耕地向“边际土地”的大范围转移，会影响粮食安全和环境可持续性 │ NSR

随着全球城市的不断扩张、工业的快速发展，许多位于城市周边、区位条件优越的优质耕地被占用。与此同时，人们会开垦一些原本由自然植被覆盖的“边际土地”以弥补耕地损失。

近日，中国科学院地理科学与资源研究所匡文慧研究员（第一作者）、刘纪远研究员（通讯作者）和美国奥本大学田汉勤教授（通讯作者）等在《国家科学评论》（National Science Review, NSR）发表题为“耕地向边际土地的再分配影响环境可持续性”（Cropland redistribution to marginal lands undermines environmental sustainability）的研究论文，以中国为案例，分析了这种“耕地再分配”现象对粮食安全和环境可持续性的负面影响，希望引起关注。

该研究中，研究人员：

• 建立了权衡分析框架：基于城镇、农业和生态空间的竞争关系，以“土地-粮食-环境-政策”为纽带，发展了宏观政策和快速城市化驱动下的耕地空间转移对粮食生产和环境代价影响的权衡分析框架；

• 定量评估了过去25年“耕地再分配”的环境影响：以中国为案例，定量评估了1990-2015年间耕地占用/开垦的空间转移及其对水资源消耗、土壤风蚀、肥料使用及自然栖息地的影响；

• 预估了未来风险：对不同情景下2030和2050年的粮食安全和环境可持续性潜在风险进行了预估。

过去25年中，“占优补劣”的耕地再分配使全国粮食总生产能力减少了4.5%，同时也增加了粮食生产的水土资源不匹配性。在我国东南和西南地区，粮食一年三熟、一年两熟或两年三熟，生产1吨粮食分别平均需要1.5亩和2.85亩耕地；而在东北和西北地区，主要为一年一熟，生产1吨粮食分别平均需要3.3亩和5.3亩的耕地。东北和西北地区是粮食产能增加的两个主要区域，过去25年中，这两个地区开垦的耕地面积每年分别贡献2011万吨和1042万吨的粮食产能。

1990-2015年全国不同区域耕地粮食单产和耕地变化对粮食产能的贡献

持续的卫星遥感监测显示，20世纪末期，全国新增耕地以东北地区为主，21世纪以来则向西北地区转移。这些地区为新增耕地付出了沉重的环境代价，包括水资源消耗量、土壤风蚀量、肥料施用量的增加，自然栖息地保护水平欠佳，生态脆弱性提高等。评估表明，在西北和东北两个耕地面积增加的主要区域，过去25年中耕地因开垦引起的灌溉用水增加了34.4%，土壤风蚀增加了3.47%，化肥施用量增加了20%。

值得关注的是，西北地区作为21世纪以来的开垦活动集中区，付出了全国范围内最高的环境代价。西北地区大部分地处干旱区，年均降水不足200毫米，只能满足18.7%～54.0%的作物用水需求，耕地开垦直接导致灌溉用水增加，而且开垦的耕地中55.4%的地区处于水资源赤字区，由于农业发展对地下水的开采导致当地地下水位下降，显著增加了该地区的生态脆弱性。

而东北地区虽以半湿润气候为主，但是大规模水稻田的种植导致当地降水只能满足约60%的作物用水需求，从而显著增加了水资源的消耗。高强度的农业开发还导致了黑土有机质下降和土壤退化问题。

1990-2015年间全国不同区域耕地开垦对水资源消耗、土壤风蚀和肥料施用的贡献

按照研究者的预测，如果未来仍保持当前的耕地空间分布变化趋势，预计到2050年，全国耕地的数量和质量均将呈下降趋势。这将会加剧国家粮食生产与环境可持续性之间的冲突，预计会加剧环境不可持续性并威胁粮食安全。

上述中国案例揭示，在国家宏观政策驱动下，城镇、农业和生态空间的竞争导致耕地“占优补劣”，对粮食生产和环境可持续性产生影响，而这些影响之间存在权衡关系。研究也证实，当全球或特定区域的边际土地开发达到一定阈值，会导致粮食总产能增长的停滞及环境不可持续性的急剧上升。这一规律对于其他发展中国家也具有重要的借鉴价值。

文献信息：[点击下方链接或阅读原文]

Cropland redistribution to marginal lands undermines environmental sustainability

https://doi.org/10.1093/nsr/nwab091