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《全球农田与农田面积地图绘制研究》

  • 来源专题：农业立体污染防治
  • 编译者： 金慧敏
  • 发布时间：2015-02-04

  • 全球人口已经超过了70亿大关，2050年将达到90亿。满足这些日益增长人口粮食需求是全球一个主要挑战，掌握耕地面积对全球粮食生产至关重要。2015年1月16日，《Global Change Biology》杂志在线发表了关于全球耕地及其尺寸的绘制相关研究工作，并且这一产品可以从http://cropland.geo-wiki.org网站上免费下载。

    该研究工作汇聚了全球多个课题组遥感、土地覆盖和农业专家，以2005年数据为基准，整合了许多全球独立地图，研制出两个产品：一个是绘制了1公里IIASA-IFPRI耕地比例地图；另一个是同分辨率的全球尺度地图。这些独立的地图是从世界各地一些机构和组织整合进来的，包括已有的全球陆地地图(如GlobCover 2005 和MODIS v.5)、区域地图（如AFRICOVER）和国家地图。这些数据利用FAO提供的统计方法进行了校准，并利用Geo-Wiki对数据进行训练，新的IIASA-IFPRI耕地产品用高分辨率卫星图像进行了校验，精确率超过了82.4%。另外，也用EarthStat耕地产品进行了比较，显示具有较低的平方根误差。与对照相比，具有较高的拟合度。

    这项成果可服务于全球土地模拟和综合评估，特别是改善了需要耕地信息的土地模型的应用。这一成果被地球观测组织（GEO）的全球农业监测组用来进行月报和作物生产监测活动。

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  • 《整合农田生物燃料与粮食作物科研之路》
    • 来源专题：农业立体污染防治
    • 编译者：金慧敏
    • 发布时间：2015-07-27
    • 我们需要很多土地来提供粮食、提供生物能源，保持土地营养使它们不能污染我们水和空气。为了使土地能够完成这些高需求，美国能源部Argonne国家研究所开展了改善土地利用方案设计。 通过与伊利诺斯州中部地区印度河流域的农业社区合作，这些研究人员寻求到可以同时满足三个目标（即最大农业生产、种植生物燃料和保护环境）的方法。 它所需要的是一个多功能景观，有效分配资源，种植适合土壤和地区的作物。在商品作物难以生长地区成排种植生物能源作物，如柳树或柳枝稷，可以提供生物能源材料，同时可以减少养分流失，所有这些不会损害农民利益。这是Argonne科学家在费尔伯里玉米田中收集数据和模拟得到结果。 “我们正在努力解决的问题是如何设计可持续能源系统。”Argonne首席农学家和环境工程师克里斯蒂娜•内格罗说，“这不是理想主义，我们想展示它的可行性，如果我们有了详细方案，我们将看到真实结果。”因此，内格罗和她的团队建立了试验站，开展经济可行性、生物燃料和环境健康之家平衡研究。 面对这个挑战，需要改变观念。研究人员没有把整块土地看做一个单元，而是分析了玉米地分区。他们发现最低产量分区中土壤氮素的持有量也是最低。这些区域都是双重征税，对农民来讲这些区域是无收益的，而且破坏了环境。 内格罗对生产力不足土地的解释是：“设想一下，倾倒一些品质好、营养丰富的溶液到长满植物的肥沃土壤上。而这些养分能被土壤保持足够长时间，以利于植物吸收，并最小化泄露。现在假设把同样的溶液浇在滤器上：如果样本透过土壤太快，则对植物无效。玉米生长慢，更多溶液则淋失到地下水。” 但是在“滤器”样的土壤上种植生物能源植物，能够解决环境和经济问题，这就是内格罗课题组所展示的反硝化作用分解模拟。 柳树和柳枝稷是多年生生物能源作物，这植物比一年生植物具有更加宽广根域系统，这些根每年从头开始生长。更深层次的根可以较好地吸收深层土壤中氮素。 农业耕地损失的氮素是主要环境问题。如果氮素不能被土壤持有或者被植物吸收，氮素将进入空气或水体。它能够以一氧化氮方式释放到空气中，比二氧化碳产生的温室效应强310倍。硝酸盐渗漏到水体中耗尽氧气，对水生系统造成破坏，就像伊利湖那样。费尔伯里玉米田位于印度河流域，流淌到朱沙河，最后到达墨西哥湾，这条河多年来一直患因养分流失造成缺氧问题。 尽管科学家们在能源和环境付出了努力，研究小组意识到必须把农民经济收入作为底线。 博士后赫尔伯说：“整个农村是盈利的，但是通过收集详细数据，我们发现在一些区域农民没有收回他们成本。”农民损失金钱用来购买了昂贵氮肥来弥补农田生产力不足。 在玉米产量低地区植入成排的生物能源作物，意味着农民不会再从玉米作物上受到可观的损失。作为回报，根深蒂固的生物能源作物可以积累损失的氮肥，以作为免费肥料。 自2013年以来，Argonne的科学家在费尔伯试验区里种植了柳树，将要在下一年继续收集数据，看能否达到他们预期。“我们已经可以控制28%硝酸盐损失，这只用了两个生长季节。” Ssegane说。没有施肥，柳树生长的很好。 依照Ssegane的研究，这个项目正在证明一个观念。农民有计划种植生物能源作物能够提高生产力、节约成本，同时为科学界展示了如果选择合适地点种植生物能源作物，这个模式是可持续的。 “在这项研究工作之前，主流方案是“专用土地”，即把大面积玉米变成柳枝稷，” Ssegane说：“生物能源作物的专用地在农业区是不可能的，他们的经济收入与粮食相关。通过成本效益检测，转化生产力不足的区域为轮作区是可行的。” 在生物能源作物专区与单一经济作物种植之间，多功能景观区是令人振奋的、有效的手段。 科学家正在探索这些设计理念能够延伸到整个水域。最终，他们希望这项研究能找到科学家与农民都支持农业规划。 期刊参考文献：Herbert Ssegane, M. Cristina Negri, John Quinn, Meltem Urgun-Demirtas.Multifunctional landscapes: Site characterization and field-scale design to incorporate biomass production into an agricultural system. Biomass and Bioenergy, 2015; 80: 179 DOI:10.1016/j.biombioe.2015.04.012
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  • 《欧洲环境局（EEB）推进“国家排放限制”净化农田空气》
    • 来源专题：农业立体污染防治
    • 编译者：金慧敏
    • 发布时间：2015-02-15
    • 我们呼吸的空气影响着我们的健康。欧洲农业污染物排放产生了很严重的环境问题，例如植物伤害、富营养化、酸化、酸雨（可能伤害植物、河流和生物多样性）、温室气体排放和臭氧形成。然而农业污染物排放还会导致健康问题，比如呼吸疾病和导致人类预期寿命变短。按照相关报告数据，欧洲超过90%的氨排放（2011年）来源于农业，2012年欧洲农业排放污染物中40%是甲烷。欧盟温室气体排放超过10%源于农业方面。欧盟最近的一个研究表明，2050年温室气体减排预测：与其它排放来源相比，特别是来自农业的排放不会减少。 国家排放限制指令是欧洲污染物立法的核心，也是控制跨界空气污染物控制的主要法律文件。2013欧盟委员会提出修订提案。这次修订是实施空气污染专题策略一部分。它建立了2020-2030年所有成员国减排承诺，虽然还不够好，但却朝着“环境行动计划”目标的实现迈出了重要一步。例如低于临界负荷和水平时，为保护生态系统减少空气污染物排放，有效保护人类健康，抵御空气污染带来的环境风险。国家排放限制（NEC）指令的修订提案为四种初期污染物设定了新目标，包括氨（NH3），同时第一次规定了PM2.5和甲烷限值。 欧洲环境局（EEB）在氨和甲烷减排方面有着长远目标。本文列举了其在大量关键点上强化国家排放限制提案的建议。有性价比的措施可以减少来自农业氨和甲烷排放，并应当加以改进。 EEB加强农业气体污染物排放方面的国家排放限额提出以下建议: 1、 必须设定2020年和2025年国家减排甲烷长远承诺目标，并具法律约束力。并且为实现2030年国家减排承诺目标形成路线图。 2、要承诺更加有力的氨减排目标，并在2025年具备法律约束力。 3、欧盟成员国开发良好的操作守则，和（或）具体行动方案，强制农民作为国家大气控制计划的一部分。 4、为更好地解决全部农业问题，法规的附录三（Annex III）中应包括额外措施。 5、拒绝弹性机制，特别是任何允许污染物间平衡的污染补偿方案形式。 改进措施案例 欧盟显著减少农业排放的前提是正确地起草立法工具。一些有经济效益的污染控制措施可能有助于这一工作，并且其中许多措施是完全包括在国家排放限制指令修订建议中（更进一步的措施需要在附录三中改进），这些措施也应当在CAP 2014-2020年（特别是农村发展计划）和联合国缔约方气候变化公约二十一世纪议程的实施中予以考虑。 锁定了主要排放源，EBB相信新的措施应集中在牲畜、土壤（欧盟农业污染物总排放量的50%）和粪肥管理（欧盟农业污染物总排放量的六分之一）。此外，由于使用化肥和农药，占欧盟土地一半以上的耕地排放大量的挥发性污染物。 因此，欧盟成员国和欧洲议会必须确保： 1、集成用于控制农业排放物的最佳可行技术措施，这是最低要求； 2、改进粪肥甲烷化措施； 3、发展粪肥的覆盖储存，限制发酵工艺，减少排放。 4、鼓励提高肥料管理：有机肥投入交易，作物促销，同时辅以较少的投入需求、减少肥料使用和有效使用肥料--蹄机（直接将肥料混合到土壤中的机器，因此较少接触空气），利用景观（树篱），观察气象条件（避开雨天），使用固液分离方法和均匀施肥（禁止一个位置高剂量）。 5、鼓励生态农业：恢复土地和破坏的草场。更加自由地寻找动物饲料（多用本地产口品，少用进口蛋白质），减少森林砍伐、造林和发展甲烷化。 6、保持和发展农田景观元素(树篱，树林、草带)； 7、牛的营养饲料中增加氨基酸（可以降低粗蛋白并减少粪肥中氮含量）；混合喂养（干和湿）或饲料中添加丹宁酸、脂肪酸或亚麻仁（避免反刍时胃中甲烷的形成）。 文章中提到了甲烷化和牲畜粪固液分离带来的经济效益，应该予以大力发展，增加经济效益。有经济效益的牲畜粪固液分离，这一方法有助于粪肥施肥中较好管理。它包括固液粪的分离。使用这一方法目的是取得较高的氮浓缩和减少氨排放。粪分离器考虑了以下方面： a、施肥中使用更少的粪。 b、粪更易于进入土壤，土壤肥料得到更有效利用，产生更少的甲烷，因此会导致减少使用和购买化肥。 c、 施肥的减少降低了拖拉机的使用，因此减少了燃料消耗。
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