点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:寻找农业布局的“最优解”
首页> 光明科普云> 农业农村频道> 三农看点 > 正文

寻找农业布局的“最优解”

来源:中国科学报2023-03-31 09:56

  ■记者 李晨

  两年前在黑龙江调研的北京大学现代农学院博士朱安丰发现,部分农户有种植小麦的愿望。然而,东北三省的小麦种植面积不足10万公顷。

  不同的区域该种什么作物、种多少、怎么种?农业生产布局是一个小到个体、大到全世界都关注的问题。近日,《自然》在线发表了北京大学、西南财经大学、中国科学院地理科学与资源研究所等单位联合完成的论文成果。该研究首次采用大数据开发大型优化模型,模拟跨部门多资源协同下的农业生产空间新布局。

  中国科学院院士、中国科学院地理科学与资源研究所研究员陆大道表示,优化农业生产布局对中国和全球实现可持续发展有积极贡献。这项研究创新性地使用高空间分辨率农业大数据,综合考虑部门间的协调机制,将科学与政策结合起来,提出了农业布局优化方向,充分体现数字时代现代农业科学交叉研究的特点,有望助力科学决策。

  “全国一盘棋”

  “上世纪80年代初,东北三省的小麦种植面积有200多万公顷,但近年来水稻种植面积逐年扩大。”论文第一作者兼通讯作者、北京大学现代农学院研究员解伟告诉《中国科学报》,东北种植结构调整成为人们关心的话题。而从东北到西北,“新疆棉花播种面积也呈现增长趋势”。

  “实际上,农业生产区域布局是一个全局性问题,应该‘全国一盘棋’。”解伟说,改革开放以来,中国在农业生产方面取得巨大成就,但背后却是较高的资源环境消耗。

  在此背景下,各管理部门出台了一系列政策和措施提高农业发展的可持续性。“这在一定程度上减轻了农业生产带来的负面影响。但当前农业生产布局究竟是不是最优,如何通过优化农业生产布局推动资源节约、环境改善和农民增收协同发展,回答上述问题对农业的可持续发展具有重要意义。”解伟说。

  在中国农业大学经济管理学院讲席教授樊胜根看来,农业生产区域布局应该随着外界制约因素的变化而动态优化。

  他告诉《中国科学报》,首先,我国农业生产目标在变,从过去以产量为主向现在产量、品质并重转变。其次,气候在变,这对极其依赖于自然条件的农业生产提出了挑战。最后,各地区社会经济发展情况在变。经济发达地区的土地向非农转移的可能性加大,而经济不发达地区的农业比较优势明显,这会影响农户选择自己的生计。

  “这些不仅是中国面对的问题,也是全世界关注的问题。”樊胜根说。

  说起来容易干起来难

  如何对农业生产空间布局进行动态优化?“我们设定了一个原则,在最适宜的地区种植最适宜的农产品。”解伟说,但这说起来容易干起来难。

  由于空间尺度,从省级到县级再到村级,农业生产的自然条件差异很大。“一个村子中什么地方适合种什么都有差异,更不用说从县级或省级角度去优化布局了。”解伟说。

  要给出动态优化的建议,必须掌握该地区的历史种植情况。“我们获得了县级层面的数据,对完成这项研究至关重要。”解伟解释说,他们首次采用大数据开发了大型优化模型,可以模拟跨部门多资源协同下的农业生产空间新布局。

  论文作者、中国科学院地理科学与资源研究所研究员吴锋告诉《中国科学报》,模型将全国划分为7.2万个网格,每个网格大约为10千米×10千米。在此基础上建立了包含13种农作物、153组轮作模式的农业投入产出大数据库,可以对农业可持续发展的多个维度(作物产量、农民收入以及水资源、温室气体、化肥、农药等)开展单目标或多目标的优化模拟。

  “我们以最适宜的地区种植最适宜的农产品为原则,模拟了各管理部门各自为政、彼此兼顾和跨部门协同3种情景下,该如何优化农业生产布局。”论文作者朱安丰说。

  研究发现,如果“各自为政”,在作物产量不减少、农民收入不降低以及耕地面积不扩大的前提下,优化农业生产布局能够实现某一可持续发展指标大幅改善,但其他指标存在恶化现象。例如,灌溉水最高可节约27.8%,但此情景下农业温室气体排放总量增加2.8%。“这就好像按下葫芦浮起瓢。”朱安丰说。

  好在现实中管理部门并不是各自为政,而是“彼此兼顾”。这种情景下,农业生产布局在优化一个可持续发展指标时不再以其他指标受损为代价,但出现各个可持续发展指标改善不平衡的问题。例如,灌溉水最高可节约18.5%,但此情景下农药仅减量4.3%。

  “有没有可能设立一个具有更高协调能力的机构?我们提出了‘跨部门协同’情景,模拟发现,优化农业生产布局有潜力促进所有可持续发展指标协同实现最大化。”论文作者、西南财经大学教授陈晓光说,此情景下,蓝水节约6.5%、绿水节约7.5%、温室气体减排6.5%、氮肥减少8.1%、磷肥减少9.8%、钾肥减少8.3%、农药减少6.7%,并且农民收入增加4.5%。

  依靠高精度数据方法测算

  解伟介绍,在“跨部门协同”情景下,他们充分考虑资源环境承载力在空间上的相互关系,以接近田间地块空间分辨率的精度模拟出农业生产新布局。与2010年至2020年作物布局历史变动情况对比后,他们提出了农业生产优化布局的方向。

  对于小麦,如果华北地区不能大幅度提高农业用水效率,则要控制甚至适当缩减小麦播种面积;同时可在长江中下游地区扩种,甚至在东北部分地区恢复小麦种植,以保障当地口粮安全。对于水稻,若考虑资源环境承载力,建议适当控制东北地区水稻播种面积。对于玉米,适度控制东北和华北的种植面积,适度扩大长江中下游地区种植面积,能够在保障粮食安全的同时促进资源环境节约。对于棉花,若在传统棉区(如长江中下游和华北)能够培育出高产、易于机械化的品种,可适度恢复传统棉区生产,缓解新疆资源环境压力。

  解伟告诉记者,近年来,传统的资源节约型技术措施和政策在继续解决资源环境问题上遇到挑战。大家都觉得农业布局优化有潜力可挖,但如何优化、优化后能带来多大发展,这些问题必须依靠高精度的数据方法测算。

  依据他们的模型,可以根据各个发展目标的权重,给政策制定者提出多套供选择的优化方案。“优先考虑地方上最着急的目标,给予高一点的权重。”吴锋说。在陈晓光看来,政策的调整应该是长期的、逐步的。

  解伟说,按照中国政府设定的农业可持续发展目标,优化农业生产布局后节约灌溉水量相当于国家目标的26%。此外,其对实现国家2030年农业温室气体减排目标、化肥和农药零增长目标等都有重要贡献。同时,优化农业生产布局能使作物增产进而对全球粮食安全作出贡献,促进全球农业可持续发展。

  中国工程院院士、中国农科院作物科学研究所研究员万建民表示,与以往重点关注农民收入和粮食安全形成的农业生产布局不同,该研究的贡献体现在进一步考虑资源节约和环境保护目标下农业生产该如何布局。

[ 责编:宋雅娟 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 倒计时2天!人工智能安全治理分论坛即将举行

独家策划

推荐阅读
走进展区,多款新潮文创让人爱不释手;戴上设备,苏轼笔下的诗词世界任人遨游;指尖轻点,三千年前的青铜器“触手可及”……一系列新产品、新服务、新场景在2025年中国国际服务贸易交易会文旅服务专题亮相,漫步其中,处处感受到科技与创意奔涌、文化和旅游融合的无限活力。
2025-09-15 09:54
在2025年中国国际服务贸易交易会上,一批品类丰富、兼具趣味与文化内涵的文创精品成为展会现场的“人气王”,引爆观展热潮。
2025-09-15 09:54
最大网络基础设施的建成有助于我国突破关键技术的“卡脖子”困境,形成自主可控的核心技术优势,建立起数字经济产业的第二创新生态。 (作者:戎 珂,系清华大学社会科学学院经济学研究所所长、长聘教授;田晓轩,系清华大学社会科学学院经济学研究所博士研究生)
2025-09-15 09:53
今年暑期,工厂游火爆出圈。参观名额秒空、门票收入可观、社交平台相关笔记有10多万条,工厂游俨然成了文旅界新宠。 工厂游等新型旅游业态,实现了工业与文旅的跨界融合,也为文旅经济的发展提供了新增长点。
2025-09-15 09:52
深夜,河南焦作多氟多新材料股份有限公司的实验室依旧灯火通明,总工程师闫春生还在带着团队忙碌。 2006年,多氟多打响了由传统氟化工向精细氟化工、新能源材料转型的战役,闫春生临危受命加入六氟磷酸锂研发团队。
2025-09-15 09:51
2025年中国国际服务贸易交易会9月10日至9月14日在北京举办,众多科技产品亮相展区,吸引观众驻足参观。2025年中国国际服务贸易交易会9月10日至9月14日在北京举办,众多科技产品亮相展区,吸引观众驻足参观。
2025-09-12 10:08
汽车排放被认为是气候变化的“元凶”之一,但学术界一直缺乏对城市道路碳排放进行精准刻画的工具。”借助全景AI模型,可实现二氧化碳排放源的精准提取,模型的平均精度超过93%、平均误差低于1.3ppm(ppm为百万分比浓度)。
2025-09-12 10:01
习近平总书记指出:“要把握人工智能发展趋势和规律,加紧制定完善相关法律法规、政策制度、应用规范、伦理准则,构建技术监测、风险预警、应急响应体系,确保人工智能安全、可靠、可控。人工智能系统的可靠性不能停留在统计意义上的“高概率正确”,而应追求在复杂、开放、动态环境下的“高置信可靠”。
2025-09-12 10:01
10日,2025世界顶尖科学家协会奖(以下简称“顶科协奖”)获奖者名单在上海公布。顶科协奖是2021年在上海发起创设、由红杉中国独家提供永久资金支持的面向全球科学家评选的科学大奖。
2025-09-12 09:59
全球规模最大恐龙蛋化石群——湖北十堰青龙山恐龙蛋化石群的埋藏时代,首次被科学家认定为距今约8600万年。专家考证,这是迄今全球分布最集中、规模最大、埋藏最好、原地出露最多、原址保存最好的恐龙蛋化石群。
2025-09-12 09:58
9月10日上午,在马来西亚吉隆坡召开的国际灌排委员会第七十六届国际执行理事会会议上,2025年(第十二批)世界灌溉工程遗产名录正式公布,我国申报的云南元阳哈尼梯田、江苏句容赤山湖灌溉工程、四川彭州湔江堰、北京门头沟永定河古渠灌溉工程全部成功入选。
2025-09-11 10:18
“十四五”以来,我们牢固树立和践行绿水青山就是金山银山的理念,全力当好自然资源“大管家”和美丽中国“守护者”,全面完成了“十四五”规划的目标任务,有效支撑了经济社会的高质量发展。
2025-09-11 09:57
未来,城市的画卷上,AI、物联网与大数据等现代科技将继续深化推广,但唯有始终以人的尺度丈量技术,以人文的关怀驾驭创新,方能使城市永葆文气的深度、人气的热度与烟火气的温度,让每座城市都在科技的守护中,找到生生不息的发展动能。
2025-09-11 09:52
北京大学的科研团队与合作者联合开发出一种全新的“高维超分辨成像”技术,成功实现了对活细胞内15种细胞器的同时成像与精准识别,为细胞生物学研究打开了一扇全新的大门。
2025-09-11 09:43
要为“年纪尚小”的新职业破解“成长的烦恼”,不仅要完善新职业的职业标准和评价规范,还要有能跟上步伐的教育培训和职业培训,为新职业从业者提供支持政策,提升社会保障水平,以更好的保障制度、更强的身份认同感、更完善的培养体系为新职业就业者提供更广阔、更精彩的发展舞台,让他们在与时代“同频共振”的岗位上实现人生价值,也为创新创造的活力涌动持续贡献力量。
2025-09-11 09:39
宋美珍是中国农科院西部农业研究中心的棉花研究专家。2012年起,她和团队将目光瞄准新疆的棉花种植,成为当地棉花研究的一支重要技术力量。
2025-09-10 10:09
“十四五”以来,我国制造业增加值每年均超过30万亿元,总体规模稳居全球制造业首位。这份沉甸甸的成绩单,印证着推动新型工业化取得的新进展新成效。
2025-09-10 09:47
9月9日,2025年中国国际服务贸易交易会开幕前夕,记者跟随首钢媒体探营团,走进北京首钢园,提前探访服贸会的精彩内容。
2025-09-10 09:40
9日10时,我国在文昌航天发射场使用长征七号改运载火箭,成功将遥感四十五号卫星发射升空,卫星顺利进入预定轨道,发射任务获得圆满成功。
2025-09-10 09:39
光明日报北京9月9日电 记者李春剑从市场监管总局了解到,自2021年全国机器人标委会成立以来,我国已发布机器人领域国家标准126项,另有41项正在研制。近日,世界机器人大会和世界人形机器人运动会火爆“出圈”,相关产业发展引起各方热议。
2025-09-10 09:36
加载更多