AS | 中国农业科学院：将生产、生态和生计相结合，在可持续农田框架的基础上建立一个效率驱动的农业系统

背景

在农业生产中确保减少碳排放和可持续发展对于满足农业体系内的多重需求至关重要，这包括保障粮食安全、推动生态友好型农业实践和提升农民生计。尽管中国最近引入了一种在可持续农田下的高效农业体系，整合了生产、生态和生计方面的内容，但其相对于其他农业体系的有效性仍未得到充分探索。此外，不同农业体系内各要素之间的相互作用缺乏全面的表征。

目标

通常，三大主要农业体系包括传统农田-小农模式、高标准农田-集约农业模式和可持续农田-高效农业模式。在本研究中，明确了农田建设的系统边界，阐明了各种相关的农田基础设施发展和种植管理实践如何影响环境和经济效益。

方法

通过研究生命周期特征、生命周期成本、成本收益分析和净生态经济效益（NEEB），评估了农业体系的综合效益，重点研究了小麦-玉米轮作体系。此外，通过模拟探讨了具有最大综合效益的农业体系的发展潜力和区域贡献。

结果与结论

结果表明，可持续农田-智能农业模式不仅减少了资源投入，还提高了生产力。此外，它在调节氮损失、氮和碳足迹以及温室气体（GHG）排放方面有积极贡献。这种模式代表了一种最佳的经济方法，导致二氧化碳总排放量减少了9.01E+07吨，净生态经济效益增加了1010亿人民币，北方平原地区的粮食产量增加了1278吨。

意义

本研究强调了提升精确种植管理实践和先进农田基础设施的重要性，以促进高效农业体系的发展。此外，针对不同农业体系的改进策略应根据其独特的特点和适应性进行调整。

小农种植在中国粮食生产中发挥了重要作用。然而，基础设施差、土地碎片化和小农户能力有限等挑战阻碍了创新技术的采用。此外，释放土地潜力仍然困难，落后的技术在小农种植中增加了环境成本。为了解决这些挑战，通过建设高标准农田和推广高效农业实践计划（EFAPP），一系列行动得以开展，中国政府越来越重视可持续发展目标（SDGs），以实现“碳达峰和碳中和”的承诺。作为回应，提出了可持续农田的发展，并鼓励地方农业行政部门开展示范活动。在这种背景下，评估多目标效益有助于理解可持续农业发展和确定优化路径。生命周期分析（LCA）是一种更好的方式来描述农业活动对环境的影响。结合生命周期成本（LCC）和成本收益分析（CBA）可以揭示不同农业体系的经济贡献。然而，关于农田类型对农业生产的影响以及农田建设材料影响的研究较少。本研究为丰富当前的农业体系评估方法做出了贡献。首先，通过农田基础设施条件和种植管理形式的匹配，总结了三种农业体系（传统农田-小农模式、高标准农田-集约农业模式和可持续农田-高效农业模式）。随后，量化并比较了不同农业体系的资源投入、生产力、环境效益和经济效益。多目标效益数据表明，SF-EDFM是通过模拟贡献潜力的最佳选择。最后，本研究深入探索了改进农业体系的优化路径，并为评估可持续农业发展提供了政策制定参考（图S3）。

必须承认和考虑本研究中的限制。首先，案例数据仅代表了华北平原小麦-玉米种植系统下的典型模式，并未反映其他地区其他种植系统的特点和表现，这表明在未来研究中需要扩大研究案例，涵盖多种种植系统，从而全面改进系统评估。其次，根据IPCC分析，与“碳”相关的环境影响因素应予以考虑。尽管可以估算其他影响类别，但未来研究中应使用实验和监测数据以获得更精确的结果。最后，代表各种农田和种植管理模式的广泛调查至关重要，从而最优补充其他小众模式，加速农业可持续性的转型进程。