《Agrosystems, Geosciences & Environment》：Tillage intensity and cover crop affect yield, energy efficiency, and sustainability of rainfed finger millet and pigeon pea cropping system in semiarid tropics
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本综述系统评估了不同耕作强度（常规/减耕/免耕）与覆盖作物（田菁/扁豆）组合对半干旱区黍豆间作系统产量、能效及土壤质量的影响。研究表明减耕配合豆科覆盖作物可提升能量利用效率（EUE>23.5）、碳可持续指数（CSI>400）及土壤质量指数（SQI>9.9），为优化资源利用与生态平衡提供实证依据。
研究背景与意义
在人口持续增长与气候变化双重压力下，印度农业面临资源耗竭与生态环境恶化的严峻挑战。其中占耕地总面积60%的雨养农业区（约8500万公顷）的可持续发展尤为关键。传统耕作方式虽能提高产量，但频繁翻耕会导致土壤板结、有机质下降及能源消耗加剧（耕作能耗占农业生产总能耗30%）。为探寻资源高效利用路径，本研究以半干旱热带区典型作物——手指粟（黍）与木豆间作系统为对象，系统分析不同耕作强度与覆盖作物组合对系统生产力、能量平衡及土壤健康的影响。
试验设计与方法
研究于2017-2019年在印度班加罗尔大学试验站（12°97′N, 77°59′E）的淋溶土（Alfisol）上进行。采用裂区设计，主区为三种耕作强度：常规耕作（CT，包括犁地+耙地+中耕）、减耕（RT，耙地+除草剂）和免耕（ZT，仅施除草剂）；副区为覆盖作物处理：无覆盖作物、田菁（Lablab purpureus）和扁豆（Macrotyloma uniflorum）。主要测定指标包括作物产量、能量输入输出参数、碳平衡指数及基于16项土壤指标的土壤质量指数（SQI）。
结果分析
- 1.
产量表现：三年数据显示，CT与RT处理下手指粟产量（1.6-2.0 t ha-1）显著高于ZT（1.3 t ha-1）。覆盖作物中，扁豆处理产量最高（1.5-3.2 t ha-1），尤其在CT+扁豆组合中可持续产量指数（SYI）达89.6%。降雨量对产量影响显著，丰水年（2019年852 mm）SYI（77.0%）显著高于干旱年（2018年625 mm，SYI=31.3%）。
- 2.
能量平衡：CT能耗最高（6875 MJ ha-1），较RT和ZT分别高出3%和5%。但ZT表现出最优能量利用效率（EUE=23.5），因其减少了机械作业能耗。扁豆作为覆盖作物时，系统净能量回报可达16.64×104MJ ha-1，能量生产率达2.8 kg MJ-1。
- 3.
碳循环特征：CT+扁豆组合碳输出最高（69.2 t C ha-1），碳效率（CE）达4.39。减耕处理通过平衡碳输入输出，碳可持续指数（CSI）提升至426.3，表明其更有利于碳封存。
- 4.
土壤质量演变：2019年丰水期SQI值（8.45-9.97）显著高于干旱年（2.50-3.87）。ZT+扁豆处理在第三年SQI达9.97，土壤速效磷（217.5 kg ha-1）和钾（115.7 kg ha-1）含量最高，证实覆盖作物与减耕结合可改善土壤肥力。
讨论与机制解析
产量差异与土壤物理结构改善相关：CT通过打破犁底层促进根系下扎，而覆盖作物残体还田增强了土壤保水性。能量效率优势源于ZT减少柴油消耗（较CT降低68%），但需注意除草剂投入的间接能耗。SQI提升与有机碳增加直接相关，扁豆的生物固氮作用进一步优化了氮循环。
结论与展望
减耕配合豆科覆盖作物（尤以扁豆为佳）可实现产量、能效和土壤健康的协同提升，是半干旱区黍豆间作系统的优化模式。长期监测显示，免耕系统的增产潜力随年限延长逐渐显现，未来需重点关注其在温室气体减排及微生物群落调控方面的生态效应。本研究为雨养农业区制定气候智能型耕作策略提供了理论依据和实践范式。
