农业生产中的养分失衡问题

-30-农业生产中的养分失衡问题P.M.VitousekR.NaylorT.Crews养分循环把农业系统和人类社会、环境链接到了一起；特别是氮磷的输入对农业获得高产而言是必不可少的，但这些营养物质在环境中的流失却破坏了环境质量，危害了人类福祉。农业养分平衡与经济发展大不相同，在部分发展中国家，特别是在非洲撒哈拉以南的许多发展中国家，由于养分输入的不足导致土壤肥力难以维持。而在很多发达和迅速增长的经济体中，养分过度输入却造成了环境破坏。国家或区域政策对养分的使用模式及其在所有这些情况下造成的环境后果都负有不可推卸的责任。面对全球农业养分失衡的挑战，我们通过对内在的轨迹以及跨农业系统的分析，能够获得正确的解决办法。庄稼的收获能够将氮、磷和其它养分从农业土壤中去除掉，同时要维持农业的生产力，无论是通过固氮等生物过程，还是通过施加动物粪便或矿物肥料等方式，我们需要将那些养分归还到土壤中。总体上来说，化肥是养分施加的主要途径；有超过两倍的新的氮磷养分进入地球生物圈。这些养分输入有助于维持全球粮食的产量速度高于全球人口的增长速度，并能促进农村地区的经济发展。然而人类因农业养分污染所付出的环境代价是巨大的，这其中包括下游水质的恶化以及河口海湾生态系统的富营养化、光化学烟雾的出现、强大的温室气体氧化亚氮的浓度上升。这里，我们对三个种植粮食的农业系统进行评估——它们是肯尼亚西部低养分输入型粮食种植系统、中国东北地区小麦和玉米轮作的高养分输入型农业系统、美国中西部上游地区玉米和大豆轮作型农业系统。不同于世界上绝大多数地区，在非洲撒哈拉以南地区，粮食产量没有得到显著地增长，2.5亿人口长期以来一直营养不良。施加到绝大多数田地的养分并不能弥补土壤随庄稼收获流失的养分。例如，在肯尼亚Siaya地区采集的90个来自小农场的土壤样本，化肥的养分输入量要少于随粮食和秸杆输出的养分量。久而久之，这个系统中曾经肥沃的土壤养分资源不断被消耗殆尽。相比之下，中国的农业生产自从1975年以来获得了长足的发展，很多地区每公顷的粮食产量翻了一番。中国政府受粮食安全的驱使，增加化肥使用量的政策引导有助于提高粮食作物的产量。很多田地追加的化肥远超过美国和北欧地区，以致于过量的化肥流失到环境中，既污染了空气，又恶化了水质。自从20世纪40年代以来，密西西比河盆地增长的氮肥和磷肥有助于产量的增加。1970年到1995年这25年间，土壤中养分的投加量远超过作物养分的去除量，水力损失引起了淡水河流和墨西哥湾的富营养化。近来，营养失衡的局面得到缓解。在西欧，二战后的粮食政策以及欧盟为提高粮食安全而颁布的政策，使很多地区的养分过量，粮食生产和动物饲养的集成系统受到的损害程度就像我们目前在中国看到的那样。自从上世纪80年代，日益严格的国家和欧盟标准已降低了过量的氮使用量，表征环境养分过量的各种指标也得到了完善。尽管采取了很多针对养分平衡的措施，在北欧地区的空气和水体中，氮污染仍然很严重，墨西哥湾的富营养化问题也随之而来。这些对比鲜明的农业系统需要不同的政策。在非洲撒哈拉以南地区，当前的挑战就是要为土壤提供更多的养分并改进作物种植技术以增加土壤有机质的含量。尽管政策制定者们不情愿接受因对化肥使用进行补贴所需付出的经济、环境和社会代价，这还是能够理解的；但是养分投入的不足将带来土地的低产出、土壤的贫瘠以及农村的贫穷，直到小农场主们获得化肥使用补贴后这种状况才会改观。相比之下，中国东北平原地区小麦和玉米轮作系统的养分输入明显过量；Zhu等人通过实验揭示将当前施加的氮肥削减一半并不会影响粮食的产量和品质；在这个过程中氮损失可以降低50%以上。马特森等人描述了墨西哥一个类似的过度施肥、精耕细做的小麦种植系统。在这些情形下，削减养分的输入对农业经营、经济和环境都有利。然而，经证实仅采取这种措施可能不足-31-以阻止密西西比河盆地和北欧地区因农业而造成的环境破坏。针对这些系统的环境影响需要进行更进一步的干预。一系列潜在有用的政策和实践活动已经得到示范。这些政策当中的一些——例如有较好针对性的时间选择、养分输入替代、牲畜饲料调整、维护或修复河岸植被缓冲带等现在就可以实现。采取激进的措施来对农业进行重新设计也是必需的，例如发展多年生植物与庄稼共同种植的农业系统。更普遍的是，支持养分追加的各种政策在农业发展的初期应该朝着粮食安全的目标努力，但是应该对那些系统的土壤质量变化、养分流失情况以及产量进行监测。由于我们是以粮食安全为目标，应该将更多的注意力放到农业系统的其它产出(它们对空气、水体、生物多样性、人类健康和福祉的影响)、对生态以及控制它们的农艺过程上来。一个重要的限制因素就是对养分驱动问题的诊断以及寻找解决办法。针对农场的养分平衡，可对各种路径的养分输入和随时间的流失以及在各种可供选择的管理实践下加以量化。中国政府和欧盟都支持开展综合的、多种规模尺度的生物地球化学研究，以获得与政策相关的养分平衡及其影响的信息。美国联邦政府和其它绝大多数政府在这方面也没有取得进展。土壤养分由贫瘠向过量转变并不是农业系统的宿命。然而，绝大多数国家的农业部缺乏在恰当的尺度内，对改变种植方式进行评估的手段以及对推广采用养分固定措施的刺激政策。没有这些工具，在人类和环境不可持续发展的前提下，要发展和维护现代农业是难以做到的。矫吉珍译自NutrientImbalancesinAgriculturalDevelopment.《Science》,2009,June19:1519~1520.城市生物多样性指数2002年，可持续发展高峰会议通过了《生物多样性公约》，并确立了到2010年大幅度降低生物多样性丧失速度的目标。比起以前，如今生活在城市的人口比农村多得多；城市可能越来越大，城市的数量也会不断增加。然而，实现《生物多样性公约》的目标则越来越困难。虽然有国家环境可持续性和环境绩效指标，但没有适用于城市的指标。因此，迫切需要汇总一套城市生物多样性保护的指标。为了使城市更好地评价其生物多样性保护工作，新加坡开发了一套自我评价工具（）。这套指标体系由《生物多样性公约》秘书处以及城市和生物多样性全球伙伴关系组织设计，城市行政人员可以使用这套指标来评估他们的工作成效，并帮助他们改善生物多样性保护方面的管理工作。这套城市指数简易、科学可信、公正客观，分为三个重要内容：原生生物多样性及其所提供的生态系统服务，还包括生物多样性管理能力。研究人员将在CBD网站()公布新加坡城市生物多样性指标评价的使用手册，便于这些指标计算。借助城市大学的资源优势，研究人员将邀请部分学者帮助收集计算指数的相关基础数据，主要为将于2010年10月在日本名古屋召开的第10次《生物多样性公约》缔约方会议提供指标数据。苏敬华译自Invitationtohelpcompileanindexofbiodiversityincities《Nature》,2009,July2:33.