Jianming Xie1,2 & Jihua Yu1,2 & Baihong Chen1,2 & Zhi Feng1,2 & Jian Lyu1,2 & Linli Hu1,2 & Yantai Gan3 &
Kadambot HM Siddique4
1. Laboratoire clé provincial du Gansu des sciences des cultures des terres arides, Université agricole du Gansu, Lanzhou 730070, Chine
2. Collège d'horticulture, Université agricole du Gansu, Lanzhou 730070, Chine
3. Agriculture et Agroalimentaire Canada, Centre de recherche et de développement de Swift Current, Swift Current, SK S9H 3X2, Canada
4. L'UWA Institute of Agriculture and School of Agriculture & Environment, The University of Western Australia, Perth, WA 6001, Australie
Abstract
Dans les régions/pays peuplés à développement économique rapide, comme l'Afrique, la Chine et l'Inde, les terres arables diminuent rapidement en raison de la construction urbaine et d'autres utilisations industrielles des terres. Cela crée des défis sans précédent pour produire suffisamment de nourriture pour satisfaire les demandes alimentaires accrues. Les millions d'hectares désertiques et non arables peuvent-ils être développés pour la production alimentaire ? L'énergie solaire abondamment disponible peut-elle être utilisée pour la production agricole dans des environnements contrôlés, tels que les serres solaires ? Ici, nous passons en revue un système de culture innovant, à savoir "Agriculture de Gobi. » Nous constatons que le système agricole innovant de Gobi a six caractéristiques uniques : (i) il utilise des ressources terrestres de type désertique avec l'énergie solaire comme seule source d'énergie pour produire des fruits et légumes frais toute l'année, contrairement à la production en serre conventionnelle où le besoin énergétique est satisfait via la combustion d'énergies fossiles ou la consommation d'électricité ; (ii) des grappes d'unités de culture individuelles sont réalisées en utilisant des matériaux disponibles localement tels que la terre argileuse pour les murs nord des installations ; (iii) la productivité des terres (produits frais par unité de terre par an) est de 10-27 fois plus élevé et efficacité d'utilisation de l'eau des cultures 20-35 fois plus que les systèmes traditionnels de culture irriguée en plein champ ; (iv) les éléments nutritifs des cultures sont fournis principalement via des substrats organiques fabriqués localement, ce qui réduit l'utilisation d'engrais inorganiques synthétiques dans la production agricole ; (v) les produits ont une empreinte environnementale inférieure à celle de la culture en plein champ en raison de l'énergie solaire comme seule source d'énergie et des rendements élevés des cultures par unité d'intrant ; et (vi) il crée des emplois ruraux, ce qui améliore la stabilité des communautés rurales. Bien que ce système ait été décrit comme un "Miracle du pays de Gobi » pour le développement socio-économique, de nombreux défis doivent être relevés, tels que les contraintes hydriques, la sécurité des produits et les implications écologiques. Nous suggérons que des politiques pertinentes soient élaborées pour garantir que le système stimule la production alimentaire et améliore la socio-économie rurale tout en protégeant l'environnement écologique fragile.
Introduction
Les terres arables pour l'agriculture sont une ressource limitée (Liu et al. 2017). Dans les pays à développement économique rapide, comme la Chine, l'Inde et l'Afrique, de nombreuses terres arables ont été converties à des fins industrielles (Cakir et al. 2008; Xu et al. 2000). En raison de l'urbanisation rapide qui est en concurrence pour les terres avec l'agriculture (Zhang et al. 2016; Muller et al. 2012), il existe un défi sans précédent pour augmenter la production agricole afin de satisfaire les besoins et les préférences alimentaires de la population humaine croissante (Godfray et al. 2010). Il est possible que les pays développés disposant de vastes étendues de terres arables, comme l'Australie, le Canada et les États-Unis, puissent convertir des zones de prairies en terres cultivées pour les marchés mondiaux des céréales. Cependant, cela peut accélérer la perte de réserves de carbone et avoir des impacts négatifs importants sur l'environnement (Godfray 2011).
Dans de nombreux environnements arides et semi-arides, il existe de vastes zones de "Pays de Gobi » (définies comme des terres non arables), dont 1.95 million d'hectares de terres de type désertique dans les six provinces du nord-ouest de la Chine (Liu et al. 2010). La Chine fait un effort concerté pour développer cette terre de Gobi pour la production alimentaire en utilisant un système de culture innovant, appelé "Agriculture de Gobi. » Nous avons défini ce système de culture comme "Un système de culture avec un groupe d'unités de culture de type serre en plastique à énergie solaire construites localement pour la production de produits frais à haut rendement et de haute qualité (légumes, fruits et plantes ornementales) de manière efficace, efficiente et économique » (Xie et coll. 2017). Dans certains systèmes de cluster sophistiqués, les conditions climatiques dans les unités individuelles peuvent être surveillées à l'aide d'enregistreurs de données. Contrairement aux serres ou serres conventionnelles où le chauffage et le refroidissement (deux coûts majeurs impliqués dans la production en serre) sont généralement fournis par la combustion de combustibles fossiles (diesel, mazout, pétrole liquide, gaz) qui augmentent le CO2 ou en utilisant des radiateurs électriques qui consomment plus d'énergie (Hassanien et al. 2016; Wang et al. 2017), "Agriculture de Gobi » les systèmes reposent entièrement sur l'énergie solaire pour le chauffage, le refroidissement et la conversion de l'énergie naturelle en biomasse végétale.
Ces dernières années, l'utilisation des terres de Gobi pour la production alimentaire a rapidement évolué en Chine (Zhang et al. 2015). Dans les régions du nord-ouest, les systèmes de culture des terres de Gobi produisent une grande partie des légumes consommés dans la région. Ce système joue un rôle vital pour assurer la sécurité alimentaire, accroître la durabilité socioécologique et améliorer la viabilité des communautés rurales. Beaucoup considèrent cette agriculture des terres de Gobi comme un "terre retrouvée » système de culture. Une caractéristique importante du système est la possibilité de produire de la nourriture sur des terres autrefois improductives. Ce système de culture innovant peut être une étape révolutionnaire vers une agriculture moderne. Cependant, il y a un manque d'informations sur l'avancement scientifique des systèmes de culture des terres de Gobi. De nombreuses questions restent sans réponse : ce système va-t-il évoluer durablement vers une grande filière maraîchère ? Comment le système de culture des terres de Gobi affectera-t-il l'éco-environnement à long terme ? Cela peut-il "made in China » modèle de culture s'appliquent à d'autres zones arides avec des terres arables en diminution, comme le nord du Kazakhstan (Kraemer et al. 2015), la Sibérie (Halicki et Kulizhsky 2015), et du centre au nord de l'Afrique (de Grassi et Salah Ovadia 2017)?
Avec ces questions à l'esprit, nous avons mené une revue de littérature complète sur les développements récents et les principaux résultats de recherche concernant le système de culture. Les objectifs de cet article étaient de (i) mettre en évidence les avancées scientifiques des systèmes de culture Gobi-land adoptés dans le nord de la Chine, y compris la productivité des cultures, l'efficacité de l'utilisation de l'eau (WUE), les caractéristiques d'utilisation des nutriments et de l'énergie, et les impacts écologiques et environnementaux potentiels ; (ii) discuter des principaux défis auxquels le système est confronté, tels que la disponibilité de l'eau pour l'irrigation, la qualité et la sécurité des produits, et l'impact potentiel sur la stabilité et le développement des communautés rurales ; et (iii) fournir des suggestions sur l'établissement des politiques et les priorités de recherche pour une exploration saine et un développement durable à long terme des systèmes de culture des terres de Gobi.
Un bref examen de l'infrastructure des systèmes terrestres de Gobi
Pour comprendre le fonctionnement du système de culture des terres de Gobi, nous avons fourni une brève description de leur conception, de leur ingénierie et de leur construction. Plus de détails sur l'infrastructure se trouvent dans une revue récente (Xie et al. 2017). Le système de culture des terres de Gobi est établi sur des terres de Gobi non cultivées où la production agricole traditionnelle n'est pas possible. Les installations terrestres de Gobi sont construites en "grappes » d'unités de production individuelles. Une installation regroupée typique se compose de plusieurs (jusqu'à des centaines) unités ou maisons de culture individuelles (Fig. 1un). Les conditions microclimatiques de chaque unité de culture sont surveillées par un centre de contrôle centralisé où des capteurs à distance,
Les conditions microclimatiques, telles que la température et l'humidité de l'air, peuvent être ajustées dans certaines unités de culture, tandis que d'autres systèmes de surveillance permettent une fertirrigation automatique. Certaines technologies avancées telles que l'Internet des objets (Wang et Xu 2016) ou Internet des objets (Li et al. 2013) peut être installé dans le centre de contrôle pour fournir des lectures plus précises des données microclimatiques transmises par les unités de culture individuelles. Cependant, ceux-ci n'ont pas été largement mis en œuvre en raison de leur coût élevé.
Une unité de culture typique au sein d'une installation groupée est orientée vers l'est-ouest et a trois murs sur les côtés nord, est et ouest de la structure. Le côté sud de la structure est un toit incliné soutenu par une charpente en acier et recouvert d'un film thermoplastique transparent (Fig. 2). Le toit est incliné de manière appropriée pour assurer une transmission efficace de la lumière pendant la journée (Zhang et al. 2014). L'énergie du soleil est stockée dans la masse thermique des murs et libérée sous forme de chaleur la nuit. Pendant l'hiver, le toit est recouvert de nattes de paille faites maison chaque nuit pour maintenir la température interne (Tong et al. 2013).
Un élément essentiel de chaque unité de culture est le mur nord qui est construit à partir de matériaux disponibles localement tels que des briques d'argile (Wang et al. 2014), blocs de paille de culture (Zhang et al. 2017), briques communes avec styromousse (Xu et al. 2013), les éléments de maçonnerie en cendres volantes (Xu et al. 2013), des blocs d'argile mélangés à du mortier de ciment (Chen et al. 2012), pisé (Guan et al. 2013), ou terre crue incorporée avec des blocs de béton. Dans certaines unités, le mur nord est construit à partir de "matériau à changement de phase » pour optimiser le stockage et l'échange de chaleur et, par conséquent, réduire les fluctuations de température pour la croissance des plantes (Guan et al. 2012).
L'une des différences significatives entre les installations regroupées sur les terres de Gobi et les serres ou serres traditionnelles est la source d'alimentation. Chaque unité de culture du système de terres groupées de Gobi est entièrement alimentée par l'énergie solaire. Le rayonnement solaire est absorbé par le mur nord pendant la journée et libéré la nuit. L'énergie non utilisée pendant la journée est une source d'énergie active la nuit. UN "rideau d'eau » Le système est généralement utilisé pour fournir de la chaleur supplémentaire pendant les nuits d'hiver, où une petite section du sol à l'intérieur de l'unité est remplie d'eau à utiliser comme moyen d'échange de chaleur (Xie et al. 2017). Pendant la journée, l'eau circule et passe à travers les rideaux absorbant l'eau, l'excès de chaleur provenant du rayonnement solaire étant stocké dans la masse d'eau ; la nuit, l'eau chaude circule et passe à travers des rideaux d'eau avec de la chaleur relâchée dans l'air à l'intérieur de l'unité. L'efficacité du stockage de l'énergie dans le "rideau d'eau » dépend de nombreux facteurs, tels que le rayonnement solaire direct, le rayonnement solaire diffus isotrope du ciel, la transparence atmosphérique et la transmission de la chaleur du film plastique sur le toit (Han et al. 2014). Avec l'évolution des systèmes de culture, des systèmes de chauffage plus sophistiqués sont développés pour améliorer le stockage et la libération de la chaleur.
Avancement scientifique des systèmes de culture des terres de Gobi
Les systèmes de culture des terres de Gobi diffèrent de la culture traditionnelle en plein champ où les cultures sont pluviales ou irriguées. Ils diffèrent également de la culture des cultures dans des serres ou des serres conventionnelles où l'énergie est principalement fournie par le gaz naturel ou l'électricité. Les systèmes de culture des terres de Gobi ont des caractéristiques uniques, dont certaines sont soulignées ci-dessous.
Augmentation de la productivité des cultures
Les cultures cultivées dans les installations foncières de Gobi sont très productives avec une efficacité d'utilisation des terres nettement plus élevée (c'est-à-dire un rendement des cultures par unité de terre utilisée) que la culture traditionnelle en plein champ. Par exemple, la région orientale du couloir Hexi dans le nord-ouest de la Chine a un long terme (1960-2009) durée d'ensoleillement annuelle de 2945 h, température moyenne annuelle de l'air de 7.2 °C et période sans gel de 155 jours (Chai et al. 2014c); les unités thermiques sont plus que suffisantes pour produire une récolte par an mais insuffisantes pour produire deux récoltes par an dans les systèmes traditionnels de plein champ. Dans le système Gobi-land, les cultures peuvent être cultivées presque tous les mois ou même toute l'année. Rendements annuels moyens des cultures sur 5 ans (2012-2016) dans les unités de culture de la station expérimentale de Jiuquan étaient de 34 t ha-1 pour le melon brodé (Cucumis melo L.), 66 t ha-1 pour la pastèque (Citrullus lanatus L.), 102 t ha 1 pour le piment (Capsicum annuum, C. frutescens), 168 t ha 1 pour le concombre (Cucumis L.), et 177 t ha 1 pour la tomate (Solanum lycopersicum L.), soit 10-27 fois plus élevés que ceux des systèmes traditionnels en plein champ dans les mêmes conditions climatiques (Xie et al. 2017). Des résultats similaires ont été observés ailleurs dans le nord de la Chine, comme le district de Wuwei à l'extrémité orientale de la
Couloir Hexi. Ces valeurs de rendement ont été calculées sur la superficie occupée par les unités de culture, ainsi que sur les surfaces communes partagées par les unités individuelles au sein d'un même système de contrôle. Les espaces communs sont destinés au transport des intrants et à la commercialisation des produits.
Amélioration de l'efficacité de l'utilisation de l'eau
L'un des défis majeurs pour l'agriculture dans de nombreuses zones arides et semi-arides est la pénurie d'eau. Économiser l'eau ou améliorer le WUE (rendement des cultures par unité d'eau fournie, exprimé en kg ha-1 rendement m-3 l'eau) dans la production agricole est cruciale pour la viabilité agricole. Les systèmes de culture des terres Gobi offrent des avantages significatifs en matière d'économie d'eau, où les cultures utilisent beaucoup moins d'eau que la même culture cultivée dans les systèmes traditionnels de plein champ. Par exemple, sur 4 ans (2012-2015) de mesures dans un système d'installations terrestres de Gobi dans le comté de Jiuquan, tomate nécessaire 385-466 mm d'irrigation totale, l'évapotranspiration saisonnière variait de 350 à 428 mm et le poids frais des tomates variait de 86 à 152 t ha-1. Certaines grandes cultures maraîchères ont atteint un WUE élevé (kg de produits frais m-3), dont 15-21 eau pour cantaloup, 17-23 pour le piment, 22-28 pour la pastèque, 2835 pour le concombre et 35-51 kg pour la tomate. Dans ce système, le WUE de la tomate, par exemple, était de 20-35 fois plus que les mêmes cultures cultivées dans les terres arables, les systèmes de plein champ (Xie et al. 2017).
Le mécanisme d'amélioration de la WUE dans les systèmes terrestres de Gobi est mal compris. Nous suggérons que les principaux facteurs contributifs sont les suivants : (a) la quantité d'irrigation appliquée aux cultures dans les systèmes de terres de Gobi est basée sur les besoins des plantes pour une croissance optimale (Liang et al. 2014) qui est prédéterminé et contrôlé via un compteur d'eau installé (Fig. 3un). Selon l'exploitant de l'unité»Selon les connaissances et l'expérience, une méthode d'irrigation déficitaire régulée est souvent utilisée (Fig. 3b) qui réduit les quantités d'irrigation aux stades de croissance non critiques (Chai et al. 2014b). Une irrigation légèrement déficitaire peut stimuler les systèmes de défense des plantes pour améliorer la tolérance au stress hydrique (Romero et Martinez-Cutillas 2012; Wang et al. 2012). L'ampleur de l'effet de l'irrigation déficitaire régulée sur la performance des cultures varie selon les espèces cultivées et d'autres facteurs (Chen et al. 2013; Wang et al. 2010); (b) les techniques d'irrigation dans les systèmes de culture des terres de Gobi s'améliorent constamment, de sorte que l'irrigation goutte à goutte souterraine (Fig. 3c) est maintenant la méthode d'irrigation la plus populaire ; (c) diverses méthodes de paillage sont utilisées pour réduire l'évaporation de l'eau de surface du sol. La zone de plantation au sein de l'unité de culture est généralement recouverte d'un film plastique pendant la saison de croissance (Fig. 3d), y compris les zones entre les rangées de plantes (Fig. 3e). La réduction de l'évaporation et l'augmentation de l'humidité relative de l'air sont probablement les deux facteurs les plus importants pour une utilisation efficace de l'eau. (d) un certain pourcentage de l'eau évaporée de la surface du sol est recyclée dans l'unité de culture parce que la culture se fait dans un système relativement fermé; et (e) des pratiques agronomiques sophistiquées sont utilisées pour la gestion des cultures dans l'unité de culture (Fig. 3f), comme la taille des branches pour augmenter la pénétration de la lumière (Du et al. 2016), optimisant la ventilation pour équilibrer le CO2 pour la photosynthèse des plantes et l'incidence des maladies (Yang et al. 2017), et aérer la zone racinaire après l'irrigation pendant quelques jours pour minimiser l'évaporation du sol (Li et al. 2016); qui contribuent tous à augmenter le rendement des cultures et à améliorer le WUE.
Amélioration de l'efficacité de l'utilisation des nutriments
Contrairement à la culture traditionnelle en plein champ où les engrais synthétiques sont la principale source d'éléments nutritifs pour les plantes, les matières organiques telles que la paille de culture, le fumier de bétail et les sous-produits de l'industrie alimentaire, les processus de production d'énergie et le recyclage des déchets humains-est la principale source de nutriments dans les systèmes de culture des terres de Gobi. Les déchets représentent une alternative aux milieux commerciaux utilisés dans la production en serre conventionnelle. Pour être qualifiées de substrat pour la culture des terres de Gobi, les matières organiques doivent avoir les caractéristiques suivantes (Fu et al. 2018; Fu et Liu 2016; Fu et al. 2017; Lin et al. 2015; Chanson et coll. 2013) : (i) faible densité apparente, haute porosité et grande capacité de rétention d'eau ; (ii) une capacité d'échange de cations et une teneur en nutriments minéraux élevées, ainsi qu'un pH et une EC appropriés ; (iii) une activité enzymatique améliorée, généralement obtenue en ajoutant des souches de micro-organismes appropriées ; (iv) taux de dégradation lent ; et (v) être exempt de graines de mauvaises herbes et d'agents pathogènes transmis par le sol. Le type de matériau, la méthode de traitement, le degré de décomposition et les conditions climatiques dans lesquelles les substrats sont produits peuvent influencer les propriétés physiques, chimiques et biologiques du matériau organique et, par conséquent, la qualité du substrat (Fu et al. 2017; Chanson et coll. 2013).
La production d'un substrat maison typique comprend plusieurs étapes (Fig. 4a) : (i) la paille des cultures (telle que le maïs) est collectée dans les systèmes traditionnels de production en plein champ dans les villages locaux, transportée vers un site proche de l'installation, hachée en 3-des morceaux de 5 cm de long, avant d'ajouter une faible dose d'engrais azoté (1.4 kg N pour 1000 kg de paille de maïs sèche) pour ajuster le rapport C:N du compost à environ 15:1 ; (ii) environ 1 kg de produit d'inoculation de micro-organismes pour 1000 kg de matière organique est ajouté ; (iii) la 1ère étape de fermentation consiste à empiler la paille sur le sol (par exemple, 1.2 m de haut x 3.0 m de large en bas et 2.0 m de large en haut) avant de l'emballer avec un film plastique ; (iv) la température dans le tas est surveillée et de l'eau est ajoutée pour maintenir la teneur en humidité à 60-65 % pour une activité optimale des micro-organismes ; (v) la deuxième étape de fermentation nécessite de remuer la pile toutes les 68 jours et vérification de la température dans les 30 premiers cm. Cette perturbation périodique garantit que la température et l'humidité sont maintenues à un niveau optimal pour l'activité microbienne ; et (vi) vers le jour 32-34 après fermentation, le matériel est déplacé vers une installation de stockage prêt à être utilisé dans l'installation de culture. Le substrat fait maison est généralement appliqué à 2-3 t ha 1 aux zones de culture au sein de l'unité de culture et peut être utilisé pendant quelques années en culture avant d'être remplacé. La teneur en nutriments des substrats peut être restaurée à un niveau de production en ajoutant des nutriments externalisés (Fig. 4b). Le matériau de paille pour le substrat organique est disponible localement et la plupart des étapes de fabrication utilisent des machines construites en interne.
La manière dont les éléments nutritifs du substrat sont fournis aux cultures varie d'une installation à l'autre. La plupart des producteurs du nord-ouest de la Chine utilisent soit (1) un système de tranchées, où les tranchées (généralement 0.4-0.6 m de large, 0.2-0.3 m de profondeur, avec 0.8-1.0 m entre tranchées orientées au nord-direction sud) sont réalisés sur le sol à l'intérieur de l'unité de culture, bordés de béton, de blocs de bois ou de briques, remplis de substrat avant la plantation (Fig. 5a), et recouvert d'un film plastique pour que les semis poussent à travers (Fig. 5b). Une fois construites, les tranchées peuvent être utilisées pour une production continue pendant plus de 20 ans ; ou (2) des substrats en sac entier, où le substrat est enveloppé dans des sacs en plastique individuels (la dimension typique d'un sac est de 0.5 m de diamètre et de 1.0 m de long) dans un micro-environnement fermé. Les nutriments sont libérés des sacs au fur et à mesure que les plantes se développent (Fig. 5c). Des trous sont faits sur le dessus des sacs pour la plantation de graines (Fig. 5d) et irrigation goutte à goutte à travers les trous.
Les deux méthodes diffèrent par leurs caractéristiques. La méthode des tranchées permet aux producteurs d'ajouter facilement de l'engrais aux substrats en cas de besoin. Pour certaines cultures, comme la pastèque, l'ajout d'engrais inorganique est nécessaire pour assurer une productivité élevée. Certaines études ont montré que l'utilisation de fumier organique avec des engrais inorganiques peut augmenter le rendement des cultures, mais laisse des surplus de nutriments dans le sol et des concentrations élevées de nitrate-N dans la couche arable (Gao et al. 2012). D'autres études ont indiqué que l'approche du sac entier est plus productive que le système de tranchées (Yuan et al. 2013) parce que les sacs enveloppés permettent de séparer physiquement le substrat du sol ; réduisant ainsi la probabilité de contamination des substrats par des agents pathogènes du sol. Néanmoins, les propriétés physiques et chimiques du substrat (en tranchées ou en sacs enveloppés) peuvent se détériorer à chaque saison de culture (Song et al. 2013), ce qui réduit la puissance de l'apport de nutriments (Song et al. 2013). Par conséquent, le renouvellement du substrat est justifié.
Efficacité accrue de l'utilisation de l'énergie
Les systèmes de culture des terres de Gobi sont entièrement basés sur l'énergie solaire. La structure est conçue pour conserver autant de chaleur que possible en utilisant et en stockant l'énergie du soleil. La durée d'ensoleillement quotidien, l'intensité du rayonnement solaire et les jours annuels sans gel sont importants pour le chauffage des unités de culture. Le corridor est-centre de Hexi, comme le comté de Wuwei (37° 96» N, 102° 64» E), la province de Gansu, est une zone représentative où sont concentrées les installations groupées du Gobiland. Une moyenne de 6150 MJ m 2 le rayonnement solaire annuel et 156 jours sans gel permettent à de nombreux types de cultures maraîchères de mûrir avec une qualité élevée. Pour améliorer l'efficacité de l'utilisation du rayonnement solaire, les responsables des unités de culture utilisent divers moyens pour augmenter le stockage de la chaleur et améliorer le dégagement de chaleur, tels que des doubles couches de film plastique noir fixées au mur nord (Xu et al. 2014), des plaques de couleur préservant la chaleur installées sur le toit (Sun et al. 2013), des systèmes absorbant la chaleur du sol peu profond pour augmenter la température de l'air intérieur (Xu et al. 2014), et géotextile au sol appliqué comme couvre-sol pour conserver la chaleur. De plus, les pompes à chaleur solaires sont utilisées pour réguler la température de l'eau dans les réservoirs de chaleur dans certaines unités de culture (Zhou et al. 2016). Plus récemment, des plaques de couleur préservant la chaleur ont été placées sur le dessus du toit pour augmenter l'absorption de chaleur (Sun et al. 2013). Dans certaines des serres solaires sophistiquées des installations de culture groupées, des technologies solaires avancées sont utilisées pour améliorer le stockage thermique, la production d'énergie photovoltaïque et l'utilisation de la lumière (Cuce et al. 2016). L'utilisation de l'énergie solaire pour la production de cultures sous serre a fait des progrès dans de nombreuses régions/pays (Farjana et al. 2018), dont l'Australie, le Japon (Cossu et al. 2017), Israël (Castello et al. 2017), et l'Allemagne (Schmidt et al. 2012), ainsi que des pays en développement comme le Népal (Fuller et Zahnd 2012) et l'Inde (Tiwari et al. 2016). En Chine, l'installation de modules solaires modernes est actuellement coûteuse, avec une période de récupération estimée à 9 ans (Wang et al. 2017). Nous prévoyons qu'à mesure que le système de culture évolue avec une technologie solaire plus avancée, la période de récupération se raccourcira.
Les températures de l'air à l'intérieur et à l'extérieur des installations du cluster peuvent varier de 20 à 35 °C pendant les hivers froids du nord de la Chine. Par exemple, dans les installations solaires de Lingyuan (41° 20» N, 119° 31» E) dans la province du Liaoning, au nord-est de la Chine, dans une serre solaire de 12 m de portée, 5.5 m de haut et 65 m de long avec des systèmes de stockage de chaleur, la température nocturne de l'air à l'intérieur a atteint 13 °C alors que l'extérieur était -25.8 °C, une différence de 39 °C (Sunetal. 2013).
L'utilisation de l'énergie solaire pour la production alimentaire est une caractéristique importante de "Agriculture de Gobi » systèmes dans le nord-ouest de la Chine. Cela diffère des serres ou des serres traditionnelles qui nécessitent des apports énergétiques externes pour faire pousser des cultures, ce qui peut être économiquement et écologiquement coûteux (Hassanien et al. 2016; Canakci et coll. 2013; Wang et al. 2017). Par exemple, la consommation annuelle moyenne d'énergie électrique dans les serres conventionnelles peut être supérieure à 500 kW hmy (Hassanien et al. 2016), avec des coûts aussi élevés que 65,000 XNUMX USD150,000 XNUMX par an (dans une étude de cas sur la Turquie) (Canakci et al. 2013). À l'échelle mondiale, l'expansion de la production de cultures conventionnelles à base de serre a été limitée en raison de la consommation intensive d'énergie et des préoccupations concernant les émissions de carbone.
Avantages pour l'environnement
Le chauffage des serres agricoles avec des combustibles fossiles, tels que le charbon, le pétrole et le gaz naturel, contribue aux émissions de carbone et au changement climatique. Les systèmes de culture des terres Gobi à énergie solaire offrent des avantages environnementaux accrus en raison (i) de la réduction de la consommation d'énergie, car la culture des cultures repose entièrement sur l'énergie solaire, contrairement aux serres conventionnelles où l'électricité est fournie par l'électricité ou le gaz naturel qui produit d'importantes émissions de gaz à effet de serre ; (ii) une meilleure économie d'eau, car la culture des cultures se déroule sous un toit recouvert de plastique avec une faible évaporation du sol et un rapport transpiration/évaporation élevé. L'irrigation est surveillée et contrôlée par un ordinateur centralisé qui permet un arrosage précis avec une perte d'eau minimale ; (iii) Réduction des émissions de gaz à effet de serre pour l'ensemble du système (Chai et al. 2012) ou l'empreinte par unité de poids du légume frais basée sur l'analyse du cycle de vie (Chai et al. 2014). Les cultures cultivées dans des installations groupées ont des rendements significativement plus élevés par unité d'intrant (comme les engrais, la surface d'utilisation des terres) avec plus de CO atmosphérique2 convertie en biomasse végétale grâce à une photosynthèse améliorée par rapport aux systèmes de culture en plein champ (Chang et al. 2013); et (iv) l'utilisation de substrats de compost peut augmenter le carbone du sol au fil du temps (Jaiarree et al. 2014; Chai et coll. 2014).
Certaines études de cas ont estimé le CO net2 la fixation par les plantes dans les systèmes de culture plastique à énergie solaire est huit fois plus élevée que dans les systèmes traditionnels de plein champ (Wang et al. 2011). Plus de CO2 la fixation dans les unités de culture signifie moins de CO2 émissions dans l'atmosphère (Wu et al. 2015). L'ampleur de l'effet varie selon la situation géographique et la structure des unités de culture (Chai et al. 2014c). Des études ont également démontré que la culture en installations permet aux plantes de fixer plus de CO2 de l'atmosphère tout en émettant moins de gaz à effet de serre par kg de produit (Chang et al. 2011). Aucun chauffage supplémentaire n'est fourni aux unités de culture, même en hiver, économisant environ 750 Mg ha-1 d'énergie par rapport à la production sous serre conventionnelle chauffée au charbon (Gao et al. 2010). La culture Gobiland est un système intelligent en carbone pour atténuer les émissions de gaz à effet de serre. Cependant, les évaluations du cycle de vie des installations de culture font défaut dans la littérature, et des recherches plus approfondies sont nécessaires pour évaluer les impacts environnementaux de ces systèmes de culture.
Bénéfices écologiques
Le nord-ouest de la Chine est riche en ressources solaires et thermiques avec un ensoleillement annuel allant de 2800 à 3300 h. Le développement de systèmes de culture des terres Gobi à énergie solaire groupée peut transformer les ressources de lumière et de chaleur en production alimentaire et offrir des avantages écologiques significatifs, dont certains sont mis en évidence ci-dessous.
Premièrement, les terres de Gobi sont utilisées pour produire des cultures de qualité pour la sécurité alimentaire. En Chine, la moyenne des terres arables pour 100 habitants est de 8 ha (FAOSTAT 2014), nettement moins que les 52 ha aux États-Unis, 125 ha au Canada et 214 ha en Australie. Les ressources en terres cultivées en Chine diminuent rapidement en raison de l'urbanisation rapide. Confrontée à des terres arables limitées par habitant, associées à des terres cultivées utilisées pour la construction urbaine, la Chine a franchi une étape importante en explorant les abondantes terres de Gobi pour la culture de cultures (Jiang et al. 2014). L'agriculture traditionnelle n'est pas possible sur les terres improductives de type désertique de Gobi (Fig. 6un). La construction d'installations de culture groupées sur les terres de Gobi offre des caractéristiques uniques pour atténuer les conflits fonciers entre l'agriculture et d'autres secteurs économiques (Fig. 6b) et aider à sécuriser l'approvisionnement alimentaire du pays très peuplé.
Deuxièmement, le système de production utilise principalement les ressources disponibles localement. Chaque unité de culture du système est construite et soutenue par des cadres en bois, en bambou ou en tiges d'acier. Pendant les hivers froids, des nattes de paille fabriquées localement ou des couvertures de vêtements thermiques sont déroulées sur le toit en pente pour une isolation supplémentaire. Les murs nord des unités de culture sont également construits avec des matériaux disponibles localement, tels que des blocs à ossature d'acier et de paille (Fig. 7a), des sacs de sable (Fig. 7b), une pierre-mélange de ciment (fig. 7c), ou des briques communes (Fig. 7ré).
Les matériaux disponibles localement offrent des avantages écologiques et économiques importants car ils peuvent être obtenus à peu de frais ou collectés gratuitement (par exemple, des pierres et des rochers dans les zones désertiques voisines), avec des exigences de transport minimales. En outre, l'équipement pour le transport des matériaux, la fabrication des substrats et la culture des cultures est progressivement devenu disponible pour la culture en grappes ; cela aide à résoudre la pénurie de main-d'œuvre agricole dans certaines zones rurales de Chine.
Troisièmement, ce système de culture offre des opportunités pour améliorer l'écologie régionale. Dans une grande partie du nord-ouest de la Chine, la terre de Gobi n'a pas de végétation (Fig. 6a) entraînant des milieux écologiques fragiles. L'érosion éolienne est courante et s'aggrave avec le changement climatique. Les tempêtes de poussière fréquentes proviennent du nord-ouest et s'étendent souvent à d'autres régions asiatiques. Le développement de systèmes de culture d'installations groupées d'énergie solaire a non seulement le potentiel de répondre simultanément à la disponibilité décroissante de terres appropriées en Chine, mais joue un rôle dans l'atténuation de la fragilité des écosystèmes dans les environnements désertiques à arides du nord-ouest de la Chine (Gao et al. 2010; Wang et al. 2017). La transformation des terres abandonnées de Gobi en terres agricoles peut aider à établir un nouveau système écologique, qui changera l'aspect naturel primitif et embellira l'environnement écologique.
Effets sur la stabilité des communautés rurales
Le développement socio-économique du nord-ouest de la Chine a pris du retard par rapport aux régions du centre et de l'est, avec de nombreux districts communautaires en dessous du seuil de pauvreté national. L'exploration de vastes étendues de terres Gobi pour la production de fruits et légumes ouvre la porte à cette région pour accélérer le développement socio-économique. Il transforme le désavantage de la désertification du Gobi en avantages économiques régionaux distincts, non seulement en promouvant l'industrie agricole mais en stimulant d'autres industries, ce qui contribue à stabiliser les communautés rurales. Ce système agricole à faible coût devient une étape importante pour mobiliser les communautés rurales.
Le système de culture Gobi-land stimule la production alimentaire et augmente les revenus des ménages. Dans les régions où les températures sont supérieures -28 °C en hiver, les serres solaires exploitent pleinement l'énergie solaire et les terres non arables pour produire des fruits et légumes tout au long de l'année. Les cultures dans les unités de culture groupées produisent nettement plus que la production en plein champ avec un rapport intrants/extrants plus élevé. Nous avons analysé la production économique dans 14 études avec 120 unités de culture d'installations d'énergie solaire (Xie et al. 2017) pour trouver un revenu brut moyen de 56,650 XNUMX USD ha 1 y 1, étant 10 XNUMX XNUMX-30 fois supérieur à celui de la production en plein champ sur le même site géologique. En conséquence, le bénéfice net de la culture de légumes de l'installation était de 10-15 fois supérieure à la production maraîchère de plein champ et 70-125 fois plus que le maïs de plein champ (Zea mays) ou blé (Triticum aestivum) .
La mise en place de ces nouveaux systèmes de culture crée des opportunités d'emploi rural. La culture des installations transforme le temps d'arrêt hivernal en une saison chargée et productive, ce qui crée des opportunités d'emploi rural, en particulier en hiver lorsque les familles d'agriculteurs sont souvent "seul à la maison » sans emploi. La production et la commercialisation des fruits et légumes sont à forte intensité de main-d'œuvre. De nombreux ouvriers ruraux peuvent être affectés à la culture utilitaire (fig. 8a), tandis que d'autres peuvent être affectés au transport et à la commercialisation des produits vers les communautés locales ou voisines (Fig. 8b). Plus important encore, la transformation, le stockage, la conservation et la vente de produits frais offrent des opportunités d'emploi autrefois absentes, qui contribuent à construire une communauté socialement harmonieuse (Fig. 8c) et rallier l'esprit communautaire rural.
Il n'y a pas de rapports publiés sur la façon dont le système de culture groupée pourrait affecter le développement des communautés rurales. Nous suggérons que ces systèmes contribuent à la viabilité et à la stabilité des communautés rurales. La mise en place de systèmes de culture des terres de Gobi permet à l'agriculture du nord-ouest de la Chine de s'étendre au-delà de la frontière de la production primaire. Par conséquent, la viabilité et la stabilité à long terme de la communauté sont améliorées car (i) de nouvelles technologies sont constamment développées pour améliorer la culture des terres de Gobi, telles que la sélection des cultures, le développement du substrat et les mesures de lutte antiparasitaire, qui deviennent un moyen important pour les communautés rurales de se développer dans de manière durable ; (ii) la culture des installations fournit à la communauté un approvisionnement en fruits et légumes frais tout au long de l'année, satisfaisant les besoins accrus des citoyens de la classe moyenne en aliments plus nutritifs et plus sains ; et (iii) la mise en place du nouveau système de culture contribue à renforcer la cohésion interne des groupes ethniques minoritaires, car les citoyens des groupes ethniques minoritaires ont besoin d'aliments diversifiés aux caractéristiques uniques, qui sont satisfaits des produits frais des systèmes de culture tout au long de l'année.
Défis majeurs
Les systèmes de culture des terres de Gobi ont évolué rapidement en Chine ces dernières années avec le potentiel d'étendre les zones d'installation et les niveaux de production (Jiang et al. 2015). Cependant, certaines contraintes et défis doivent être relevés.
Contraintes des ressources en eau
L'un des plus grands défis pour l'agriculture dans le nord-ouest de la Chine est la pénurie d'eau. La disponibilité annuelle d'eau douce est faible à < 760 m3 par habitant y 1 (Chai et al. 2014b). Dans le couloir Hexi de la province du Gansu, les précipitations annuelles sont < 160 mm tandis que l'évaporation annuelle est > 1500 mm (Deng et al. 2006). De nombreuses terres cultivées autrefois productives le long de la route de la soie ont été "pause » ces dernières années en raison du manque d'eau. La plupart des cultures de plein champ utilisent des "inondation » irrigation qui dépasse 10,000 XNUMX m3 ha-1 par saison de culture (Chai et al. 2016). La surexploitation des ressources en eau est susceptible de détériorer davantage l'environnement écologique et d'épuiser les ressources en eaux souterraines non renouvelables (Martinez-Fernandez et Esteve 2005). La production de légumes a besoin de grandes quantités d'eau sur une longue période de croissance, et les précipitations ne peuvent pas répondre aux besoins d'une croissance optimale des plantes. Dans le couloir Hexi de la province de Gansu, où les systèmes de culture en grappes ont augmenté rapidement ces dernières années, la principale source d'eau pour tous les secteurs provient de l'accumulation de neige dans la montagne Qilian en hiver, la fonte des neiges en été alimentant les rivières et les eaux souterraines en les vallées (Chai et al. 2014b). Au cours des deux dernières décennies, le niveau de neige mesurable sur la montagne Qilian a augmenté à un rythme de 0.2 à 1.0 m par an (Che et Li 2005), tandis que la nappe phréatique dans les vallées (alimentée par l'eau des montagnes) n'a cessé de baisser et que la disponibilité des eaux souterraines a considérablement diminué (Zhang 2007). Par conséquent, certaines oasis naturelles le long de l'ancienne route de la soie disparaissent progressivement. Certaines excavations de caves à eau ont été utilisées pour économiser les précipitations afin de fournir de l'eau supplémentaire, mais l'efficacité est généralement faible. Comment économiser l'eau ou améliorer le WUE dans la production agricole est crucial pour la viabilité à long terme des systèmes de culture des terres de Gobi.
Milieux écologiques fragiles
Dans le nord-ouest de la Chine, la dotation foncière est faible. Les montagnes et les vallées, ainsi que les oasis et les terres de Gobi, constituent un environnement écologique complexe. Les fréquentes sécheresses et tempêtes de poussière détériorent l'environnement écologique. Environ 88% de la superficie totale du couloir Gansu Hexi a souffert de la désertification, et la ligne de désertification se déplace vers le sud vers les terres agricoles. Les conditions naturelles dans la région du nord-ouest de la Chine ont été décrites comme "le vent souffle des pierres partout avec des herbes qui ne poussent nulle part, » une représentation de l'environnement écologique fragile. L'utilisation intensive de pesticides dans les installations de culture est un danger potentiel pour l'environnement et la santé des travailleurs. Le manque de traitements appropriés pour les substrats organiques recyclés peut polluer les sources d'eau souterraine, suscitant des inquiétudes pour le grand public.
Contraintes des ressources en main-d'œuvre
L'offre de main-d'œuvre dans l'agriculture est généralement faible et insuffisante, car de plus en plus de jeunes travailleurs se déplacent vers les villes pour gagner leur vie, ce qui entraîne une pénurie de main-d'œuvre agricole dans les zones rurales. Les politiques gouvernementales actuelles visant à inciter les agriculteurs à cultiver des terres cultivées ne sont pas favorables au développement des communautés rurales, ce qui exacerbe la pénurie de main-d'œuvre rurale. En outre, l'exploitation agricole familiale en tant qu'unité agricole indépendante reste le principal mode de gestion agricole, et les politiques gouvernementales actuelles sur la propriété foncière peuvent interdire aux agriculteurs d'acheter et de vendre des terres, ce qui pourrait restreindre le développement extensif des systèmes de culture des installations. De plus, les niveaux d'éducation dans le nord-ouest sont généralement inférieurs à ceux des régions du centre et de l'est. Le gouvernement central a mis en place des politiques d'enseignement obligatoire pour l'ensemble du pays, mais de nombreuses personnes dans le nord-ouest sont incapables de terminer 9 années d'études. Tout ce qui précède peut créer un environnement défavorable pour l'offre de main-d'œuvre rurale, ce qui pourrait entraver le développement extensif des systèmes d'installations foncières de Gobi.
Durabilité économique
Avec l'amélioration du niveau de vie, les consommateurs exigent une gamme de produits frais de haute qualité et à valeur nutritionnelle. Il existe une grande population minoritaire (principalement avec des identités Hui et Dongxiang) dans le nord-ouest avec une habitude alimentaire à dominante végétale, qui nécessite des produits diversifiés pour répondre à leurs besoins. Cela crée des opportunités pour de nouveaux marchés avec de nouveaux produits. Cependant, le marché des produits frais approvisionnés par les systèmes de culture des terres du Gobi pourrait facilement devenir saturé car la population des six provinces du nord-ouest ne représente que 6.6 % du pays.»s total, avec un revenu disponible par habitant extrêmement faible. En 2012, le PIB par habitant dans les six provinces du nord-ouest était en moyenne de 26,733 4100 yuans (équivalent à 31 XNUMX USD), soit XNUMX % de moins que le pays.»s moyen. Un faible revenu avec peu de consommateurs peut limiter le développement de nouveaux marchés dans les zones locales et comporter des risques importants pour la durabilité économique à long terme. Des études sont nécessaires pour déterminer dans quelle mesure ce système pourrait être durable et ce qui peut être fait pour assurer sa durabilité économique à long terme. Nous réalisons qu'il existe un énorme potentiel de commercialisation de produits frais dans les régions très peuplées du centre et de l'est du pays. Nous suggérons que les priorités pour l'expansion du marché se concentrent sur : (i) l'établissement de "chaîne de dragon » une logistique marketing qui relie "cultivation-Grossistes-détaillants-les consommateurs » dans une chaîne de valeur ; (ii) l'amélioration des systèmes de transport interrégionaux spécifiques à la circulation des produits agricoles ; et (iii) développer des mécanismes de contrôle de la qualité, d'assurance sécurité et de tarification équitable.
Qualité et santé des produits
Les concentrations de métaux lourds sont plus élevées dans le sol de certaines installations que dans les champs ouverts. Les produits cultivés en usine contiennent parfois des quotients de risque ciblés de métaux lourds plus élevés que les légumes de plein champ (Chen et al. 2016), en partie parce que des déchets humains et d'autres déchets sont incorporés dans les substrats. Dans certaines installations, des engrais synthétiques excessifs pouvant atteindre 670 kg N ha 1, ainsi que 1230 kg N ha 1 à partir de matières organiques telles que les fumiers, sont utilisées annuellement pour la production de légumes (Gao et al. 2012). De plus, le film plastique utilisé pour le toit et la couverture du sol dans les unités de culture est souvent associé à des esters d'acides phtaliques qui sont ajoutés lors de la fabrication du film plastique. Il peut y avoir des risques à long terme pour la santé des producteurs exposés au polluant (Ma et al. 2015; Wang et al. 2015; Zhang et al. 2015). Les niveaux de phtalates dans les sols chinois se situent généralement dans la partie supérieure de la fourchette mondiale (Lu et al. 2018), et les cultures dans des installations fortement plastifiées peuvent contenir des niveaux élevés de phtalates (Chen et al. 2016; Ma et coll. 2015; Zhang et al. 2015). L'exposition des travailleurs aux phtalates peut comporter des risques pour la santé (Lu et al. 2018). Des recherches sont nécessaires pour développer des approches efficaces afin de minimiser les concentrations de phtalates dans les produits. Le risque de traces de phtalates pour la santé humaine peut être nul ou faible, mais doit être confirmé. Les seuils de concentration de métaux lourds doivent être spécifiés dans les produits finis. Certaines méthodes de bioremédiation sophistiquées peuvent devoir être développées pour la remédiation des sols fortement pollués par les métaux afin de minimiser l'effet de la concentration potentielle de métaux lourds.
Définir des politiques de développement durable dans les systèmes fonciers du Gobi
Les systèmes de culture en grappes se sont développés rapidement dans le nord-ouest de la Chine. En juin 2017, environ 3000 XNUMX ha de terres de Gobi étaient cultivées dans des installations dans la seule province de Gansu. Cette zone présente des avantages géographiques pour les légumes production, y compris de longues heures d'ensoleillement, de grandes différences de température entre le jour et la nuit et un ciel clair avec peu ou pas de pollution de l'air. Les systèmes de culture en installations sont considérés comme un "Miracle de la terre de Gobi » pour la Chine»s développement socio-économique. Nous recommandons les priorités suivantes en matière d'établissement de politiques pour assurer un développement sain du système avec une stabilité à long terme.
Équilibre entre exploration et protection
Nous suggérons que des politiques soient élaborées qui mettent l'accent sur "protéger l'environnement écologique tout en explorant les nouvelles terres, » ce qui signifie que le développement des systèmes de culture des terres de Gobi ne devrait pas avoir d'impacts environnementaux négatifs. La politique devrait détailler comment renforcer la productivité du système tout en promouvant la durabilité écologique. Crédits environnementaux, "assurance verte, » ainsi que "achats verts » devrait être pris en compte et inclus dans l'évaluation de la durabilité du système. Des politiques sont également nécessaires pour l'utilisation des engrais chimiques, des métaux lourds et des substances nocives, des pesticides à haute teneur en résidus et du recyclage des films plastiques, entre autres. Certaines politiques spécifiques devraient être établies pour cibler les principaux problèmes locaux. Par exemple, des installations de réserve d'eau devraient être construites le long des unités de culture à l'extrémité ouest du corridor Hexi, où le transport d'eau par canal ouvert actuellement disponible pour irriguer les unités de culture comporte des risques importants de perte d'eau pendant le transport et l'irrigation.
Élaborer des mesures systématiques d'utilisation et d'économie d'eau
Pour tirer pleinement parti de l'abondante terre de Gobi dans le nord-ouest de la Chine, une politique d'utilisation de l'eau rigoureuse et pragmatique doit être mise en place. Les priorités à court terme comprennent : (i) les lois sur la protection des ressources en eau pour "mesure de l'eau,""contrôle de forage d'eau, » ainsi que "autorité des ruisseaux et des sources » avec des réglementations détaillées sur les droits d'utilisation de l'eau, les quotas, les redevances et le contrôle de la qualité ; (ii) la construction d'installations de collecte et de stockage des eaux pluviales grâce à la technologie de captage des caves de stockage, l'optimisation de l'utilisation des ressources en eau de surface, l'exploration planifiée des eaux souterraines et la mise en place d'un système de permis de prélèvement d'eau ; (iii) renforcer les responsabilités des agences administratives à tous les niveaux pour contrôler l'allocation de l'eau, éliminer le gaspillage d'eau et promouvoir l'utilisation rationnelle des ressources en eau ; iv) le développement de systèmes agricoles économes en eau, notamment le passage de l'irrigation par submersion ou par sillons à l'irrigation goutte à goutte souterraine, l'utilisation de paillis pour réduire l'évaporation et l'amélioration des systèmes de canaux d'irrigation sur le terrain ; et (v) à long terme, la promotion de la sélection de cultivars tolérants à la sécheresse, la réforme des systèmes agricoles et l'amélioration des infrastructures pour la construction d'installations.
Renforcer l'innovation agro-technologique
La technologie joue un rôle vital dans le développement durable des systèmes de culture des terres de Gobi ; à ce titre, une politique technologique devrait couvrir : (i) la construction de centres régionaux d'innovation et de stations d'essai, la mise en place de "cibler le financement » spécifiques aux systèmes de culture des terres de Gobi pour résoudre les problèmes urgents, et investissement accru dans les plateformes de recherche/démonstration et d'innovation technologique ; (ii) le développement de systèmes de vulgarisation technologique - où les politiques gouvernementales encouragent les institutions de recherche à tous les niveaux pour mener à bien la vulgarisation technologique - et la création de bureaux locaux de technologie pour fournir des services techniques dans les zones rurales ; (iii) l'adoption de mesures pour attirer et retenir les employés pour travailler dans la région sous-développée du Nord-Ouest ; (iv) l'augmentation des niveaux d'éducation des agriculteurs au-delà des 9 années obligatoires, la promotion de la culture technologique dans la population rurale par la formation professionnelle et la formation d'une nouvelle génération d'agriculteurs pour mettre en œuvre des technologies agricoles innovantes ; et (v) le développement de programmes de formation spéciaux par les universités et les instituts de recherche pour le personnel de technologie agricole afin de promouvoir les technologies de pointe.
Réguler la chaîne alimentaire
La quantité de fruits et légumes frais produits dans les installations regroupées est généralement supérieure à celle dont ont besoin les communautés rurales et urbaines locales et voisines. Le transport en temps opportun des produits frais vers d'autres marchés nationaux et étrangers garantira l'équilibre entre la production et la commercialisation. Des politiques sont nécessaires pour faciliter les mécanismes de commercialisation et la logistique. Les cultivars doivent être sélectionnés pour répondre aux besoins d'un large éventail de marchés qui couvrent une gamme variée de produits et de goûts adaptés aux différents groupes ethniques et religieux. La politique devrait soutenir les marchés de gros, les points de vente au détail, la logistique de la chaîne du froid et les systèmes de contrôle de l'information. Une politique peut être nécessaire pour les systèmes de transport, y compris la construction de voies ferrées principales menant au centre et à l'est de la Chine, ainsi que l'accès aux canaux terrestres en Russie, en Mongolie extérieure, en Asie occidentale et en Europe.
Cultiver des agriculteurs professionnels
Les agriculteurs sont les principaux acteurs du développement socio-économique rural, mais de nombreux jeunes agriculteurs se sont déplacés vers les villes pour d'autres revenus, laissant les terres cultivées nues pendant des années avec peu ou pas de productivité dans certaines régions (Seeberg et Luo 2018; vous 2018). Une politique est nécessaire pour soutenir l'augmentation des revenus agricoles tirés de la production alimentaire afin d'encourager les jeunes agriculteurs à rester dans les fermes, ce qui améliorera en fin de compte la stabilité socio-économique des communautés rurales. Un point clé de la politique devrait cultiver une nouvelle race d'agriculteurs avec des qualifications et des compétences en gestion améliorées, aidant le potentiel à passer des exploitations familiales traditionnelles, autosuffisantes et à petite échelle à de plus grandes entreprises agricoles - une approche pour développer l'agriculture moderne en Chine. La politique foncière actuelle devra peut-être être renouvelée, permettant aux agriculteurs professionnels qualifiés d'agrandir leurs exploitations et d'optimiser la gestion agricole, le cas échéant.
Mettre en place un système de services sociaux solide
Les communautés rurales du nord-ouest ont été historiquement sous-développées par rapport au centre et à l'est de la Chine. Des politiques sont nécessaires pour mettre en place des systèmes de services sociaux efficaces axés sur l'amélioration de l'éducation, de la santé et de l'emploi, ainsi que sur l'amélioration du niveau de vie général. L'agriculture est l'activité principale des communautés rurales. Des politiques sont nécessaires pour encourager le développement de coopératives agricoles de grande taille pour une utilisation efficace des terres et des ressources en eau avec des revenus accrus pour les familles d'agriculteurs. Pour le système de culture de Gobi-land, une politique est nécessaire pour améliorer l'efficacité de la production agricole, de la transformation des aliments et de la distribution des produits au niveau des communautés locales et voisines. Une disposition/répartition optimisée des installations de culture dans les différentes écorégions est nécessaire pour satisfaire les divers besoins des consommateurs en fruits et légumes frais au niveau régional/local et pour explorer les opportunités au niveau international. Une politique est également nécessaire pour garantir la sécurité et la qualité des produits des systèmes d'installations qui détaillent le stockage, le transport et la circulation des produits frais hors saison afin de minimiser le risque de perte de fraîcheur et de qualité.
Conclusions
Les ressources foncières sont au cœur de l'agriculture et intrinsèquement liées aux défis mondiaux pour la sécurité alimentaire et les moyens de subsistance de millions de ruraux. La population mondiale devrait atteindre 9.1 milliards d'ici 2050 et la production alimentaire dans les pays en développement doit doubler par rapport au niveau de 2015. Les ressources foncières sont soumises à de fortes pressions dans les pays en développement en raison de l'urbanisation rapide qui fait concurrence à l'agriculture pour les terres disponibles. La Chine a mis en place de nouveaux systèmes de culture sur les terres de Gobi, à savoir "Agriculture de Gobi, » qui comprend un groupe de nombreuses (jusqu'à des centaines) unités de culture individuelles fabriquées à partir de matériaux disponibles localement et alimentées par l'énergie solaire. Les unités de culture au toit en plastique, semblables à des serres, produisent des fruits et légumes frais de haute qualité toute l'année. Nous estimons que ces systèmes couvriront environ 2.2 millions d'hectares d'ici 2020, devenant ainsi la pierre angulaire de la production alimentaire en Chine.»s histoire agricole. Dans cette revue, nous avons identifié certaines caractéristiques uniques des systèmes de culture, notamment l'augmentation de la productivité des terres par unité d'intrant, l'amélioration de la WUE et l'amélioration des avantages écologiques et environnementaux. Ce système de culture offre d'excellentes opportunités pour explorer les ressources disponibles localement pour enrichir les populations rurales et assurer la viabilité à long terme des communautés rurales. Ce système est également confronté à des défis importants qui doivent être relevés.
Nous avons identifié quelques questions clés et leurs domaines de recherche prioritaires correspondants à court terme (3-5 ans) qui contribuerait à améliorer la durabilité de ce système de culture unique. Nous suggérons fortement que des politiques gouvernementales et des systèmes de services sociaux pertinents dans les zones rurales soient développés pour assurer la rentabilité économique et la durabilité éco-environnementale des systèmes de culture des terres de Gobi.
Remerciements Les auteurs tiennent à remercier tous ceux qui ont consacré leur temps et leurs efforts à participer à cette recherche, ainsi que le personnel du Centre de service technique des légumes du district de Suzhou, Jiuquan, et les services de vulgarisation agricole de Wuwei, Wuwei, Gansu, pour avoir fourni des données. et photos présentées dans l'article.
Financement Cette étude a été financée conjointement par le "Fonds spécial d'État pour la recherche agro-scientifique d'intérêt public (numéro de subvention 201203001),""Systèmes de recherche agricole en Chine (numéro de subvention CARS-23-C-07),""Fonds de projets clés pour la science et la technologie de la province du Gansu (numéro de subvention 17ZD2NA015), » ainsi que "Fonds spécial pour l'innovation et le développement scientifiques et technologiques guidé par la province du Gansu (numéro de subvention 2018ZX-02). »
Conformité aux normes éthiques
Conflit d'intérêt Les auteurs déclarent ne pas avoir de conflit d'intérêts.
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