種植與養(yǎng)殖是農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的重要組成部分，不合理的種養(yǎng)結(jié)構(gòu)給區(qū)域糧食安全、生態(tài)環(huán)境帶來嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。聚焦我國區(qū)域尺度農(nóng)業(yè)種養(yǎng)結(jié)構(gòu)，孫志剛研究團(tuán)隊構(gòu)建了我國地市級農(nóng)業(yè)種養(yǎng)結(jié)構(gòu)專題數(shù)據(jù)集，發(fā)展了比較優(yōu)勢理論，提出了區(qū)域糧食自給指數(shù)、區(qū)域糞便養(yǎng)分平衡指數(shù)，診斷分析了我國區(qū)域種養(yǎng)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)、農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)需結(jié)構(gòu)、畜禽糞便產(chǎn)需平衡的時空格局及潛在問題，建立了考慮區(qū)域間的種養(yǎng)協(xié)調(diào)、資源互補、運輸路徑與成本的種養(yǎng)結(jié)構(gòu)空間優(yōu)化模型，利用模型對我國東部區(qū)域種養(yǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化分析，同時也開展了種養(yǎng)結(jié)合實體農(nóng)場的實證研究。以上工作發(fā)展了區(qū)域農(nóng)業(yè)布局研究理論、方法，為區(qū)域農(nóng)業(yè)布局診斷分析與優(yōu)化提供了科學(xué)支撐。

主要成果簡介如下：

1、探明了我國區(qū)域種養(yǎng)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)時空格局與問題

基于地理學(xué)的理論和方法，構(gòu)建了農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)比較優(yōu)勢指數(shù)，量化了我國市域尺度種養(yǎng)結(jié)構(gòu)時空格局。在糧食安全方面，飼料糧（玉米和大豆）種植優(yōu)勢區(qū)域與精飼料消耗為主的單胃牲畜（豬、禽類）養(yǎng)殖優(yōu)勢區(qū)域空間錯位顯著；在環(huán)境安全方面：集約化的單胃類畜禽（豬、禽類）養(yǎng)殖主要分布在我國東部農(nóng)區(qū)，糞便污染風(fēng)險較大。據(jù)此，提出了種養(yǎng)結(jié)構(gòu)調(diào)整、畜禽糞便資源化利用與管理等針對性建議。

2、摸清了我國主要農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)需結(jié)構(gòu)空間格局及其影響因素

構(gòu)建了農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)需平衡指數(shù)，量化了我國東部市域尺度主要農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)需平衡空間格局及其影響因素?；谛聲r期健康膳食推薦值，我國東部大多數(shù)區(qū)域的谷物、蔬菜和肉類生產(chǎn)量高于需求量。蛋類北方大部分區(qū)域生產(chǎn)高于需求量，南方大部分區(qū)域生產(chǎn)不足。奶類生產(chǎn)嚴(yán)重不足。玉米、大豆全部作為飼料情景下，玉米總體不足，大豆嚴(yán)重不足。谷物、蔬菜和玉米的產(chǎn)需平衡指數(shù)與產(chǎn)量及人均耕地面積呈顯著正相關(guān)關(guān)系，而谷物、肉類和玉米的產(chǎn)需平衡指數(shù)與人均GDP呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。人口密度大的區(qū)域，短期來看，保護(hù)耕地、優(yōu)化種養(yǎng)結(jié)構(gòu)、提高自給水平是改善農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)需平衡的主要路徑。

3、明晰了我國區(qū)域畜禽產(chǎn)需平衡與畜禽糞便N平衡的權(quán)衡關(guān)系與調(diào)控路徑

構(gòu)建了區(qū)域畜禽數(shù)量及肉類產(chǎn)需平衡與糞便N平衡的量化模型，分析了區(qū)域肉類產(chǎn)需平衡與糞便N平衡的權(quán)衡關(guān)系，指出了在有機(jī)農(nóng)業(yè)情景下我國東部仍有部分區(qū)域無法消納當(dāng)前畜禽數(shù)量的糞便N。該些區(qū)域的畜禽糞便N平衡僅能通過減少畜禽養(yǎng)殖或畜禽糞便有機(jī)化后轉(zhuǎn)移到無糞便盈余的區(qū)域來實現(xiàn)。通過模型改進(jìn)與情景分析，發(fā)現(xiàn)“減少畜禽數(shù)量”情景下整個東部區(qū)域夠?qū)崿F(xiàn)肉類自給，且實現(xiàn)肉類自給的區(qū)域超過70%，全部區(qū)域均能夠避免糞便N盈余；西南地區(qū)需采取增施糞便有機(jī)肥、相鄰區(qū)域糞便有機(jī)肥交易等措施減緩肉類自給與糞便N盈余的矛盾。

4、構(gòu)建了區(qū)域種養(yǎng)結(jié)構(gòu)空間優(yōu)化模型與優(yōu)化情景

量化了作物生產(chǎn)-畜禽生產(chǎn)（肉蛋奶+有機(jī)肥）-人的膳食需求的互饋關(guān)系，構(gòu)建了考慮區(qū)域間的種養(yǎng)協(xié)調(diào)、資源互補、運輸路徑與成本的種養(yǎng)結(jié)構(gòu)空間布局優(yōu)化模型。該模型用于我國東部地區(qū)優(yōu)化情景分析，結(jié)果顯示，通過空間布局優(yōu)化，我國東部地區(qū)增強了食物、飼料的自給，同時避免了糞肥N盈余。在模型模擬與情景分析基礎(chǔ)上，提出了三條優(yōu)化路徑：第一，減少畜禽數(shù)量以增強飼料糧自給并避免糞便N盈余；第二，通過提高大豆補貼增加大豆產(chǎn)量；第三，降低肉類和蛋類在區(qū)域尺度自給水平，通過運輸?shù)姆绞綕M足各區(qū)域需求，可避免人口稠密區(qū)糞便N盈余且減少玉米的運輸。

5、開展了典型實體種養(yǎng)結(jié)合農(nóng)場的實證研究

基于能值理論方法，以中國科學(xué)院禹城綜合試驗站生態(tài)試驗農(nóng)場為案例，構(gòu)建了典型種養(yǎng)結(jié)合農(nóng)業(yè)系統(tǒng)定量評估模型，實踐證明了種養(yǎng)結(jié)合型農(nóng)場具有較高的經(jīng)濟(jì)效益、較低的環(huán)境負(fù)載，有利于增強糧食生產(chǎn)體系的韌性及可持續(xù)性。研究成果以案例形式寫入《地球大數(shù)據(jù)支撐可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)報告（2021）》，該報告作為我國政府的正式文件被提交到聯(lián)合國。

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上述研究獲得了中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項（A類）、國家自然科學(xué)基金創(chuàng)新研究群體項目、山東省自然科學(xué)基金青年項目等項目資助，發(fā)表的系列論文7篇及研究報告1篇。

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Li,Y.,Shi,Y.,Deng,X.,Sun,Z.,Accatino,F. (2024). Increasing food and feed self-sufficiency and avoiding manure N surplus in eastern regions of China through a spatial crop-livestock optimisation model. Agricultural Systems,217,103911. https://doi.org/10.1016/j.agsy.2024.103911

Li,Y.,Sun,Z.,Deng,X.,Accatino,F. (2024). Reducing livestock quantities to avoid manure nitrogen surplus: Would meat self-sufficiency be met in eastern regions of China?. Resources,Environment and Sustainability,100156. https://doi.org/10.1016/j.resenv.2024.100156

Li,Y.,Sun,Z.,Accatino,F. (2022). Satisfying meat demand while avoiding excess manure: Studying the trade-off in eastern regions of China with a nitrogen approach. Science of The Total Environment,816,151568. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.151568

Li,Y.,Sun,Z.,Accatino,F. (2021). Spatial distribution and driving factors determining local food and feed self‐sufficiency in the eastern regions of China. Food and Energy Security,10(3),e296. https://doi.org/10.1002/fes3.296

Li,Y.,Sun,Z.,Accatino,F.,Hang,S.,Lv,Y.,Ouyang,Z. (2021). Comparing specialised crop and integrated crop-livestock systems in China with a multi-criteria approach using the emergy method. Journal of Cleaner Production,314,127974. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.127974

李洋,孫志剛,劉恩媛,邵長秀. (2021). 基于比較優(yōu)勢理論的中國區(qū)域種養(yǎng)結(jié)構(gòu)時空格局演變分析. 自然資源學(xué)報,36(5),1149-1162. https://doi.org/10.31497/zrzyxb.20210505

李洋,孫志剛,張旭博,楊景晁,杭勝,李仕冀,朱婉雪,呂云,?歐陽竹. (2019). 種養(yǎng)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展指數(shù)的空間格局及其演變趨勢——以山東省為例. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,30(7),2371.?https://doi.org/10.13287/j.1001-9332.201907.020

李洋,孫志剛. 黃河下游中低產(chǎn)田高效生態(tài)農(nóng)業(yè)模式實踐,地球大數(shù)據(jù)支撐可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)報告（2021）（中英文）. 中國科學(xué)院,2021年9月,北京

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