《Journal of Agriculture and Food Research》：Conservation agriculture for climate-resilient agri-food systems: Enhancing productivity, profitability, and sustainability
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本文针对南亚稻麦系统面临的土壤退化、资源效率低下及气候脆弱性等问题，在印度比哈尔邦开展了大规模保护性农业(CA)实证研究。通过44,476个田间示范证明，零耕直接播种水稻(Zt-DSR)-零耕小麦(Zt-W)-零耕绿豆(Zt-Mb)系统显著提升系统生产力(9.61 t ha-1)、盈利能力(最高2490.65美元 ha-1)和资源利用效率(氮肥利用率37.28 kg grain/kg N)。研究为气候韧性农业发展提供了可推广的技术模式，对实现联合国可持续发展目标具有重要实践意义。
在全球人口持续增长和气候变化加剧的双重压力下，如何保障粮食安全已成为全人类面临的重大挑战。据预测，到2050年全球粮食产量需增加70%才能满足近110亿人口的饮食需求，这要求每年至少保持2.4%的作物产量增长率。然而现实情况不容乐观，1990-2010年间主要谷物产量年增长率仅为0.9-1.6%，远低于预期目标。在南亚地区，传统的稻-麦轮作系统作为主要的粮食生产模式，虽然贡献了全球52%的粮食产量和印度85%的谷物总产，但其高度依赖外部投入的生产方式正导致土壤退化、资源利用效率下降和环境足迹增加等一系列问题。
在印度东部恒河平原(EIGP)，常规水稻-小麦系统面临尤为严峻的挑战。湿耕作法不仅推高了生产成本，还延误了后茬小麦的适播期，导致产量损失达8-11%。更严重的是，农民为抢农时常采用焚烧秸秆的处理方式，印度每年产生的6.2亿吨作物残茬中有9200万吨被露天焚烧，这不仅造成资源浪费，还加剧了温室气体排放和空气污染。水资源短缺、劳动力外迁、肥料施用不平衡等问题的交织，使得探索资源节约、环境友好的农业生产方式变得尤为迫切。
在此背景下，由Vijay Singh Meena领衔的研究团队在《Journal of Agriculture and Food Research》上发表了重要研究成果，系统评估了保护性农业(CA)措施在提升稻-麦-绿豆系统可持续性方面的潜力。研究团队假设，集成零耕直接播种水稻(Zt-DSR)、零耕小麦(Zt-W)和零耕绿豆(Zt-Mb)的保护性农业系统能够显著提高作物生产力、农场盈利能力和环境可持续性。为验证这一假设，他们在2019-2022年间开展了大规模实证研究。
研究采用多地点田间示范设计，在比哈尔邦38个项目中心布置了44,476个示范点，覆盖四个不同的农业气候区(ACZ)。这些区域在气候条件和土壤特征上存在显著差异：ACZ-I年降水量1400-1600毫米，主要风险为洪涝和内涝；ACZ-II年降水量1200-1400毫米，面临土壤盐渍化挑战；ACZ-IIIa和ACZ-IIIb年降水量均为1000-1200毫米，主要受干旱和土壤侵蚀威胁。研究人员在每个示范点实施了三位一体的保护性农业技术体系，包括零耕直接播种水稻、零耕小麦和零耕绿豆，并系统评估了系统生产力、经济效益、资源利用效率和可持续性指标。
关键技术方法包括：采用方差分析(ANOVA)评估不同农业气候区之间的显著性差异；通过蒸散发估算模型计算水分利用效率(WUE)，使用作物系数0.85对标准A级蒸发皿读数进行校正；建立完整的成本核算体系，涵盖从播种到收获的所有可变和固定成本；计算养分利用效率(NUE)、蛋白质产量和碳水化合物产量等关键指标；采用产量可持续性指数(YSI)和经济可持续性指数(ESI)综合评价系统可持续性；运用主成分分析(PCA)解析影响生产力和盈利能力的关键因子。
研究结果揭示了保护性农业技术在不同农业生态条件下的表现：
系统生产力方面，稻-麦-绿豆系统的平均生产力达9.61 t ha-1，变幅为6.40-12.20 t ha-1。其中ACZ-IIIb表现最佳，平均系统生产力为9.88 t ha-1，其次是ACZ-IIIa(9.81 t ha-1)。区域内部也存在明显差异，如ACZ-II的Purnea地区系统生产力最高(12.1 t ha-1)，而Kishanganj地区最低(6.4 t ha-1)，表明局部环境和管理因素对系统表现有重要影响。
经济效益分析表明，保护性农业系统能显著提高农场盈利能力。ACZ-IIIb的平均净收益最高，达1728.93美元 ha-1，较ACZ-I(1538.98美元 ha-1)提升12.3%。特别值得注意的是，ACZ-IIIb的单点最高收益达2490.65美元 ha-1，展现出保护性农业的巨大经济潜力。经济效益的空间异质性也很明显，ACZ-I内部变异幅度近3倍，而ACZ-II则表现相对稳定。
资源利用效率评估显示，保护性农业技术能显著提升水肥利用效率。ACZ-IIIb的氮、磷、钾偏生产力分别达37.28、58.12和94.09 kg grain/kg nutrient，水分利用效率为0.470 kg ha-1mm-1，均显著高于其他区域。ACZ-II的各项效率指标最低，表明该区域亟需改进养分管理策略。
可持续性指数分析结果尤为引人注目。ACZ-IIIb的产量可持续性指数(YSI)和经济可持续性指数(ESI)分别达0.944和0.875，表明该系统在维持高产稳定的同时具有良好的经济韧性。相比之下，ACZ-II的可持续性指数较低(YSI=0.851，ESI=0.736)，需要通过改进管理措施提升系统可持续性。值得一提的是，豆科作物绿豆的引入对系统稳定性有积极贡献，其在各区域均表现出较高的产量可持续性。
主成分分析进一步揭示了不同区域影响系统表现的主导因素。ACZ-I和ACZ-II的生产力和盈利能力主要受零耕作物单产影响，而ACZ-IIIa和ACZ-IIIb则表现出独特的影响模式，表明不同区域需要采取差异化的优化策略。
研究结论强调，保护性农业为基础的稻-麦-绿豆系统能显著提升系统生产力(提高9.60%)、盈利能力(提高24%)和资源利用效率(水分利用效率提高276%)，是实现农业可持续发展的有效途径。其中ACZ-IIIb的表现最为突出，其成功的经验可为其他区域提供重要参考。同时，ACZ-II等低效区域需要通过改进养分管理、优化灌溉技术和完善轮作制度等针对性措施提升系统表现。
该研究的实践意义在于为气候韧性农业发展提供了可推广的技术模式。保护性农业技术不仅能提高农业生产系统的生产力经济和生态效益，还直接贡献于多个联合国可持续发展目标(SDG)：提高农民收入支持SDG 1(无贫困)，增强粮食安全对应SDG 2(零饥饿)，优化资源利用契合SDG 12(负责任消费和生产)，而改善土壤健康和减少温室气体排放则促进SDG 13(气候行动)和SDG 15(陆地生物)的实现。
尽管该研究存在诸如示范周期较短、农户管理水平不一等限制，但其大规模、多区域的实证数据为保护性农业的推广提供了坚实证据。未来研究应关注长期土壤健康变化、极端气候应对策略以及不同社会经济条件下的推广适应性，从而进一步完善气候韧性农业理论和技术体系。
