過去30年中國農作物產量大幅度增加，但水肥投入、農業溫室氣體排放和灌溉用水量持續增加引發一系列生態環境問題。如何達到高產高效，兼顧生產、節水固碳減排和經濟等多目標，成為迫切需要解決的重大需求和科學前沿問題。  

　　 陶福祿研究組收集多源數據，綜合應用統計模型與過程模型估算了中國地級市尺度上2014-2018年17個農業種植系統的凈溫室氣體排放，發展了中國農業種植結構多目標優化框架，分別在地級市水平和省級尺度上開展了種植結構多目標優化（圖1）。提出了兼顧生產、減排、節水和經濟收入的中國農業種植結構優化方案。表明通過種植結構優化能夠降低中國種植系統凈溫室氣體排放7%-16%，在局部地區效果更加顯著。其他生產、環境和經濟效益也可同時得到不同程度的改善，包括區域的灌溉耗水量會有一定程度的下降，農民經濟收入、作物生產和植物蛋白將得到一定程度的提升。該成果在One Earth發表。研究組博士生尹禮唱（目前為博士后）為該論文的第一作者。  

　　上述研究是在前期面向節水的中國植結構優化研究的基礎上完成的。前期研究系統估算了中國地級市尺度上2014-2018年17個農業種植系統的灌溉耗水量，并在地級市尺度上開展了面向節水的中國農業種植結構優化（圖2）。表明通過種植結構優化能夠降低中國灌溉耗水量的5.3% ±1.6%，在華北平原可取得更大的節水成效，同時兼顧生產、環境和經濟效益等。相關成果于2022年1月發表在Agricultural and Forest Meteorology。 

　　相關論文：  

　　Lichang Yi, Fulu Tao^*, Yi Chen, Yicheng Wang, Philippe Ciais, Pete Smith. Novel cropping-system strategies in China can increase plant protein with higher economic value but lower greenhouse gas emissions and water use. One Earth (2023), https://doi.org/10.1016/j.oneear.2023.04.010. 

　　Lichang Yi, Fulu Tao^*, Yi Chen, Yicheng Wang, Reducing agriculture irrigation water consumption through reshaping cropping systems across China. Agricultural and Forest Meteorology (2022), https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2021.108707. 

　　Yicheng Wang, Fulu Tao*, Yi Chen, Lichang Yin. Interactive impacts of climate change and agricultural management on soil organic carbon sequestration potential of cropland in China over the coming decades, Science of The Total Environment, 817, 2022, 153018. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.153018 

　 Yicheng Wang, Fulu Tao*, Lichang Yin, Yi Chen, Spatiotemporal changes in greenhouse gas emissions and soil organic carbon sequestration for major cropping systems across China and their drivers over the past two decades, Science of The Total Environment, 833, 2022, 155087. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.155087 

圖1.減排框架

圖2.節水成效