种植与养殖是农业产业结构的重要组成部分，不合理的种养结构给区域粮食安全、生态环境带来严峻的挑战。聚焦我国区域尺度农业种养结构，孙志刚研究团队构建了我国地市级农业种养结构专题数据集，发展了比较优势理论，提出了区域粮食自给指数、区域粪便养分平衡指数，诊断分析了我国区域种养生产结构、农产品产需结构、畜禽粪便产需平衡的时空格局及潜在问题，建立了考虑区域间的种养协调、资源互补、运输路径与成本的种养结构空间优化模型，利用模型对我国东部区域种养结构进行了优化分析，同时也开展了种养结合实体农场的实证研究。以上工作发展了区域农业布局研究理论、方法，为区域农业布局诊断分析与优化提供了科学支撑。

主要成果简介如下：

1、探明了我国区域种养生产结构时空格局与问题

基于地理学的理论和方法，构建了农产品生产比较优势指数，量化了我国市域尺度种养结构时空格局。在粮食安全方面，饲料粮（玉米和大豆）种植优势区域与精饲料消耗为主的单胃牲畜（猪、禽类）养殖优势区域空间错位显著；在环境安全方面：集约化的单胃类畜禽（猪、禽类）养殖主要分布在我国东部农区，粪便污染风险较大。据此，提出了种养结构调整、畜禽粪便资源化利用与管理等针对性建议。

2、摸清了我国主要农产品产需结构空间格局及其影响因素

构建了农产品产需平衡指数，量化了我国东部市域尺度主要农产品产需平衡空间格局及其影响因素。基于新时期健康膳食推荐值，我国东部大多数区域的谷物、蔬菜和肉类生产量高于需求量。蛋类北方大部分区域生产高于需求量，南方大部分区域生产不足。奶类生产严重不足。玉米、大豆全部作为饲料情景下，玉米总体不足，大豆严重不足。谷物、蔬菜和玉米的产需平衡指数与产量及人均耕地面积呈显著正相关关系，而谷物、肉类和玉米的产需平衡指数与人均GDP呈显著负相关关系。人口密度大的区域，短期来看，保护耕地、优化种养结构、提高自给水平是改善农产品产需平衡的主要路径。

3、明晰了我国区域畜禽产需平衡与畜禽粪便N平衡的权衡关系与调控路径

构建了区域畜禽数量及肉类产需平衡与粪便N平衡的量化模型，分析了区域肉类产需平衡与粪便N平衡的权衡关系，指出了在有机农业情景下我国东部仍有部分区域无法消纳当前畜禽数量的粪便N。该些区域的畜禽粪便N平衡仅能通过减少畜禽养殖或畜禽粪便有机化后转移到无粪便盈余的区域来实现。通过模型改进与情景分析，发现“减少畜禽数量”情景下整个东部区域够实现肉类自给，且实现肉类自给的区域超过70%，全部区域均能够避免粪便N盈余；西南地区需采取增施粪便有机肥、相邻区域粪便有机肥交易等措施减缓肉类自给与粪便N盈余的矛盾。

4、构建了区域种养结构空间优化模型与优化情景

量化了作物生产-畜禽生产（肉蛋奶+有机肥）-人的膳食需求的互馈关系，构建了考虑区域间的种养协调、资源互补、运输路径与成本的种养结构空间布局优化模型。该模型用于我国东部地区优化情景分析，结果显示，通过空间布局优化，我国东部地区增强了食物、饲料的自给，同时避免了粪肥N盈余。在模型模拟与情景分析基础上，提出了三条优化路径：第一，减少畜禽数量以增强饲料粮自给并避免粪便N盈余；第二，通过提高大豆补贴增加大豆产量；第三，降低肉类和蛋类在区域尺度自给水平，通过运输的方式满足各区域需求，可避免人口稠密区粪便N盈余且减少玉米的运输。

5、开展了典型实体种养结合农场的实证研究

基于能值理论方法，以中国科学院禹城综合试验站生态试验农场为案例，构建了典型种养结合农业系统定量评估模型，实践证明了种养结合型农场具有较高的经济效益、较低的环境负载，有利于增强粮食生产体系的韧性及可持续性。研究成果以案例形式写入《地球大数据支撑可持续发展目标报告（2021）》，该报告作为我国政府的正式文件被提交到联合国。 

上述研究获得了中国科学院战略性先导科技专项（A类）、国家自然科学基金创新研究群体项目、山东省自然科学基金青年项目等项目资助，发表的系列论文7篇及研究报告1篇。 

Li, Y., Shi, Y., Deng, X., Sun, Z., Accatino, F. (2024). Increasing food and feed self-sufficiency and avoiding manure N surplus in eastern regions of China through a spatial crop-livestock optimisation model. Agricultural Systems, 217, 103911. https://doi.org/10.1016/j.agsy.2024.103911

Li, Y., Sun, Z., Deng, X., Accatino, F. (2024). Reducing livestock quantities to avoid manure nitrogen surplus: Would meat self-sufficiency be met in eastern regions of China?. Resources, Environment and Sustainability, 100156. https://doi.org/10.1016/j.resenv.2024.100156

Li, Y., Sun, Z., Accatino, F. (2022). Satisfying meat demand while avoiding excess manure: Studying the trade-off in eastern regions of China with a nitrogen approach. Science of The Total Environment, 816, 151568. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.151568

Li, Y., Sun, Z., Accatino, F. (2021). Spatial distribution and driving factors determining local food and feed self‐sufficiency in the eastern regions of China. Food and Energy Security, 10(3), e296. https://doi.org/10.1002/fes3.296

Li, Y., Sun, Z., Accatino, F., Hang, S., Lv, Y., Ouyang, Z. (2021). Comparing specialised crop and integrated crop-livestock systems in China with a multi-criteria approach using the emergy method. Journal of Cleaner Production, 314, 127974. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.127974

李洋, 孙志刚, 刘恩媛, 邵长秀. (2021). 基于比较优势理论的中国区域种养结构时空格局演变分析. 自然资源学报, 36(5), 1149-1162. https://doi.org/10.31497/zrzyxb.20210505

李洋, 孙志刚, 张旭博, 杨景晁, 杭胜, 李仕冀, 朱婉雪, 吕云, 欧阳竹. (2019). 种养系统可持续发展指数的空间格局及其演变趋势——以山东省为例. 应用生态学报, 30(7), 2371. https://doi.org/10.13287/j.1001-9332.201907.020

李洋, 孙志刚. 黄河下游中低产田高效生态农业模式实践, 地球大数据支撑可持续发展目标报告（2021）（中英文）. 中国科学院, 2021年9月, 北京