

农业与农业环境构成了全球人类生存和经济发展的根本基础。然而,地域差异、降水分布不均以及技术发展水平参差不齐,导致不同地区农业发展轨迹呈现显著差异。由此,全球农业被划分为10个不同区域,各区域以主导作物体系、饮食模式及创新采用率的差异为特征。这些亚区共同面临日益加剧的环境压力——尤其是气候变化引发的极端天气事件、大范围土壤退化、生物多样性减少,以及因集约化生产(如化肥过量使用导致温室气体排放)加剧的污染所引发的关键资源枯竭。这些交织的危机正威胁着全球粮食安全与生态稳定,将农业系统推向环境临界点。本综述分析了全球十大农业区各自独特的发展模式及其面临的严峻环境挑战,并归纳了推动农业环境恶化的深层全球性压力。为应对这些威胁,必须采取综合解决方案:包括采用缓释肥料等可持续技术以减少污染并改善土壤健康,运用精准农业优化资源配置,以及转向具有气候韧性的农艺实践以缓冲极端天气波动。未来粮食安全需通过扶持性政策、技术创新和全球合作,将可持续性嵌入农业发展战略。


全球农业环境发展面临重大挑战。
根据当前农业发展状况,将全球农业划分为10个区域。
分析10个区域的农业状况及突出的环境问题。
提出科学解决方案以促进农业环境可持续发展。

全球农业正面临气候、资源、技术与治理的多重压力。气候变暖直接威胁粮食安全,预计全球气温每升高1 °C,小麦产量将下降4%-6%。资源循环存在效率瓶颈,节水技术推高了能耗,而畜牧废物转化率仍然很低。技术推广遭遇现实壁垒,尽管精准农业市场快速增长,但基因编辑作物在众多国家面临监管限制。此外,地缘政治冲突和“粮食民族主义”扰乱了全球化肥与谷物贸易。深层挑战在于治理体系失衡:巨额农业补贴加剧资源错配,数字技术在小农中普及不足,各国在粮食安全、生态保护与气候行动等多重目标间难以协同。
应对之道在于构建集成化、智能化与生态化的农业系统。核心路径包括:第一,大力发展精准与智慧农业,利用无人机、机器人等技术实现水肥药精准管理,在增产的同时减少环境足迹。第二,依托生态农业与系统生物学,通过改善土壤健康和构建共生系统来提升作物抗逆性与生物多样性。第三,推动前沿技术落地,如利用基因编辑培育抗逆品种,发展碳智慧农业和垂直农场以提升资源效率。第四,创新制度与全球治理,通过生态系统服务付费、跨境水权交易等机制促进资源公平利用,并优化膳食结构与供应链。最后,建立科学的监测管理体系至关重要,包括开发农业环境核算系统、建立全球种质资源库以及利用数字产品护照追踪资源消耗,从而在保障粮食安全的同时实现生态平衡。


通讯作者:
周启星教授,博士,二级教授,博导,南开大学校学术委员会委员,碳中和交叉科学中心主任,环境科学与工程学院学术委员会主任。1998年入选中国科学院百人计划,2002年获国家杰出青年科学基金,2004年受聘教育部长江学者特聘教授。系国务院学科评议组成员(先后为环境科学与工程,生态学),教育部科技委学部委员(先后为地学与资源环境学部,环境学部)。曾先后任中国科学院陆地生态过程重点实验室主任,环境污染过程与基准教育部重点实验室主任(创建)。兼任中国环境科学学会、中国矿物岩石地球化学学会常务理事,国际水、空气和土壤保护协会学术总监(International Water,Air & Soil Conservation Society,Director Academic);曾任中国农业生态环境保护协会副理事长,中国生态学学会、中国自然资源学会常务理事。分别担任Remediation Ecology、Geology,Ecology & Landscapes(Taylor & Francis)主编,《生态毒理学报》《农业环境科学学报》《环境工程技术学报》和Agricultural Environment and Sustainability副主编,Journal of Hazardous Materials、Land Degradation & Development和Journal of Soils and Sediments等国际SCI期刊编委。主要从事污染土水生态修复、资源循环利用以及地学交叉前沿学科-生态地质学研究等等方面的科研与教学工作。在国内外重要学术期刊发表论文700余篇,其中第一/通讯作者SCI收录350余篇,主编/共同主编著作或教材10余部。连续11年入选爱思唯尔高被引学者。以第1完成人获天津市自然科学特等奖、教育部自然科学一等奖和辽宁省自然科学一等奖以及中国青年科技奖和钱学森金奖等奖项20余项。

团队介绍:
自周启星依托南开大学入选教育部长江学者特聘教授并作为学术带头人组建团队以来,先后获批教育部污染生态地球化学创新团队(2014)、天津市级教学团队(2016)、科技部创新团队(2018)和天津市十大示范劳模和工匠人才创新工作室(2019)等。本团队现有固定核心成员13人,其中国家杰青、长江学者4人,国家优青、青年长江2人,教授8人。在站博士后2名,在读研究生50余名。在环境科学与工程、生态地学以及资源循环科学与工程等方面取得一系列重要进展,相继研发了石油污染土壤新型高效修复技术、水处理生态组合工艺与绿色深度治理技术和污染河道与场地修复关键技术等,研制了相应的装备,并得到成功推广和应用,特别是近年来开展了碳中和生物的系统筛选和生态碳汇机制及强化技术的研究。相关成果发表在PNAS、Sci. Adv.、Nature子刊(Nat. Catal.、Nat. Clim. Change、Nat. Water和Nat. Commun.等)、ES&T、Water Res.等学术期刊,先后获中国青年科技奖、教育部自然科学一等奖、钱学森金奖、天津市自然科学特等奖和Kingenta农业科学奖等国际国内奖项30余项。

来源:农业环境科学。投稿、合作、转载、进群,请添加小编微信Environmentor2020!环境人Environmentor是环境领域最大的学术公号,拥有25W+活跃读者。由于微信修改了推送规则,请大家将环境人Environmentor加为星标,或每次看完后点击页面下端的“在看”,这样可以第一时间收到我们每日的推文!环境人Environmentor现有综合群、期刊投稿群、基金申请群、留学申请群、各研究领域群等共20余个,欢迎大家加小编微信Environmentor2020,我们会尽快拉您进入对应的群。

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