在西印度地区的垂直土壤中，改变土壤表面管理方式对鹰嘴豆的产量、养分吸收及养分利用效率的影响

《Frontiers in Agronomy》：Yield, nutrient uptake, and nutrient use efficiency of chickpea under altered soil surface management practices in vertisols of Western India

　　摘要
在集约化种植系统中，低养分利用效率会导致经济损失和环境退化，这是因为养分通过径流和淋溶作用流失。可持续的土壤表面管理技术可以改善土壤性质，增强土壤和水分的就地保持能力，减少水分蒸发损失，并提高作物产量。尽管有这些益处，但不同土壤表面管理措施对养分吸收和养分利用效率（尤其是在豆科作物中）的影响仍然不足。因此，进行了一项为期三年的田间试验，以评估土壤表面管理措施对鹰嘴豆养分吸收、养分利用效率和产量的影响。试验处理包括传统耕作（CT）、新鲜宽床（FBB）沟播和带有残茬覆盖的永久宽床沟播（PBB+CR）。结果表明，与FBB和CT相比，PBB+CR处理下鹰嘴豆的氮、磷和钾吸收量显著增加。氮、磷和钾的移动效率、部分养分平衡和互惠养分效率在PBB+CR处理中也显著提高。与CT相比，PBB+CR处理下氮、磷和钾的部分因子生产力分别提高了11%、15%和14%。然而，内部利用效率和养分收获指数在CT中更高，表明养分向种子的转化较低。PBB+CR处理下，由于养分吸收和效率的提高，种子产量和生物产量都比CT更高。本研究重点探讨了土壤表面管理措施在提高粘壤土种子产量、养分吸收和养分利用效率方面的潜力。

引言
鹰嘴豆（Cicer arietinum L.）是最重要的豆类作物之一，它是蛋白质、膳食纤维和微量营养素的丰富来源。鹰嘴豆种子通常含有大量的碳水化合物（50%–67%）和蛋白质（20%–22%），但脂肪含量较低（4%–8%），同时含有必需氨基酸、维生素和矿物质，使其成为人类饮食中的营养成分（Begum等人，2023年）。该作物在豆类产量中排名第二，仅次于普通豆类（Phaseolus vulgaris L.），占全球豆类总产量的18.6%（FAO，2022年）。根据联合国粮农组织（FAO）的数据，鹰嘴豆占全球豆类种植面积的15.4%，平均产量为1.22 Mg ha^-1（FAO，2022年）。印度是全球鹰嘴豆产量最大的国家（1350万吨），约占全球总产量的74.6%。印度的全国平均产量为1.26 Mg ha^-1，远低于其理论产量6 Mg ha^-1，这主要是由于生物和非生物因素的影响（Chauhan等人，2021年；FAO，2022年）。印度主要的鹰嘴豆生产州包括中央邦、拉贾斯坦邦、马哈拉施特拉邦、北方邦和古吉拉特邦。这种豆科作物适应排水良好的壤土至粘壤土，并能耐受较宽的pH范围，但对水涝和盐碱胁迫敏感。然而，印度半干旱地区黑色土壤中鹰嘴豆生产的主要限制因素是土壤水分不足、养分状况差、有机碳含量低以及土壤排水不良。所有这些因素在粘壤土中都会导致水涝或干旱胁迫，从而影响作物生长和水分利用效率（Verheye W，2022年）。因此，提高鹰嘴豆产量需要采取策略来保持水分、增加有机质、保护土壤结构并提高养分利用效率，以增强作物生产力。

土壤耕作措施是任何种植系统中影响作物生长、土壤性质及其环境的基本操作活动。传统耕作（CT）会改变土壤性质（物理、化学和生物性质），因此使用适当的土壤表面管理措施非常重要，以避免土壤退化、维持作物生产力、减少气候变化并提供可持续农业的发展路径。永久宽床沟播（PBBF）系统是一种高效且具有气候适应性的土地管理方法，可以应对降雨不规律、水涝和季节性干旱问题，从而成为一种有价值的气候变化缓解策略。结合最小耕作量的作物残茬覆盖可以促进作物生长、保持土壤水分、调节土壤温度、减少水分蒸发损失并提高豆类作物的种子产量（Virk等人，2020年；Kumawat等人，2022年）。此外，PBBF结合作物残茬覆盖可以协同改善土壤质量、保护土壤，显著增加有机碳、提高团聚体稳定性并减少土壤侵蚀，特别是在粘壤土和半干旱地区（Jayaraman等人，2021年）。土壤表面管理措施，包括减少耕作、覆盖作物和宽床沟播系统，可以改善土壤结构、促进有机碳积累、增强根际微生物繁殖并提高养分矿化程度，从而提高作物产量和抗逆性（Aulakh等人，2012年；Lamptey等人，2020年）。多位研究人员报告称，结合作物残茬覆盖的减少耕作措施可以通过优化水分保持和减少侵蚀损失以及改善养分循环来提高养分利用效率（NUE）和作物产量（Naab等人，2017年；Das等人，2021年；Han等人，2025年）。宽床沟播系统是一种为黑色土壤设计的改良土地改良技术，具有更好的保水能力和渗透性。在这些技术中，带残茬覆盖的隆起床可以防止厌氧条件、促进根系生长、排出多余水分并防止水涝（Chauhan等人，2021年）。这些结合有机改良剂的土壤和水资源保护措施可以提高入渗时间、降低容重、增加土壤孔隙度，并促进根系穿透和作物产量（Rashmi等人，2024年；Rezaei等人，2025年）。研究表明，在印度半干旱地区，PBBF结合残茬覆盖可以提高产量（28%）和水分利用效率（WUE）（19%至57%）（Das等人，2018年）。此外，了解PBBF系统结合残茬覆盖对养分利用效率的复杂影响将有助于优化养分管理和建议，因为这些保护措施可以实现有机改良剂的养分循环利用。

尽管保护性耕作具有优势，但对于不同耕作方式下土壤表面管理措施对养分吸收及其效率的影响的信息仍然很少，尤其是在黑色土壤中的豆科作物系统中。有趣的是，土壤中的养分分布模式受表土层的影响很大，而表土层会因耕作操作而不断改变。在印度半干旱地区，水分和养分来源有限，因此提高养分和水分利用效率对于可持续作物生产至关重要。传统的谷物种植系统会增加生产成本，消耗自然资源（如土壤、水和微生物多样性），降低养分利用效率并增加环境足迹。为了解决这些问题，必须采用可持续的保护策略，如引入豆科作物和PBBF系统。这项技术有潜力提高养分吸收和养分利用效率，从而提高豆类作物的产量。然而，关于PBBF系统对养分吸收、养分利用效率指数及其与南亚豆类作物产量关系的实证数据仍然不足。本研究旨在通过评估土壤表面管理措施对粘壤土中基于鹰嘴豆系统的环境影响，为可持续农业政策提供依据。研究假设采用土壤表面管理措施可以提高豆类作物的产量、养分吸收和养分利用效率。本研究旨在探讨不同土壤表面管理措施结合作物残茬对粘壤土中鹰嘴豆养分吸收和养分利用效率参数的影响。

材料与方法
**试验地点与位置**
田间试验在ICAR-印度土壤与水资源保护研究所的研究农场进行，位于科塔（纬度25°13′56.19″N；经度75°52′32.68″E），连续三年（2020–2022年）。该地区的气候特点是降雨量呈单峰分布，湿润季节为3至4个月（7月至10月），干燥季节为8至9个月（11月至6月）。实验地点的气候属于热带气候，夏季炎热干燥（4月至6月），冬季寒冷（12月至2月）。平均降雨量为741毫米，其中80%的降雨量发生在7月至9月。在三年试验期间（2020–2021年、2021–2022年和2022–2023年），拉比季节（10月至2月）的降水量分别为50毫米、19.3毫米和77.3毫米。研究地点的平均最高气温、最低气温和平均气温分别为27.7°C、12°C和19.8°C至20.6°C。根据美国农业部（USDA）的土壤分类标准，该地点的土壤属于粘壤土（典型Chromoustert），质地为粉砂质粘壤土（沙土27.6%、粉砂45.4%、粘土27.2%），属于科塔系列，地形坡度小于2%。实验开始前0至0.30米土层显示的土壤特征如下：土壤呈碱性（pH值8.5），电导率为0.49 dS m^-1，有机碳含量低（4.4 g kg^-1），植物可利用氮含量为176.9 kg ha^-1，Olsen-P含量为中等水平（10.5 kg ha^-1），可交换钾含量高（542.9 kg ha^-1）。

**处理细节与作物管理**
田间试验包括三种土壤表面管理处理和三种作物种植系统。土壤表面管理处理分别为传统耕作（CT）、新鲜宽床沟播（FBB）和带有残茬覆盖的永久宽床沟播（PBB+CR），这些处理以垂直条带的形式实施。三种作物种植系统分别为黑豆-鹰嘴豆、玉米-鹰嘴豆和玉米+黑豆-鹰嘴豆，以水平条带的形式实施。实验采用条带设计，每个处理重复三次，共计九种处理组合。播种时施用了100 kg ha^-1的氮肥（18%）和磷肥（46% P2O5）。耕作区的尺寸为44.0米长、8.0米宽，每个条带再细分为三个14米×8米的 Plot。玉米作物残茬被切碎后以2.5 Mg ha^-1的量作为覆盖物施用于鹰嘴豆播种后。在传统耕作中，每年在播种前灌溉后使用拖拉机牵引的耕地机、圆盘耙进行初次耕作，随后进行平地。在新鲜宽床沟播（FBB）处理中，田地的准备方式与CT相同，但播种使用宽床机等设备。而在PBBF结合残茬覆盖中，第一次准备田地时采用FBB方法，随后几年通过宽床机等设备重新修整床面，并在播种后将残茬施用于土壤表面。宽床的高度为0.15米，宽度为1.5米，沟宽为0.30米，每个床上有五行鹰嘴豆。为了控制杂草，在播种后30–35天使用除草剂“Stomp 30 EC (Pendimethalin)”以2.5 L ha^-1的剂量喷洒，并进行人工除草，持续三年。作物手工收割后晒干，然后用拖拉机安装的脱粒机脱粒。从1平方米的田地面积计算鹰嘴豆的种子和秸草产量。鹰嘴豆的生物产量为种子产量和秸草产量之和。

**作物生产效率**
不同土壤表面管理措施的作物生产效率通过作物（鹰嘴豆）种子产量（kg ha^-1）与作物生长期（天）的比值来计算（Saini等人，2019年）。分别考虑了122天、127天和120天的作物生长期来估算鹰嘴豆的生产效率，计算公式如下（公式1）：
(1) 生产效率（kg ha^-1·天^-1）= 种子产量 / 作物生长期

**植株采样与分析**
在收获期间收集了所有处理组的鹰嘴豆植株和种子样本。收集的种子和秸草样本在60–65°C的烤箱中烘干至恒重。烘干后的植株样本被研磨、筛分，然后用于养分化学分析。通过用10毫升浓硫酸消化0.5克植物材料（种子和秸草），并在消化混合物（二氧化硒、硫酸铜、硫酸钾和氧化汞）存在下测定植物样品中的氮含量。种子中的粗蛋白含量（%）通过将其氮含量乘以6.25来计算（Jones，1931年）。种子和秸秆样品中的总磷和钾含量：取0.5克样品，在HNO3、HClO4和H2SO4的三酸混合物中以9:3:1的比例进行湿法消化（Piper等人，1966年）。磷的含量采用Jackson（1967年）描述的硝酸体系中的钒钼酸盐磷黄光度法测定，黄色颜色的强度由Systronics分光光度计（型号2202TS）在470毫米波长下测量。钾的含量采用Systronics火焰光度计（型号128）方法测定。植物的氮、磷和钾吸收量通过将种子和秸秆中的营养成分百分比与其干重基础产量（千克/公顷）相乘来计算。

养分利用效率：
通过以下公式计算氮（N）、磷（P）和钾（K）的养分利用效率（NUE）（表1）。

表1
**迁移效率指数或迁移比率（MEI）**
MEI = NG/NS（Dhaliwal等人，2023年）

**部分因素生产力（PFP）**
每千克施用养分产生的千克种子产量（千克种子/千克施用养分）
PFP = CY/F（Dobermann和Cassman，2005年；Fixen等人，2015年）

**部分养分平衡（PNB）**
每单位养分投入的养分产出（千克养分/千克施用养分）
PNB = UH/FS（Snider和Bruulsema，2007年）

**内部利用效率（IUE）**
每千克养分吸收产生的千克种子产量（千克种子/千克总养分吸收）
IUE = GY/TN（Liu等人，2011年）

**养分收获指数（NHI）**
种子养分吸收与总养分吸收的比值
NHI = GNU/TNU（Dass等人，2010年）

**互换养分利用效率（RNUE）**
千克种子产量/千克Mg（RNUE = GNU/CY）
Setiyono等人，2010年

用于计算不同养分NUE的公式：
其中NG是种子中的养分含量；NS是秸秆中的养分含量；CY是作物产量；F是通过肥料、粪肥或残茬施用的养分；TNU是地上生物量吸收的总养分量；GNU是种子吸收的养分。

鹰嘴豆的经济产量被转换为碳水化合物当量（千克/公顷）（Gopalan等人，2004年）。对于鹰嘴豆，碳水化合物当量产量通过将种子产量乘以鹰嘴豆的碳水化合物当量值（60.9%）得到。假设鹰嘴豆中的碳浓度为380克/千克。使用450克/千克的碳浓度估算了鹰嘴豆的秸秆碳产量。鹰嘴豆的种子和秸秆碳产量通过以下公式估算（Singh等人，2021年）：
- 种子碳产量（Mg C/公顷）= 种子产量（吨/公顷）× 种子碳含量（%）
- 秸秆碳产量（Mg C/公顷）= 秸秆产量（吨/公顷）× 秸秆碳含量（%）
- 鹰嘴豆总碳产量（Mg C/公顷）= 种子碳产量（Mg C/公顷）+ 秸秆碳产量（Mg C/公顷）

**统计分析**
生长参数、作物产量、养分吸收和NUE指数的数据采用标准统计方法进行分析。3年的种子产量和NUE指数平均值用于计算作物产量和NUE的汇总均值。使用Microsoft Excel 2007开发了鹰嘴豆生物产量与养分吸收之间的线性回归方程（Gomez和Gomez，1984年）。处理均值通过5%显著性水平的最小显著差异（LSD）进行比较。

**结果**
如图1所示，表面管理措施显著影响了鹰嘴豆的种子产量（p ≤ 0.05）。在处理中，PBB+CR处理的种子产量最高，其次是FBB和CT处理。PBBF处理加残茬和FBB处理的鹰嘴豆产量分别为2.14至2.29 Mg/公顷和1.95至2.15 Mg/公顷。而CT处理的种子产量为1.81至1.97 Mg/公顷。与CT相比，PBB+CR和FBB处理的平均种子产量分别增加了17.3%和7.3%。在本研究中，秸秆产量在耕作处理之间也显著不同（p < 0.05）。PBB+CR处理的秸秆产量最高，其次是FBB和对照组。与种子产量类似，PBB+CR和FBB处理的秸秆产量分别比CT处理增加了18%和7%。表面管理措施对鹰嘴豆生物产量的显著影响体现在产量显著提高（p < 0.05），PBBF加残茬处理为4.87 Mg/公顷，FBB沟条处理为4.44 Mg/公顷。这种生物产量的增加是由于耕作和残茬管理措施显著提高了种子和秸秆的产量。作物生产效率（CPE）在CT处理中最低，但在土壤表面管理措施下显著提高（p < 0.05）（表2）。与CT相比，PBB+CR和FBB处理的CPE分别提高了9%和7%。

**表2**
土壤表面管理措施对鹰嘴豆系统中的作物生产效率（kg ha?1 day?1）、总作物碳产量（Mg C ha?1）、种子碳水化合物当量产量（Mg ha?1）和蛋白质含量（%）的影响。

**种子和秸秆中的养分含量**
不同表面管理措施下，种子和秸秆中的养分含量存在差异。种子中的钾含量在不同处理间显著变化，而氮和磷的含量则无显著差异（图2a）。在处理中，PBB+CR处理的种子中氮（2.77%）、磷（0.21%）和钾（1.07%）含量最高。种子中的最低养分含量出现在CT处理中。秸秆中的钾含量在不同处理间也显著变化。秸秆中的氮、磷和钾含量分别在0.41%至0.47%、0.14%至0.15%和1.25%至1.46%之间变化。PBB+CR和FBB处理下，种子和秸秆中的氮、磷和钾含量有所提高。种子中的蛋白质含量在不同土壤表面管理措施间无显著差异（图2b）。

**碳水化合物当量产量和地上生物量碳产量**
土壤表面管理显著增加了鹰嘴豆种子和秸秆的碳产量（表2）。PBB+CR处理下的种子碳产量显著增加（0.81–0.87 Mg C/公顷），FBB处理为0.74–0.82 Mg C/公顷。同样，秸秆碳产量在CT、FBB和PBB+CR处理中分别为0.92至1.02、0.96至1.13和1.06至1.20 Mg C/公顷。鹰嘴豆的总碳产量（种子+秸秆）在处理间显著变化，其中PBB+CR处理最高（2.01 Mg C/公顷），其次是FBB（1.83 Mg C/公顷）。PBB+CR和FBB处理下，鹰嘴豆的种子和秸秆碳产量分别增加了2.01（14.7%）和1.83（6.9%） Mg C/公顷。这些处理使碳水化合物当量产量比CT处理提高了17%和7%。

**养分吸收**
种子和秸秆的氮、磷和钾吸收量在PBB+CR处理中显著高于FBB和CT处理（图3）。PBBF处理加作物残茬下的氮、磷和钾平均吸收量最高（73.4、8.5和61.7千克/公顷），且显著高于CT处理。PBB+CR和FBB处理使总氮吸收量分别增加了25%和9.8%，总磷吸收量分别增加了24.5%和6%，总钾吸收量分别增加了44.8%和22.7%。

**养分利用效率**
通过估算各种NUE参数来分析鹰嘴豆作物利用养分（氮、磷和钾）的能力（表3）。鹰嘴豆生产中的氮、磷和钾的部分因素生产力（PFP）根据土壤表面管理措施的不同而显著变化（p < 0.05）。PBB+CR处理的PFP-N、PFP-P和PFP-K分别为90.7至108.2千克种子（千克氮）?1、31.1至35.6千克种子（千克磷）?1和47.8至54.5千克种子（千克钾）?1。PBB+CR处理的平均PFP-N最高[108.2千克种子（千克氮）?1]，其次是FBB[102.9千克种子（千克氮）?1]。同样，PFP-P和PFP-K的最高值分别为35.67千克种子（千克磷）?1和54.54千克种子（千克钾）?1。

**迁移效率指数（MEI）和部分养分平衡（PNB）**
在研究中，氮和钾的迁移效率指数（MEI）在不同处理间显著变化（p < 0.05）；然而，PFP-N和PFP-K的变化不显著（表3）。氮的MEI值分别为PBB+CR（6.4）和FBB（6.3）。与CT处理相比，PBB+CR处理下氮的MEI增加了10%，钾的MEI增加了7%和5%。部分养分平衡（PNB）是衡量作物系统长期可行性的指标，表示单位养分投入的经济成分的养分吸收情况。3年间，PNB值在不同表面管理措施间差异较大，分别为1.39至3.44（PNB-N）、0.17至0.21（PNB-P）和1.10至1.48（PNB-K）（表3）。PBBF加残茬处理下的鹰嘴豆系统中，氮、磷和钾的PNB值最高，分别比CT系统高出60%、14%和26%。内部利用效率（IUE）是反映作物将养分转化为种子产量的能力的有效指标。在研究（表4）中，IUE-N在不同处理间显著变化（p < 0.001），其中CT处理最高（30.3–34.4千克/克），其次是FBB（29–33.2千克/克）和PBB+CR（27.5–30.6千克/克）。IUE-P在CT处理中显著更高（263.5至317.8公斤/克），其次是FBB（262.8至308.4公斤/克）和PBB+CR（243.7至303.9公斤/克）。表4显示了内部利用效率（每公斤谷物每公斤养分吸收量）：

| 处理 | IUE-N | IUE-P | IUE-K | CT | FBB | PBB | PBB+CR |
|------------|---------|---------|--------|----------|---------|-----------|
| | 34.67 ± 1.09a | 285.3 ± 18.15a | 43.94 ± 2.93a | 32.58 ± 1.15bc | 38.24 ± 1.49b | 30.41 ± 1.87c |
| | 82.42 ± 1.09a | 58.01 ± 1.51a | 37.83 ± 2.04a | 82.95 ± 1.16a | 54.72 ± 2.34b | 84.47 ± 1.06a |
| | 23.70 ± 0.66c | 1.90 ± 0.19c | 8.29 ± 0.53c | 25.44 ± 1.03ab | 1.98 ± 0.17b | 27.37 ± 1.80a |
| | 23.70 | 1.78–2.32 | 9.68 ± 0.34ab | 1.73–2.23 | 9.5–10.5 | 7.6–9.1 | |

土壤表面管理措施对鹰嘴豆系统中的内部利用效率（IUE）、养分收获指数（NHI）和养分利用效率比值（RNUE）有显著影响。平均值后跟随±标准差。同一列中不同字母表示根据LSD检验（p < 0.05）显著不同。CT代表传统耕作方式；FBB代表新鲜宽床沟播系统；PBB+CR代表永久性宽床沟播系统并伴有残渣覆盖。

PBB处理下的养分收获指数（NHI）在不同处理间有显著差异（p < 0.05）。然而，NHI-N和NHI-K值在不同处理间没有显著差异（表4）。结果显示，NHI-P的值在CT处理中为55.5至60.8，在FBB处理中为48.2至56.9，在PBB+CR处理中为52.8至56.3，分别显著较高。在各种养分中，氮（N）的NHI值最高，其次是磷（P），钾（K）最低。

养分利用效率比值（RNUE）在不同土壤表面管理处理下也有显著差异（表4）。CT处理中的RNUE-N在22.7至24.63公斤镁/公斤种子之间显著变化；PBB+CR处理中为23.4至26.5公斤镁/公斤种子，FBB处理中为25.3至29.8公斤镁/公斤种子。平均而言，CT、FBB和PBB+CR处理中的RNUE-N分别为23.70、25.44和27.37公斤镁/公斤种子。RNUE-P在PBB+CR处理中显著最高（1.78–2.32公斤镁/公斤种子），其次是FBB（1.73–2.23公斤镁/公斤种子）和CT（1.58–2.15公斤镁/公斤种子）。同样，RNUE-K在PBB+CR处理中也显著较高（9.6–11.7公斤镁/公斤种子），其次是FBB（9.5–10.5公斤镁/公斤种子）和CT（7.6–9.1公斤镁/公斤种子）。无论哪种处理方法，鹰嘴豆作物的RNUE-N > RNUE-K > RNUE-P。

讨论：土壤表面管理措施显著提高了鹰嘴豆的种子和秸秆产量。与CT处理相比，PBBF处理在提高种子产量方面表现更好（提高了17%）。先前研究（Kumawat等人，2025年）已经记录了采用PBB结合CR（免耕）后鹰嘴豆作物的表现和产量提升。这可以归因于更好的土壤条件、增强的养分可用性和提高的土壤保水性（Dong等人，2023年）。PBB+CR下的更高种子产量还归因于改良的形态生理特性，如更高的生物量积累、叶绿素色素和荚果数量，这些直接与经济产量的增加有关（Kumawat等人，2025年）。BBF系统保持了更好的水分和空气流通，减少了径流，增加了根区的养分浓度，从而提高了作物产量。该研究与其他关于残渣改良效果的研究结果一致，即PBBF系统在提高种子产量方面比CT更有效（Meena等人，2015年；Wang等人，2024年）。此外，PBBF结合残渣处理还提高了鹰嘴豆的生物产量17.3%。这可能是由于更好的土壤结构、适宜的土壤水分或温度条件以及改进的养分和水分利用效率（Pooniya等人，2021年）。此外，将作物残渣覆盖与PBB结合使用在减少蒸发损失、增加土壤水分储存和水分利用效率以及形成更深的根系方面发挥了关键作用，从而更好地利用了水分和养分（Kumawat等人，2025年）。其他研究者也报告了类似的效果，表明减少耕作和保留作物残渣有助于提高产量（Chaghazardi等人，2016年；Alemayehu等人，2023年）。早期研究还表明，如宽床沟播和作物残渣保留等土壤表面管理措施可以通过最大化水分保持和改善养分循环及微生物活性来提高产量（Meena等人，2015年；Das等人，2021年；Dong等人，2023年）。因此，PBBF结合残渣覆盖处理的种子碳产量、秸秆碳产量、生物碳产量和碳水化合物种子当量产量均高于CT处理。PBB+CR处理中较高的碳水化合物当量和碳产量是由于更高的生物产量和总收获生物量（Kumawat等人，2025年；Rezaei等人，2025年）。这是因为PBB+CR处理下养分吸收和利用效率的提高，从而产生了更高的种子产量和总生物量。

土壤表面管理措施，如PBBF结合残渣保留和新鲜宽床沟播系统，提高了鹰嘴豆种子和秸秆中的养分浓度。这种改善可能归因于免耕条件下氮（N）、磷（P）和钾（K）的养分可用性增加。这一结果与其他研究者的研究结果一致（Virk等人，2020年；Han等人，2025年）。在PBB+CR处理下观察到了氮、磷和钾的养分吸收显著改善，这可能是由于根系发育的增强，从而提高了种子和秸秆中的养分吸收量。不同土壤表面管理措施下鹰嘴豆作物更高的养分吸收可能归因于更好的形态特性、改善的共生参数、更高的光合色素以及更高的水分利用效率（Kumawat等人，2025年；Das等人，2018年；El-Hendawy等人，2023年）。BBF系统改变了田地地形，增加了作物根区的渗透和养分再分配，从而促进了养分吸收。PBBF和残渣结合使用提高了鹰嘴豆种子和秸秆中大量养分的总吸收量。Singer等人（2008年）也报告了免耕条件下钾和磷的更高吸收量。此外，免耕的好处还与土壤有机质的增加和养分可用性的提高有关，进而增加了种子、秸秆和总养分的吸收量。

MEI（迁移比率）是指鹰嘴豆种子中的养分含量与鹰嘴豆秸秆中的养分含量的比率。这是一个重要的养分利用效率（NUE）参数，表明植物从其他组织向种子或新发育的部分转移养分的效率（Dhaliwal等人，2023年）。PBB+残渣覆盖和FBB处理中的氮（N）、磷（P）和钾（K）的MEI值最高，且几乎相同。这些处理中的较高MEI值表明鹰嘴豆种子中转移的养分更多，从而提高了种子中的养分浓度。较高的MEI-N值是由于豆科作物通过生物固氮作用提高了种子中的氮含量。早期研究也报告了类似的结果（Virk等人，2020年；Dhaliwal等人，2023年），表明在减少耕作的情况下豆科作物的NUE得到了改善。

NHI定义为作物将养分从茎叶和其他组织转移到种子的能力。PBB+CR和FBB处理中的氮（N）和钾（K）的NHI值较低。已知当养分通过粪肥或残渣施用时，NHI会降低。PBB+CR处理中的NHI-P值比CT处理低7%，这可能是由于PBB+CR和FBB处理下的土壤中磷相对缺乏，使得作物能够利用更多的磷，从而有效利用残渣中的磷释放。作物残渣覆盖提供了持续的有机物和养分循环，而PBBF改善了土壤结构和渗透性，从而减少了磷的损失（Ghosh等人，2025年）。CT处理中的NHI最高，这可能是由于养分缺乏条件，作物从土壤中提取更多的养分并将其转化为种子以完成生命周期（Sheoran等人，2017年）。然而，PBB+CR、FBB和CT处理中的NHI-N值略有升高。所有土壤表面管理处理中的NHI-N值相似，这可能是由于这些处理中的氮含量大致相等。

PFP表示不同养分管理方法下作物生产系统的效率。PBB+CR处理中的氮（N）、磷（P）和钾（K）的PFP显著高于CT处理，这是因为种子产量更高，作物生长更好。土壤表面管理措施产生了更多的种子，从而提高了养分的PFP。BBF系统通过优化土壤水分和养分流动来提高NUE。BBF系统下更好的根系扩展和增加的养分可用性使植物能够获得更多的养分，从而提高了NUE和资源利用效率（Han等人，2025年）。Ghosh等人（2025年）也报告了在玉米-小麦-绿豆系统中，PBB结合残渣保留处理下NPK的PFP有所改善。这种改善也是由于豆科作物和作物残渣持续提供的养分。增强的养分供应、吸收和效率共同提高了PBB+CR处理中的种子产量。

PNB是衡量养分回收效率的指标，用于评估每单位养分输入的养分输出。NUE指数确定了从作物系统中移除的养分与施用的养分量之比。在我们的研究中，发现减少耕作处理下N和K的PNB值总体上为正数。这表明氮和钾的水平不是限制鹰嘴豆生产的因素，这些土壤表面管理措施具有长期维持作物产量的潜力。在PBBF结合作物残渣覆盖的处理中，N和K的PNB值最高，高于Rawal等人（2022年）的报告。PNB值大于1表示需要通过氮和钾肥料来补充土壤养分。因此，为了保持系统的可持续性，可以通过肥料/粪肥提供额外的养分，并通过适当的管理措施减少养分损失。任何PNB值小于1表示养分移除量超过了添加的量，表明可以避免养分损失以提高NUE（Kumar等人，2022年）。因此，如果PNB值接近零或甚至为负数，这表明管理措施可能耗尽了养分储备。短期内，PNB值可能会波动，尤其是对于氮和钾。因此，多年评估PNB更为有用（Fixen等人，2015年）。

IUE定义为每单位总养分吸收的产量。该指数反映了作物在其组织中产生产量的固有能力。IUE值越高，表明养分缺乏越严重。在研究中，氮（N）、磷（P）和钾（K）的IUE值最高的是PBB+残渣覆盖处理，其次是IUE-N和IUE-K。在处理中，CT处理的IUE-N、IUE-P和IUE-K值最高，而PBB+CR处理的IUE值最低。养分的IUE取决于每单位养分投入产生的种子数量。较高的IUE值表明特定养分的缺乏，内部养分转化可能受到其他胁迫因素的影响（Fixen等人，2015年）。在研究中，CT处理中氮、磷和钾的IUE值较高表明养分缺乏。

RNUE是IUE的倒数，用于衡量产生1吨种子所需的特定养分（氮、磷、钾）的数量。在不同处理中，氮（N）、磷（P）和钾（K）的RNUE值有显著差异（表3）。在鹰嘴豆中，RNUE-N值高于其他豆科作物（Singh等人，2021年；Rashmi等人，2023年），这是因为豆科作物具有更高的固氮作用。然而，RNUE-P和RNUE-K的值低于其他研究人员报告的结果（Singh等人，2021年；Rawal等人，2022年）。将残渣与宽床沟系统结合使用可以增加土壤有机质并改善土壤生物多样性，从而提高养分转化为作物产量的效率（Kumar等人，2022年）。这一点从较高的RIUE值（氮、磷和钾）以及减少耕作后的养分流失可以看出。土壤表面管理措施，如携带作物残渣的宽床沟系统（BBF），可以改善土壤湿度，降低养分通过径流和淋溶流失的风险。这有利于根系的更好生长，并提高养分的溶解度和可用性，从而增加养分的吸收。BBF系统中的残渣覆盖减少了蒸发损失，增强了水分保持能力，并提高了生物活性，为土壤-植物-养分循环创造了有利条件。此外，沟系统中持续的水分含量减少了干旱压力，使作物能够维持光合作用和蒸腾作用等生理过程，从而更好地吸收和利用养分。这种土壤和水分保护策略作为一种可持续的管理技术，可以增加作物产量和养分利用效率（NUE），并减少雨养农业中的肥料浪费。

回归分析
不同土壤表面管理处理下养分吸收对生物产量影响的研究结果如图4和表5所示。回归分析表明，氮吸收与鹰嘴豆生物产量之间存在显著关系（表5）。总氮吸收与鹰嘴豆生物产量之间存在线性且正面的显著相关性，调整后的决定系数R2=0.94。换句话说，总氮吸收约解释了鹰嘴豆生物产量变化的94%，这一点通过图4中离点线最近的点来表示。线性方程如下：

图4：线性回归线显示了土壤表面管理措施对鹰嘴豆生物产量（a）、磷（b）和钾（c）吸收的影响。

表5：土壤表面管理措施
总氮吸收（kg ha?1） 总磷吸收（kg ha?1） 总钾吸收（kg ha?1）
回归 残差 总回归 残差 总回归 残差
平方和 100.95 6.73 110.76 94.06 31.62 107.68 90.25 17.43 107.68
均方 100.95 0.96 294.06 31.94 590.25 2.49
R 0.968 0.935 0.915
R2 0.937 0.874 0.838
调整后R2 0.928 0.855 0.815
平方和 100.95 6.73 110.76 94.06 31.62 107.68 90.25 17.43 107.68

在不同土壤表面管理处理下，回归分析显示了养分吸收与鹰嘴豆生物产量之间的关系：
BYC = 0.606 × TNU + 4.856
其中BYC是鹰嘴豆的生物产量，TNU是总氮吸收量。该方程表明，总氮吸收量每增加一个单位（kg ha?1），鹰嘴豆的生物产量将增加0.606。

同样，总磷吸收量（kg ha?1）与鹰嘴豆生物产量之间的回归分析也显示出线性且正面的显著相关性，解释了87%的生物产量变化，得到的方程为：
BYC = 2.994 × TPU + 21.85
其中TPU是总磷吸收量（kg/ha）。线性回归分析还表明，钾吸收与鹰嘴豆生物产量也存在线性且显著的正相关关系，钾吸收解释了84%的生物产量变化，得到的回归方程为：
BYC = 0.423 × TKU + 22.43
其中TKU是总钾吸收量（kg/ha）。

研究结果清楚地表明，在PBB+CR覆盖处理中，氮、磷和钾的更高可用性显著提高了鹰嘴豆的生物产量。此外，在减少耕作的PBB+CR覆盖条件下，养分与土壤的更好混合确保了鹰嘴豆作物对养分的有效吸收。

结论
本研究结果表明，与常规耕作（CT）相比，带残渣覆盖的PBBF系统提高了作物产量、氮（N）、磷（P）和钾（K）的吸收量以及养分利用效率（PNB）和互惠内部效率指数（RIUE）。在PBB+残渣覆盖处理下，鹰嘴豆的种子产量和生物产量最高，表明这些处理方法适合于红壤土。总体而言，土壤表面管理措施（如PBB+CR）在提高作物生产力、养分含量和吸收方面表现出优越性，这体现在更高的养分利用效率（NUE）指标上。因此，这种土壤表面管理措施为根系发育和养分吸收创造了更好的物理环境，有望在类似的农业生态区域得到广泛应用。定制化的雇佣选项可以降低小农户的初始投资，并鼓励大规模实施。然而，为了优化特定的土壤表面管理措施，需要在不同地点进行空间和时间上的进一步研究，以了解永久性宽床沟系统对土壤类型、作物残渣的数量和类型、种植系统、地形以及气候因素的影响。此外，研究PBBF结合残渣保持对精准养分管理和气候智能型农业技术的长期效果对于在半干旱生态系统中建立可持续的种植系统至关重要。