我们来看一下全球的挑战，尤其是未来与农业相关的全球性挑战。第一点是世界人口的进一步增加。到2050年，全球人口将会达到100亿，联合国粮农组织预测，我们粮食需求将会增长56%。中国人口在不断地增长，从60年代至今，每日胆固醇的摄入量以及高质量蛋白的摄入也在不断上升。人口的上升也就意味大家对于高质量食品的需求也在不断地上升。

    第二点是化学品对于环境的影响。农药的影响众所周知，这里我想强调一下化肥带来的环境影响。从60年代开始，各地区尤其亚洲地区的化肥使用量显著增加。化肥的大量使用，不仅对当地环境造成污染，而且通过地表径流或洋流也会对其他地区的环境产生影响。农业生产中因大量使用化肥农药引起的面源污染具有广泛性、滞后性、潜伏性等特点，加大了对应的研究、治理和管理政策制定的难度。

    第三点是土地使用方面的挑战。我们来看这个柱状图，农业用地面积占地表陆地面积的32%。我们希望在未来能够依靠这已有的农业用地来满足人类的需求，而不是继续扩大农业用地面积。在这32%的农业用地中，畜牧业用地占了62%，然而畜牧业给人类提供的营养物质只占人类需求的一小部分，比如畜牧业提供的蛋白质只占了人类蛋白质需求的三分之一，植物产品和海产品提供了剩余的三分之二。因此，如果我们能够更有效地利用被畜牧业占据的这62%的土地，就能够生产更多的食物以满足未来人们对食物的需求。

    第四点挑战是土地利用变化进一步加剧了生物多样性的下降，同时降低了对农业可持续生产而言非常重要的生态系统服务功能。我们希望保证生物多样性，也希望促进农业的可持续发展。因此，我们需要提出一些生产方式能让我们的农业生产是可持续的，同时减少对生物多样性的影响。

    第五点挑战就是气候变化。农业是推动气候变化的重要幕后推手之一。农业生产可能带来更多的甲烷等温室气体排放，大约有四分之一的全球温室气体排放是跟农业生产息息相关的。如果将所有供应链作为一个整体，农业生产造成的全球温室气体排放量可能会占到三分之一。这也给我们带来更多的机会——我们可以用技术来减少碳排放，例如通过大数据赋能智慧农业，通过纳米技术研发高效环保农药等等。然而，这些技术虽然能够降低农业生产的温室气体排放，但从长期来看对于产量的贡献较为有限。因此我们还需要提升这些先进技术的使用效率，一方面减少农业生产带来的负面影响，另外一方面提高产量。

    气候变化会影响作物产量。基因编辑技术具有很大的潜力，能够提高例如单一种植的橡胶林或者可可树林的品种多样性。但是这里我想强调的是物种层面的多样性。下图中间显示的分别是橡胶和可可单一种植模式，右边是农林复合系统。如果我们能够在更大的尺度上，通过增加其它作物或者再造林等方式将单一种植模式转变为农林复合系统，那么这将极大增加其碳汇功能。

    简单总结一下，目前农业领域面临很多挑战。我们需要考虑如何在不增加农业用地和减少温室气体排放的前提下，生产足够的食物以满足日益增加的人口的需求；以及如何提高农业系统应对气候变化的能力，如何发展气候智慧型农业。此外，农业生产关乎亿万小农的生计，如何提高农民的生计也是农业可持续发展的重要目标之一。

21世纪农业-潜在解决方案

    如何应对这些挑战？目前的研究侧重点在健康饮食与可持续生产，从生产与消费两端寻求解决方案。

    首先，我们当前的饮食是不健康的，是不可持续的。高糖、高盐的饮食习惯会导致一系列的疾病。另外，全球都面临肥胖症的问题。我们需要转变饮食结构，比如减少肉类的摄入，多食用蔬菜、坚果等食物。进而减少畜牧业的生产规模，农业的整体生产系统能够向更可持续方向转变。

    上图显示了我们的膳食金字塔，最上面的是健康饮食。第二层是我们希望通过农业和生产方式的改变，能够改变每一个人的饮食方式。饮食方式发生变化之后，食物的生产过程也会相应发生变化。这也是我们今天为什么要来2021未来青年论坛，在全行业进行数字转型过程当中，人们的生活水平、福祉都很重要。

    下面我将介绍我们实验室所做的研究。我们研究多样化农业系统在食物系统转型中的作用，研究如何使用研发平台来进行大规模数据融合，研究如何应用新技术监测农业体系的变化。同时，我想强调农业系统是一个非常复杂的系统，实现农业可持续发展需要跨学科、跨领域的合作研究。

    什么是农业多样化？如果我们把其他作物加入到单一的橡胶种植林当中形成农林复合系统，就实现了多样化的种植。多样化的农林复合系统能够提供多种生态系统服务功能，比如稳定产量、生物防治、增强碳汇能力等等。我们采用荟萃分析的方法量化了多样化措施在全球尺度上的作用，67%的研究表明多样化措施有利于生物多样性、生态系统服务功能和产量。在这个研究中我们找到一些研究的缺口或差距。例如我们惊讶地发现，相比之下，多样化措施对授粉、生物多样性、病虫害防治的影响等方面的研究并不多。另外，有机农业对生态系统服务功能的影响也还有很多值得研究的内容。此外，如何更好地权衡农业生产的产量与环境影响，仍需要大量的研究。

    因此，农业多样化实际上是可持续农业这一议题当中，非常重要的组成部分，它可以用来提高生态系统服务功能、提高产量。当然，在不同地区不同作物中多样化措施的效应会存在一些差别。为了加强不同学科之间合作，我们实验室成立了两大研究网络，一是以橡胶、可可等农林复合系统为研究对象的全球农林系统研究平台。我们希望通过研究平台将不同地区的橡胶、可可生产联系起来，整体分析这些作物系统的效益。另外一个是以水稻系统为对象的全球研究平台（China Rice Network），该平台由来自中国和国际多名专家学者组成。该平台以多样化策略为切入点，在中国各地的研究基地开展工作。

    我们实验室正在开发一套自动生态系统监测系统。我们致力于开发轻便、低成本的植入式计算机视觉监测设备，如下图所示。这个小型监测设备主要运用于农业生产系统中，例如监测与识别水稻田中的害虫和天敌、可可树的授粉过程与传粉者等。另外，我们还会整合其他探测器，来测量土壤的肥力；通过探测器收集声音来获取更多的信息。今年3月份，我们举办了一场关于可持续农业的线上研讨会。研讨会邀请了许多国内外知名学者分享他们的研究，如果大家感兴趣的话也可以回看直播。

    很多人，包括我自己认为农业多样化可以帮助我们实现食物系统转型。当然，这其中还有很多内容我们需要进一步研究。食物系统与我们每一个人息息相关，实现食物系统转型需要我们超越学科边界，进行跨学科融合研究。不仅仅是不同学科的科学家之间进行跨学科研究，更应将产业与农业生产一线的农民等纳入进来。我相信对于可持续发展的投资是值得的，也应该是被鼓励的。

    最后，我想借这个机会感谢大家！我来自于一个很年轻的大学，中国最年轻的大学之一——西湖大学。在今天的2021未来青年论坛活动中有很多青年学者和科学家，欢迎大家到西湖大学攻读博士学位或到西湖大学工作。非常感谢大家聆听我的发言！大家对于农业科学或者对于其他领域感兴趣的话，我们可以进一步交流，谢谢！