在印度条件下，采用保护性农业措施以提高玉米-小麦种植系统的生产力和土壤健康

《Sustainable Futures》：Conservation agriculture practices for improving productivity and soil health in maize–wheat systems under Indian conditions

可持续农业实践（零耕作、残茬保留和磷肥优化）显著提升印度玉米-小麦系统的生产力（8.17吨/公顷）、经济效益（2701美元/公顷）和土壤健康（有机碳、水稳性团聚体、微生物活性提高）。研究证实整合保护性耕作与精准磷管理可促进系统净能产出（373×103兆焦耳/公顷）和资源效率。

　　在面对全球人口不断增长和对粮食需求持续上升的背景下，农业系统的可持续发展成为各国政府和科研机构关注的核心议题。特别是在印度的半干旱地区，传统农业实践已经对自然资源和环境造成了一定的负担，因此探索更为可持续的农业模式显得尤为迫切。本研究聚焦于印度常见的玉米-小麦（M-W）系统，旨在评估综合农业实践（Conservation Agriculture, CA）对系统生产力、经济效益和土壤健康的影响。CA作为一种可持续农业实践，强调减少耕作、保留作物残余物和合理管理磷肥等措施，以提升作物产量、土壤质量和生态效益。通过一项为期两年的田间试验，研究者发现，采用零耕作（ZT）并保留残余物（+R）以及施用特定剂量的磷肥（34.4 kg P ha?1）的组合，能够显著提高玉米等效产量（MEY）、系统生产力（SP）和净经济回报（$2701 ha?1）。这一组合不仅提升了土壤有机碳含量，还改善了土壤团聚体稳定性、微生物生物量和酶活性，为实现可持续农业提供了新的思路。

随着农业现代化的发展，传统耕作方式在提高产量的同时，也带来了诸多问题。例如，频繁的耕作不仅增加了能源消耗，还导致土壤结构破坏、土壤有机质减少和水资源浪费。这些问题严重影响了农业的长期可持续性，尤其是在土壤退化和气候变化日益加剧的背景下。因此，CA实践逐渐受到重视，其核心理念是通过减少土壤扰动、保留作物残余物和优化肥料管理，实现农业生产的高效和生态友好。本研究通过田间试验，系统地分析了不同耕作方式（传统耕作CT、零耕作ZT和最小耕作MT）与残余物管理（保留和不保留）以及磷肥管理策略之间的相互作用，从而揭示了哪些组合能够最大化系统生产力和经济效益，同时最小化对环境的负面影响。

在具体实施方面，本研究采用了分块设计（Split Plot Design, SPD）来安排实验，包括三种主要耕作方式和五种磷肥管理策略，共15种处理组合，每个处理重复三次。实验结果表明，零耕作并保留残余物（ZT+R）的处理方式在多个指标上表现优异。特别是在磷肥管理方面，施用34.4 kg P ha?1的处理（P5）显著提高了玉米等效产量和系统生产力。这种高磷肥投入的策略在零耕作并保留残余物的条件下，表现出最佳的综合效果，不仅提升了作物产量，还促进了土壤健康。这说明，在CA系统中，合理优化磷肥管理策略对于提升系统生产力和土壤健康具有重要意义。

从经济角度来看，研究结果也表明，零耕作并保留残余物（ZT+R）的处理方式能够带来更高的经济回报。系统总收益（SGR）和净收益（SNR）在这一处理组合下显著提升，而系统投入产出比（B:C ratio）也表现良好。此外，零耕作（ZT）和保留残余物（+R）的组合相比传统耕作（CT）在经济效益方面更具优势，尽管在某些情况下，零耕作但不保留残余物（ZT-R）的处理方式也能带来一定的收益。这说明，在不同的磷肥管理策略下，ZT+R组合能够更有效地平衡投入与产出，从而实现更高的经济效益。因此，未来的研究和政策制定应更加关注如何在CA系统中优化磷肥的使用，以提高农业生产的可持续性和经济性。

在能源利用方面，研究也揭示了零耕作和残余物保留对农业系统能效的积极影响。零耕作系统（ZT）能够显著提高能源使用效率（SEUE），特别是在高磷肥投入（P5）的条件下，其能量回报率达到了23.3，这表明ZT与P管理策略的结合能够有效提升农业系统的能源利用效率。此外，系统净能回报（SNER）在ZT+R+P5的组合下表现最佳，这说明该处理方式在减少能源消耗的同时，能够实现更高的能效和净收益。因此，零耕作和残余物保留的农业实践不仅有助于提升作物产量，还能显著降低农业系统的能源消耗，提高其可持续性。

土壤健康是衡量农业可持续性的重要指标之一。本研究通过分析土壤的物理、化学和生物特性，发现零耕作并保留残余物（ZT+R）在多个方面显著优于传统耕作（CT）。例如，在物理特性方面，ZT+R处理方式能够显著提高土壤团聚体稳定性，降低土壤容重，从而改善土壤结构和通气性。这些变化有助于提升土壤的持水能力和养分保持能力，为作物生长提供更为有利的条件。在化学特性方面，ZT+R处理方式显著提高了土壤有机碳（SOC）含量和养分可用性，这说明该处理方式能够有效改善土壤肥力。而在生物特性方面，ZT+R处理方式显著增加了土壤微生物生物量碳（SMBC）和酶活性，这表明该处理方式有助于提升土壤的生物活性和生态服务功能。

研究还通过主成分分析（PCA）和层次聚类分析（HCA）对土壤特性与农业实践之间的关系进行了深入探讨。PCA结果显示，土壤物理、化学和生物特性在系统生产力中发挥了重要作用，其中SOC、土壤团聚体稳定性和微生物活动是影响系统生产力的关键因素。HCA进一步将不同处理组合划分为四个主要集群，其中ZT+R+P5处理组合在多个指标上表现最优，表明其在提升系统生产力和土壤健康方面具有显著优势。这些分析结果不仅揭示了不同农业实践对土壤健康和系统生产力的影响，还为未来的农业政策和实践提供了科学依据。

在政策层面，本研究提出了若干建议。首先，应加强对磷肥管理策略的研究和推广，特别是在CA系统中，如何根据土壤的时空变化和作物需求优化磷肥的使用，是提升农业可持续性和经济性的重要方向。其次，应加大对零耕作技术的推广力度，特别是在半干旱地区，零耕作能够有效减少土壤扰动，提高土壤结构和生产力。此外，还应开发更多适合CA实践的农民友好型农业机械，以降低农民在实施零耕作和残余物保留技术时的难度和成本。最后，政策制定者应考虑如何通过补贴和培训等方式，鼓励农民采用CA实践，从而推动农业向更加可持续和高效的方向发展。

综上所述，本研究通过田间试验和数据分析，揭示了在印度半干旱地区，采用零耕作、残余物保留和合理磷肥管理的综合农业实践能够显著提升玉米-小麦系统的生产力、经济效益和土壤健康。这些实践不仅符合国家和全球可持续发展目标，还为未来农业政策的制定和农业技术的推广提供了重要的科学依据。未来的研究应进一步探讨如何在不同气候和土壤条件下优化这些农业实践，以实现更广泛的适用性和更高的可持续性。同时，政策制定者应积极推动这些技术的普及，以确保农民能够从中受益，促进农业的可持续发展。