可持续农业实践对生态与经济效益的双重增益：基于澳大利亚大田作物农场试验的实证研究

《Ecological Solutions and Evidence》：The ecological and economic benefits of sustainable agricultural practices: Evidence from on-farm trials in broad-acre crops

本综述系统评估了可持续农业实践（如生物防治和生物肥料）在生态与经济效益上的协同作用。通过两年期农场试验证实，减少化学农药使用（如新烟碱类种子处理剂和拟除虫菊酯喷雾）不仅能维持害虫（如红足地螨RLEM）密度低于经济阈值（<5000只/m2），还能显著提升有益节肢动物密度，同时保障作物产量与毛利率（GPM）与传统农业相当。研究强调了与农民和农学顾问共同设计（co-design）实践的重要性，为农业可持续发展提供了实证依据。

　　

1 INTRODUCTION

农业集约化在满足全球粮食与纤维需求中不可或缺，但过度依赖化学农药导致了一系列环境与健康问题，包括非靶标生物毒性、农药残留生物累积及生态系统功能退化。可持续农业实践（如生态集约化、有机农业和综合害虫管理IPM）通过减少化学投入、推广生物防治和生物肥料应用，旨在平衡农业生产与生态保护。红足地螨（Redlegged earth mite, RLEM）作为澳大利亚冬季作物与牧场的主要害虫，其防治中化学农药的广泛使用已引发抗药性问题，亟需可持续替代方案。本研究通过农场试验，评估可持续实践在害虫控制、生物多样性维护及经济效益方面的综合表现。

2 MATERIALS AND METHODS

2.1 Model pest and system: The redlegged earth mite in broad-acre crops

RLEM（Halotydeus destructor）是澳大利亚南部地中海气候区冬季作物与牧场的重大害虫，寄主范围广泛，包括油菜、燕麦、小麦、豆类等。其年发生3-4代，以滞育卵越夏，秋季孵化后危害作物。化学防治抗药性日益严重，凸显生物防治的必要性。

2.2 On-farm trial experimental design

试验在澳大利亚维多利亚州两个农场（Tennyson与Stoneleigh）进行，设计包括常规处理（Conventional，依赖合成肥料与化学农药）、可持续处理（Novel，基于生物肥料与生物防治）及加值处理（Plus，组合不同管理要素）。各处理面积10公顷，缓冲区10米以避免交叉影响。输入成本与农事操作详细记录（见表1、2及附表S1-S4）。

2.3 Ecological surveys

每季作物进行四次生态调查（S1-S4），覆盖关键生长期。使用真空采样器（Stihl? Blowervac BG55）在50×50 cm样方内采集节肢动物，计数RLEM、有益螨类（如法国捕食螨Anystis wallacei、吻螨科Bdellidae）及蜘蛛等天敌，同时记录蓝燕麦螨（Penthaleus spp.）和苜蓿蚜（Sminthurus viridis）等次要害虫。

2.4 Economic data

通过精准农业技术获取产量数据（t/ha），结合投入成本（种子、肥料、农药及施用费用）计算毛利率（GPM）。收益基于作物售价（小麦382.75澳元/t，油菜703.82澳元/t，豌豆945.30澳元/t）与成本差值标准化。

2.5 Statistical modelling

采用广义线性模型（GLM）与贝叶斯推断分析害虫与天敌密度、产量及经济效益。密度数据拟合泊松分布，产量数据拟合正态分布，通过MCMC模拟（JAGS软件）估计参数后验分布，Gelman-Rubin统计量<1.1确认收敛。

3 RESULTS

3.1 Treatment effects on RLEM

所有处理中RLEM密度均低于经济阈值（小麦与豌豆5000只/m²，油菜1000只/m²）。Tennyson点Novel处理RLEM密度随时间上升（S1至S4增加14.9倍），但仍远低于危害水平。Stoneleigh点Novel Plus处理在油菜季末密度较高（70只/m²），但未达经济阈值。化学处理（Conventional） effectively维持低密度，但生物处理同样有效。

3.2 Treatment effects on beneficials

Novel处理显著提升有益节肢动物密度。Tennyson点小麦季末Novel处理有益密度比Conventional高4.0倍（22 vs. 6只/m²），豌豆季末高1.6倍（34 vs. 21只/m²）。Stoneleigh点油菜季Novel Plus处理有益密度达13只/m²，显著高于Conventional。表明减少化学农药有助于天敌种群建立。

3.3 Treatment effects on other crop pests

苜蓿蚜在Tennyson点Conventional处理季末密度上升（51只/m²），而Novel处理保持稳定（3只/m²）。蓝燕麦螨在Stoneleigh点Novel处理密度较高（86只/m²），但未引发经济危害，反映生物系统的自然调控能力。

3.4 Treatment effects on yield and gross profit margins

产量与毛利率在各处理间无显著差异。Tennyson点2022年Conventional Plus处理小麦产量最高（1.77倍于Novel），但2023年Novel处理豌豆毛利率优于Conventional Plus（1.66倍）。Stoneleigh点2022年Conventional处理小麦毛利率略高（66.53%），但2023年Novel Plus处理油菜毛利率反超（1.05倍）。整体表明可持续实践在维持盈利性上具竞争力。

4 DISCUSSION

本研究证实可持续农业实践能有效控制RLEM低于经济阈值，同时增强天敌群落，提升生态系统韧性。化学农药（如新烟碱类种子处理剂imidacloprid、拟除虫菊酯bifenthrin）虽快速见效，但可能引发次要害虫爆发（如苜蓿蚜）并危害非靶标生物（如传粉昆虫与土壤微生物组）。生物肥料与营养管理（如多矿物生物肥料、富里酸fulvic acid）协同生物防治，有望替代部分化学输入。

经济效益分析显示，可持续处理毛利率与传统农业相当，但长期效益可能体现在土壤健康、抗药性管理与生物多样性服务上。与农民和顾问的共设计（co-design）确保研究成果具实践转化价值，例如针对高风险田块精准使用种子处理剂、避免秋季预防性喷药、强化文化措施等建议已被行业采纳。

研究局限包括农场级重复不足、未直接量化天敌控害效能（如通过笼蔽试验），且时间尺度较短。未来需扩展作物类型、区域气候条件及长期生态效应评估，并通过荟萃分析整合多研究证据。本研究为可持续农业的规模化推广提供了实证基础，凸显了生态与经济效益协同的可能性。