论文标题：Toward sustainable food systems: global initiatives and innovations

期刊：Frontiers of Agricultural Science & Engineering

作者：Xiangwen FAN, Xiaomeng ZHANG, Xiaofei WU, Wenqi MA, Zhaohai BAI, Lin MA

发表时间：15 Mar 2024

DOI：10.15302/J-FASE-2024544

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中国农业绿色发展：洞察与进展

Agriculture Green Development in China: Insights and Advances

专 辑 文 章 介 绍

· 第十五篇 ·

▎论文ID

Toward sustainable food systems: global initiatives and innovations

面向可持续食物系统转型：全球倡议与创新

发表年份：2024年

第一作者：樊相文

通讯作者：柏兆海，马林

邮箱：[email protected], [email protected]

作者单位：南京大学环境学院

Cite this article :

Xiangwen FAN, Xiaomeng ZHANG, Xiaofei WU, Wenqi MA, Zhaohai BAI, Lin MA. Toward sustainable food systems: global initiatives and innovations. Front. Agr. Sci. Eng., 2024, 11(1): 197–209 https://doi.org/10.15302/J-FASE-2024544

· 文 章 摘 要 ·

现阶段，虽然全球食物系统取得了显著的进步，但仍有大量人口面临饥饿问题，且过度集约化生产带来了严重的环境问题。为实现农业绿色发展，本研究提出了“三步走”策略，旨在逐步推动食物系统的转型。第一步，通过创新的高产高效农业技术提升农牧业生产效率，以满足人们对能量的基本需求。在这一阶段，将采用农牧耦合模式，利用较少的自然资源投入生产食物，从而减少原有食物系统对环境造成的污染。第二步，利用新型蛋白替代农牧业食物，以满足人们对高品质蛋白的需求。尽管此阶段食物生产效率显著提高，但新型蛋白生产过程中自然资源的投入可能会对环境造成潜在影响。因此，在这一阶段将在作物和畜牧系统中应用优化技术，以减轻环境压力。然而，这些优化技术虽然减少了第二步中的环境问题，但可能仍不足以将环境影响控制在星球边界之内。第三步，需要通过优化全球贸易和在环境问题热点区域进行空间规划，进一步提升食物生产效率，并减少环境负担。这一阶段的优化将有助于确保环境排放保持在星球边界内。与以往单一目标的食物系统优化措施相比，“三步走”策略将消除饥饿的最终目标分解为分阶段的具体目标。每个阶段都引入相应的技术，旨在最大化食物生产的同时，满足环境阈值。完成转型后的食物系统将同时解决多个目标，包括提升粮食产量、优化粮食质量以及维持环境阈值，从而确保实现全球可持续发展目标及农业绿色发展的长远愿景。

· 文 章 亮 点 ·

1. 深入解析了未来食物系统转型各个阶段所面临的挑战和设定的发展目标。

2. 提出了食物系统转型的“三步走”策略，旨在转型后实现在星球边界内生产满足人们对高质量食物的需求。

3. 通过文献分析，证明了利用高新技术完成各阶段食物系统转型的可行性。

· Graphical abstract ·

· 研 究 内 容 ·

▎引言

当代食物系统最初是为了应对20世纪中叶的挑战而构建的，其目的在于为不断增长的全球人口提供丰富且高效的食物，以满足其需求。尽管在过去的几十年里，食物系统取得了显著的进步，但仍有大量人口面临着饥饿问题。然而，当前过度集约化的生产方式导致了高昂的环境成本，食物系统在生产过程中产生的温室气体排放和氮损失已经远远超出了星球的承受边界。因此，为了实现农业的绿色发展，本研究提出了“三步走”策略来对当前的食品系统进行转型。转型后的食品系统将能够同时满足粮食产量、粮食质量和环境阈值的要求，从而确保实现全球可持续发展目标以及农业绿色发展的长远目标。

▎食物系统转型建议

在第一步中，本文通过技术优化改进作物系统和畜牧系统的生产。对于作物系统，本研究基于各国土壤肥力、耕地面积和灌溉能力等限制因素进行定量分析，以确定各国作物的最大产量潜力和效率潜力。随后，结合各国与粮食生产相关的政策指导方针，推荐相应的高产高效技术以增加作物产量。对于畜牧系统，各国应通过优化饲料结构和选择高产性能的畜牧品种来提高饲料转化率，从而增加畜禽食物生产。在环境方面，通过农牧耦合减少环境污染并推动农业绿色发展。在第一步中食物系统可以通过推荐的优化技术和模式实现该阶段的目标即满足人们对能量的需求 (满足人均每日摄入1800 kcal) 并减少对环境的影响。

在第二步中，利用新型食物代替农牧食物被认为是解决隐性饥饿和减少环境影响的有效策略。新型食物包括一系列创新产品，如昆虫蛋白、藻类、水产品和人造肉。采用新型食物可以满足人们对高蛋白食物的需求，并减轻对自然生态系统的压力。例如，昆虫蛋白和人造肉是资源效率更高的替代品，可以减少对传统畜牧业的需求，从而降低温室气体排放和土地、水资源的消耗。此外，藻类和水产品作为海洋资源，具有巨大的潜力来补充陆地食物生产。然而，推广新型食物也面临一些挑战，如消费者接受度、生产成本、监管政策等。因此，需要在全球范围内加强宣传和教育，提高公众对新型食物的认识和接受度。总之，通过采用新型食物作为替代品，可以实现食物系统转型过程中第二阶段的目标即满足人们对高品质蛋白的需求同时减少对环境的影响。

在第三步中，通过优化农牧业空间布局和贸易结构，进一步提升食物生产和环境效率，确保实现全球可持续发展目标和农业绿色发展目标的双重成就。首先，基于食物生产效率、环境阈值和自然资源约束力构建各国分类标准。然后，根据这些分类标准，将全球各国划分为高食物生产效率国家和低食物生产效率国家。同时，还需要根据环境影响将各国分为高污染国家和低污染国家。其次，通过农牧业空间优化技术使各国家在环境和自然资源阈值的限制内最大化生产食物，同时鼓励高食物生产效率国家向低食物生产效率的国家出口，从而提高全球资源效率。通过鼓励高效生产国家向低效生产国家出口食物，可以实现资源的优化配置和高效利用，减少浪费和过度开发。

· 结 论 ·

本文提出了全球食物系统转型的“三步走”战略，回顾了食物系统在不同发展阶段的挑战和目标，并通过系统方法展现食物系统转型的可行性。食物系统是农业绿色发展目标实现的基础。随着新发展阶段的到来，全球对食物系统提出了更高要求和期望。本研究基于农业绿色发展理论，提出了“三步走”策略，主要目标为确保食物的数量、质量及环境优化。根据“三步走”策略，各国需要制定相应政策，积极推动食物系统转型，以实现农业的绿色和可持续发展。为了更好地推动这一转型，本文向相关利益攸关方提出以下三项关键建议：(1) 合理分配资源，积极探索创新技术和农业实践，以提高生产效率，减少浪费，并改善整体可持续性。(2) 促进各利益攸关方 (包括农民、政策制定者、行业代表和消费者) 之间的紧密合作，实施标准化的方法和策略，共同推动食物系统的有效转型。(3) 积极倡导并参与制定支持可持续食物系统的政策，同时协调国家和地区政策，确保食物的公平分配和可持续供应。

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