目录
2016年第2期(发布时间: Mar 1, 2016 发布者:金慧敏)  下载: 2016年第2期.doc       全选  导出
1   2016-03-01 10:15:04.023 加强水管理可以减少一半的全球粮食缺口 (点击量:7)

提高农业水管理可在2050年减少全球一半的粮食缺口,并可减缓部分灾害气候变化对作物产量的影响。这是科学家们首次通过优化雨水利用和灌溉,系统地调查了世界范围内同等数量的水生产更多粮食的潜力。他们发现,以前低估了这样的潜力。对作物水分管理的投资可以同时弥补人口大幅增长并减少饥饿。然而,把成果付诸实践,就需要具体的解决方案,它仍然是一个挑战。

波茨坦气候影响研究所首席科学家乔纳斯指出水的智能利用可以提高农业生产。科学家们实际上已经惊讶地在全球层面上看到这样的规模效应,目前已经证明,在减少营养不良和小农户提高气候适应能力方面,作物水分管理在很大程度上是一个被低估的方法。一个科学家称为雄心勃勃的水资源管理方案中,全球千卡可能会增加40%的产量,而据联合国估计到本世纪中叶约需要增加80%才可以消除饥饿。但即使在不那么雄心勃勃的方案中,结果表明,作物综合水管理可以为填补穷人饭碗作出重要贡献。

中国、墨西哥、澳大利亚具有很大的增产潜力

科学家们已经进行了全面的物理计算机模拟,约束条件为农田不扩展到森林且不需要额外的水资源。因为它是一个全球性的研究,它提供了详细的植被动态及水分利用影响的流域——当然太粗糙无法模拟农场尺度情况,但适合于确定区域热点。例如,发现在水资源短缺地区作物水分管理的增产潜力较大,如中国、澳大利亚、西方的美国、墨西哥和南非。

地膜覆盖和滴灌系统应对气候变化的影响

从解决小农户的低技术水平方案到产业化规模,科学家们考虑到了许多非常不同的具体水土管理选项。集水水箱中收集多余的流失雨水,并在干旱期间补充灌溉,这是在某些地区的常用方法,如非洲的萨赫勒地区,但许多其他半干旱地区却正在应用中,如亚洲和北美国。覆盖是另一种选择--土壤被覆盖或者干脆在田间留下的作物残茬减少蒸发,或使用用巨大的塑料薄膜。最后,对全球潜力的重要贡献方案是将灌溉升级到滴灌系统。

研究表明,在大多数的气候政策的情况下,水资源管理可以缓解很大一部分区域气候带给农业的影响。然而,如果化石燃料燃烧产生的温室气体排放量不减少,在通常情况下,水管理显然不足以抵消不利气候的影响。

鉴于地球的环境边界,决策者应该考虑水的使用

“水管理是应对更大的可持续性挑战的关键,”主导地球系统分析的PIK研究项目和共同主持者沃尔夫冈顶指出,“它已经成为在许多地方和区域研究的一个重要问题,并且对于其在农场层面的影响已经得到了很好的证明,但在全球层面,却有点被忽视。更新的可持续发展目标规定要在全国实施可持续农业,但它需要建立在实现证据的基础上;他们并不很注重水利用。因为我们正在迅速接近环境边界,我们的研究确实应该引起各级决策者对集成作物水管理潜力的关注。”

Journal Reference:

1.J Jägermeyr, D Gerten, S Schaphoff, J Heinke, W Lucht, J Rockström. Integrated crop water management might sustainably halve the global food gap. Environmental Research Letters, 2016; 11 (2)

访问地址:http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-9326/11/2/025002/meta;jsessionid=4B8606594B81CF6F6C099E3E13B7AAE1.c4.iopscience.cld.iop.org

2   2016-03-01 09:54:12.963 生物反应器成为防止硝态氮流失的最后一道防线 (点击量:7)

Illustration of how a denitrifying bioreactor fits in with drainage water management

生物反应器工作示意图

走在美国爱荷华州的耕地路边,你看不出任何异常,但是,地表下面成群的碎木屑上的微生物正忙于消除掉即将流出农田水中的过量硝酸盐。通过过滤硝酸盐,这些有机保镖保护了当地溪水,最终保护了墨西哥湾。

去年美国农业部自然资源保护局(NRCS)进行财政支持,并出台了《反硝化生物反应器保护措施标准》。饥饿的微生物和木屑是反硝化生物反应器的主要组分。拥有先进思想的中西部农民已经进行了10多年的生物反应器实践,美国自然资源保护局在多个州引导了这一措施,包括爱荷华州、明尼苏达州和伊里诺斯州等。

生物反应器基本上是一个埋在耕地边缘地下的碳源(通常是木屑)战壕。水流从植物根域带走过量的水,一定比例的水被转移到生物反应器。木屑上的微生物消耗掉了水中的硝酸盐,以氮气的形式排出。由于尺寸和位置不同,生物反应器的性能也存在差异,但是一般的反应器能够消除掉流水中的30-50%的硝酸盐。生物反应器对作物生产没有副作用,并且对排水没有影响。

2011年,自然资源保护局授予爱荷华大豆协会“保护耕作创新奖”,由此来提高农民意识,并加速反硝化反应器的实施。多位项目主持人监测和分析了新的和已有的生物反应器,并探索了减少有害污染物在木屑中的累积方法。爱荷华州大豆协会的项目主任基根·库特提及项目实施中一个经验教训是:建造生物反应器不能太大,如果太大,难以控制通过生物反应器的水流。库特说,爱荷华州大豆协会已经在爱荷华州安装了22套生物反应器,还可能安装其他10-15套。安装生物反应器的成本不同,但一般需要8000到12000美元。通过新的保护标准,国家自然资源保护局可以提供部分安装补贴。在自然资源保护局的支持下,制作了一部“水分离开农场之前抓住硝酸盐:生物反应器”视频短片,可以观看到生物翻译器的始终。

美国国家自然资源保护局协调保护措施以帮助生产者避免养分和沉淀物从农场耕地边缘的流失,并控制和捕捉住它们。反硝化生物反应器是前景广阔的养分捕捉器,可以减少过量硝酸盐流入水体。

由于生物反应器具备潜在的捕捉养分的能力而开始被推广。然而,它仍然是新的技术,在将来需要进一步研究、测试和改良。

3   2016-03-01 10:41:02.327 美国农业部针对全美范围的保护项目投资7.2亿美元 (点击量:3)

2016年2月12日美国农业部和美国各地合作方一起,对84个保护项目投入高达7.2亿美元,以帮助社区改善水质、抗旱、改进土壤健康、支持野生动物的栖息地和保护农业活力。这些项目是2014农业法案创建后区域保护合作计划(RCPP)的第二轮。通过2015和2016这一轮计划,美国农业部和RCPP针对199个战略保护项目投资高达15亿美元。2016年入选84个项目包括合作方,匹配资金总计要超过5亿美元,3倍于联邦投资。

RCPP利用当地知识和网络来吸引对保护项目的关注。汇集各种各样的新合作伙伴,包括企业、大学、非营利组织和地方和部落政府,使得提供创新的、景观和流域尺度的项目成为可能,从而改善水质和数量、野生动物的栖息地、土壤健康和其他与农场、牧场和森林相关的自然资源。

美国农业部在2015投资了3.7亿美元用于RCPP的115个重点项目。在新墨西哥,一个RCPP项目的州际河流委员会和一个当地公共灌溉系统的灌溉水渠,已经解决了长期的基础设施故障,大大减少了水需求,提高了灌溉效率。2009年以来,美国农业部已投资超过290亿美元,以帮助生产者进行保护的改进,同多达50万的农民、牧场主和土地所有者共同保护超过4亿英亩土地,改善土壤和空气质量,清洁和节约用水、强化野生动物栖息地。如想了解更多美国农业部的保护工作项目列表可访问以下地址:http://www.nrcs.usda.gov/wps/portal/nrcs/detail/national/programs/farmbill/rcpp/?cid=nrcseprd598407

4   2016-03-01 10:43:46.097 有机农业养活世界可持续发展的关键 (点击量:3)

回顾性研究--“二十一世纪的有机农业”(Organic Agriculture in the 21st Century),被自然植物学报二月刊以封面形式刊出,该研究共同作者为华盛顿州立大学土壤和农业生态学终身教授雷甘纳德和生态学博士乔纳森那里。这一研究首次通过美国国家科学院确定的四个可持续性目标:生产力、经济、环境和社会福祉,对有机和传统农业进行了比较,分析了40年有机农业研究。

该研究的主要作者雷甘纳德指出30年前,只有几个研究是对有机与传统农业进行比较的研究。在过去的15年中,这些研究已经飞速增长。

有机生产目前仅占全球农业用地的百分之一,尽管近20年来已经在快速增长。批评者们长期以来一直认为,有机农业是低效的,从而需要更多的土地来产生同样数量的食物。回顾性研究论文阐述了有机产量可以高于传统耕作方法的案例。雷甘纳德认为严重干旱条件可能会因气候变化导致干旱加剧,但有机农场有高产量的生产潜力,因为有机耕种的土壤有较高的持水力。然而,即使产量可能较低,有机农业对是农民也是较有利可图的,因为消费者愿意支付更多。价格上涨可以作为补偿农民提供生态系统服务和避免环境损害或外部成本的一种方法。

回顾性报告中,大量研究也证明了有机生产的环境效益。总体而言,有机农场更倾向于储存更多的土壤碳,有更好的土壤质量,减少土壤侵蚀。有机农业产生更少的土壤和水污染,减少温室气体排放,它的能源效率更高,因为它不依赖化肥或杀虫剂。它也与植物、动物、昆虫和微生物以及遗传多样性的生物多样性紧密相关。生物多样性增加了自然提供的服务,如授粉和提高农业系统的能力以适应不断变化的条件。雷甘纳德指出养活世界不仅是产量的问题,还需要检视食物浪费和食物分配。

研究人员得出结论认为,养活不断增长的全球人口同时实现可持续发展目标在理论上是可能的。他们对数百个发表的研究项目进行的回顾性分析表明,有机农业可以产生足够的产量,并对农民有收益,保护和改善环境,对农场工人更安全。

同时甘纳德和生态学博士乔纳森那里表示,没有任何单一类型的农业可以养活世界。相反,人们需要一个平衡的系统,混合有机和其他创新的农业系统,包括农林、综合农业、保护农业、混合作物/畜牧和还未被发现的系统。

雷甘纳德和沃切特建议改变政策以解决阻碍有机农业的发展障碍。这些障碍包括转到有机认证的成本、劳动力和市场准入的缺乏以及缺乏适当的基础设施用于存放和运输食品。需要法律和金融工具以鼓励采用创新、可持续的耕作方式。

5   2016-03-01 11:05:49.46 农业生物技术为家庭农民服务的潜力 (点击量:3)

2月15日,在意大利罗马召开的“农业生物技术在可持续粮食系统和营养中的作用”研讨会上,联合国粮农组织总干事若泽·格拉齐亚诺·达席尔瓦呼吁各国应加强利用生物技术消除饥饿,抗击各种形式的营养不良,实现农业可持续发展。

本次会议以广泛的生物技术为重点,它们具有促进产量增长,改善营养质量和提高家庭农民粮食系统、营养和生计赖以维持的作物、鱼类和树木生产力作用。这些生物技术包括许多“低技术”的应用,如发酵过程、生物肥料、人工受精、疫苗生产、疾病诊断、生物农药研发,以及利用分子标记开发新品种。通过一系列演讲和会外活动,研讨会的与会者将分享有关生物技术如何依靠较少的投入和产生较少的负面影响,帮助推动农业生产转型的知识、经验和最佳做法。研讨会将对一些成功案例进行讨论。查看这些均未涉转基因生物的案例:http://www.fao.org/about/meetings/agribiotechs-symposium/case-studies/en/

本次研讨会围绕三大主题:气候变化影响;可持续粮食系统和营养;以及,人员、政策、机构和社区。

部分会议PPT链接地址:http://www.fao.org/3/a-bc787e.pdf。粮农组织认为,要把全世界发动起来,开拓思路、交流技术,在保护生态环境和可持续发展的框架下帮助农民提高生产能力,应对各类挑战。

6   2016-02-26 17:35:56.08 科研人员创造合成生物途径变农业垃圾为“绿色”产品 (点击量:5)

多年以来,科研人员一直致力于寻找更加可持续的资源来生产日用品。最近,由玉米或甘蔗制成的生物材料被用来生产非食用产品,从塑料到燃料。然而,利用食物生产非食用产品引起很大争议,因为这影响了粮食供应,随之可能提高粮食价格。

在这项研究中,明尼苏达大学科研人员着眼于非食用生物产品的转化,科学家们称之为“木质纤维素生物材料”,这样来生产有用产品,避免粮食与化学的竞争。科研人员和科学家们看好利用木质纤维素生物材料生产丁二醇,它可以用来每年生产10亿磅的氨纶,氨纶可以用来做衣服和家具。据评估,在2010年氨纶占所有衣服的80%。

为构建平台途径,研究人员检测了细菌和真菌的基因序列,它们能转化生物材料为三羧酸(TCA),称之为新代谢,即“非磷酸化代谢途径”,可以使三羧酸途径少于5个步骤,以前是10步。步骤缩减可以增产70%,且更加有利于缓解。令科研人员最振奋的是这个途径不仅仅用来生产丁二醇,而且可用来生产一系列有用产品。

《Engineering nonphosphorylative metabolism to generate lignocellulose-derived products.》论文发表在Nature Chemical Biology详细访问地址为:http://www.nature.com/nchembio/journal/vaop/ncurrent/full/nchembio.2020.html。