条带耕作提升高纬度地区玉米产量、降低能耗与碳足迹的协同效应

《European Journal of Agronomy》：Strip tillage enhances the synergy of higher maize yield, less energy consumption, and lower carbon footprint in high latitude areas of Northeastern China

本研究通过三年田间试验，系统比较了条带耕作（ST）、免耕（NT）、翻耕（PT）和常规旋耕（RT）对玉米产量、土壤性质（如土壤有机碳SOC、团聚体稳定性）、能源利用效率和碳足迹的影响。结果表明，ST在提高玉米产量（7.0%）、改善土壤结构（平均重量直径MWD提升13.3%）、提升能源利用效率及降低碳足迹（1.2–10.2%）方面表现最优，是多指标综合评价（Z-score=10.8）下的最佳策略，为高纬度地区农业可持续发展提供了实践路径。

　　

Highlight

这项为期三年的田间研究在中国东北高纬度寒冷地区进行。我们在玉米秸秆还田系统下，比较了保护性耕作方法——条带耕作（ST）和免耕（NT）——与翻耕（PT）和常规旋耕（RT）的效果。

Effect of tillage practice on maize yield and its components

耕作方式、年份及其交互作用影响了玉米产量及其构成（表1）。在试验的前两年，各处理间的玉米产量未观察到显著差异。然而，在第三年，ST和NT处理的产量显著高于PT和RT处理。PT、RT、ST和NT处理在2021–2023年间的平均玉米产量分别为14,264 kg ha^?1, 13,443 kg ha^?1, 14,383 kg ha^?1和13,897 kg ha^?1。

Effect of tillage practices on maize yield

条带耕作（ST）有潜力结合常规耕作和免耕（NT）的优点，它扰动行内土壤，同时保留行间完整的秸秆覆盖（Vyn and Raimbault, 1992）。尽管之前的一些研究表明，在最初三年内，减少耕作或免耕对谷物产量没有显著影响（Zhang et al., 2018b），但我们的结果证明了ST对玉米产量的潜在优势。虽然前两年未观察到显著差异，但在第三年，ST处理的产量显著高于RT和PT处理。这可能是由于ST改善了土壤结构，促进了根系发育，并在高纬度寒冷地区创造了更有利的土壤温度条件。

Conclusions

本研究表明，耕作方式显著影响了中国东北玉米生产系统的作物生产力、能源消耗、经济效益和环境成本。与常规旋耕（RT）相比，条带耕作（ST）显著提高了玉米产量，改善了土壤结构，提升了能源利用效率，同时减少了与柴油相关的碳排放。尽管免耕（NT）更大幅度地降低了能源投入和碳足迹，但它也显示出潜在的产量、土壤结构和经济效益方面的权衡。综合14项农艺、环境和经济指标的多标准评估（Z-score）将各处理的性能排序为：ST (10.8) > NT (8.5) > PT (-7.1) > RT (-12.2)。因此，条带耕作（ST）结合秸秆还田，是高纬度地区玉米系统在短期内平衡生产力、环境可持续性和能源效率的一种有前景的策略。