气候智能型土地配置与多样化种植系统协同提升土壤-水-碳协同效应及资源利用效率研究

针对半干旱地区降雨不稳定、土壤退化及水资源短缺等问题，研究人员通过四种原位雨水收集方法（CT/RM/BBF/R&F）与三种种植系统（GN-W/S-CP/M-M-S）的耦合实验，发现残茬覆盖（RM）使SOC提升16%-19%，R&F系统实现最高MEY（8.64 t ha?1），碳足迹降低29.5%-54.7%。该研究为旱区农业可持续发展和碳中和目标提供了关键技术路径。

　　

在全球气候变化加剧的背景下，半干旱地区农业面临降雨模式紊乱、土壤退化与水资源短缺的多重挑战。印度邦德尔坎德地区作为典型代表，其耕地中仅37%具备灌溉条件，且土壤有机碳（SOC）含量低至0.28%，年降雨量变异系数高达62.82%，严重威胁粮食安全与生态平衡。针对这一严峻现实，Rani Lakshmi Bai中央农业大学（印度）的研究团队开展了为期两年的田间试验，系统评估了四种原位雨水收集方法（常规耕作CT、残茬覆盖RM、宽垄沟BBF、脊沟R&F）与三种种植系统（花生-小麦GN-W、高粱-鹰嘴豆S-CP、玉米-芥菜-田菁M-M-S）的协同效应，相关成果发表于《Resources, Environment and Sustainability》。

研究采用裂区设计结合FAO-CROPWAT 8.0模型分析，通过测定土壤理化性质、作物生理指标及碳-水足迹，揭示了资源高效利用的优化路径。关键技术包括：1）重力法测定0-20 cm土层含水量；2）Walkley-Black法测定SOC；3）UV-VIS分光光度计分析有效磷（P₂O₅）；4）碳足迹核算涵盖燃料、电力等全生命周期输入。

土壤健康与水分动态

RM处理使SOC提升29%至0.347%，显著优于CT（0.269%），且土壤容重降低3%。R&F系统在旱季保持最高含水量（16.76%），较CT提高31%。M-M-S系统通过豆科植物田菁的固氮作用，使有效氮（N）含量增加10.3%。

作物生理响应

RM处理下花生叶片相对含水量（RLWC）达95%，较CT提高15%；叶绿素含量（45-51 mg g^?1）与干物质积累量（DMA）同步提升，证实水分胁迫耐受性增强。

水-碳足迹协同优化

R&F系统使GN-W的蓝水足迹（WF_blue）降低14.3%，而M-M-S系统在RM下碳封存达7.68 Mg CO₂-Ce ha^?1。碳生产率（CP）显示，RM结合GN-W效率最高（3.17 kg MEY/kg CO₂-Ce），较CT提升176%。

系统生产力与经济效益

R&F处理的MEY（8.64 t ha^?1）显著高于CT，其中GN-W系统产值最高（9.12 t ha^?1），而M-M-S的产投比达1.96，体现最佳经济可行性。

该研究创新性地证明，残茬覆盖结合豆科轮作可同步实现"土壤改良-水分调控-碳减排"三重目标。特别是M-M-S系统在RM下的SOC年增量（29%）与GN-W在R&F下的低水足迹（534.7 m³ t^?1），为全球类似生态区提供了可复制的可持续农业范式，直接响应联合国SDGs 2（零饥饿）和13（气候行动）目标。研究结果对完善旱区农业适应气候变化的技术体系具有重要指导价值。