近日，浙江大學(xué)生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院林濤研究員和應(yīng)義斌教授團(tuán)隊(duì)（IBE）聯(lián)合美國、巴西和中國的合作者在Nature Food上發(fā)表封面文章（圖1），揭示了支撐巴西大豆和玉米產(chǎn)量增加的兩種重要機(jī)制：雙季種植與耕地?cái)U(kuò)張。其中雙季種植的重要性日益凸顯，未來可能成為巴西及其它泛熱帶地區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)化發(fā)展和糧食安全的關(guān)鍵保障。

 

　　巴西是“世界糧倉”，是全球最大的大豆出口國和第二大玉米出口國。中國是巴西最大的出口目的國和進(jìn)口來源國。2019年，巴西對中國出口總額達(dá)到了576億美元，出口產(chǎn)品主要為大豆、玉米和豆粕等。巴西主糧作物的穩(wěn)定生產(chǎn)和供應(yīng)對于國內(nèi)的養(yǎng)殖業(yè)健康發(fā)展尤為重要。

 

　　從1980年到2016年，巴西的大豆和玉米產(chǎn)量增長了四倍多（圖2）。研究人員通過收集整理開放獲取的相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)（1980?2016年玉米和大豆的縣級(jí)單產(chǎn)、收獲面積和總產(chǎn)量），量化分析了巴西在國家、區(qū)域和縣三種空間尺度下雙季種植和農(nóng)田擴(kuò)張兩種策略對于大豆和玉米生產(chǎn)發(fā)揮的作用。在國家層面，農(nóng)田擴(kuò)張仍是主要的增長路徑，盡管其貢獻(xiàn)率逐年下降，在2016年仍貢獻(xiàn)了65%的總面積增長；而雙季種植的貢獻(xiàn)率則逐年增加至35%。雙季種植和農(nóng)田擴(kuò)張都顯示出時(shí)空格局的差異和變化：在巴西南部的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)地區(qū)，雙季種植占主導(dǎo)地位；在中西部和馬托皮巴（東北部新興農(nóng)業(yè)區(qū)），農(nóng)田擴(kuò)張仍然是主導(dǎo)策略。在2003-2016年期間，巴西通過雙季種植節(jié)省了約11.6億畝的農(nóng)田面積。巴西雙季種植的時(shí)空變化量化分析研究為如何在已有耕地上提高糧食產(chǎn)量提供了一個(gè)新的角度和思路，對保障全球糧食安全和減輕土地負(fù)擔(dān)起到重要參考作用。

 

　　本研究量化分析了巴西大豆玉米復(fù)種指數(shù)的空間分布及其時(shí)間動(dòng)態(tài)變化情況。通過從單季大豆到大豆-玉米雙季種植的轉(zhuǎn)型，巴西的大豆-玉米的平均復(fù)種指數(shù)到2016年已增至1.25。在三大主產(chǎn)區(qū)，中西部的復(fù)種指數(shù)最高（1.43），南部緊隨其后（1.32），馬托皮巴最低（圖3）。研究通過歸因分析發(fā)現(xiàn)全球?qū)Υ蠖购陀衩椎男枨笤黾哟龠M(jìn)了巴西農(nóng)業(yè)生產(chǎn)端的集約化進(jìn)程（圖4）。通過大豆品種改良和機(jī)械化采收播種等手段，巴西實(shí)現(xiàn)了不同區(qū)域的雙季種植。該體系不僅更充分地利用了自然資源，也提高了對加工、儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)然A(chǔ)設(shè)施的利用效率。

 

　　該論文第一作者為浙江大學(xué)生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院助理研究員徐佳路博士，通訊作者為浙江大學(xué)生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院林濤研究員。本研究受到國家自然科學(xué)基金、中國國家留學(xué)基金委以及浙江大學(xué)的資助支持。

 

　　林濤研究員是浙江大學(xué)“百人計(jì)劃”研究員，國家高層次人才計(jì)劃青年項(xiàng)目入選者，浙江大學(xué)生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院應(yīng)義斌教授領(lǐng)銜的智能生物產(chǎn)業(yè)裝備創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)（IBE）農(nóng)業(yè)人工智能與大數(shù)據(jù)方向核心成員。長期從事農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)智能分析與系統(tǒng)優(yōu)化研究，在農(nóng)業(yè)人工智能、農(nóng)業(yè)遙感、時(shí)空統(tǒng)計(jì)分析和系統(tǒng)優(yōu)化建模分析等方面取得了一系列研究成果。擔(dān)任國際期刊《Computers and Electronics in Agriculture》副主編，中國農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)會(huì)青年工作委員會(huì)副主任委員，和中國農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)會(huì)人工智能委員會(huì)常務(wù)委員。

 

　　論文相關(guān)信息：Xu, J., Gao,J., Holanda, H. V. D., Rodríguez, L. F., Caixeta-Filho, J. V., Zhong, R., Jiang, H., Li, H., Du, Z., Wang, X., Wang, S., Ting, K. C., Ying, Y., and Lin, T.* （2021） Double cropping and cropland expansion boost grain production in Brazil. Nature Food, 2, 264–273.

 

　　原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s43016-021-00255-3