芡实种植：一种促进低恒河湿地土壤碳储存与稳定性的高产经济作物

《Scientific Reports》：Foxnut (makhana): a productive and economic crop providing good niche for soil carbon storage and stability in lower Gangetic wetlands

本研究旨在探究芡实（Foxnut/makhana）与双季稻-休耕（rice–rice–fallow）两种耕作模式对印度恒河下游湿地土壤有机碳（OC）储量、稳定性的影响，以及其系统产量和经济效益。研究人员通过分层采集土壤样本，分析了包括总有机碳（TOC）、易氧化碳（CWBOC）、活性与惰性碳库以及多个稳定性指数在内的指标。结果表明，双季稻系统在TOC储量、碳分层比（SR）和碳管理指数方面表现更优，显示其更好的土壤碳储存能力和土壤质量；而芡实种植则在系统稻谷当量产量（SMREY）和效益成本比（B:C）上显著更高，展现出更强的经济效益。该研究为湿地农业的可持续利用及碳汇功能评估提供了重要的科学依据。

　　

湿地在生态系统中扮演着至关重要的角色，特别是在碳储存方面。然而，随着农业活动的扩张，如何平衡湿地的生态功能与农业生产的经济效益，成为了一个亟待解决的问题。在印度恒河下游的湿地地区，传统的水稻种植与新兴的芡实（Foxnut/makhana）商业化种植，构成了两种主要的土地利用模式。那么，这两种不同的耕作方式，究竟哪一种能更好地守护土壤中的碳，即我们常说的土壤有机碳（SOC），避免其流失到大气中加剧气候变化？哪一种又能给农民带来更实在的经济回报呢？为了解答这些疑问，一组研究人员深入印度西孟加拉邦马尔达地区的田间地头，展开了一项细致的对比研究，相关成果发表在《Scientific Reports》上。

为了开展这项研究，团队主要运用了以下关键技术方法：一是野外取样，在至少有五年种植历史的芡实田和双季稻-休耕田，于冬季水稻收获后，分层采集土壤样本（0-100厘米深度，每25厘米一层）。二是土壤碳组分分析，通过使用不同浓度的铬酸进行氧化，将土壤有机碳划分为多种活性与惰性组分，并计算总有机碳（TOC）、Walkley-Black法易氧化碳（C_WBOC）等指标。三是碳稳定性指数计算，基于氧化结果，计算了顽固性指数（RI）、易变性指数（LI）和分层比（SR）等多个指数，用以评估碳的长期储存潜力。四是系统产量与经济效益评估，计算了系统芡实稻谷当量产量（SMREY）和效益成本比（B:C），对两种耕作模式的生产力和经济性进行了量化比较。

研究结果

土壤基本性质与养分状况：芡实种植的土壤含有更多的砂粒，黏粒和粉粒含量较少，土壤更紧实，但其可利用的宏量和微量养分含量更高。相比之下，双季稻-休耕系统的土壤质地和紧实度有所不同。

土壤有机碳储量与各组分分布：在大多数情况下，双季稻-休耕系统的总有机碳（TOC）储量及其不同的活性与惰性碳池（包括极易变碳库、易变碳库、较难变碳库、难变碳库、活性库和惰性库）含量均显著高于芡实种植系统，并且这些碳含量随着土壤深度的增加呈下降趋势。

土壤有机碳的稳定性指数：在表层土壤中，芡实种植下的土壤有机碳具有更高的顽固性指数（RI₁和RI₂），这意味着其表层碳的化学结构可能更难以被微生物分解。然而，其易变性指数（LI）则较低。更重要的是，双季稻-休耕系统的土壤碳分层比（SR）显著高于芡实系统，这表明其表层土壤相对于下层土壤的碳富集程度更高，通常被视作土壤质量更优、碳储存结构更稳定的标志。

系统生产力与经济效益：尽管在碳储存方面稍逊一筹，芡实种植在经济效益上展现出巨大优势。其系统芡实稻谷当量产量（SMREY）和效益成本比（B:C）均显著高于双季稻-休耕系统，意味着种植芡实能为农民带来更高的单位面积产量和经济回报。

碳管理指数比较：研究计算了碳管理指数（CMI），该指数综合反映了土壤碳的储量和质量变化。结果验证了双季稻-休耕系统的碳管理指数高于芡实系统，进一步支持了前者在维持和改善土壤碳库健康方面更具优势的结论。

研究结论与讨论

本研究清晰地揭示了印度恒河下游湿地两种主要耕作模式在生态功能与经济产出上的权衡。从土壤碳储存和稳定性的角度来看，长期实行双季稻-休耕系统更具优势。该系统的土壤拥有更高的总有机碳（TOC）储量，更优的碳分层结构（更高的分层比SR），以及更好的碳管理指数，这表明其在固持大气二氧化碳、增强土壤碳汇功能、维持长期土壤肥力与健康方面表现更佳。这种优势可能源于水稻的生态特性（如厌氧环境减缓分解）、更频繁的根系和外源碳输入（如作物残茬还田）以及相应的田间管理措施。

然而，从直接的经济效益出发，芡实种植则脱颖而出。其显著更高的系统产量（SMREY）和效益成本比（B:C），使其成为一种对农民极具吸引力的高回报经济作物，有助于提高当地居民的生计水平。

综上所述，该研究的核心结论是：在恒河下游湿地，双季稻-休耕系统是更优的“碳管理者”，能更好地实现土壤碳储存与稳定的生态目标；而芡实种植则是更高效的“经济生产者”，能显著提升农业的经济效益。这项研究的重要意义在于，它没有简单评判孰优孰劣，而是通过详实的数据，量化了两种模式在生态服务（碳储存）与经济产出之间的不同侧重点，为政策制定者、农业推广人员和农民提供了基于证据的决策参考。在应对气候变化和保障粮食安全与农民收入的双重挑战下，这项研究提醒我们，需要根据区域发展目标（是优先生态固碳还是经济发展）来因地制宜地规划和推广适宜的湿地农业模式，甚至探索两者结合的可能性，以实现湿地农业的可持续发展。