《Agronomy for Sustainable Development》：Co-design of diversified sorghum-based cropping systems with smallholder farmers in North-Sudanian Burkina Faso
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在布基纳法索北苏丹区，农户面临严重的土壤肥力低下、产量不稳等挑战。为此，研究人员采用DEED（描述、解释、探索、设计）的参与式共设计方法，与小农户共同开发基于高粱的多样化种植系统。研究发现，重新设计的系统在2023年实现了高粱和豇豆的显著增产，并且农户在评价系统时不仅考虑产量，还考虑劳动需求等因素。该研究强调了在共设计中纳入农户常规系统及其现实情境的重要性，为推进可持续、有韧性的农业转型提供了实证依据。
在撒哈拉以南非洲地区，农业是地方经济的重要支柱，但长期面临着作物生产力低下的困境。随着人口增长、饮食结构变化和城市化进程加快，粮食需求不断增加，给农业生产带来了巨大压力。同时，贫瘠的土壤肥力、巨大的产量差距、多变且日益加剧的气候变化，以及病虫害（如独脚金）的威胁，使得农民试图提高产量的努力屡屡受挫。尽管增加养分投入对扭转土壤退化趋势至关重要，但仅仅依赖矿物肥料并不能完全恢复土壤功能，反而可能带来其他环境与可持续性挑战。特别是在土壤酸化的地区，情况更为严峻。极端天气事件和气候变化更是加剧了减产甚至绝收的风险，尤其在种植系统多样化程度较低的情况下。为了应对这些复杂的挑战，农业生态集约化作为一种可持续的综合方案，越来越受到重视。其核心在于通过强化生态过程和生态系统服务来提升农业生产，一个典型的例子就是在种植系统中整合豆科作物。通过空间多样化（如主粮作物与豆科作物间作）或时间多样化（如在轮作中引入豆科作物）的方式整合豆科植物，不仅能改善土壤肥力、抑制病虫害，还能提高系统收益、改善食物营养状况，并为牲畜提供优质饲料。在布基纳法索的北苏丹农业生态区，豇豆是主要的豆科作物，常与高粱、小米进行间作或轮作。然而，风险规避型的农民往往对外部推广的变革持谨慎态度，因此，将新豆科作物引入农户种植系统的努力，或许能从参与式方法中受益，以纳入农民的关切和视角。共设计作为一种参与式方法，在农业研究界日益受到关注。在共设计中，农民和研究人员共同调整种植系统，旨在提高其性能及其对农民具体情境的适应能力。这种方法不仅基于产量表现进行评估，也考虑农民的评估标准，并且注重系统的适应性调整及后续测试。然而，现有研究并未系统性地比较农户常规系统、研究团队提议系统和经过农户调整后重新设计的系统，也缺乏一个整合定量农艺评估与农户定性评估的共设计过程框架。本研究正是为了填补这一空白。这项名为“Co-design of diversified sorghum-based cropping systems with smallholder farmers in North-Sudanian Burkina Faso”的研究旨在整合定量农艺评估与农户定性评价，在布基纳法索北苏丹农业生态区，让研究人员和农民共同提出创新方案，以改善土壤肥力、提高产量。研究特别考虑了农户常规、研究团队提议和农户重新设计这三类种植系统的表现。研究人员假设：（a）重新设计的种植系统将比农户常规或研究团队提议的参考系统带来增产；（b）小农户对重新设计系统的评价将比对参考系统的评价更积极；（c）小农户的定性评价将与作物产量的定量评价结果一致。该研究论文发表于《Agronomy for Sustainable Development》期刊。
为开展此项研究，作者采用了DEED（Describe, Explain, Explore, Design）共学习框架，在2021至2023年间进行了三个年度周期的参与式共设计。研究地点位于布基纳法索Oubritenga省的Nagreonkoudogo和Tanvousse两个村庄。每个周期都包括示范、评估和重新设计阶段。核心研究方法是在每个村庄建立一处“中心田”进行田间试验，测试研究团队提议、农户常规和农户重新设计的种植系统。中心田采用区组设计，每个处理设置四个重复。农户通过田间参观时的排序练习和反馈研讨会上的多标准评分来评估系统性能。农艺数据方面，研究人员系统记录了物候、产量、管理操作和独脚金（Striga）侵染情况，并计算了谷物产量、部分土地当量比（LERP）和总土地当量比（LERT）。统计分析使用RStudio进行，包括正态性检验、方差分析、非参数检验等，以比较不同处理、年份和村庄之间的差异。此外，还通过问卷调查收集了农户基于多项标准（如产量、耐旱性、病虫害抗性、材料要求、市场机会和劳动力需求）对系统的评价数据，并对排序数据进行了加权评分计算，以分析农户偏好与产量表现之间的关系。
3.1 种植系统的变化
经过诊断，农户提出的主要限制因素包括土壤肥力低、侵蚀、产量低、家庭粮食不足、雨季短、病虫害以及农场活动劳动力需求高。农户与研究人员共同决定重点解决土壤肥力问题以提高产量。在第一个种植季，中心田比较了研究团队提议的三个系统（高粱与豇豆行间作、高粱与Crotalaria轮作、高粱与Mucuna轮作）和农户常规的三个系统（高粱与豇豆传统穴间作、高粱与豇豆轮作、豇豆单作）。在随后的重新设计研讨会上，农户基于对上一季结果的评估，提出了对系统的修改意见。例如，在Nagreonkoudogo，农户建议在豇豆单作田的行间加种玉米，形成豇豆-玉米添加间作并与高粱轮作的新系统，旨在提高粮食产量并减少除草次数。在Tanvousse，农户建议将行间作系统的粪肥施用量从2.5吨/公顷加倍至5吨/公顷，旨在提高土壤肥力和产量。在研究的第三年，由于Crotalaria作为绿肥的效果未达预期且农户面临土地约束，经讨论后，用食用豆类作物绿豆（mungbean）替代了Crotalaria进行轮作。
3.2 比较研究团队提议系统与农户常规系统
在间作系统方面，研究发现农户常规的传统间作系统在多个年份和地方当量比上表现不逊于甚至优于研究团队提议的行间作系统。传统间作的总土地当量比通常大于1，表明其相对于单作具有优势。而行间作在某些年份和地方当量比小于1，表现不佳。在轮作系统方面，比较了高粱在豇豆、Crotalaria和Mucuna之后种植的产量，结果显示，在不同前茬作物之后，高粱的平均产量在统计上没有显著差异。然而，村庄效应显著，Nagreonkoudogo的高粱平均产量高于Tanvousse。独脚金（Striga）的发病率在不同轮作和村庄间也没有显著差异。
3.3 比较重新设计系统与参考系统
在2022年，Nagreonkoudogo的重新设计系统（豇豆与玉米添加间作后轮作高粱）的总产量显著高于其参考系统（豇豆单作后轮作高粱）。在Tanvousse，将行间作的粪肥施用量加倍并未在2022和2023年带来显著的产量增加。在2023年，Tanvousse的重新设计系统（绿豆轮作高粱）的谷物产量显著高于其参考系统（豇豆轮作高粱）。同年，Nagreonkoudogo的重新设计系统（高粱轮作豇豆-玉米添加间作）的谷物产量也显著高于其参考系统（高粱轮作豇豆单作）。
3.4 农户的多标准评估和系统排序
农户对系统的评估不仅基于产量。研究团队提议的行间作系统在劳动力需求、对病虫害和独脚金的抗性等方面，获得了比农户常规传统间作系统更积极的评价。然而，在轮作系统方面，农户常规的豇豆-高粱轮作系统获得的平均加权评分高于研究团队提议的Crotalaria-高粱和Mucuna-高粱轮作系统，表明农户更偏爱能提供粮食或饲料的轮作作物。农户的排序结果与产量表现之间没有明确的线性关系，说明农户在排名时综合考虑了产量、劳动力、前茬作物价值（如饲料或粮食）等多种因素。
3.5 比较产量表现与农户排序
将农户的加权评分与系统的平均产量进行对比绘图后发现，在Nagreonkoudogo，两者之间没有明显的关联。例如，在2022年，行间作的产量低于传统间作，但却获得了更积极的排名。对于轮作系统，高粱-豇豆轮作与高粱-Crotalaria轮作的产量几乎相同，但前者排名更靠前。在Tanvousse，则观察到了一定的线性趋势，得分较高的系统通常对应着稍好的产量，但这种关系并非绝对，农户同样考虑了除产量外的其他因素。
4.1 基于科学家性能指标和农户评估对比不同种植系统
研究发现，研究团队提议的间作系统并未系统性优于农户常规的传统间作系统，后者有时甚至表现更好。将行间作系统的粪肥施用量加倍并未带来预期增产，这可能与土壤氮含量极低、粪肥管理不当、质量差或矿化时间不足有关。在2023年这个气候不利的年份，两个村庄的重新设计系统（高粱轮作豇豆-玉米添加间作，绿豆轮作高粱）相比参考系统都实现了显著的谷物增产，但这主要是由于参考系统在不利条件下的表现特别差，而重新设计系统表现相对稳健。农户的田间排序与后续多标准评估的结果并不完全一致，这凸显了结合两种方式以全面理解农户考量的重要性。劳动力是农户评估的一个重要标准。传统间作系统因劳动力需求高而获得负面评价，但正如一位农户所言，高投入也可能带来高回报。农户的排序并不总是与产量表现一致，他们还会考虑前茬作物的价值（如Crotalaria仅作绿肥而被排斥，Mucuna可作饲料而受青睐），以及对市场机会、劳动力等因素的权衡。这些评估具有情境特异性，并可能逐年变化。
4.2 应用DEED共设计循环的益处与挑战
进行三轮DEED共设计循环为研究人员和农民提供了互动与协作的平台。农民的早期参与使得研究能以研究团队提议系统和农户常规系统为起点。基于性能表现和农户评估的系统比较，每年都能催生出新的重新设计系统。正如假设，重新设计系统为农民带来了益处，在2023年实现了谷物和豆类的增产。共设计促进了共学习，研究人员了解到除了土壤肥力，农民还面临严重的土地限制，并且劳动力是其重要的考量标准。农民则通过该过程加深了对自身种植系统功能的理解，并引入了更多豆科作物以增加农业生物多样性。然而，在中心田试验中整合重新设计系统与维持经典农艺学的重复测量原则之间存在权衡。为解决此矛盾，研究将部分地块一分为二，以同时容纳参考系统和重新设计系统，并且每年每个村庄只增加一个重新设计系统。
4.3 间作作为土地受限环境下增加和稳定作物生产的解决方案？
提高和稳定产量对农民至关重要。研究发现，农民不仅在评估系统时考虑产量，也高度重视土地限制问题，这在Nagreonkoudogo尤为突出。这解释了农民为何拒绝非食用的Crotalaria。在土地有限的背景下，间作（无论是传统的还是改良的）作为一种通过空间多样化集约化利用土地的策略，具有潜在价值，但必须与农民的劳动力现实相协调。
研究结论与意义
本研究系统地整合了定量农艺评估与农户定性评价，在一个完整的共设计过程中比较了农户常规、研究团队提议和农户重新设计的高粱种植系统。研究结果表明，研究团队单方面提议的系统在平均谷物产量上并不总能超越农户常规系统。然而，通过参与式共设计产生的重新设计系统，在应对不利生长条件时表现出了优势，并在2023年实现了高粱和豇豆的显著增产。更重要的是，研究发现农民的决策是多元的，他们的系统排序和评估并不总是与产量表现一致，劳动力需求、土地约束、前茬作物的用途（食用或饲用）以及市场机会等因素都发挥着关键作用。例如，研究团队提议的行间作因劳动力需求较低而获得比传统间作更积极的评价；反之，农户常规的轮作系统因包含食用豆类，比研究团队提议的包含非食用豆类的轮作系统更受偏爱。
这项研究强调了在农业创新中，必须将农民的常规系统及其具体的社会经济与环境背景（即“社会生态位”）纳入共设计过程。仅仅推广研究人员认为的最优技术往往效果有限，甚至可能适得其反。通过与农民紧密协作，理解并尊重他们的知识、偏好和现实约束，共同设计和测试适应性的解决方案，才能更有效地应对农业生产中的约束，推动农业系统向更具可持续性、韧性和改善生计的方向转型。该研究为在撒哈拉以南非洲类似地区开展参与式农业研究提供了可借鉴的方法框架和实证见解，凸显了“共设计”在弥合科学研究与农户实践之间鸿沟、促进因地制宜的农业创新方面的重要价值。
