重新设想的世界农业地图包括美国中西部玉米带周围和撒哈拉沙漠下面的许多主要农作物的大片新耕地。欧洲和印度的大片农田将被恢复为自然栖息地。
重新设计--假设是高投入的机械化耕作--将使全球农田的碳影响减少71%，允许土地恢复到其自然的森林状态。这相当于捕获了我们目前20年的二氧化碳净排放量。树木在生长过程中捕获碳，也能使土壤比种植作物时捕获更多的碳。
在这种优化的情况下，作物生产对世界生物多样性的影响将减少87%。这将极大地减少许多物种的灭绝风险，而农业对这些物种是一个主要的威胁。研究人员说，农田将迅速恢复到其自然状态，通常在几十年内恢复其原始碳储量和生物多样性。
重新设计将完全消除对灌溉的需求，通过在降雨提供它们生长所需的所有水的地方种植农作物。目前，农业约占全球淡水使用量的70%，这导致了世界上许多干旱地区的饮用水短缺。
研究人员使用了25种主要作物的当前种植区的全球地图，包括小麦、大麦和大豆，这些作物共占全球耕地的四分之三以上。他们开发了一个数学模型，研究在全球范围内分配这些耕地的所有可能方式，同时保持每种作物的总体生产水平。这使他们能够确定对环境影响最小的方案。
该研究报告于2022年3月10日发表在《自然通讯：地球与环境》杂志上。
“在许多地方，耕地已经取代了含有大量碳和生物多样性的自然栖息地--而且作物在那里甚至生长得并不理想。如果我们让这些地方再生，并将生产转移到更适合的地区，我们将很快看到环境效益，”Robert Beyer博士说，他曾是剑桥大学动物学系的研究员，是这项研究的第一作者。Beyer现在在德国的波茨坦气候影响研究所（PIK）工作。
以前的研究已经确定了生态恢复的优先区域，但这是第一次绘制农业用地搬迁图，以便在不影响粮食安全的情况下实现长期环境效益最大化。
虽然在全球范围内完全迁移耕地显然不是一个目前可以付诸实施的方案，但科学家们说，他们的模型强调了目前耕地非常不具生产力的地方，但有可能成为生物多样性和碳储存的热点。
采取简化的方法，只在国家边界内而不是在全球范围内重新分配耕地，仍将带来巨大的好处：全球碳影响将减少59%，生物多样性影响将比目前低77%。
第三种更现实的选择是只在全国范围内迁移最糟糕的25%的耕地，这将导致所有耕地的最佳迁移效益的一半。
“目前，实施这整个重新设计是不现实的。但是，即使我们只迁移世界上一小部分耕地，把重点放在种植作物效率最低的地方，环境效益也是巨大的，”Beyer说。
该研究发现，无论气候以何种具体方式变化，在本世纪末之前，耕地的最佳分布将变化不大。
“最佳的耕地位置不是移动的目标。”论文的资深作者、剑桥大学动物学系的Andrea Manica教授说：“在目前的气候条件下，环境足迹低、作物产量高的地区在未来仍将是最佳的。”
研究人员承认，重新安置耕地的方式必须在经济上和社会上为受影响的人所接受。他们列举了预留计划的例子，该计划给予农民经济激励，使他们为了环境利益而退掉部分土地。经济激励也可以鼓励人们在更适合的地方耕种。
该模型根据土地的耕作方式生成了备选的全球分布图--从先进的、具有高产作物品种和最佳肥料和农药应用的完全机械化生产，到传统的以生存为基础的有机耕作。即使是将不太密集的耕作方式重新分配到最佳地点，也会大大减少其碳和生物多样性的影响。
虽然其他研究表明，如果我们转向更多的植物性饮食，我们可以大大减少农业对环境的影响，但研究人员说，在现实中，饮食并没有迅速改变。他们的模型假设饮食不会改变，并专注于生产与今天相同的食物，但以一种最佳方式。
世界上的许多农田都位于对环境有巨大影响的地区，它们取代了碳含量丰富和生物多样性丰富的生态系统，并对当地的水资源造成了巨大的消耗。这些地点的选择是有历史原因的，比如它们靠近人类居住区，但研究人员说，现在是以更理想的方式种植粮食的时候了。