《npj Sustainable Agriculture》：Unlocking solutions to China’s soybean crisis: optimizing cropping systems and dietary structures
编辑推荐：
饲料粮安全是中国粮食安全的基石。然而，中国对大豆进口的严重依赖及其相关的外部环境影响长期以来引发了重大关切。本研究从生产和消费双重视角，通过对170万个网格的种植制度优化及膳食结构调整，探讨了中国实现大豆自给的潜力。通过开发种植制度优化模型，研究揭示即使充分利
饲料粮安全是中国粮食安全的基石。然而，中国对大豆进口的严重依赖及其相关的外部环境影响长期以来引发了重大关切。本研究从生产和消费双重视角，通过对170万个网格的种植制度优化及膳食结构调整，探讨了中国实现大豆自给的潜力。通过开发种植制度优化模型，研究揭示即使充分利用现有耕地，大豆自给率也仅能从14.2%提升至77.4%。若要实现完全自给，则需要向更多植物基饮食的重大转变。国内大豆增产将环境足迹从中国大豆出口国转移至中国境内，导致全球部分环境足迹净增加，尽管增幅有限。本研究强调了中国实现大豆自给的潜力，但要实现这一极具挑战性的目标，必须在调整作物生产模式和膳食结构方面付出巨大努力。
该研究发表于《npj Sustainable Agriculture》。当前中国在粮食安全领域面临的核心矛盾在于饲料粮供应，特别是大豆对外依存度极高，2021年自给率仅为14.2%，且高度依赖美国与巴西等特定国家，这不仅加剧了供应链脆弱性，还将环境压力转移到了海外大豆主产区，导致亚马逊雨林等地的森林砍伐与温室气体排放。为了探索在不开垦新地的前提下突破这一困局的理论极限，研究人员构建了种植制度优化模型（CSOM）与膳食-种植制度耦合模型（DCSOM），结合全球贸易分析项目（GTAP）与多区域投入产出（MRIO）模型，量化分析了生产端集约用地与消费端膳食转型对中国大豆自给率及全球环境足迹的综合影响。
在关键技术方法上，研究人员首先基于各省份作物的播收时间与土地灌溉属性，计算出全国170万个1公里耕地网格内的潜在种植制度组合。随后，利用混合整数规划（MIP）确立目标函数，即在满足其他10种作物国内需求的前提下最大化大豆产量（CSO情景）；同时，引入考虑营养目标、可接受性与可负担性的线性规划模型优化居民膳食结构，进而推导出调整后的作物需求并重新计算自给率（DCSO情景）。最后，借助GTAP模型模拟中国大豆产能变化对全球贸易流的冲击，并利用EXIOBASE数据库的生命周期评价法核算土地利用、水资源消耗、温室气体排放、氮磷施用等五项环境指标的变化量。
在研究结果部分，研究首先证实了种植制度优化（CSO）能大幅提升中国大豆产量。通过集约化利用废弃耕地、单改双及冬闲田，大豆最大生产潜力可达89.39百万吨，自给率提升至77.4%。种植面积由2021年的8.42百万公顷激增至52.93百万公顷，种植格局也从单一的东北平原主导向涵盖黄淮海平原、四川盆地及周边地区的多区域协同生产转变。其次，耦合种植制度与膳食优化（DCSO）可实现完全自给。膳食优化促使居民饮食向植物基转型，大豆需求减少了25.4%（29.33百万吨），使得中国大豆自给率达到101.50%。虽然其他作物组需求的增加略微挤占了耕地，导致大豆最大产能微降至87.40百万吨，但供需缺口已被消除。此外，中国大豆供给模式的改变显著冲击了国际贸易流向。在CSO和DCSO情景下，中国大豆增产分别导致巴西产量减少40.17百万吨和46.89百万吨，美国产量减少1.31百万吨和3.87百万吨。最后，关于环境可持续性，将大豆生产转移至中国增加了全球用水量、土地利用面积和氮用量，增幅分别为36.8%、43.0%和72.5%，但全球温室气体排放和磷用量分别降低了13.0%和24.2%。虽然单看大豆生产的环境足迹增加，但在纳入所有11种作物组后，全球各项环境指标的变动幅度均控制在5%以内，未造成剧烈负面环境影响。
在讨论与结论部分，研究人员指出，该项研究从理论上证明了中国具备通过跨部门协同实现大豆自给的潜力，打破了以往认为受制于耕地资源难以自足的固有认知。在生产端，通过替代粗放式经营释放了巨大的产能空间；在消费端，合理的膳食结构调整有效平抑了饲料需求。然而，研究人员也客观指出了现实落地的挑战：这一理想方案受限于农户收入波动、土地退化风险以及公众饮食习惯改变的难度。同时，大豆回流国内生产虽然在当地指标上增加了环境足迹，但这部分增量被其他作物组生产回流带来的环境效益所抵消，且有助于降低全球温室气体排放。总体而言，这种集种植制度与膳食结构于一体的协同解决方案，为中国应对极端国际贸易中断等饲料粮危机提供了重要的战略路径参考。
