农业生态实践（如Za?种植法和石垄种植法）对土壤肥力和高粱产量的影响，以及这些实践如何应对气候变化以实现粮食安全

《International Journal of Agronomy》：Effects of Agroecological Practices (Za? and Stone-Rows) on Soil Fertility and Sorghum Yield in Response to Effects of Climate Change to Achieve Food Security

农业生态实践可减缓耕地退化并提高生产力，尤其在气候变化背景下。本研究评估了za?（打孔坑）和石垄（SR）两种传统农艺措施对土壤肥力和高粱产量的影响。在布基纳法索中 plateau 地区Tanghin村庄，设置za?（Z）、SR（T3）、Z+SR（T4）与传统耕作（T1）四组处理，连续3年试验。分析发现：T4处理土壤有机碳（+0.4%）、阳离子交换容量（+4.16 meq/100g）、交换性碱基总量（+7.608 meq/100g）显著优于其他处理（p<0.05）。高粱产量方面，T4较T1增产近300%，T2和T3分别增产200%。研究表明，结合za?和SR的技术能显著改善土壤结构（黏粒+细砂含量提升15%-34%）和化学性质（pH 6.5-6.8，有效磷+4.258 mg/kg），且协同效应最佳。该成果为撒哈拉以南非洲旱地可持续农业提供了实践依据。

　　在面对全球气候变化带来的挑战时，农业领域的可持续发展实践正逐渐成为缓解土地退化、提升粮食安全的关键手段。本研究聚焦于布基纳法索中央高原地区，探讨了传统农业生态实践——za? 和 stone-rows（SR）——对土壤肥力和作物产量的影响。研究地点设在Tanghin村庄，该地区属于北苏丹区域，具有明显的长旱季（从10月到次年5月）和短雨季（6月至9月）。过去十年，该地区的降雨量波动较大，年均降雨量介于700至1000毫米之间，且降雨日数在37至62天之间。这种气候条件使得农业活动面临严峻挑战，特别是土壤侵蚀和肥力下降问题日益严重。

在布基纳法索，农业是国家经济的重要支柱，雇佣了约86%的劳动力，并贡献了45%的家庭收入，占GDP的40%。然而，尽管农业对国家经济至关重要，该国仍然面临着粮食和营养安全的严峻问题。据估计，约46%的人口处于粮食不安全状态，每日所需热量为2500千卡，但实际摄入量仅为2283千卡。这种状况不仅受到自然条件的限制，还与持续的土地退化密切相关。根据研究，布基纳法索约有24%的可耕地遭受严重退化，且每年新增退化面积达10万至25万公顷。土壤退化的主要原因是气候变化的不确定性以及人类活动，如过度耕作、放牧、有机质回归不足、过量使用矿物肥料、作物残余管理不善和休耕土地不足。

为了应对这些挑战，当地农民在政府项目的支持下，发展了一系列土壤和水资源保护与恢复（SWC/P&R）技术，旨在提高土地生产力和可持续性。其中，za? 和 SR 是两种被广泛采用的传统适应策略。za? 技术通过在土壤表面挖掘小坑来收集雨水，促进水分渗透，减少水蚀，同时提高土壤肥力。而 SR 则是沿等高线和垂直于坡度放置的碎石屏障，用于减缓地表径流、防止水土流失。这两种技术的结合被认为是提高土壤质量、增强作物产量的重要手段。研究还指出，这些技术在与有机肥料结合使用时，效果更为显著。

研究采用了完全随机区组设计（CRBD），在Tanghin村庄选取了16个代表性地块，分为四个处理组：za?（Z）、SR、za?与SR的组合（SR?+?Z）以及对照组（传统农民做法）。每个处理组重复四次，以确保数据的可靠性。为了评估土壤肥力和作物产量的变化，研究人员在每个处理组的0–20厘米土壤层中采集了16个土壤样本。样本采集过程中，每个实验地块选择了六个采样点，分布在两条对角线上，将这些样本混合后作为复合样本进行实验室分析。实验室分析涵盖了土壤的粒径组成、有机碳、总氮、可利用磷、可利用钾、交换性基质以及pH值等多个关键指标。此外，还对玉米产量进行了评估，通过设置25平方米的样方（5米×5米）进行收割、干燥和称重，以计算单位面积产量。

结果显示，采用za?和SR技术的处理组在土壤肥力和作物产量方面均优于传统做法。在土壤物理性质方面，处理组T4（za?与SR的组合）的黏粒含量最高，达到34.00%，而对照组T1的黏粒含量仅为22.75%。这表明，za?和SR的结合有助于土壤颗粒的沉积，改善土壤结构，从而增强土壤的持水能力和肥力。在土壤化学性质方面，处理组T4的有机碳含量为0.77%，显著高于对照组的0.378%。总氮含量也呈现出类似的趋势，T4的氮含量为0.075%，而对照组仅为0.035%。这些数据说明，za?和SR不仅有助于土壤颗粒的积累，还能通过有机肥料的施用提升土壤的有机质含量，进而改善土壤的化学性质。

可利用磷和钾的含量在处理组中也有所提高。T4的可利用磷含量为4.258毫克/千克，显著高于对照组的2.005毫克/千克；而T4的可利用钾含量达到30.340毫克/千克，远高于对照组的15.045毫克/千克。这些结果表明，za?和SR的实施有助于土壤中养分的保留和释放，从而为作物提供更充足的营养。此外，处理组的pH值普遍略偏酸性，但相较于对照组更接近中性。这一变化可能与有机肥料的施用有关，因为有机质能够中和土壤中的酸性成分，如铝和氢离子，从而改善土壤的酸碱平衡。

在作物产量方面，处理组T4的玉米产量达到1400千克/公顷，显著高于对照组的472.5千克/公顷，增幅接近300%。处理组T2（za?）和T3（SR）的玉米产量分别为1400千克/公顷和1300千克/公顷，相较于对照组分别提高了200%和170%。这说明，无论是单独使用za?还是SR，还是两者的结合，都能显著提升玉米产量。而处理组T4由于结合了两种技术，其效果更为突出，显示出协同效应的重要性。

研究还发现，za?和SR的结合不仅提高了土壤的物理和化学性质，还对玉米产量产生了更大的促进作用。这可能是因为za?能够有效收集雨水，减少水蚀，而SR则通过物理屏障减缓水流速度，促进沉积物的积累。两者共同作用，不仅改善了土壤结构，还增强了土壤的持水能力和养分保留能力。此外，有机肥料的施用进一步补充了土壤中的有机质和养分，从而提升了土壤的整体肥力。

从生态角度来看，za?和SR技术的实施有助于恢复退化的土地，提高土壤的稳定性，减少水土流失，同时促进土壤微生物的活动，增强土壤的自我修复能力。这些技术的推广和应用，不仅可以提高农业生产效率，还能在长期中改善土壤质量，为未来的可持续农业提供基础。研究还指出，这些技术的使用需要结合当地农民的实际需求和生产条件，以确保其长期可行性和有效性。

尽管本研究取得了积极成果，但仍有一些问题需要进一步探讨。例如，土壤中的氮含量虽然有所提高，但仍然低于布基纳法索的标准，这可能与作物对氮素的吸收和利用有关。此外，磷和钾的含量虽然在处理组中有所增加，但整体水平仍然较低，可能与土壤的自然特性以及作物的生长需求有关。因此，未来的研究应关注如何通过更有效的有机肥料施用方式或结合其他改良措施，进一步提高土壤中这些关键养分的含量。

综上所述，za?和SR作为传统农业生态实践，对改善土壤肥力和提升作物产量具有重要作用。特别是在气候变化和土地退化日益严重的背景下，这些技术的推广和应用为实现可持续农业提供了可行的路径。通过科学的管理和合理的技术组合，农民可以在不依赖大量化学肥料的情况下，有效提高土地生产力，保障粮食安全。同时，这些技术的实施也有助于减少环境压力，促进生态系统的恢复，为农业可持续发展奠定基础。未来的研究应进一步探索这些技术在不同土壤类型和气候条件下的适用性，以及如何通过优化管理措施，最大化其对土壤和作物的积极影响。