9、农作物种植与产量的发展及趋势

农作物种植与产量的发展及趋势

1. 农作物概述

农业的核心目标是最大化净生态系统生产力（NEP），这可通过提高总初级生产力（GPP）、降低自养呼吸（RA）和异养呼吸（RH）来实现。如今种植的作物大多是经过长期选育和基因改造的驯化品种，包括粮食、饲料、原料、药品和花卉等。主要的主食作物是谷物，如玉米、小麦和水稻，这三种作物在2015年占全球谷物收获量的85%以上。其他重要作物类别包括块茎、豆类、油籽、糖源作物等。非粮食作物有天然纤维和饲料作物。

人类依赖驯化植物的历史仅占进化历程的约十分之一。有证据表明，中东地区在11500 - 10000年前开始种植二粒小麦、单粒小麦和大麦；中国在10000年前种植粟米，墨西哥种植南瓜；中美洲在9000年前种植玉米；中国在7000年前种植水稻，安第斯地区种植土豆。

农作物种植面积会因新作物引入、旧作物失宠以及饮食模式改变而变化。例如，玉米、土豆、番茄和辣椒在1492年后从美洲传播到全球；而随着社会富裕，豆类消费减少，加工谷物摄入增加。

推动作物总收获量增加的因素有两个：一是人口增长对直接食物消费的需求增加；二是饮食转变导致动物食品消费增加，进而需要扩大饲料作物种植。在富裕国家，作物生产主要用于喂养家畜，而非直接食用或加工成糖和酒精饮料。

2. 作物产量的影响因素

作物产量的上限受光合作用效率限制。理论上，光合作用将光能转化为化学能的最大效率接近27%，但由于只有43%的入射辐射具有光合活性，实际效率降至约12%，再考虑光反射和透射，整体效率约为11%。然而，快速的光合转换伴随着大量能量损失，植物酶无法跟上辐射输入，部分能量被重新辐射，使效率降至8 - 9%。自养呼吸通常占净初级生产力