未来全球农业至为重要的100个问题.docx

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未来全球农业至为重要的100个问题

未来全球农业至为重要的100个问题

王松良、曹志全翻译

（福建农林大学作物科学学院，福州350002）

摘要:

尽管在过去的半个世纪中全球粮食生产有显著的增长，但当今社会需要面对的最重要挑战之一是，如何养活21世纪中叶全球即将达到的90亿人口。

为了满足粮食需求又不明显增加粮价，基于气候变化所带来的影响，对能源安全、地区饮食结构变迁的关注，以及到2015年全球贫穷和饥饿减半的千年目标，估计届时世界粮食要比目前增产70%-100%或者更多。

农业生产的目标已不在简单地追求生产力的最大化，更在于优化区域产量、乡村发展、环境保护和社会公平与粮食消费之间的资源分配。

同时，还有一些重大的挑战是如何制定适当的国内与国际政策以满足不断涌现对土地的永续利用与农业生产效率提高的要求。

尽管基于证据的决策机制不断得到越来越得到重视，但横亘在科学家、农民与决策者之间信息流的缺少使得上述挑战更加艰巨。

本文应用前景筛选途径（horizon-scanningapproach）编辑全球相关农业研究机构和组织的顶尖科学家和行业代表的意见，确认当前全球农业至为重要的100个问题，以此促进农业研究与政策之间的对话与了解，本文的主要目的是应用可靠的科学证据为决策者在未来农业研究优先领域的规划和政策制定提供支持。

可以预见，如果能够解决这些问题，将对全球农业实践具有重大影响，同时能够增强农业政策、实践与研究三者之间的协同作用。

本研究是英国政府未来全球食品和农作项目的一部分内容。

关键词：

农作；粮食安全；全球农业；前景筛选途径；政策；研究问题

原文题目：

Thetop100questionsofimportancetothefutureofglobalagriculture*

原文通讯作者：

JulesPretty**

通讯作者单位：

UniversityofEssex,WivenhoePark,Colchester,EssexCO43SQ,UK.

原文英文摘要：

Despiteasignificantgrowthinfoodproductionoverthepasthalf-century,oneofthemostimportantchallengesfacingsocietytodayishowtofeedanexpectedpopulationofsomeninebillionbythemiddleofthe20thcentury.Tomeettheexpecteddemandforfoodwithoutsignificantincreasesinprices,ithasbeenestimatedthatweneedtoproduce70–100percentmorefood,inlightofthegrowingimpactsofclimatechange,concernsoverenergysecurity,regionaldietaryshiftsandtheMillenniumDevelopmenttargetofhalvingworldpovertyandhungerby2015.Thegoalfortheagriculturalsectorisnolongersimplytomaximizeproductivity,buttooptimizeacrossafarmorecomplexlandscapeofproduction,ruraldevelopment,environmental,

socialjusticeandfoodconsumptionoutcomes.However,thereremainsignificantchallenges  to 

developingnationalandinternationalpoliciesthatsupportthewideemergenceofmoresustainableformsoflanduseandefficientagriculturalproduction.Thelackofinformationflowbetweenscientists,practitionersandpolicymakersisknowntoexacerbatethedifficulties,despiteincreasedemphasisuponevidence-basedpolicy.Inthispaper,weseektoimprovedialogueandunderstandingbetweenagriculturalresearchandpolicybyidentifyingthe100mostimportantquestionsforglobalagriculture.Thesehavebeencompiledusingahorizon-scanningapproachwithleadingexpertsandrepresentativesofmajoragriculturalorganizationsworldwide.Theaimistousesoundscientificevidencetoinformdecisionmakingandguidepolicymakersinthefuturedirectionofagriculturalresearchprioritiesandpolicysupport.Ifaddressed,weanticipatethatthesequestionswillhaveasignificantimpactonglobalagriculturalpracticesworldwide,whileimprovingthesynergybetweenagriculturalpolicy,practiceandresearch.ThisresearchformspartoftheUKGovernment’sForesightGlobalFoodandFarmingFuturesproject.

Keywords:

Farming;foodsecurity;globalagriculture;horizonscanning;policy;researchquestions

1.前言

  尽管在过去的半个世纪中全球粮食生产有显著的增长，但当今社会需要面对的最重要挑战之一是，如何养活21世纪中叶全球即将达到的90亿人口。

为了满足粮食需求又不明显增加粮价，基于气候变化所带来的影响，对能源安全、地区饮食结构变迁的关注，以及到2015年全球贫穷和饥饿减半的千年目标，估计届时世界粮食要比目前增产70%-100%或者更多[1,2]。

此外，还应该寻找新的途径以补救接触食物不平等问题。

虽然我们已经生产了足够养活地球上全部人口的粮食，但仍然有超过10亿人口饱受粮食不足和营养不良之苦[3]。

在全球的许多地区，这个挑战由于不断增加的购买力和不断变化的饮食习惯，特别在较为贫困地区，伴随着食物获取和分配障碍，以及到2015年实现世界贫困和饥饿人口减半的千年发展目标的压力，使得粮食安全的挑战更为显著[3-6]。

虽然近几十年来出现了许多农业革新和技术进步，但上述几个问题给本来就已经在实现可持续的环境和社会面临粮食生产和能源安全压力的当今全球农业提出了新的更复杂的挑战[7]。

更有甚者，过去5年已经经历了食品价格的不断波动对贫困地区产生极为严重的影响，特别在2007-2008年出现的价格高峰期间[8]，以及政界和科学界中对生物燃料在影响总碳库和碳排放中所扮演角色的争议使得问题更为复杂[9-11]。

无疑，土地使用方式（不管是什么用途）变迁是导致全球变化的一个重要因素[12-15]。

据估计，农业和粮食系统的温室气体排放量占全球排放量的1/3，是交通运输产业的2倍强[15,16]。

因此，农业部门的工作目标不仅仅是简单地提高生产力，更在于优化区域产量、乡村发展、环境保护和社会公平的资源分配[2,3,17]。

最近，人类越来越认识到全球农业所面临驱动力的复杂性[4,6,7]。

但是制定能够支撑更广泛可持续性的土地使用方式，和更高效的农业生产方式的国内、国际政策，对于工业化国家和发展中国家都是严峻的挑战[5]。

尽管循证决策越来越受到重视，但是由于科学家、实践者和政策制定者之间信息流的复杂性，并通常是缺乏交流，更加剧了问题的难度[18-21]。

本文中，我们通过确认未来全球农业至为重要的100个问题（下面统一称为“首要问题”），以期促进农业研究和政策之间的对话和理解。

这些首要问题由全球主要农业组织的专家和代表负责编纂，目的是通过详实的科学证据引导决策者制定未来农业的研究重点和政策扶持项目。

正如方针政策的制定需要服从科学知识和优先事项，科学研究必须着眼于能够影响当今和未来政策框架以及与世界各地农民和农业工作者的需求和关注相关的议题，使得公共科学和政策机构能够具有前瞻性而不至于处于被动[22]。

值得注意的是，尽管接下来我们提出的100个首要问题具有一般性和普遍性，但各个地区的农业问题的解决对策往往应立足于特定的历史和文化背景。

本文采用的前景筛选途径，此前已被决策者以及生态学研究和环保部门的实践者和研究人员应用于确认生态学和保护生物学的相关问题[23,24]。

它基于与来自世界主要的保护组织、学术和大学的专业人员代表的协商，目标指向那些需要使他们的工作更可应用于实际保护工作的研究者或那些评估和定位基金项目的组织。

在本文中，100个首要问题的产生是基于来自37个英联邦政府机构、非政府组织和学术界的代表协商的结果。

从2006年开始，一系列关于确定首要问题的研究和制定新的政策和议题的相关协同演练，已经在英国、美国和加拿大展开[24-26]。

我们的目标就是列出农业的100个首要问题，倘若这些问题获得解决，将对全球农业实践产生重大的贡献，同时，可以加强农业政策、实践及研究三者之间协同效用。

为了达到该目标，我们采用一种具有协作和包容性的前景筛选途径，它是一种能够最大程度公开和融合各方不同意见，且具备科学严谨性的方法[20]。

为此，我们召集了与本研究受益人包括农民和决策者有各种关联的、来自世界各地农业组织、科学协会、非政府学术研究机构的资深代表和专家。

旨在让列出的首要问题指导未来几年内农业的政策扶持项目和优先科研项目。

因此，我们的受众是指导未来农业政策和研究的决策者以及致力于农业科研的研究人员。

入选本研究的一些问题将会成为未来农业研究的首要问题。

本文报道了入选问题的最终清单，并就当前的农业现状对各个入选问题进行讨论。

本研究是英国政府未来全球食品和农作项目的一部分内容。

2.研究数据与方法

   核心团队的成员来自各个学科领域，包括世界主要农业组织、科学学会和学术机构的资深代表和专家，再由此核心团队成员对全球农业及粮食百大首要问题进行确认。

这使45个来自世界各地的组织联系在一起，虽然这些组织的总部多半设在西欧及北美，但因为这些单位都受到国际委托，多数的代表人皆有本区域以外的农业经验。

团队成员受邀时候即被告知程序与义务，最终的核心团队是来自21个国家的55个资深代表。

本文作者名单中列出了他们个人的详情和单位名称。

   这100个首要问题的最终形成经历了三个阶段的程序。

首先，所有核心团队成员必须拓宽其专业领域网络，并咨询其单位的同仁，提出优先的问题清单。

核心团队成员要集思广益，善于斟酌，并咨询其专业以外的人士[20]。

问题征求必须采用多种方法，包括召开小组讨论会、工作会议和研讨会及E-mail往来等方式让其它同组织成员推荐一些可解决的，但不具有可靠知识背景的问题。

这些问题必须符合如下评估标准：

（1）问题可经过研究设计获得答案；

（2）问题的答案必须有事实依据，并非来自主观价值判断；（3）问题必须尚未得到解答；（4）有关问题执行过程和产生的影响应当有明确的目标和结果；（5）问题不应为是非题；（6）问题的规模必须在理论上可由一组工作团队以合理的方式尝试找到解答。

理想的问题本身即可作为研究课题，或者可切分、转化为许多更直接的分支研究[27]。

最后入选的有618个问题（问题提交时附有提议者的姓名及其所属组织）。

入选的618个问题被归入下列14个农业相关的优先研究主题：

（1）气候、流域、水源区及水生生态系统；

（2）土壤营养、侵蚀及肥料使用；

（3）生物多样性、生态系统服务和保护；

（4）能源、气候变迁和生态系统恢复；

（5）作物生产体系与技术；

（6）作物遗传改良；

（7）有害生物管理；

（8）家饲畜禽；

（9）社会资本、两性平等和农业推广；

（10）农业发展和农民生计；

（11）政府治理、经济投资、权力与决策的关系；

（12）食物供应链；

（13）价格、市场与贸易；

（14）消费模式与健康。

其次，核心团队被拆成14个专家组，每组由3-5个专家组成，各由一个协调人负责推介并开发一个特定的议题，而核心组成员被邀请尽可能参加他们希望参加的专家组，没有特别限定某个专家组的人数。

专家组的任务在于浏览、校订、整合或改写该领域的原问题（此时需要隐去原问题提出者的姓名及所属单位，减少可能的偏见），以确保简明、避免重复，并新增未提及的问题。

接着，各个领域分类成5个必要问题和10个可能问题，可能问题的采用相对灵活，由专家团队自主确定。

必要问题的定义则是对全球农业及食物体系有重大影响的问题。

余下的问题就被丢弃。

在此过程应避免对问题进行排序，以免有碍于问题产生的广度[20]。

为了增加参与的透明度，14个优先领域类别的问题都以电子文档的形式派发给核心团队成员，使得每个参与者都有机会改进任何领域的问题，最后产生与各个主题相关的70个必要的问题和146个可能问题。

最后，专家组确定的70个必要问题会自动列入最后的百大首要问题之中，余下30首要问题则从146个可能问题中通过秘书处主持的电子投票方式选出，各个核心团队成员都可以选取最多30个可能问题。

核心团队成员必须浏览并对全部可能问题进行投票，而不是局限在其相关领域的问题。

最后总计有1385票。

在各个阶段，核心团队成员都可对问题进行修改及重新解释，使其更切合主题。

最后对投票结果进行汇总，计算出每个问题的得票，得票最高的前30个问题入选百大首要问题，再交给各核心团队成员进行最后的校订。

3.研究结果与分析

我们把100个首要问题汇集整理为下列4个反映农业生产系统的部分：

（1）自然资源投入；

（2）农艺实践；

（3）农业发展；

（4）市场与消费。

不同的主题之间存在部分重叠，例如对作物遗传改良的关注往往涉及到生物多样性的保护，又如牲畜问题往往与气候变化问题相关，但我们保证在最后的问题名单中不存在重复现象题。

最后的100个首要问题没有按照优先顺序进行排列。

第一部分自然资源投入

一、气候、水域、水资源以及水生生态系统

气候变化的预测指出，在未来50年内全球将变暖，但不确定的是在世界大部分地方上升的气温对降雨分布模式影响[16]。

海洋的问题同样严重，沿海海洋温度的提高被证明比政府间气候变化专门委员会的预测要快3-5倍，吸收全球50%碳的海洋生态系统不断受到损害[28]。

从全球食品安全的角度来看，许多商业鱼类物种正面临经济学意义上的灭绝，最近的调查显示，由于过度开发，全球63%的海洋鱼类储备需要集约管理，以重建其生物量和物种多样性[29]。

有关行动的执行需要穿越不同的尺度，从小的田块到群落、集水区、小流域、最后到整个河流流域。

执行时需要注意增加“绿水（土壤含水层的水）”和“蓝水（指水库、湖泊、地下水层存水）”的利用效率[30]。

在一些国家，85%的转移水资源现在转向和城市、工业用途激烈竞争的农业。

因为这个原因，特别是针对气候变化，需要不断改善作物、土壤和水的管理。

本节的首要问题如下：

问题1：

气候变化（如气温、风速、湿度、水分可用性、风暴强度、农业用水的需求量、融雪程度的变化和季节径流量、害虫数量、渍水程度、农业生态系统的转变、人口迁移）对农业产量、栽培技术、农作物病虫害的蔓延、抗病性和灌溉发展有什么重大影响？

问题2：

如果要保持现有的环境资源储备，那么在全球范围内设置农业用水量上限的成本是多少？

问题3：

增加雨水收集量会对当地水文流量的影响是什么？

当地水文流量变化如何整合与改造更大的地理范围水资源的可用性？

问题4：

如何发展水产养殖和开放水域的鱼类饲养把对野生鱼类种群和沿海水生栖息地的影响降到最低？

问题5：

应发展什么农业方法（农艺的、基因的、操作的、辅助的灌溉计划、土地肥力管理、冬季降水存储）来提高用水效率？

这些方法的成本效益又如何？

问题6：

在干旱和半干旱地区中，如何结合林学、农林学、生草覆盖、积水存储设施系统、抗旱农作物和节水技术来增加粮食产量？

而且这种结合要达到什么程度才能最有效？

问题7：

如何将水资源在灌溉农业与环保功能之间进行优化配置？

且何种创新的政策和技术能最大限度地减少灌溉与自然生态系统的健康功能之间的取舍？

二、土壤营养、侵蚀和肥料使用

土壤肥力管理对提高和维持农艺、生物生产力是不可或缺的。

农作物的收获物（即谷物、块根、块茎和秸秆、水果、木材）的养分需要应得到补偿，以确保土壤的自然养分资本不被亏欠。

只有适当的投入以平衡所有生产输出的产量，如此集约经营的农业生态系统从长远来看才能达到可持续。

无论是通过有机方法（生物肥料）或者无机方法（人工合成的化肥）所提供的植物营养来平衡所获取的产量，这是一个营养源和汇被评估的物流、可用性、价格、环境影响和规模的问题。

植物并不能区分获得的营养成分是有机或者无机的，至关重要的是养分可用性，即有足够的数量和适当的形式。

以及在作物特定的物候期对其生长和产量形成最适合的养分可用性。

对于等值的营养需求，通过粪肥、堆肥和其他生物肥料的供给对土壤物理、化学和生物质都能产生积极影响。

然而，1.5亿公顷耕地所需的巨额养分数量（5-10毫克/公顷/年）给我们提出了非常明确的营养可用性、运输和供应的物流问题。

   水和土壤侵蚀造成肥沃的土壤表层过度流失是土壤退化的重要形式，并导致荒漠化。

由于土壤有机质和植物的营养成分都集中于表层土壤，这些材料会随着黏粒部分优先被移除。

除了营养储备的损失和有效根系深度的减少，径流水的损失和可用水容量的长期减少也会对作物的生长和产量造成不利影响。

由于养分和土壤有机碳库的亏损造成的，以及永久使用的采掘耕作方式加剧的土壤退化，是撒哈拉以南非洲、南亚、东南亚和加勒比地区等发展中国家的主要问题。

本节的首要问题如下：

问题8：

可持续的土壤管理对农业生产和其他生态系统服务有何益处？

问题9：

为了增加土壤养分和保水能力从而协助恢复整个农业生态系统，自给自足型农户应该如何对有机肥进行最有效的利用？

问题10：

在热带地区的水稻田和山地生产系统中，最实用和最经济的土壤肥力管理方式有哪些？

问题11：

如何指导贫困的小农确保氮肥管理会使其土壤有机碳的增加而不发生净矿化现象？

问题12：

应如何预防与改善土壤盐碱化现象？

问题13：

如何利用原生的土壤生物以最大限度地提高粮食生产力和减少对环境的影响？

问题14：

全球可使用的磷酸盐储量情况如何？

这些储量是否足够供应下个世纪的全球粮食生产呢？

三、生物多样性、生态系统服务和保护

农业一直是全球生物多样性丧失的主要原因，它改变了自然栖息地，如把森林和湿地变为农田[31]。

此外，农业效率的提高已导致了以耕地为栖息地的物种急剧下降。

增加人造杀虫剂、除草剂及肥料的使用已成为环境变化的关键驱动力；由于区域和农场专业化所造成景观同质化的增加；低洼地区的排水不良，耕地边缘的和那些无作物分布的生境则斑块破损；耕地轮作内休耕时间的减少[32-34]。

此外，集约化农业已经是生态系统服务功能退化的主要因素，既增加了温室气体的生产，也降低了碳固定水平[35]。

主要的挑战是了解增加粮食生产同时减少对生物多样性、生态服务功能和人类社会的不良影响之间最佳折衷点。

增加全球粮食产量一定是来自耕地的单产提高或者农田面积的扩大。

此外，新技术例如通过抗旱作物的选育和栽植将增加农业的集约程度和适合农耕的区域，最佳的折衷办法的提出是建立在更好地了解如何使用新技术、农业环境计划和平衡集约化和粗放化以确保可持续的粮食生产、生态系统服务、生物多样性及社会经济影响等基础之上的。

本节的首要问题如下：

问题15：

生产力与生物多样性（和/或其他生态系统服务）之间的关系如何？

且这种关系在各种的农业系统与土地仅仅用于食品生产功能的空间尺度之间是如何变化的？

问题16：

应如何在集约型、粗放型、生境修复或者维持现状等方式间做出选择？

且应该如何兼顾经济、生态和社会效益？

问题17：

在不同的地区种植抗旱作物会导致哪些不同的环境后果？

问题18：

如果以温室气体减排的目标来规划作物和牲畜管理，会对生物多样性的保护和实现其他生态系统的服务产生什么后果？

问题19：

在集约化生产体系中，哪些农业环境保护措施可以用于在保护区区域，或天然和半天然栖息地之间形成一个缓冲带，或者成为这些景观斑块之间的“软性区域（softenthematrix）”中？

问题20：

哪些修复后的自然栖息地能为人类社会提供最大量的食品和环境收益？

问题21：

在那些正在进行集约化农业的发展中国家尤其是撒哈拉以南的非洲地区，如何结合改良的技术、耕作方式、制度及政策以维护包括土壤肥力在内的生态系统服务？

问题22：

支付生态系统服务费（如碳封存、绿水信贷和生物多样性提高）的方式能导致发展中国家那些缺乏资源的农民采纳所建议的土地利用及管理方法吗？

四、能源、气候变化和生态恢复

由于对能源的需求在未来几十年会持续增长，需要寻找替代能源以维持不断增长的全球人口之需。

农业消耗了大量能源，这些能源可以直接用在机械上，也可以隐含在农业使用的产品中[36]。

高油价对低收入农村家庭及全球农业投入品（农药和氮肥）、交通运输、耕作和灌溉系统的影响，会导致农业生产率下降，从而加剧在低水平生产力扩大耕地面积的压力[15]。

 气候变化是目前人类面临的最大挑战之一，它会在许多方面影响着农业，包括积极的和消极的影响。

对农业适应气候变化的需要，以及为减轻气候变化而需要减少农业产生的温室气体排放，都进一步加剧已经存在的用较少投入生产更多粮食的重大挑战[37]。

在未来的几十年里，气候变化的恢复将成为可持续的农业生产体系中的一个重要特性，特别是那些预计正在变化的气候造成剧烈生态变化的地区。

本节的首要问题如下：

问题23：

什么是使农业增加粮食生产同时减少温室气体排放的最佳选择？

问题24：

不利的气候变化带来大规模的移民将造成什么样的风险？

它将对农业生产系统有何影响？

问题25：

鉴于大量的能源直接或间接地投入到农业中，如何利用碳中和的方式使粮食生产在未来四十年里达到节能减排的目标？

问题26：

温室气体减排或碳存储等不同市场支付机制将如何影响农业耕作？

如何恰当实施这些机制？

问题27：

如何最有效地平衡粮食生产与能源生产两者对土地的需求量来确保生态系统服务的价值，同时维持适当的产量和价格？

问题28：

怎样才能改善农业生产系统的弹性，以同时应付和缓的气候变化及高涨和极端化的天气变化？

问题29：

什么样的集约型和粗放型组合才是最适当的，既能增加产量、减少温室气体的排