不同种植系统中土壤-作物反馈对作物抵抗极端气候事件能力的影响机制研究

本研究通过STICS模型长期模拟，揭示了极端气候事件下土壤-作物反馈机制对作物产量稳定性的调控作用。对比三种种植模式（常规、纯植物源种植、种养结合）发现，整合牲畜的循环系统通过提升土壤有机碳（SOC）显著增强作物对干旱和高温的抵抗（Resistance）能力，为气候智能型农业设计提供了过程模型（process-based model）验证新范式。

　　

Highlight

作物轮作设计

基于De Clerck等人（评审中）的研究，我们联合农学、营养学与生态学专家共同设计了40种不同长度和作物组合的轮作模式，以契合EAT-Lancet膳食指南的农业实践需求。

作物轮作对土壤有机碳（SOC）的影响

种养结合系统（ICLS）凭借临时草地显著提升0-200 cm土层的SOC储量（1980-2010年间平均增加14.78 Mg ha^?1），且在未来气候情景下成为唯一实现SOC增长的体系。纯植物源（Vegan）轮作的SOC增幅最低（在2070-2100 RCP8.5情景下仅为ICLS的21%），而常规轮作表现居中。

讨论

本研究未局限于多模型集合的产量绝对值预测，而是聚焦气候变迁中产量变动的驱动机制与土壤-作物反馈对极端事件抵抗力的调控作用。气候变暖通过平均产量偏移（增益或损失）与极端事件频发双重路径影响作物，其中高温胁迫与气孔水分胁迫是主要限制因子。种养结合系统通过有机碳累积与氮素循环优化显著提升系统韧性，而缺乏有机肥输入的纯植物源体系抵抗力显著削弱。过程模型成功揭示了管理实践通过生物地球化学循环（Biogeochemical cycling）调控生态系统功能的机制。

结论

土壤-作物过程模型为气候情景下农业系统对比研究提供了关键工具。通过耦合模型与多学科设计框架，我们证明了种养结合系统在提升土壤健康与气候韧性方面的优势，为设计适应与减缓（Adaptation and Mitigation）并重的未来粮食系统提供了科学依据。

CRediT authorship contribution statement

Jér?me Bindelle: 评审修订、验证、监督、方法论构建、概念设计

Benjamin Dumont: 评审修订、验证、监督、方法论构建、概念设计

Mathieu Delandmeter: 评审修订、原稿撰写、可视化、软件实现、方法论、研究实施、形式分析、概念设计

Caroline De Clerck: 评审修订、概念设计

Declaration of Competing Interest

作者声明不存在可能影响本研究的已知经济利益冲突或个人关系

Acknowledgements

本研究由比利时科研基金（F.R.S.-FNRS）资助（编号44221），感谢EcoFoodSystem支持委员会成员提供的宝贵建议。