有机—常规农业中作物产量差距分析

托曼克·德·波帝，波特·里克，马丁·克·范·伊特松

(华捷尼根大学植物生产系统，荷兰华捷尼根 6700 AK)

1 前言

21世纪以来，世界许多地方的有机农业得到长足的发展。尽管有机农业在不断发展，同时相关研究、政策、媒体和社会关注度与日俱增，但是有机农业所占的农田总量比例仍然很小 (例如，2007年时欧盟仅占4%)。工业化国家中有机食品市场占有率低的可能原因有，从消费者的视角来看，是因为有机食品市场化产生价格溢价［26］;从生产者的视角来看，是因为有机产品产量高低容易变化、有机产品需求有限及有机产品的转化极具挑战性。有机农业的前途将会怎样，应该是怎样?有些人认为将会成为常规农业，有些人认为将会保持现状，并有一个大的变化余量。在决定有机农业未来作用与地位时，许多因素将列于下文，该研究不以其重要性排序，主要因素列举如下。

首先，有机农业的存在价值取决于其相对常规农业能否具有竞争力，而竞争力又取决于有机农业的生产力、社会对有机产品的需求度及产品市场销售价格，其中销售价格包含了生产为环境与健康付出代价的成本。因此，有机农业的发展首先具有很强的政策性;其次，其对土地的需求，对人类食物、动物饲料、生物能源、天然贮存条件等资源禀赋具有很强的依赖性;第三，因不同农业类型与生物多样性的缘故，有机农业供养世界则需要有比常规农业更多的土地，而目前自然与半自然生态系统的面积还是相当小的，而农田及其周边的生物多样性又相对较高;第四，因全球食品安全成为重要关注点［11］，有机农业生产力及其供养世界的能力则成为重要因素，同时其生产力也明显影响上述其它因素;最后，至关重要的因素是非有机生产要达到怎样水平才能等同有机生产给予社会的需求，例如是否能通过“生态化”的常规农业来实现，当然值得注意的是常规农业既损害环境，又受到天然资源不断缺损的限制。

有机农业的生产力及供养全球90亿人口的潜在能力，不仅是一个关键性问题，也是一个最富争议的问题［27］，有机农业供养全球可行性的观点经常直接或间接地以有机与常规产量的比较为突破口。Stanhill［31］应用1985年以来的资料，可能是第一次就有机—常规产量比较作出文献综述。Penning de Vries等人［28］应用作物生长模拟得出结论，假设以人类食品需求量适度且忽略动物蛋白质的需求量，有机农业不仅能满足全球90亿人口的食物需求，而且即使分散到每个地区均具备适度食品需求量的生产能力。Lotter［19］在有机与常规农业实际产量的比较与模拟基础上，认为如果减少肉的消费量，则大规模的常规农业可以转化为有机农业，不会引起食品短缺。Badgley等人［2］也在产量比较后认为有机生产能“足量”地供养现在与将来全球人口，甚至还可能减少农田的使用。有一个论点在Cassman［3］、Connor［5］及 Goulding等人［12］之间引起剧烈的争议，即Badgley等人［2］所用的产量资料与从有机系统所获取的营养 (尤其是氮)所得出的观点是否太乐观了。

考虑到有机农业生产力在有机农业前途争论中的重要作用及以往研究的评论，该文旨在就作物在田间小环境水平，对有机农业实施进行大数据分析，不直接涉及养殖业，但间接地通过饲料作物进行分析。该研究试图获得所有已发布的资料，防止不利或有利于有机农业的任何偏见。同时，在分析每篇资料前对其进行客观的评议。该研究在比较分析中提出一个说明性的观点，即常规农业越接近潜在产量或水分限制产量，有机系统与常规系统的产量差距就越大。因此，产量差距取决于地区与作物类型，即精细耕作与高产地区 (如西欧、北欧)、湿润热带气候地区，及对病虫害敏感的作物，都可能导致更大的有机产量差距。

这种观点的核心是作物的潜在产量或水分限制产量定义为在一定气候条件下某种耕作所获的最高产量，而不考虑水与营养物质影响以及病虫害所致的减产［18，36］。影响产量的因素，特别是营养物质与病虫害传播对有机农业起到很大的作用，在常规农业中这些因素控制得越好，有机农业与常规农业的产量差距就越大。该文以有机农业与常规农业作物相对产量，作出两者的比较分析，相对产量越小，有机农业的差距就越大。

2 有机对常规的相对产量

通过研究得出有机—常规平均相对产量 (80%)为其他作者经验数据的中间值。Stanhill［31］认为是91%，其多数数据来源于20世纪70年代，个别来源于20世纪30年代。Badgley等人［2］认为是130%，这个数值不准确，因许多数据取自于发展中国家。当常规产量远低于其最佳产量时，这些数据就不能代表有机与常规农业实际耕作水平，Goulding等人［12］在25个小麦数据基础上认为有机—常规平均相对产量为65%，而这些数据取自1985年前。

各作物与各地区的有机农业产量差距都不一样 (见表1与表2)，但对这种差距很难作出解释。例如，与较高病虫害、热带 (潮湿)地区比较，亚洲、发展中国家及炎热条件地区的产量差距反而比较小。大豆、“其它豆科作物”、苜蓿具有较小的有机产量差距，其部分原因是它们具有固氮能力。该研究的玉米数据多数取自于北美，那里的玉米与大豆是轮作的，这可部分地解释为玉米有较好的农业耕作条件。然而，对产量差距及其影响因素之间关系作出结论时必须谨慎，有时这些因素在数据中是模糊不清的，例如有些作物仅生长在某个地区，不可能解释哪些因素是有影响的。

该研究发现长期实验与短期实验平均相对产量几乎没什么差别，这一点与其他作者相一致，Gliessman 等人［10］、Neera 等人［24］、Mäder等人［20］认为有机产量随时间而增长;Petersen 等人［29］及 Tamaki等人 ［32］认为有机产量随时间而增长;Mäder等人［20］认为有时会降低;Petersen等人［29］认为在产量稳定前会降低。

表1 选定作物群体、作物的有机—常规相对产量的数据项数、平均值和范围

图1有机农业的相对产量是常规产量的函数，呈线性回归方程，图中标出相关系数平方值R2、概率数P与样本数n，(a)所有小麦数据，(b)试验小麦数据，(c)玉米，(d)大麦，(e)土豆，(f)大豆

表2 不同区域和类型的有机—常规作物的平均相对产量

图1 有机农业相对产量与常规农业的绝对产量的变化关系注:图1包括线性回归直线、R2值和P值。其中a、b、c、d、e、f图中数据分别来源于小麦所有数据、小麦实验数据、玉米数据、大麦数据、马铃薯数据、大豆数据。

表3

该文的结论认为当常规产量增加时，有机农业与常规农业的产量差距会在一定程度上随之增大。Stanhill［31］在长期裸地种植经历中发现了这个关系，但他没有形成观点。该研究统计的5种作物中有2种具有这种关系，并具统计学上显著性，即小麦 (所有数据)与大豆 (图1与表3)。荷兰与丹麦 (具有较高的常规产量)的有机产量差距平均比其它国家高出8%，这一点也可证明该文的观点。然而，与该文观点相反的是产量差距最大的作物并不总在易发生病虫害的作物中 (如大麦与亚麻籽)。有意思的是产量差距与常规产量之间关系最明显、统计学上显著性最强的作物是大豆，而它并不依赖于氮肥。随常规产量增加而增大产量差距，可能是由于病虫害与 (或)有机系统种植极限导致的较高产量损失。对于该文的观点尚需作进一步的研究，研究目标应是量化不同作物与地区的产量趋势，以便更全面论证观点。

3 提高有机生产的重要因素

该文对产量差距的分析是针对作物与裸地的，这种研究还不能将有机生产提高到更高的系统水平上。就作物的营养而言，有机农业依赖于土壤肥力、豆科作物、堆肥及其它农家肥。当豆科作物不作为食品或饲料作物，而作为绿肥作物种植，用以增加土壤系统的氮素时，则食品作物与饲料作物平均产量高出整个轮作作物产量的差值就会减小。在这种情况下，正如Korsaeth［16］与Taube等人［33］所述，整个种植系统的产量数据应作适当调整。然而，多数情况是豆科作物是作为食品作物或饲料作物，在这种情况下，固氮并未列入整个食品生产成本，土壤中所固的氮可用于轮作中的其它作物［37，38］。在这种情况下，农业系统仍需从其它来源中取得氮素 (或其它营养素)，供给轮作中的非豆科作物，使其获得较高产量。尽管在这个问题上该研究没有从数据中作深层次的分析，但是在轮作系统或一般农业系统中，该研究数据库的有些有机产量是非生产性的绿肥作物，而被去除。

有机农业中另一个重要营养源是农家肥，有些成功的有机生产系统取决于从系统外取得的较大量的农家肥［4，14］。若这种系统被广泛地用于一定地区，则农家肥会成为有限的肥源，从而降低整个有机食品作物的产量［14］。将农家肥用于食品作物上，而不用于饲料种植地的话，则土壤肥力下降使饲料产量降低。

常规系统依赖外界输入维持土壤肥力，有些外界来源是有限制的 (如磷与有些微量元素)，长期运行会不利于这种农业模式。进一步的能量缺损会迫使农民多花钱购买氮肥。磷的缺损会影响常规与有机农业，总之，应对有机与常规农业中作物轮作、农场模式及大区域模式的生产力作出全面分析，以确保作物的营养获取。由于维持土壤肥力，一般来说对有机系统是更大的挑战［25］，因此该研究认为在较高水平的系统中，有机农业的产量差距可以大于20%。

该文结论中另一个问题是数据库中发展中国家数据的代表性差，目前发展中国家的常规产量普遍低于其系统潜在产量或水分限制产量［18］，病虫害所致的产量降低在潮湿热带地区更为严重，并更难解决，因为那里营养素有限，例如非洲地区［9，34］。这仍需进行调查，说明它如何影响有机农业的整个产量差距。

4 改进:能增加有机与常规产量吗?

该文所参考的文献与其它出版物，比较了试验农场与商业农场的有机与常规产量。这些数据的关键依据，也是该文从中得出观点的重要证据。与常规农业比较，该研究认为有机农业的平均相对产量为80%，这是否过低或过高估计了有机农业的潜力。鉴于数据的质量要求，如果工业化国家的常规产量远低于地区平均产量，这些国家的数据就不被使用;如果发展中国家的常规产量远低于最佳农业管理产量，这些国家的数据也不被使用。然而，以上所述的地区平均产量与最佳农业管理产量经常低于当地的极限产量。从农业试验、作物类型及地区类型来看，只要优化管理，产量就会大幅度提高［18，28］。因此，该研究分析的常规产量，经常是过低的，有提高的余量。另外，有人会提出环境限制与法规 (如在欧盟)会减少外界物质输入，从而最终影响常规系统未来的产量。

同样，有机农业的产量提高也提上议事日程。在有机农业的优化工作中合适的农业系统设计是至关重要的。有机系统设计不是仅仅不用化学物品，某些有机操作还应充分考虑轮作、作物结构、牲畜的引入或禁入、牲畜品种及饲养条件，还有许多其它系统因素。Murphy等人［23］认为常规农业中所用的措施不一定是有机系统中最高产的措施，Wolfe等人［39］也有类似观点。系统设计中的主要因素是轮作中种植豆科作物，不减少种植作物的数量。苜蓿种植地进行轮作可作为一个实例，在欧洲可引入饲料豌豆。在以上情况下适当地从其它途径引入磷肥是最重要的。与常规作物相比，有机作物的营养供应更有赖于营养循环，近年提出的清洁型技术可将人粪尿中的营养素回到营养循环中［1，15］，或通过牲畜废料、生物气体生产的残留物实施营养素的再利用。当有机农场主找不到更多措施来管理有机系统时 (不使用矿物肥料、除草剂及杀虫剂)，就需要给他们提供更多的专业知识［4，22］、更多时间去优化农业管理［21］。与常规农业相比，有机农业也更有赖于多年形成的系统特性 (如病虫害与其天敌之间的平衡)。有人认为作为常规农业的一个分支［19］，有机农业与有机实践的深入研究将增加有机产量［17，20］及其可持续性。然而正如上文所述，这种研究应说明有机系统营养元素获取方面有其固有的局限性。

5 结论

该研究通过对有机与常规农业产量比较数据的研究与大量分析，得出目前作物品种的有机产量平均为常规产量的80%，362篇文献的数据分析也说明有机农业产量差距的多变性 (标准差为21%)，有些变量因素是系统固有的。作物之间的相对产量也不一样，例如大豆、其它豆科作物、稻米、玉米高于80%;小麦、大麦、土豆低于80%。大多数地区的相对产量接近总体平均值，但亚洲、中欧更高一点，北欧更低一点。丹麦、荷兰以及精细农业系统的国家具有更大的有机—常规产量差距。由于该研究分析中有时会存在不同的因素，以上结论可看作为实际情况的反映，而不是固定不变的。

该文的研究论证了以下观点，即当常规产量高时，有机—常规产量差距更高;但这种关系与由此支撑观点的证据并不是很充分的。这需要进一步研究，即在获取试验数据的地区量化常规农业的潜在产量或水分限制产量。这一点是用以判定观点的合理性，即常规产量高 (相对于潜在产量或水分限制产量)时，按照潜在产量或水分限制产量定义，其营养元素压力是低的。另外，病虫害能有效控制，是发展有机农业难易的先决条件。

就两种系统中所用数据是否对极限产量有代表性，80%是否在有机系统极限产量中过高或过低，该文已论述了一些因素。当将裸地与作物上的结论用于作物轮作、农场及大区域农业上时，一个重要的问题是营养素足够到什么程度供应有机系统，才能保持数据库中较高系统的作物产量水平。这一点尤其关系到轮作、一般农业系统中豆科作物的作用及农家肥 (有机肥)的获取。该研究认为在较高系统中有机农业的平均产量差距可以高于20%。以上问题以及发展中国家数据的欠代表性需要在较高系统中进行量化与试验性的研究。

为了对有机与常规农业的极限产量进行客观的比较，该文建议所用数据必须来源于全世界良好文件化的、成熟的及优化设计的农业系统，这需要考虑土壤肥力的保持、轮作中豆科作物的种植、系统中农家肥的获取，这也需要应用最新知识与技术来降低水、肥料、病虫害对有机与常规系统的影响。这些系统必须在轮作水平上具有可比性，即用一个单位 (如谷物等值)对具有不同作物组成的农业系统进行比较。

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