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)義斌教授團隊（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制：雙季種植與耕地擴張。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口來源國。2019年，巴西對中國出口總額達到了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)計數(shù)據(jù)（1980?2016年玉米和大豆的縣級單產(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)田擴張仍是主要的增長路徑，盡管其貢獻率逐年下降，在2016年仍貢獻了65%的總面積增長；而雙季種植的貢獻率則逐年增加至35%。雙季種植和農(nóng)田擴張都顯示出時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)量提供了一個新的角度和思路，對保障全球糧食安全和減輕土地負擔起到重要參考作用。
本研究量化分析了巴西大豆玉米復(fù)種指數(shù)的空間分布及其時間動態(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了巴西農(nóng)業(yè)生產(chǎn)端的集約化進程（圖4）。通過大豆品種改良和機械化采收播種等手段，巴西實現(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、儲存和運輸?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)“百人計劃”研究員，國家高層次人才計劃青年項目入選者，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)新團隊（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、時空統(tǒng)計分析和系統(tǒng)優(yōu)化建模分析等方面取得了一系列研究成果。擔任國際期刊《Computers and Electronics in Agriculture》副主編，中國農(nóng)業(yè)機械學(xué)會青年工作委員會副主任委員，和中國農(nóng)業(yè)機械學(xué)會人工智能委員會常務(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
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