再生農業——基于土地保護性利用的可持續農業

韓明會，李保國，張丹，李穎

再生農業——基于土地保護性利用的可持續農業

韓明會1，李保國2，張丹1，李穎1

1大自然保護協會，北京 100600；2中國農業大學土地科學與技術學院/農業農村部華北耕地保育重點實驗室/自然資源部農用地質量與監控重點實驗室，北京 100193

在全球生態危機和不斷增加的糧食和食品安全需求背景下，如何真正實現農業的可持續發展成了全世界共同關注的問題。再生農業（regenerative agriculture）作為新挑戰下應運而生的農業模式。探討再生農業的內涵、國內外應用的生態和經濟效益以及分析在我國的應用情景，能夠為我國這一新型農業模式的引入和發展提供理論指導。本文首先通過對相關再生農業定義的梳理，把再生農業概述為是以實現農業可持續發展為目的，基于土地保護性利用，在減少機械作業和化學品投入的基礎上，通過基于自然的解決方案實現在提高作物產出的同時，提升土壤有機質和氮元素、促進土壤固碳、改善土壤健康、最大化生物多樣性的農業模式。通過與其他可持續農業模式相比，從糧食安全、化石能源、碳封存、土壤健康、生物多樣性、凈水和凈收益多個維度說明了再生農業能夠實現糧食安全、土壤健康、生態環境和經濟效益的同步改善。通過對國內外再生農業相關研究的分析，表明了再生農業的不同措施能夠使得生態和經濟效益的多個方面效益得到顯著提升。最后，提出了我國未來不同區域發展再生農業模式的建議。

再生農業；基于自然的解決方案；固碳；土壤健康；土地保護性利用

1 提出背景和意義

1.1 發展背景

根據《聯合國防治荒漠化公約》（UNCCD）[1]，在過去40年里，由于土壤退化和荒漠化，世界30%的農田被遺棄，而52%的農業用地受到土壤退化的中度至嚴重影響。土壤因人類活動，主要是農業活動而退化。頻繁翻耕或整地、灌溉、不合理施用化肥和農藥、過度放牧以及重型農業裝備使用，都會造成土壤退化。開墾土地和毀林對土壤的形成和腐殖質的組成有著深刻的影響：各種原始植被被次生植被所取代，其中單一栽培會造成一系列生態環境問題。土壤的退化直接表現為土壤變為一個碳源，更多土壤有機質分解釋放二氧化碳到大氣中，還會導致土壤生物多樣性的喪失，且隨著土壤的板結壓實，可改變地表反照率，增加甲烷和一氧化二氮等溫室氣體的排放，對全球變暖產生重要影響[2]。據統計，全世界44%的糧食生產系統和50%的牲畜被認為易受氣候變化的影響，且每年損失的耕地達1 200萬公頃（每分鐘23公頃）。預計2050年要多生產60%的糧食才能滿足人類的需求。而我們只能通過不斷提高單位土地的生產力來實現[1,3]。面對生態危機和糧食危機的雙重脅迫，全球科學家提出了有機農業（organic agriculture）、保護性農業（conservation agriculture）、低碳農業（low carbon agriculture）、生態農業（ecological agriculture）等以實現可持續農業為目的的農業模式，但是全球農業可持續危機仍在加劇。一個主要原因是這些模式沒有真正從土地可持續利用或保護性利用為基礎出發實現農業自身可持續的發展。據此，20世紀80年代羅伯特·羅代爾（Robert Rodale）探索提出了再生農業的概念。

“再生”一詞本質上意味著“重新產生的能力”。因此，如果一個項目或系統是再生的，它就有內在的能力使自己不斷更新永存。一個完全可持續/再生系統的完美例子是森林，在那里沒有廢物，系統完全自給自足。再生農業經羅代爾研究所（Rodale Institute）進行了30多年的探索試驗后實現了二氧化碳排放量降低35.3%和利潤增加193.7%的顯著生態經濟改善效果[4-5]。利用再生農業的措施，不僅可以大幅增加現有土壤有機碳和氮元素的含量，同時也可改善土壤結構和土壤健康，提高土壤肥力和作物產量，保持水分和蓄水層的補給，從而提高應對極端天氣的彈性。氣候變化會增加土壤侵蝕、造成土壤質量和農業生產效率下降，對糧食安全和全球可持續發展產生不利影響，而再生農業良好的土壤管理措施則可增強土壤和植物減緩以及適應氣候變化的能力[2]。

2020年榮獲世界糧食獎的國際土壤科學聯合會主席Rattan Lal將再生農業當作重要研究課題，并認為該模式能夠真正同時滿足日益增加的糧食需求和生態環境改善需求[6]。隨著再生農業相關研究的不斷深入，越來越多的國際組織加入進來。2019年，再生農業被聯合國開發計劃署（UNDP）定為在全球變暖的嚴峻態勢下有望應對生態脆弱地區農業可持續發展問題的、基于自然的解決方案[7]。商業界對再生農業的投資也日益增加，據土壤財富統計發現，2019年就有70項投資策略包括一個或多個與再生農業相關內容，總資產達475億美元[8]。

在北美，通過再生農業推廣，預計到2025年改善0.96億公頃農牧土壤質量，從而改善野生動物棲息地，提高土壤碳儲存能力和水質，振興農村經濟[9]。中國作為農業大國，改革開放以來的集約化生產雖然增加了糧食產量，但卻付出了極大的生態環境代價，威脅農業可持續發展。在當前滿足中國糧食安全的綠色農業發展大趨勢下，再生農業是在滿足糧食安全基礎上，實現農業綠色發展的重要途徑。據此，也有必要在中國進行再生農業措施的試驗示范與推廣模式的探索，以期為新挑戰下的農業可持續發展尋求可行的途徑[10-11]。

1.2 定義和原則

許多被貼上“可持續”標簽的農業生產方式，相對于傳統的農業生產方式來說，只是在某個方面做出了改進，并沒有考慮實現農業生態系統的可再生，因而實際上只是減緩了土地退化的速度[12]。采用“再生”做法需要從根本上重新設計系統，以便通過自然生態系統服務功能恢復農業資源[13]。再生農業作為全球新挑戰下應運而生的農業模式，國內外學者目前尚沒有明確的定義，其內容也在不斷完善和發展中，以下匯總了文獻中提到的再生農業的定義（表1）。

表1 再生農業的定義

總的來說，再生農業是以實現農業可持續發展為目的，基于土地保護性利用，在減少機械作業和化學品投入的基礎上，通過基于自然的解決方案實現在提高作物產出的同時，提升土壤有機質和氮元素、促進土壤固碳、改善土壤健康、最大化生物多樣性的農業模式。該模式以實現土壤功能再生為核心目標，考慮對整個農業生態環境的優化并最終實現糧食安全的長期保障[6]。圖1是再生農業的概念框架圖。首先，再生農業中的覆蓋作物和整體放牧措施可快速提高土壤有機質及氮元素含量[17-18]；再生農業中的輪作與覆蓋作物措施可抑制雜草的生長，且大大有利于提高農田的生物多樣性[19-20]，進而減少病蟲害的數量。此外，免耕和覆蓋作物還可有效減少水土流失[21]，尤其是覆蓋作物通過大量活的根系提高土壤的持水能力[22]，節水凈水能力[23-24]，以及間接提高作物的抗旱能力[25-26]。免耕、覆蓋作物和整體放牧都是穩定和提高碳封存以減緩全球變暖的有效措施[5,27]。再生農業通過采用基于自然的手段，減少機械和化學品的投入，對作物生長環境從本質進行全方位的優化和調整，提升作物產出和土壤健康狀況，從而實現農業的可持續發展[28]。

1.3 與保護性農業等的比較

雖然現在國內外學者提出了很多以實現可持續農業為目的的農業模式，如低碳農業（low carbon agriculture）[29]、有機農業（organic agriculture）[30]、保護性農業（conservation agriculture）[31]等，但是就可持續發展農業的幾個重要方面評價來看[32-33]，它們各有優勢和不足（圖2）。

低碳農業是以減少大氣溫室氣體含量為目標，以減少碳排放、增加碳固定以及適應氣候變化的技術為手段的農業模式[29]。與傳統農業相比，它的優勢在于通過減少化石能源的應用緩解氣候變暖，并且重視通過土壤固碳措施提高土壤碳固定，且水污染得到一定緩解，但產量、凈收益和生物多樣性未得到明顯提高[29,34-36]。

有機農業是指不使用化學肥料和殺蟲劑等農用化學品，而是依賴于當地生態過程和生物多樣性的農業模式[37]。它通過施用有機肥替代化肥，以增加土壤有機質，提高了農田的生物多樣性。因為有機農產品的品質安全的保障，因此售價提升，收益增加，但是由于追求品質而忽略產量，因此不能實現滿足所有人口糧食安全的目標，并且未能解決溫室氣體排放和水污染問題[37-40]。

保護性農業（也稱保護性耕作）被定義為將最小的土壤擾動（免耕、少耕）、永久土壤覆蓋（覆蓋物）與輪作相結合的耕作系統[41]。由于減少土壤擾動，其相比傳統農業可保護和增加生物多樣性[42]，秸稈還田可為土壤增加有機質等，促進土壤健康[42]。保護性農業的目的是改善土壤健康，因而短期內并不一定看到產量的提升，但是長期增產效果顯著，尤其是干旱地區的雨養作物[43]，可顯著提高水利用效率[42]。保護性農業可以通過減少機械作業，可減少化石能源的燃油碳排放，同時保護性農業的免耕措施還能幫助土壤固碳，因此具有一定的溫室氣體減排效果[41, 44]。盡管保護性耕作減少了二氧化碳的排放，有助于增加土壤有機碳，但是其措施也可能會增加氧化亞氮（N2O）的排放[45-46]。

圖1 再生農業的概念框架圖

可以看出，以上4種農業都在追求農業的可持續發展，能在一定情形下實現農業可持續發展部分目標。而再生農業強調的是一個基于自然的和土地可持續利用的一個整體解決方案，目標是通過系統性協同提升生態和經濟效益進而實現農業的可持續發展。其重點是加強和恢復整體性、再生性，目標是通過系統性提升生態和經濟效益進而實現農業的可持續發展[47]。因而再生農業是目前離實現可持續發展農業目標最近的農業模式[2]。

再生農業與保護性農業都是以實現可持續發展為目的的農業模式，且措施和原則有很多相似之處，因此本文將重點討論兩者技術采用和效益的異同（表2）。1930年，由于人類對土地的不合理利用導致的美國震驚世界的“黑風暴”災難卷走了3億噸土壤，造成了巨大農業損失。由此美國開始大力推行免耕等保護性耕作。自20世紀70年代以來，由于機械裝備、除草劑和其他技術的改進，越來越多的土地采用了保護性耕作。保護性耕作產生了幾個長期的、遞增的效益，其中最重要的效益是增加了土壤中有機物的積累和減少了水土流失。然而在新的可持續發展挑戰（人口增加、食品質量下降和氣候變化等）下，其措施和應用效果不能應對現在的多方面挑戰。而再生農業是在當前應對多方面挑戰背景下提出的，其措施和效益都更為全面，能夠實現多個效益的同步提升，實現農業的可持續發展[2]。

在化學投入品方面，保護性農業仍需投入化肥、農藥等大量的化學投入品[37]，而再生農業的覆蓋作物和整體放牧措施則可大大提高土壤有機質和氮元素含量，從而減少化學肥料的投入。在改善土壤健康方面，再生農業中的覆蓋作物措施使大量活的植物根系扎于地下，增加了土壤孔隙度，改善了土壤物理性質，增加了水分滲透，提高土壤微生物豐度，從而可以達到更好的養分和水分管理效果，并可大大減少土壤侵蝕[25]。另外，覆蓋作物還可以幫助早期雜草控制，能抑制地上地下的作物病蟲害。除了對土壤本身的影響之外，再生農業還可顯著降低生產投入成本，有效提高作物產量，達到降本增效的目的，增加生物固碳、減少碳排放，從而緩解氣候變暖，增強農民應對氣候變化的風險能力[22]。保護性農業對減緩溫室氣體排放方面不如再生農業顯著[44]。另外，再生農業考慮動物福利，在此基礎上提高畜牧產量和質量。

圖2 再生農業與其他可持續農業模式比較的文獻分析

2 主要技術措施和效益

2.1 主要措施

2.1.1 免耕少耕 免耕少耕播種作業是在地表秸稈覆蓋還田情況下，不耕整地或少耕后播種，以減少水蝕、風蝕，提高土壤肥力和抗旱能力的一項作業技術，其具有攔蓄徑流、增加土壤入滲、改良土壤結構、優化耕地環境等多重優點[37]。

當免耕與其他再生農業措施相結合，可以增強土壤的滲水保水性能和穩定碳的儲存[16]。我國在20世紀50年代引入了這一技術，隨著該技術的不斷發展，我國免耕技術應用普及開來。經過多年努力，我國東北黑土地區保護性耕作或免耕研究和技術推廣取得明顯進展[51]。2020年國家啟動了東北黑土地保護性耕作行動計劃，開始在適宜區域全面推廣應用。

2.1.2 輪作 輪作是指在同一塊土地上，按照規定順序輪換種植不同作物的種植方式[52]。作物輪作有利于提高生物的多樣性，進而可促使均衡利用土壤中的各種元素，提高肥料利用率，可改良土壤結構，防止病蟲害[19]。多樣化的生態系統，能夠有效提升土壤的健康水平和生態服務功能。ZHAO等[53]通過對我國45項輪作研究的匯總分析得知，與連續單作耕作相比，輪作因其對土壤生態環境的多方面改善，使得作物單產提高20%，且輪作對作物產量的影響在中國西南部（+38%）比在東部地區（+10%）更為明顯。在砂質和壤質土壤上，即初始土壤有機碳（7—10 g·kg-1）和較低的總氮（≤1.2 g·kg-1）下，輪作具有更大的增產效益。

表2 保護性農業與再生農業的比較

2.1.3 覆蓋作物 在兩季作物之間，許多農田會有一段時間沒有種植作物的空閑時間。如果在這段時間種上某種植物以提供穩定的土壤覆蓋，這種植物便被稱為“覆蓋作物（cover crop）”[37]。覆蓋作物是再生農業的關鍵技術，它們可以保護土壤免受風和水的侵蝕，減少徑流泥沙和養分流失，可保持土壤肥力，從而減少氮肥施加。在美國西北太平洋地區進行的一項研究表明，奧地利冬季豌豆、多毛野豌豆和紫花苜蓿（Austrian winter peas, hairy vetch and NITRO alfalfa）可以為后續馬鈴薯作物提供80%到100%的氮需求[18]。覆蓋作物也是緩解水污染、改善水質的重要措施[23,54]。另一項研究顯示，黑麥覆蓋能夠迅速吸收喬治亞州（Georgia State）傳統玉米田和免耕玉米田中25%到100%的殘留氮，減少過量氮肥對周圍水體的面源污染[55]。覆蓋植物能夠有效控制雜草和積累土壤碳。理想的覆蓋作物是那些能在開花前終止其生長，這樣他們就不會產出種子從而變成雜草。在它們活著的時候，其光合作用是土壤碳的一個重要來源，死后可作為生物質被利用[56]。

在美國農民的種植實踐中發現，覆蓋作物可以快速改善土壤健康，讓玉米和大豆在干旱年份增產9.6%和11.6%，因此最近幾年覆蓋作物在美國迅速推廣[57-58]。覆蓋作物和保護性耕作中提倡的作物殘茬覆蓋不同，前者是在農田空閑期種植的活的覆蓋作物，而后者是將收獲的作物秸稈和殘茬保留在地表從而使土壤得到覆蓋。覆蓋作物不僅增加了生物多樣性，還大大提升了土壤生物質的量。覆蓋作物因其不同的特質具有不同的功能，如有龐大根系的黑麥草，高達2 m可抑制雜草的高丹草和遏制土壤板結的毛苕子等，因此混合播種也是其發展的趨勢。美國覆蓋作物種植面積在2017年達到623萬公頃，同比5年前增長50%[59]，而該措施在我國的相關研究和應用大多只局限在豆科綠肥（“綠肥”屬于覆蓋作物的一類，種植目的是為土壤提供有機物質和養分，但再生農業所包括的覆蓋作物措施的生態效益不僅限于此），其種植區主要分布在我國稻區、華北、西北、西南地區，且在20世紀 70 年代達到最高峰，面積最高年份約1 300 萬公頃，但由于化肥的普及，而后種植面積迅速減少[60-61]。

2.1.4 整體放牧 雖然我國種植業與養殖業發展迅速，但飼料糧供給總體不足，營養缺乏、價格高成為近年來國內畜牧業發展的制約因素。整體放牧是一種考慮動物福利的模式，從而提高畜牧業產品的產量和質量[4]。傳統圈養飼養系統往往是不健康的單一生產系統，喂養的飼料營養密度低，且該系統增加了水污染和抗生素的使用。整體放牧是由Allan Savory提出，意在模擬大自然本身的形態，讓成群被馴養的動物（主要是牛）適時地在田地上遷移，它們的糞、尿也排放于土壤上[2,62]。良好的放牧措施促進了植物生長，增加了土壤碳沉積，提高了整個牧場的生產力，同時大大提高了土壤肥力、昆蟲和植物的生物多樣性，以及土壤的固碳能力。這些措施不僅改善了生態健康，也改善了動物和消費者的健康[62-63]。采用整體放牧可以在幾年內快速重建土壤表層（一般一層土壤可能需要200—1 000年才能形成），而且新建的土壤表層富含生物體[17]。這也被實踐證實：在3年的時間里成功培育出了10 cm厚的土層[64]。在一項為期10年的試驗中，發現使用堆肥牛糞進行輪作的田地每年每公頃可吸收超過2噸的碳[65]。此外，當用堆肥代替合成氮肥時，則可促使植物長出更多的根，使植物固定更多的二氧化碳[66]。同時整體放牧還能夠通過提高動物福利（世界農場動物福利協會（CIWF）制定的動物福利“五大自由”），提升畜牧業產品的產量和質量。

2.2 生態和經濟效益

2.2.1 改善土壤質量，減少水土流失 覆蓋作物和整體放牧是增加有機質、提高土壤持水量的有效措施[67]。增加的有機物間接增加了土壤孔隙度（通過增加土壤動物活動），滲透到土壤中的雨水比例取決于所提供的土壤覆蓋量。覆蓋在土壤表面的植物也可保護土壤免受雨滴的沖擊而結塊和結皮，從而增強雨水的滲透性并減少徑流。研究表明覆蓋作物使土壤保水性和植物可利用水分分別提高10%—11%和21%—22%[24]。另外，富含碳的土壤也往往更能抵抗干旱脅迫和病蟲害等[68]。再生農業不僅有減少水土流失的效果，其措施還可以降低水污染[25,69]。根據多年生黑麥草作為大麥的覆蓋作物對硝酸鹽淋失和主要作物氮的有效性試驗表明，覆蓋作物使硝酸鹽浸出濃度從10—18 mg·L-1降低了不到5 mg·L-1 [69]。

2.2.2 增加生物多樣性 再生農業中的輪作和覆蓋作物（種植各種類型的覆蓋作物和混合物）措施都有利于提高田地里的生物多樣性。覆蓋作物可為有益昆蟲提供棲息地，提高種群多樣性，進一步控制害蟲種群。覆蓋作物也有助于吸引傳粉昆蟲以提高作物田間的授粉率[20]。隨著對土壤碳穩定機制認識的不斷深入，研究發現土壤生物群落在其中扮演著重要的角色，真菌生物量的豐度與土壤碳的豐度呈正相關[70]。

2.2.3 提高作物產量和質量 植物的生產力與土壤有機質緊密相關[71]。再生農業可大大提高土壤中有機質含量，土壤碳儲存的增加會積累更多的團聚體，團聚體能夠輔助土壤保持住水分，改善作物質量和產量[72]。當植物有充足的陽光、養分、水、氧氣、二氧化碳時，植物才能處于最佳的健康狀態。在再生農業中，高碳儲條件能夠培育有著多樣和大量微生物的健康土壤，這使作物有著高營養密度，抗病蟲害，富含抗氧化劑和較長的保存期限[73]。另外，健康的植物會合成更多易揮發的分子與更多的代謝物使糧食作物產生香味和香氣。使農民獲得高產，口感更好的作物，消費者得到更健康的食品[56]。

2.2.4 減少溫室氣體排放 2018年，全球溫室氣體排放量為553億噸，其中二氧化碳排放占大部分（375億噸）[74]。來自農業系統和牧場試驗的數據表明，如果采用免耕，種植覆蓋作物，加強作物輪作，以及堆肥和輪牧等措施，碳可以被土壤高效固定[5,75]。如果所有現有農田（15億公頃的農田）各種作物都能采用覆蓋作物措施，土壤可以封存2018年二氧化碳排放總量的4%[76]，但若聯合其他再生農業措施，如堆肥[77]、多種作物輪作[78]等則可將碳封存量分別提高到11.6%和32.11%。特別地，針對全球熱帶地區的玉米作物實踐覆蓋作物措施的研究表明，該措施可使玉米地碳（CO2）封存量高達21.28 t·hm-2·a-1[79]。與此同時，如果所有的全球牧場（33億公頃的草地）都采用再生模式（尤其是再生放牧系統），那么額外地，每年二氧化碳排放總量的114%—355%可被封存于地下，使地球實現二氧化碳負排放的情景[80-81]。

2.2.5 農場及非農經濟效益預估 對于再生農業可帶來的經濟效益，以美國為例進行了模擬研究結果表明：美國玉米、大豆或小麥農田每增加1%的再生農業措施（僅涵蓋了免耕、輪作、覆蓋作物）實踐面積，將產生非農經濟效益包括溫室氣體排放減少、營養損失減少、土壤侵蝕降低和節水凈水等分別為0.297億美元、0.901億美元、0.758億美元和0.306億美元，即一共2.26億美元，而若將推廣面積增加到50%則可產生74.35億美元，推廣到100%的農田則有187.44億美元的潛在社會效益[9]。另外，據統計，美國玉米地每增加1%的再生農業推廣面積，可提高的潛在農場經濟效益為3 670萬美元/年[9]。針對再生農業可帶來的巨大效益，大自然保護協會（TNC）聯合美國農業部（USDA）、美國國家自然資源保護委員會（NRCS）和美國能源部（DOE）等政府機構以及土壤健康合作伙伴和土壤健康研究所等實踐再生農業措施，目標是到2025年，減少2 500萬噸的溫室氣體排放，減少15.6萬噸養分損失，減少1.16億噸的土壤侵蝕和在農田土壤中創造44.4億立方米的可用水[9]。

2.3 典型案例剖析

2.3.1 羅代爾研究所針對玉米和大豆的農業模式對比研究 羅代爾研究所聯合各地相關研究人員在世界各地展開了超過30年的再生農業長期實踐效果監測，如在美國中西部和哥斯達黎加新熱帶農業區域等[5]。鑒于玉米和大豆在美國的種植面積占到總面積的近一半，因此這兩種作物被定為研究重點，其中再生農業采取的主要技術措施包括免耕、輪作（8年內7種作物）、種植覆蓋作物和施用有機糞肥（不同于整體放牧）。傳統農業的主要技術措施包括連續耕作、施用殺蟲劑以及在種植空閑期土地裸露。通過再生農業的采用發現，與傳統農業相比明顯提高了土壤有機質含量，迅速改善了當地土壤健康。在不影響產量的前提下，該地區的農民不但可以減少28.5%的能量投入，還可增加近兩倍利潤，并且有效幫助減少35.3%的溫室氣體的排放[5]。

2.3.2 南達科塔州立大學針對玉米的農業模式對比研究 玉米作為一種重要的糧食作物，在世界上占有重要地位，其種植面積占所有作物面積的39.9%[82]。為了探究再生農業這一農業模式對玉米地的多重影響，LACANNE等[15]在美國北部平原區10個農場的40塊田地開展了再生農業試驗，其措施包括免耕、播種多種覆蓋作物（2—40種）、不使用殺蟲劑且在農田放牧牲畜。與之對比的是傳統農業模式（8個農場的36塊田），其措施包括每年連續耕作、施用殺蟲劑以及在種植空閑期土地裸露。

研究人員就再生和傳統玉米生產系統對害蟲、土壤和農民利潤等的相對影響進行評估，發現殺蟲劑處理過的玉米田的害蟲數量是無殺蟲劑的再生農場的10倍，這表明再生農場豐富的生物多樣性對害蟲有明顯的抑制作用。傳統農業模式下的農場所需的種子和肥料金額占到總收入的32%，而再生農業模式下該投入只占12%。由于再生農業的肥料等資金投入大大減少，且肉產品等的收入增加，最后的凈利潤相比傳統農業提高了78%[15]，可見再生農業的重要經濟效益。并且利潤大小和土壤有機質含量呈顯著正相關。有機質的增加（主要通過覆蓋作物和整體放牧）可提高水的滲透率，促進生物多樣性，進而抑制單一害蟲的繁殖，促進土壤健康。

3 中國再生農業的發展探討

我國耕地資源的稀缺性日益突出，已成為我國農業生產和國民經濟可持續發展的瓶頸[83]。中國的人地矛盾在世界上是最尖銳突出的[84]，我國2004年的人均耕地面積不足世界平均水平的40%[85]，其中72%的耕地質量較差、產量不高。我國北方糧食主產區更是用全國19%的水資源灌溉著62%的耕地[83]。近些年，隨著我國對可持續發展農業模式不斷研究和優化，目前全國6個農業生產區域基于其自然資源稟賦、農業生產現狀及存在問題，發展出其各自可持續發展模式及特征[86]。以下針對這6個區域其各自特點又進一步歸類為4類區域，并提出了初步的研究建議和途徑。

3.1 東北地區

黑土是世界公認最肥沃的土壤。我國東北黑土區是全球僅有的四片黑土區之一，是我國重要的商品糧基地。由于多年高強度開發利用，我國東北多地每年春耕季節掀起鋪天蓋地的沙塵暴，農田的珍貴表土大量流失，再加上用養失衡，黑土地土壤有機質含量顯著下降，這嚴重威脅著國家糧食安全基礎的穩固，因此黑土地保護刻不容緩[87]。因此，東北區應該加快推廣如“梨樹模式”的保護性耕作等適宜的黑土地保護技術[51]。在某些作物種植模式如馬鈴薯和花生、全株收割的青貯玉米等優勢產區，應進行覆蓋作物的種植探索，有望解決馬鈴薯和花生及青貯玉米產區因長達7個月的冬季地表嚴重裸露風蝕造成的農田土壤退化問題，保障農戶長期經濟收益和提高土壤健康的覆蓋作物模式。

近些年，我國東北區（遼寧、吉林、黑龍江、內蒙古東部）已發展出“玉米青貯—奶牛、肉牛生態養殖—糞污處理還田”的現代種養循環模式[86]。這在東北西部風沙鹽堿地區，值得大力推廣并進一步完善（如保持高留茬）。這些對農牧業結合理念的重視對再生農業模式的推廣奠定了良好基礎。未來需要考慮綜合效益和可行性，進行有針對性的研究和試驗，探索區域差異性的種養結合方式。內蒙古某些地區長期以來過度放牧已造成草地嚴重退化，使得草地的可持續利用難以為繼，為了促進草地的恢復和修復地的可持續管理，已試點整體放牧措施[88]。

3.2 黃淮海平原地區

作為糧食主產區的黃淮海平原地區則面臨著氣候干旱和水資源缺乏、耕地質量下降、生產資源成本提高等不利于農業可持續發展的問題[89-90]。此外，隨著全球氣候不斷變暖，降雨量不足的問題日益加重。由于全球變暖對北方干濕的負面影響較大，北方氣候干濕空間分布格局的變化同時也對農業需水、作物布局和種植制度產生重大影響。賈艷青等通過對中國1981—2010年的干濕氣候狀況進行區劃，分析了干濕氣候界線的移動變化及干濕區域差異特征，發現干旱化趨勢主要發生在華北和東北部分地區[91]，在半干旱加劇的區域進行水分高效利用的再生農業的推廣更具有深遠意義。黃淮海地區與中部平原區主要為夏玉米-冬小麥一年兩熟的農業模式，因而可產生大量秸稈，且農田空閑期很短，因此秸稈還田相比覆蓋作物可能對該地區的農戶更為適宜。研究發現免耕和秸稈覆蓋的聯合舉措對半干旱氣候下的雨養農業生態系統作物產量的提升頗有效果，并且可增加土壤水穩定團聚體24.2%，大大提高土壤持水能力和土壤水分利用率，從而起到抗旱節水效果[92-93]。在濱?；螯S河三角洲地區，也應該以再生農業的理念以農牧結合或整體放牧的方式進行鹽漬化土地的開發利用。

3.3 西北灌區

我國西北地區生態環境脆弱，荒漠區面積占全國荒漠區總面積的 63.7%，是一個資源性缺水大區，水資源開發中的生態與經濟矛盾十分突出[94]，該地區大部分干旱區年降水量在200 mm以下[95]，且土地瘠薄。農業生產的精華地在綠洲，農田灌溉用水占總用水量接近 70%，部分地區農業用水比例達到了90% 以上[96]。西北綠洲灌溉地區作物多在秋天收獲，冬天農田裸露時間長達7個月，大風加劇了表土的流失，到春季又可能使得表層積鹽加劇，秸稈覆蓋免耕可通過減少翻耕次數保護土壤結構，防治水土流失、土地沙化與土壤鹽漬化。針對西北綠洲農業發展主要挑戰，覆蓋作物的種植將有效緩解冬天表層土流失并加強土壤持水能力，但覆蓋作物的種植也要消耗珍貴的水資源，如何真正做到節水保水控鹽下綠洲土地的可持續利用，今后應加強在有限水資源的供給條件下，探索周年多年尺度下的綠洲再生農業模式。

3.4 長江中下游、華南和西南地區

我國南方地區水資源豐富。由于化肥、農藥等長期投入較高的原因我國南方土壤污染重于北方，其中長江中下游地區面臨嚴重水體面源污染，江河湖水體富營養化問題也引發擔憂[97-99]。而南方的紅壤地區更是水土流失和土壤酸化嚴重地區[86]。我國根據南方各地區的特殊情況發展了各具特色的可持續發展農業模式，如長江中下游的魚蝦—水稻田綜合種養模式，“豬—沼肥—作物—豬”的生態循環農業模式；華南區的蠶桑循環種養模式等[86]。鑒于南方的農戶耕地面積較小以及其自然生態環境情況，以上種養模式相比整體放牧更為適合當地農業。為有效解決水污染、水土流失和土壤酸化問題，可在現有綠肥種植的基礎上，考慮引入多種覆蓋作物，發展創新紅壤旱作農區的再生農業模式，以防治水土流失，提高與穩定土壤有機質的含量，減少化肥施用，從而真正防治此區內土壤退化，并使旱作紅壤的地力再生。由于覆蓋作物需要一定資金投入（主要是作物種子和除草劑），在南方高經濟價值的水果種植區（可接受額外資金投入）應用覆蓋作物將有可觀收益[100]。我國南方部分地區也引入了覆蓋作物這一農業實踐。如四川綿竹獼猴桃產業園區、河南丹江水庫櫻桃種植區、千島湖水源保護區坡地茶園等。還需要提到的是由于我國南方地區水熱條件豐富，通過覆蓋作物的推廣還將能大力發揮此區草牧業的發展優勢，能做到整體放牧模式廣泛實施。

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Regenerative Agriculture-Sustainable Agriculture Based on the Conservational Land Use

HAN MingHui1, LI BaoGuo2, ZHANG Dan1, LI Ying1

1The Nature Conservancy, Beijing 100600;2College of Land Science and Technology, China Agriculture University/Key Laboratory of Arable Land Conservation in North China, Ministry of Agriculture and Rural Affairs/Key Laboratory of Agricultural Land Quality, Ministry of Natural Resources, Beijing 100193

With the intensified global ecological crisis and the increasing demand for food and food safety, it has become a widespread concern of the whole world as to how to realize the sustainable development of agriculture. In this context, the regenerative agriculture was proposed and developed to cope with new challenges. This paper discussed the content, ecological and economic benefits of regenerative agriculture and analyzed the application scenarios in China, aiming to provide theoretical guidance for the introduction and development of this new agricultural model in China. To sum up, regenerative agriculture is a nature-based solution which has at its core the intention to improve the health of soil throughelevated soil organic content and nitrogen elements as well as reduced chemicals input and mechanical operations, so as to realize the sustainable development of agriculture, namely enhanced soil carbon sequestration, maximized biodiversity and improved quality of water, vegetation and land-productivity. Compared to several other agriculture models with respect to multiple dimensions, regenerative agriculture stands out by simultaneously achieving improvements in food security, soil health, ecological environment and economic benefits. The advantages of applying regenerative agriculture were further proved with specific cases. At last, suggestions on the development of regenerative agriculture in China were put forward.

regenerative agriculture; nature-based solution; carbon sequestration; soil health; conservational land use

10.3864/j.issn.0578-1752.2021.05.012

2020-06-24；

2020-12-14

國家自然科學基金項目（U1706211）、國家重點研發計劃項目（2016YFD0300801）、Craig & Susan McCaw Foundation（P120148）、大自然保護協會TNC-先正達“潤田項目”（P120473）

韓明會，E-mail：han_minghui@163.com。通信作者李保國，E-mail：libg@cau.edu.cn

（責任編輯 李云霞）