《European Journal of Agronomy》：Assessment of soil quality properties and crop yield after long-term implementation of sustainable management practices in semiarid rainfed conditions
编辑推荐：
本研究针对半干旱雨养区覆盖作物可能导致减产的潜在风险，评估了三种SLM措施（减耕+播种覆盖作物RT+SCC、减耕+自然覆盖作物RT+NCC、免耕+自然覆盖作物NT+NCC）对土壤关键理化性质及作物产量的长期效应。研究发现，RT+SCC能有效提升土壤团聚体稳定性、有机碳含量和孔隙度，增加0-30 cm土壤含水量约45%，并显著提高作物产量，为解决半干旱区农业可持续管理提供了重要的实证依据。
在地中海沿岸的半干旱地区，农业面临着严峻的挑战：降水稀少且不均，传统的精耕细作虽然能控制杂草，却像一把双刃剑，在翻动土壤的同时也破坏了其宝贵的结构，导致土壤退化加剧。对于依赖自然降水的雨养农业而言，每一次耕种都在消耗着本就脆弱的地力。在此背景下，覆盖作物作为一项具有潜力的可持续土地管理（SLM）实践被提出，它像给裸露的土地盖上一层“绿毯”，旨在改善土壤健康。然而，一个现实的顾虑始终萦绕在农户心头：这些覆盖作物是否会与主作物“争抢”宝贵的水分，最终导致减产？这种担忧成为了在半干旱雨养条件下推广覆盖作物的主要障碍。为了解开这个疑虑，并为农业生产者提供科学的决策依据，一个研究团队在西班牙东南部的六个有机雨养杏仁园展开了一项长期研究。
为了评估SLM措施的长期效应，研究人员设计了一项严谨的田间对比试验。他们在六个农场分别选取了相邻的地块，一块实施SLM措施，另一块则维持传统的精耕细作（TT）作为对照。研究的SLM措施包括三类：减耕结合播种覆盖作物（RT+SCC）、减耕结合自然覆盖作物（RT+NCC）以及免耕结合自然覆盖作物（NT+NCC）。研究团队系统测定了土壤物理性质（如容重BD、团聚体稳定性M:m比、孔隙度、入渗率）、化学性质（总有机碳TOC、总氮tN）以及2022年至2024年间的杏仁产量。此外，还在其中三个农场持续监测了土壤含水量和蒸散量。数据分析采用了方差分析、相关性分析和主成分分析（PCA）等多种统计方法。
研究结果如下：
3.1. 土壤物理性质
土壤结构和对水分的保持能力因不同的SLM措施而异。其中，RT+SCC和NT+NCC的实施普遍带来了积极变化。
- •
土壤结构与入渗：RT+SCC在两个农场均显著降低了土壤容重（BD），提高了大团聚体与微团聚体的比例（M:m比），并增加了总孔隙度。在Chirivel农场，RT+SCC还显著减少了细孔隙，增加了大孔隙，从而大幅提升了土壤入渗率。。NT+NCC也在Cagitán农场显著改善了土壤结构，降低了容重，提高了团聚体稳定性和总孔隙度。然而，RT+NCC对土壤物理性质的改善效果有限，在Llano农场甚至观察到了团聚体稳定性的下降和孔隙弯曲度的增加。
- •
土壤含水量和蒸散量：RT+SCC在Chirivel农场表现出显著的保水优势，其0-30 cm土层的平均土壤含水量比传统耕作高出约45%。。尽管覆盖作物（无论是播种的还是自然的）的蒸散量略高于传统耕作，但在RT+SCC下，蒸散增加并未对杏仁树关键需水期的水分供应造成压力。NT+NCC在Cagitán农场略微提高了耕层土壤含水量，而RT+NCC在Llano农场的土壤含水量则略低于传统耕作。
3.2. 土壤化学性质
所有SLM措施都显示出提高土壤总有机碳（TOC）和总氮（tN）含量的趋势。其中，RT+SCC在Chirivel农场、NT+NCC在Cagitán和Guajar农场均显著增加了TOC和tN含量。RT+NCC对土壤碳氮含量的提升作用则不明显。
3.3. 主作物产量和覆盖作物生物量
作物产量方面，RT+SCC表现突出，在Ferreira和Chirivel农场，其杏仁产量相比传统耕作分别显著提高了125%和49%。。相比之下，无论是RT+NCC还是NT+NCC，其杏仁平均产量与传统耕作相比均无显著变化。在研究涵盖的所有年份中，均未观察到因覆盖作物与杏仁树竞争水分而导致的减产。
3.4. 土壤性质与作物产量的关系
相关性分析揭示了作物产量与多个土壤指标之间存在高度显著的相关性。作物产量与土壤团聚体稳定性（M:m比）、入渗率、总有机碳（TOC）和总氮（tN）呈显著正相关，而与土壤容重（BD）呈显著负相关。主成分分析（PCA）进一步证实了这些关系，其中第一个主成分（PC1）解释了总方差的34.3%，其高载荷变量就包括作物产量、M:m比、TOC、tN和BD，表明这些是影响产量的关键因子。。PCA图谱也清晰显示，RT+SCC和NT+NCC的处理点与传统耕作（TT）在处理空间中有明显分离，而RT+NCC则与TT有较多重叠。
研究结论与意义
本研究通过长期的田间实证，得出了明确结论：在半干旱雨养条件下，减耕结合播种覆盖作物（RT+SCC）是一种“双赢”策略。它不仅能有效改善土壤关键质量指标（如团聚体稳定性、有机碳和孔隙特性），还能将0-30 cm土层的土壤含水量平均提高约45%，并最终显著提升作物产量。这直接回应了农户对于覆盖作物可能导致减产的担忧，证明了通过选择合适的物种和管理方式，覆盖作物可以成为改善土壤水分状况、促进增产的利器。
对于自然覆盖作物，研究发现无论结合减耕还是免耕，其对作物产量均未产生负面影响，意味着不存在水分竞争导致的“产量惩罚”。其中，免耕结合自然覆盖作物（NT+NCC） 在改善土壤理化性质方面表现更优，而减耕结合自然覆盖作物（RT+NCC）的效果则相对有限，这可能与其生物量产量较低且部分被放牧消耗有关。
研究还强化了一个科学认知：土壤结构稳定性（如M:m比）和化学性质（TOC、tN）与作物产量高度相关。这挑战了传统农业中“耕作越多产量越高”的旧有观念，指出维持和提升土壤自身健康才是可持续高产的基础。
这项发表在《European Journal of Agronomy》上的研究，其重要意义在于为半干旱雨养农区的土地管理者提供了基于长期证据的决策支持。它具体指明了RT+SCC作为优先推广的可持续管理措施的可行性，有助于推动该地区农业向更环保、更高效的方向转型。同时，研究结果也可为区域政策制定者在设计面向可持续性的农业战略时，提供关键的科学参考。尽管研究存在样本队列和空间监测点数量上的局限，但其长期的观测周期和系统的多指标分析，极大地增强了结论的稳健性和实际指导价值。
