科學家們近日繪製了一張地圖，顯示了世界上主要糧食作物的種植地點，以實現產量最大化和環境影響最小化。這將捕獲大量的碳，增加生物多樣性，並將農業對淡水的使用減少到零。

重新設想的世界農業地圖包括美國中西部玉米帶周圍和撒哈拉沙漠下面的許多主要農作物的大片新耕地。歐洲和印度的大片農田將被恢復為自然棲息地。

重新設計–假設是高投入的機械化耕作–將使全球農田的碳影響減少71%，允許土地恢復到其自然的森林狀態。這相當於捕獲了我們目前20年的二氧化碳淨排放量。樹木在生長過程中捕獲碳，也能使土壤比種植作物時捕獲更多的碳。

在這種優化的情況下，作物生產對世界生物多樣性的影響將減少87%。這將極大地減少許多物種的滅絕風險，而農業對這些物種是一個主要的威脅。研究人員說，農田將迅速恢復到其自然狀態，通常在幾十年內恢復其原始碳儲量和生物多樣性。

重新設計將完全消除對灌溉的需求，通過在降雨提供它們生長所需的所有水的地方種植農作物。目前，農業約佔全球淡水使用量的70%，這導致了世界上許多乾旱地區的飲用水短缺。

研究人員使用了25種主要作物的當前種植區的全球地圖，包括小麥、大麥和大豆，這些作物共佔全球耕地的四分之三以上。他們開發了一個數學模型，研究在全球範圍內分配這些耕地的所有可能方式，同時保持每種作物的總體生產水平。這使他們能夠確定對環境影響最小的方案。

該研究報告於2022年3月10日發表在《自然通訊：地球與環境》雜誌上。

“在許多地方，耕地已經取代了含有大量碳和生物多樣性的自然棲息地–而且作物在那裡甚至生長得併不理想。如果我們讓這些地方再生，並將生產轉移到更適合的地區，我們將很快看到環境效益，”Robert Beyer博士說，他曾是劍橋大學動物學系的研究員，是這項研究的第一作者。Beyer現在在德國的波茨坦氣候影響研究所（PIK）工作。

以前的研究已經確定了生態恢復的優先區域，但這是第一次繪製農業用地搬遷圖，以便在不影響糧食安全的情況下實現長期環境效益最大化。

雖然在全球範圍內完全遷移耕地顯然不是一個目前可以付諸實施的方案，但科學家們說，他們的模型強調了目前耕地非常不俱生產力的地方，但有可能成為生物多樣性和碳儲存的熱點。

採取簡化的方法，只在國家邊界內而不是在全球範圍內重新分配耕地，仍將帶來巨大的好處：全球碳影響將減少59%，生物多樣性影響將比目前低77%。

第三種更現實的選擇是只在全國范圍內遷移最糟糕的25%的耕地，這將導致所有耕地的最佳遷移效益的一半。

“目前，實施這整個重新設計是不現實的。但是，即使我們只遷移世界上一小部分耕地，把重點放在種植作物效率最低的地方，環境效益也是巨大的，”Beyer說。

該研究發現，無論氣候以何種具體方式變化，在本世紀末之前，耕地的最佳分佈將變化不大。

“最佳的耕地位置不是移動的目標。”論文的資深作者、劍橋大學動物學系的Andrea Manica教授說：“在目前的氣候條件下，環境足跡低、作物產量高的地區在未來仍將是最佳的。”

研究人員承認，重新安置耕地的方式必須在經濟上和社會上為受影響的人所接受。他們列舉了預留計劃的例子，該計劃給予農民經濟激勵，使他們為了環境利益而退掉部分土地。經濟激勵也可以鼓勵人們在更適合的地方耕種。

該模型根據土地的耕作方式生成了備選的全球分佈圖–從先進的、具有高產作物品種和最佳肥料和農藥應用的完全機械化生產，到傳統的以生存為基礎的有機耕作。即使是將不太密集的耕作方式重新分配到最佳地點，也會大大減少其碳和生物多樣性的影響。

雖然其他研究表明，如果我們轉向更多的植物性飲食，我們可以大大減少農業對環境的影響，但研究人員說，在現實中，飲食並沒有迅速改變。他們的模型假設飲食不會改變，並專注於生產與今天相同的食物，但以一種最佳方式。

世界上的許多農田都位於對環境有巨大影響的地區，它們取代了碳含量豐富和生物多樣性豐富的生態系統，並對當地的水資源造成了巨大的消耗。這些地點的選擇是有歷史原因的，比如它們靠近人類居住區，但研究人員說，現在是以更理想的方式種植糧食的時候了。