Il programma di ottimizzazione della gestione dei nutrienti affronta le sfide multi-obiettivo all’interno del sistema alimentare, incorporando il concetto di sviluppo agricolo verde (AGD). Nel perseguimento dell'AGD, la qualità sia dell'ambiente di vita umano (abitazione) che dell'ambiente naturale (compresi acqua, aria e suolo) diventa molto importante.

Tuttavia, quando la gestione dei nutrienti mira a proteggere contemporaneamente il suolo, l’acqua e l’atmosfera, possono sorgere conflitti. Questi conflitti spesso derivano dalla complessa interazione tra le misure mirate alla perdita di aria o acqua e i necessari adeguamenti richiesti in diverse aree spaziali. Tuttavia manca una gestione ottimizzata dei sistemi coltura-allevamento che utilizzano la zonizzazione multi-obiettivo.

Il professore associato Wenqi Ma dell'Università agraria di Hebei e il professor Lin Ma del Centro di ricerca sulle risorse agricole, Istituto di genetica e biologia dello sviluppo, Accademia cinese delle scienze, così come i loro gruppi di ricerca, hanno preso il bacino del Baiyangdian come un tipico caso di studio per stabilire un multi -metodo di zonizzazione oggettiva ed esplorato l'approccio ottimale di gestione dei nutrienti per la trasformazione verde dell'agricoltura nei bacini.

Lo studio è stato pubblicato su Frontiers of Agricultural Science and Engineering .

Utilizzando il modello NUFER (flussi di nutrienti nelle catene alimentari, ambiente e utilizzo delle risorse), i ricercatori hanno quantificato le soglie per questi indicatori ambientali e determinato gli attuali livelli di emissioni ambientali nel bacino del Baiyangdian. Hanno analizzato diversi scenari e il loro potenziale per ridurre gli impatti ambientali, realizzando così AGD.

Lo studio ha considerato una serie di indicatori ambientali che influiscono direttamente sulla salute umana, sulla produzione di beni di alta qualità e sulle caratteristiche ambientali. Ha identificato quattro indicatori specifici, vale a dire la volatilizzazione dell'ammoniaca, l'eccesso di azoto, la capacità di carico del suolo e le aree ecologiche della linea rossa, che sono fondamentali per ottimizzare i sistemi coltura-allevamento.

Una correlazione tra l'emissione di ammoniaca e PM_2,5 è stato stabilito attraverso l’utilizzo di un’analisi di regressione ponderata geograficamente. La soglia di volatilizzazione dell'ammoniaca è stata ulteriormente calcolata in base alla densità di popolazione. Il surplus di azoto nel bacino è stato determinato sovrapponendo le mappe a griglia che rappresentano la pendenza e la distanza del fiume nel bacino del Baiyangdian. Il valore soglia del surplus di azoto è determinato dal valore dell'azoto nel bacino idrografico e dal valore critico del deflusso o della lisciviazione nella zona vulnerabile ai nitrati all'interno della contea.

La capacità di carico del suolo si riferisce al rapporto tra l’azoto escreto dal bestiame e l’azoto raccolto dalle colture della zona. Il valore critico si verifica quando l’azoto escreto dal bestiame e l’azoto raccolto dalle colture raggiungono un equilibrio. Quindi, in base al confronto tra la situazione attuale e il valore soglia, le aree che hanno superato la soglia sono state classificate come alte, mentre le aree che erano al di sotto del valore soglia sono state classificate come basse. Le aree sono state divise in otto categorie, ciascuna delle quali rappresenta una combinazione unica dei tre indicatori, insieme a un'area ecologica con linea rossa.

Per esplorare modi per ottimizzare la gestione dei nutrienti, sono stati sviluppati tre scenari per valutare le potenziali riduzioni delle emissioni:(1) CS, lo scenario della situazione attuale in cui è stata effettuata una valutazione completa degli indicatori ambientali nel bacino del Baiyangdian sulla base di dati statistici; (2) UT, la tecnologia di gestione unificata altamente raccomandata dal governo in cui l'intera regione adotta il modello di integrazione di agricoltura e allevamento, promosso principalmente dallo stato, per facilitare il riciclaggio dei nutrienti nei sistemi coltura-allevamento, con l'obiettivo di ridurre l'apporto di nutrienti requisiti e promuovere un riciclaggio efficiente dei nutrienti; e (3) ZM, un'applicazione tecnologica di gestione basata sulla gestione della partizione in zone che si basa su una politica unificata, le tecnologie di riduzione mirata delle emissioni vengono impiegate per una gestione ottimale specifica della zona in base alle caratteristiche distintive di ciascuna zona.

Sulla base dei risultati, si può vedere che dopo l’implementazione dell’UT, la percentuale di contee all’interno di distretti sicuri è aumentata dall’8% al 21%, mentre la zona ad alto rischio (zona a doppio alto) è diminuita solo di meno del 6%. Proseguendo con l'ulteriore applicazione della ZM, oltre il 55% delle contee del bacino del Baiyangdian hanno raggiunto emissioni più rispettose dell'ambiente, con tutti e tre gli indicatori che rientrano nei valori soglia.

Tuttavia, ci sono ancora alcune aree che superano la soglia di sicurezza. Nello specifico, il 10,5% delle contee continua ad avere elevate emissioni di ammoniaca, il 18,4% ha un elevato surplus di azoto e il 15,8% li ha entrambi. L'approccio di ottimizzazione della gestione zonale multi-obiettivo è stato più utile per realizzare le emissioni verdi ambientali dei sistemi di coltura e allevamento nei bacini.

Questo approccio di sistema non solo fornisce un modo efficace per affrontare le sfide nel bacino del Baiyangdian, ma offre anche un potenziale modo per affrontare le attuali sfide nei sistemi agricoli in Cina, e quindi aiutare il Paese a trasformarsi in sistemi agricoli più rispettosi dell’ambiente. L'agricoltura trasformata in questo modo può proteggere le risorse naturali, ridurre l'inquinamento e migliorare l'efficienza nell'uso delle risorse, pur mantenendo la sicurezza alimentare.