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有机农业能否养活中国?——氮肥供应获得的启示

孟凡乔 张珂 王方 王坤 吴文良 王开永 胡正江 张海霞

孟凡乔, 张珂, 王方, 王坤, 吴文良, 王开永, 胡正江, 张海霞. 有机农业能否养活中国?——氮肥供应获得的启示[J]. 中国生态农业学报(中英文), 2021, 29(3): 431-439. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.200584
引用本文: 孟凡乔, 张珂, 王方, 王坤, 吴文良, 王开永, 胡正江, 张海霞. 有机农业能否养活中国?——氮肥供应获得的启示[J]. 中国生态农业学报(中英文), 2021, 29(3): 431-439. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.200584
MENG Fanqiao, ZHANG Ke, WANG Fang, WANG Kun, WU Wenliang, WANG Kaiyong, HU Zhengjiang, ZHANG Haixia. Can organic agriculture feed China? Implications from the nitrogen supply[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2021, 29(3): 431-439. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.200584
Citation: MENG Fanqiao, ZHANG Ke, WANG Fang, WANG Kun, WU Wenliang, WANG Kaiyong, HU Zhengjiang, ZHANG Haixia. Can organic agriculture feed China? Implications from the nitrogen supply[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2021, 29(3): 431-439. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.200584

有机农业能否养活中国?——氮肥供应获得的启示

doi: 10.13930/j.cnki.cjea.200584
基金项目: 

国家重点研发计划项目 2016YFD0201204

国家重点研发计划项目 2017YFD0800605

详细信息
    作者简介:

    孟凡乔, 主要研究方向为农业生态系统碳氮循环。E-mail: mengfq@cau.edu.cn

  • 中图分类号: S345

Can organic agriculture feed China? Implications from the nitrogen supply

Funds: 

the National Key Research and Development Program of China 2016YFD0201204

the National Key Research and Development Program of China 2017YFD0800605

More Information
  • 摘要: 近年来,有机农业在全球得到了较快发展,然而对于其在农业中的定位和作用以及发展策略,尚存在较大争议。本研究从氮素供应角度,评估不施用化学合成氮肥对于中国粮食生产和消费的影响,以期为我国现代农业发展特别是氮素管理提供支撑。研究以中国整体农业生态系统为对象,基于共生固氮数量、农产品贸易对氮素供应影响以及粮食生产,分析在不同粮食消费水平情形下,有机农业能够养活的人口数量。研究发现,如果全部耕地按照有机方式管理,中国每年共生固氮量为15.41×106 t。在不施用化学合成氮肥情形下,1979年和2018年粮食总产量分别为381.96×106 t和420.72×106 t。不考虑蔬菜和水果,分别能养活0.81×109~1.24×109人和0.50×109~0.77×109人,即中国耕地全部转化为有机农业方式,在当前耕地面积和科学技术条件下,难以养活全国人口。将进口农产品考虑在内,2018年实际人均粮食(折纯,不包括蔬菜和水果)消费量达689.35 kg·a-1。减少食物浪费、调整食物结构和增加粮食特别是豆类进口,是解决中国粮食问题的重要举措,进口大豆等农产品对于中国化肥减量起到了重要作用。化学合成氮肥对中国粮食生产做出了巨大贡献,但氮素利用率仍有较大提升空间。有机和生态农业强调整体、协调、循环和再生,是引领中国农业可持续发展的理论基础和技术保障,在全国范围内应通过种养结合等措施促进养分的循环利用,降低资源浪费和环境污染。在政策和法律法规层面,可以通过生态补偿和种养循环等举措,提高氮素利用效率,实现粮食数量和质量安全以及生态安全等农业的多重目标。
  • 表  1  2018年中国主要作物种植制度分区[11]

    Table  1.   China's major cropping regions in 2018[11] ×106 hm2

    区域
    Region
    省(市、自治区)
    Province (city, autonomous region
    耕地面积
    Area of agricultural land
    区域
    Region
    省(市、自治区)
    Province (city, autonomous region
    耕地面积
    Area of agricultural land
    区域
    Region
    省(市、自治区)
    Province (city, autonomous region
    耕地面积
    Area of agricultural land
    区域
    Region
    省(市、自治区)
    Province (city, autonomous region
    耕地面积
    Area of agricultural land
    长城以北
    North of the Great Wall
    内蒙古
    Inner Mongolia
    9.27 长城以南和秦岭淮河以北地区
    South of the Great Wall, north of Qinling Mountain and Huai River
    山东
    Shandong
    7.59 华中地区
    Central China
    湖北
    Hubei
    5.24 华南地区
    South China
    云南
    Yunnan
    6.21
    黑龙江
    Heilongjiang
    15.85 河南
    Henan
    8.11 湖南
    Hunan
    4.15 广东
    Guangdong
    2.60
    吉林
    Jilin
    6.99 江苏
    Jiangsu
    4.57 浙江
    Zhejiang
    1.98 广西
    Guangxi
    4.39
    辽宁
    Liaoning
    4.97 安徽
    Anhui
    5.87 福建
    Fujian
    1.34 海南
    Hainan
    0.72
    西藏
    Tibet
    0.44 北京
    Beijing
    0.21 贵州
    Guizhou
    4.52
    甘肃
    Gansu
    5.38 天津
    Tianjin
    0.44 江西
    Jiangxi
    3.09
    青海
    Qinghai
    0.59 河北
    Hebei
    6.52 四川
    Sichuan
    6.73
    宁夏
    Ningxia
    1.29 山西
    Shanxi
    4.06 上海
    Shanghai
    0.19
    新疆
    Xinjiang
    5.24 陕西
    Shaanxi
    3.98 重庆
    Chongqing
    2.37
    小计
    Subtotal
    50.02 小计
    Subtotal
    41.35 小计
    Subtotal
    29.61 小计
    Subtotal
    13.92
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    表  2  中国主要豆科作物不施氮肥情况下的固氮水平

    Table  2.   N fixation of main leguminous crops in China under non-N fertilizer application kg∙hm-2

    作物
    Crop
    最高
    Highest
    最低
    Lowest
    平均
    Average
    文献
    Literature
    大豆Soybean 150 92 121 [13]
    紫云英Chinese milk vetch 100 [14]
    苜蓿Alfalfa 200 150 175 [15]
    三叶草Clover 165 [16]
    花生Peanut 152 100 126 [17]
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    表  3  中国主要作物种植区每年共生固氮量

    Table  3.   Annual N fixation of leguminous crops in major cropping regions of China

    地区
    Region
    耕地面积
    Acreage of agricultural land (×106 hm2)
    种植制度
    Planting system
    固氮作物
    N-fixing crop
    实际固氮量
    Actual N fixed (×106 t)
    满足该地区粮食生产的固氮量
    N fixed for foodstuff production in the area (×106 t)
    长城以北
    North of the Great Wall
    50.02 一年1熟
    One crop-season per year
    大豆
    Soybean
    6.05 3.03
    长城以南和秦岭淮河以北
    South of the Great Wall, north of Qinling Mountain and Huai River
    41.35 一年两熟
    Twice crop-seasons per year
    大豆
    Soybean
    5.00 5.00
    华中地区
    Central China
    29.61 一年两熟
    Two crop-seasons per year
    紫云英
    Chinese milk vetch
    2.96 2.96
    华南地区
    South China
    13.92 一年3熟
    Three crop-seasons per year
    紫云英
    Chinese milk vetch
    1.39 0.70
    全国总计
    National total
    134.90 15.41 11.69
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    表  4  1979年和2018年实际进入中国农业生态系统的氮素数量

    Table  4.   N input into agricultural ecosystem of China in 1979 and 2018  ×106 t

    项目Item 1979 2018
    大豆消费带入的氮
    N input from soybean consumed
    2.19 30.54
    化肥氮
    Chemical fertilizer N
    8.26 20.65
    总计Total 10.45 51.19
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    表  5  1979年和2018年中国施用和不施用化学合成氮肥情形下的粮食产量比较

    Table  5.   Foodstuff outputs in China in 1979 and 2018 with and without chemical synthetic N fertilizer ×106 t

    粮食类型
    Foodstuff type
    粮食折算系数1)
    Foodstuff conversion factor1)
    实际粮食产量
    Actual output
    不施用化肥情形下粮食产量
    Estimated output without chemical N fertilizer
    不施用化肥情形下折纯粮食产量
    Converted output without chemical N fertilizer
    2018 1979 2018 1979 2018 1979
    谷类食物Cereals 0.84 610.04 280.27 139.30 313.46 117.43 264.25
    薯类Yam 0.20 28.65 28.46 6.54 31.83 1.31 6.37
    蔬菜Vegetables 0 703.47 0 160.63 2) 0.00 0.00
    水果Fruit 0 256.88 7.01 58.66 7.84 0.00 0.00
    鱼虾类Fish and shrimp 1.02 64.58 4.31 14.75 4.82 15.04 4.92
    畜禽肉Meat and Poultry 2.14 86.25 10.62 19.69 11.88 42.15 25.42
    蛋Eggs 1.70 31.28 2.73 7.14 3.05 12.14 5.19
    奶Milk 0.39 31.77 1.14 7.25 1.28 2.83 0.50
    大豆Soybean 1.00 15.97 4.51 3.65 5.04 3.65 5.04
    油Oil 0.15 13.59 2.47 3.10 2.76 0.47 0.41
    总计Total 1842.48 334.51 420.72 381.96 195.01 312.09
    1)粮食折算系数是指将各种农副产品折合为标准粮食的比例[21]。2)1979年全国蔬菜产量非常低, 且无统计数据。1) Foodstuff conversion factor refers to the ratio of converting various agricultural and by-products into standard foodstuff[21]. 2) Vegetable production in 1979 was very low and there was no data available.
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    表  6  2018年中国实际粮食生产、进出口和总供给量

    Table  6.   China's foodstuff actual output, import, export and total supply in 2018 ×106 t

    粮食类型
    Foodstuff type
    粮食折算系数1)
    Foodstuff conversion factor1)
    实际产量
    Actual output
    进口量
    Imported
    出口量
    Exported
    供给量
    Supply
    折纯供给量
    Converted supply
    谷类食物Cereals 0.84 610.04 20.47 2.49 628.02 529.42
    薯类Yam 0.20 28.65 0.00 0.00 28.65 5.73
    蔬菜Vegetables 0.00 703.47 0.00 9.48 693.99 0.00
    水果Fruit 0.00 256.88 5.65 3.14 259.12 0.00
    鱼虾类Fish and shrimp 1.02 64.58 0.00 4.25 60.33 61.54
    畜禽肉Livestock 2.14 86.25 4.22 0.38 90.09 192.79
    蛋Eggs 1.70 31.28 0.00 0.06 31.22 53.07
    奶Milk 0.39 31.77 2.74 0.08 34.43 13.43
    大豆Soybean 1.00 15.97 88.04 0.13 103.88 103.88
    油Oil 0.15 13.59 0.00 0.00 13.59 2.04
    总计Total 1842.48 121.12 20.28 1943.32 961.90
    1)粮食折算系数是指将各种农副产品折合为标准粮食的比例[21]。1) Foodstuff conversion factor refers to the ratio of converting various agricultural and by-products into standard foodstuff[21].
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    表  7  1979年和2018年中国不同农业生产与贸易情景下养活人口数量

    Table  7.   Population fed in China under different agricultural production and trade scenarios in 1979 and 2018

    粮食消费水平
    Consumption level
    平衡膳食模式下人均粮食消费量
    Food consumption per capita in balanced diet mode (×103 kg∙a-1)
    2018年考虑进出口情形下养活人口
    Population fed under consideration of import and export in 2018 (×109)
    2018年完全不施化肥氮情形下养活人口
    Population fed without chemical N fertilizer in 2018 (×109)
    1979年完全不施化肥氮情形下养活人口
    Population fed chemical N fertilizer in 1979 (×109)
    低Low 252.64 3.80 0.77 1.24
    中Medium 322.07 2.99 0.61 0.97
    高High 386.60 2.49 0.50 0.81
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-06-28
  • 录用日期:  2020-12-25
  • 刊出日期:  2021-03-01

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