喜马拉雅山麓地区罗勒-芥菜系统生产力与碳能预算优化研究

《Next Research》：Productivity, energy and carbon budgeting in basil–mustard system as influenced by crop geometry, variety, and nutrient management in Central Himalayan foothills

为应对气候变化下农业可持续发展挑战，研究人员在喜马拉雅山麓地区开展罗勒-芥菜轮作系统研究，通过优化作物配置（60×40 cm间距）、品种选择（NRCHB 101芥菜）与NPKS养分管理（120:60:40:40 kg ha?1），显著提升系统生产力（6.33 t ha?1）、能量输出（226,286 MJ ha?1）和碳效率（4.28），同时降低碳足迹（0.19 kg CE kg?1），为构建资源高效型农业系统提供实证方案。

　　

随着全球气候变化问题日益严峻，农业作为温室气体排放的重要来源之一，其可持续发展路径备受关注。传统农业模式过度依赖化学肥料，导致氮氧化物（N₂O）等温室气体排放加剧，同时能源利用效率低下、碳足迹居高不下。在印度喜马拉雅山麓地区，这一矛盾尤为突出——一方面需要保障粮食安全，另一方面又面临生态系统脆弱性的制约。在此背景下，如何通过创新耕作制度实现生产力提升与环境保护的双赢，成为农业科学家亟待破解的难题。

发表于《Next Research》的最新研究首次从系统论视角出发，将药用植物罗勒（Ocimum basilicum L.）与油料作物芥菜（Brassica juncea L.）组成新型轮作系统，通过两年田间试验揭示了作物几何配置、品种选择与养分管理的协同增效机制。研究团队创新性地将能量预算分析与碳足迹核算相结合，构建了涵盖生产力、经济效益、环境影响的综合评价体系。

本研究主要采用田间定位观测法，在乌塔拉坎德邦的药用植物研发中心建立标准化试验小区。通过设置3种罗勒种植间距（40×40 cm、60×40 cm、60×60 cm）、2个芥菜品种（NRCHB 101与Kranti）以及6个NPKS施肥梯度（F₁-F₆），系统监测作物生长指标、养分吸收动态。能量输入输出计算涵盖种子、肥料、农机等直接与间接能源消耗，碳足迹评估则基于生命周期法核算从生产资料生产到田间管理的全过程碳排放。

Yield attributes and yield

数据分析表明，芥菜品种NRCHB 101在F₆施肥水平下表现最优，其角果长度（5.3 cm）、单株角果数（321.53个）和每角果粒数（13.8粒）显著高于对照。窄间距（40×40 cm）虽提高罗勒生物量，但宽间距（60×40 cm）更利于系统整体能量平衡。

Yield and yield attributes

罗勒草药产量在密植条件下更高，这归因于单位面积株数增加带来的群体优势。但宽间距通过改善冠层光分布，显著提升光能利用效率，使系统能量产出提高12.7%。

Conclusion

研究证实：罗勒-芥菜系统在60×40 cm间距、NRCHB 101品种与F₆施肥组合下，实现系统生产力6.33 t ha?1、净能量收益185,492 MJ ha?1、碳效率4.28的协同优化。该模式碳足迹（0.19 kg CE kg?1）较传统模式降低37%，净收益达1,737.72美元/公顷。

Authors Contributions

Ardeep Kumar负责试验设计与论文撰写，Chayan Pant参与数据可视化与结果分析，Rajendra Bhatt完成统计验证与论文修订。

本研究的重要意义在于首次量化了药用植物-油料作物系统的碳能耦合效应，为发展中国家构建气候智能型农业提供了可复制的技术范式。通过优化作物时空配置与精准施肥，在维持高产的同时将碳足迹控制在全球领先水平，这一创新实践对实现联合国可持续发展目标（SDGs）具有示范价值。