地中海农业生态系统中管理措施对水土保持与作物产量的协同优化机制研究

本研究针对地中海地区集约化农业导致的水土流失问题，采用SWAT+模型结合高精度IACS数据，评估了免耕(NT)、过滤带(FS)、轮作(CR)和植草水道(GW)四种管理措施(AMPs)对水文循环、土壤侵蚀及作物产量的影响。结果表明NT+FS+CR组合可减少81%土壤流失并提升深层含水层补给，为欧盟CAP绿色政策提供了科学依据。

　　

在地中海这片被誉为"欧洲菜篮子"的土地上，集约化农业正面临严峻挑战。随着全球人口增长(United Nations, 2019)，过度耕作导致土壤以惊人速度流失——每公顷农田每年损失高达30吨表土(Panagos et al., 2018)，这相当于每分钟消失两个足球场的肥沃土层。更棘手的是，气候变化使干旱期延长，传统耕作方式使水分利用效率不足40%，作物产量波动加剧(Ferreira et al., 2022)。尽管欧盟共同农业政策(CAP)推行多年，但现有绿色措施的环境效益仍备受质疑(Cortignani and Dono, 2019)，亟需找到兼顾生产力与生态可持续的解决方案。

意大利Puglia地区的研究团队选择具有典型性的Cervaro流域(889 km²)作为天然实验室，运用新一代土壤与水评估工具(SWAT+)构建了高精度农业管理模型。这项发表在《Science of The Total Environment》的研究创新性地整合了行政管理控制系统(IACS)地理数据，使模型参数精确到田间尺度。通过校准径流、遥感蒸散发和硬粒小麦产量数据，团队建立了可靠的基准情景，进而模拟四种管理措施(AMPs)的协同效应。

关键技术包括：1) 基于拉丁超立方体法的11个关键参数敏感性分析；2) 利用CN2和CN3_SWF等参数精确模拟土壤饱和过程；3) 整合NDVI遥感数据优化作物生长模块；4) 采用RUSLE方程量化土壤侵蚀动态。研究通过多变量验证确保模型性能(NSE>0.75)，为政策制定提供科学依据。

【研究结果】
模型性能：校准后的SWAT+在月尺度径流模拟中达到NSE=0.78，蒸散发R²≥0.82，成功捕捉地中海地区特有的暴雨-干旱交替水文特征。

水土响应机制：免耕+过滤带+轮作(NT+FS+CR)组合展现出最佳协同效应——表层土壤含水量提升23%，深层渗漏增加17%，但因此导致的地表径流轻微上升(5.3%)被证明不影响作物生产。

侵蚀控制：NT+FS+CR方案使土壤流失量从基准情景的12.3 t/ha/yr骤降至2.3 t/ha/yr，主要归功于植被覆盖延长和机械扰动减少。

产量稳定性：令人振奋的是，在土壤改良最显著的方案中，硬粒小麦产量波动系数反而降低14%，证实了可持续措施的生产力保障作用。

【结论与意义】
这项研究首次量化了地中海农业系统中AMPs的"水土-产量"权衡关系。NT+FS+CR组合通过增强土壤海绵效应，将雨水入渗率提高81%，相当于每年为流域补注3.2个西湖的水量。该成果为CAP改革提供了三点关键支撑：1) 证明精准定位的AMPs能实现环境-经济双赢；2) 提出基于IACS的政策合规监测框架；3) 建立可推广的半干旱区农业适应模式。正如通讯作者Giuseppe Pulighe强调的，这种"数字农业+传统智慧"的融合路径，为全球2.5亿公顷雨养农田的可持续发展提供了样板。