近日，浙江大学生物系统工程与食品科学学院林涛研究员和应义斌教授团队（IBE）联合美国、巴西和中国的合作者在Nature Food上发表封面文章（图1），揭示了支撑巴西大豆和玉米产量增加的两种重要机制：双季种植与耕地扩张。其中双季种植的重要性日益凸显，未来可能成为巴西及其它泛热带地区农业可持续化发展和粮食安全的关键保障。
图1. 自然食品（NatureFood）2021年四月刊封面及本文相关信息
巴西是“世界粮仓”，是全球最大的大豆出口国和第二大玉米出口国。中国是巴西最大的出口目的国和进口来源国。2019年，巴西对中国出口总额达到了576亿美元，出口产品主要为大豆、玉米和豆粕等。巴西主粮作物的稳定生产和供应对于国内的养殖业健康发展尤为重要。
从1980年到2016年，巴西的大豆和玉米产量增长了四倍多（图2）。研究人员通过收集整理开放获取的相关统计数据（1980‒2016年玉米和大豆的县级单产、收获面积和总产量），量化分析了巴西在国家、区域和县三种空间尺度下双季种植和农田扩张两种策略对于大豆和玉米生产发挥的作用。在国家层面，农田扩张仍是主要的增长路径，尽管其贡献率逐年下降，在2016年仍贡献了65%的总面积增长；而双季种植的贡献率则逐年增加至35%。双季种植和农田扩张都显示出时空格局的差异和变化：在巴西南部的传统农业地区，双季种植占主导地位；在中西部和马托皮巴（东北部新兴农业区），农田扩张仍然是主导策略。在2003-2016年期间，巴西通过双季种植节省了约11.6亿亩的农田面积。巴西双季种植的时空变化量化分析研究为如何在已有耕地上提高粮食产量提供了一个新的角度和思路，对保障全球粮食安全和减轻土地负担起到重要参考作用。
图2.巴西玉米、大豆的历史生产概况
玉米主要由单产增长驱动，大豆主要由面积扩张驱动
本研究量化分析了巴西大豆玉米复种指数的空间分布及其时间动态变化情况。通过从单季大豆到大豆-玉米双季种植的转型，巴西的大豆-玉米的平均复种指数到2016年已增至1.25。在三大主产区，中西部的复种指数最高（1.43），南部紧随其后（1.32），马托皮巴最低（图3）。研究通过归因分析发现全球对大豆和玉米的需求增加促进了巴西农业生产端的集约化进程（图4）。通过大豆品种改良和机械化采收播种等手段，巴西实现了不同区域的双季种植。该体系不仅更充分地利用了自然资源，也提高了对加工、储存和运输等基础设施的利用效率。
图3.大豆、玉米种植体系在三大主产区的复种指数变化
图4.社会经济因素及作物生产结构对双季种植的相对影响在七项影响因素中，大豆玉米出口额的增加是发展双季种植最大的驱动因素
该论文第一作者为浙江大学生物系统工程与食品科学学院助理研究员徐佳路博士，通讯作者为浙江大学生物系统工程与食品科学学院林涛研究员。本研究受到国家自然科学基金、中国国家留学基金委以及浙江大学的资助支持。
林涛研究员是浙江大学“百人计划”研究员，国家高层次人才计划青年项目入选者，浙江大学生物系统工程与食品科学学院应义斌教授领衔的智能生物产业装备创新团队（IBE）农业人工智能与大数据方向核心成员。长期从事农业数据智能分析与系统优化研究，在农业人工智能、农业遥感、时空统计分析和系统优化建模分析等方面取得了一系列研究成果。担任国际期刊《Computers and Electronics in Agriculture》副主编，中国农业机械学会青年工作委员会副主任委员，和中国农业机械学会人工智能委员会常务委员。
论文相关信息：Xu , J., Gao,J., Holanda, H. V. D., Rodríguez, L. F., Caixeta-Filho, J. V., Zhong, R., Jiang, H., Li, H., Du, Z., Wang, X., Wang, S., Ting, K. C., Ying, Y., and Lin, T.* (2021) Double cropping and cropland expansion boost grain production in Brazil. Nature Food, 2, 264–273.
