立"影响-区域-作物-活动"四维调控网络。实践层面证明精准识别低效作物可实现"四两拨千斤"的治理效果，理论层面为农业可持续发展提供了多维效率评价新范式。尤其值得注意的是，研究揭示经济作物在价值维度的高效性，为生态补偿政策设计提供了量化依据，这对平衡粮食安全与环境安全的中国农业转型具有重大战略意义。