■記者 李晨

兩年前在黑龍江調研的北京大學現代農學院博士朱安豐發現，部分農戶有種植小麥的愿望。然而，東北三省的小麥種植面積不足10萬公頃。

(資料圖)

不同的區域該種什么作物、種多少、怎么種？農業生產布局是一個小到個體、大到全世界都關注的問題。近日，《自然》在線發表了北京大學、西南財經大學、中國科學院地理科學與資源研究所等單位聯合完成的論文成果。該研究首次采用大數據開發大型優化模型，模擬跨部門多資源協同下的農業生產空間新布局。

中國科學院院士、中國科學院地理科學與資源研究所研究員陸大道表示，優化農業生產布局對中國和全球實現可持續發展有積極貢獻。這項研究創新性地使用高空間分辨率農業大數據，綜合考慮部門間的協調機制，將科學與政策結合起來，提出了農業布局優化方向，充分體現數字時代現代農業科學交叉研究的特點，有望助力科學決策。

“全國一盤棋”

“上世紀80年代初，東北三省的小麥種植面積有200多萬公頃，但近年來水稻種植面積逐年擴大?！闭撐牡谝蛔髡呒嫱ㄓ嵶髡?、北京大學現代農學院研究員解偉告訴《中國科學報》，東北種植結構調整成為人們關心的話題。而從東北到西北，“新疆棉花播種面積也呈現增長趨勢”。

“實際上，農業生產區域布局是一個全局性問題，應該‘全國一盤棋’?！苯鈧フf，改革開放以來，中國在農業生產方面取得巨大成就，但背后卻是較高的資源環境消耗。

在此背景下，各管理部門出臺了一系列政策和措施提高農業發展的可持續性。“這在一定程度上減輕了農業生產帶來的負面影響。但當前農業生產布局究竟是不是最優，如何通過優化農業生產布局推動資源節約、環境改善和農民增收協同發展，回答上述問題對農業的可持續發展具有重要意義?！苯鈧フf。

在中國農業大學經濟管理學院講席教授樊勝根看來，農業生產區域布局應該隨著外界制約因素的變化而動態優化。

他告訴《中國科學報》，首先，我國農業生產目標在變，從過去以產量為主向現在產量、品質并重轉變。其次，氣候在變，這對極其依賴于自然條件的農業生產提出了挑戰。最后，各地區社會經濟發展情況在變。經濟發達地區的土地向非農轉移的可能性加大，而經濟不發達地區的農業比較優勢明顯，這會影響農戶選擇自己的生計。

“這些不僅是中國面對的問題，也是全世界關注的問題?！狈畡俑f。

說起來容易干起來難

如何對農業生產空間布局進行動態優化？“我們設定了一個原則，在最適宜的地區種植最適宜的農產品。”解偉說，但這說起來容易干起來難。

由于空間尺度，從省級到縣級再到村級，農業生產的自然條件差異很大?！耙粋€村子中什么地方適合種什么都有差異，更不用說從縣級或省級角度去優化布局了。”解偉說。

要給出動態優化的建議，必須掌握該地區的歷史種植情況。“我們獲得了縣級層面的數據，對完成這項研究至關重要?！苯鈧ソ忉屨f，他們首次采用大數據開發了大型優化模型，可以模擬跨部門多資源協同下的農業生產空間新布局。

論文作者、中國科學院地理科學與資源研究所研究員吳鋒告訴《中國科學報》，模型將全國劃分為7.2萬個網格，每個網格大約為10千米×10千米。在此基礎上建立了包含13種農作物、153組輪作模式的農業投入產出大數據庫，可以對農業可持續發展的多個維度（作物產量、農民收入以及水資源、溫室氣體、化肥、農藥等）開展單目標或多目標的優化模擬。

“我們以最適宜的地區種植最適宜的農產品為原則，模擬了各管理部門各自為政、彼此兼顧和跨部門協同3種情景下，該如何優化農業生產布局。”論文作者朱安豐說。

研究發現，如果“各自為政”，在作物產量不減少、農民收入不降低以及耕地面積不擴大的前提下，優化農業生產布局能夠實現某一可持續發展指標大幅改善，但其他指標存在惡化現象。例如，灌溉水最高可節約27.8%，但此情景下農業溫室氣體排放總量增加2.8%。“這就好像按下葫蘆浮起瓢?！敝彀藏S說。

好在現實中管理部門并不是各自為政，而是“彼此兼顧”。這種情景下，農業生產布局在優化一個可持續發展指標時不再以其他指標受損為代價，但出現各個可持續發展指標改善不平衡的問題。例如，灌溉水最高可節約18.5%，但此情景下農藥僅減量4.3%。

“有沒有可能設立一個具有更高協調能力的機構？我們提出了‘跨部門協同’情景，模擬發現，優化農業生產布局有潛力促進所有可持續發展指標協同實現最大化。”論文作者、西南財經大學教授陳曉光說，此情景下，藍水節約6.5%、綠水節約7.5%、溫室氣體減排6.5%、氮肥減少8.1%、磷肥減少9.8%、鉀肥減少8.3%、農藥減少6.7%，并且農民收入增加4.5%。

依靠高精度數據方法測算

解偉介紹，在“跨部門協同”情景下，他們充分考慮資源環境承載力在空間上的相互關系，以接近田間地塊空間分辨率的精度模擬出農業生產新布局。與2010年至2020年作物布局歷史變動情況對比后，他們提出了農業生產優化布局的方向。

對于小麥，如果華北地區不能大幅度提高農業用水效率，則要控制甚至適當縮減小麥播種面積；同時可在長江中下游地區擴種，甚至在東北部分地區恢復小麥種植，以保障當地口糧安全。對于水稻，若考慮資源環境承載力，建議適當控制東北地區水稻播種面積。對于玉米，適度控制東北和華北的種植面積，適度擴大長江中下游地區種植面積，能夠在保障糧食安全的同時促進資源環境節約。對于棉花，若在傳統棉區（如長江中下游和華北）能夠培育出高產、易于機械化的品種，可適度恢復傳統棉區生產，緩解新疆資源環境壓力。

解偉告訴記者，近年來，傳統的資源節約型技術措施和政策在繼續解決資源環境問題上遇到挑戰。大家都覺得農業布局優化有潛力可挖，但如何優化、優化后能帶來多大發展，這些問題必須依靠高精度的數據方法測算。

依據他們的模型，可以根據各個發展目標的權重，給政策制定者提出多套供選擇的優化方案。“優先考慮地方上最著急的目標，給予高一點的權重?！眳卿h說。在陳曉光看來，政策的調整應該是長期的、逐步的。

解偉說，按照中國政府設定的農業可持續發展目標，優化農業生產布局后節約灌溉水量相當于國家目標的26%。此外，其對實現國家2030年農業溫室氣體減排目標、化肥和農藥零增長目標等都有重要貢獻。同時，優化農業生產布局能使作物增產進而對全球糧食安全作出貢獻，促進全球農業可持續發展。

中國工程院院士、中國農科院作物科學研究所研究員萬建民表示，與以往重點關注農民收入和糧食安全形成的農業生產布局不同，該研究的貢獻體現在進一步考慮資源節約和環境保護目標下農業生產該如何布局。