摘要
研究人員通過構建一個涵蓋63個國家、48種作物、610項研究、5463個觀測數(shù)據(jù)的保護性農業(yè)系統(tǒng)生產(chǎn)力全面比對數(shù)據(jù)庫，并進行整合分析發(fā)現(xiàn)，盡管在全球平均尺度上保護性農業(yè)（CA）與傳統(tǒng)耕作相比會使作物小幅減產(chǎn)約6%，但在氣候干旱地區(qū)，全面落實保護性農業(yè)的三個作物管理原則（免耕、秸稈利用、輪作），可使保護性農業(yè)的生產(chǎn)力與傳統(tǒng)耕作維持同等水平，揭示了保護性農業(yè)應對干旱地區(qū)氣候變化下農業(yè)可持續(xù)生產(chǎn)的重要性。與此相反，在秸稈再利用和輪作面臨挑戰(zhàn)的小農耕作制度中，免耕對農業(yè)可持續(xù)集約化的潛在貢獻比通常的設想更為有限。
原文信息
標題：Productivity limits and potentials
of the principles of conservation
agriculture
期刊：Nature
類型：Letter
作者：Cameron M. Pittelkow1*
Xinqiang Liang2*
時間：2015
DOI:https://doi.org/10.1038/nature13809
文章正文
引言
保護性農業(yè)因其幫助應對人口增長、土地外部投入減少、弱化對環(huán)境的影響、多樣且極端氣候增加等挑戰(zhàn)而得到國際社會的大力支持。占全球約9%耕地面積的土地廣泛采用免耕技術，而秸稈覆蓋和輪作的利用程度則不等。人們就免耕技術自身和保護性農業(yè)對作物產(chǎn)量的影響和在不同農業(yè)體系下的適用性展開了激烈的爭論?；谝陨媳尘?，作者綜合了全球范圍內的研究結果，以評估與秸稈還田和輪作有關的免耕（相較于傳統(tǒng)耕作）對作物產(chǎn)量的影響。
研究結果與討論
（1）與此前的推論相反的是，此項研究發(fā)現(xiàn)免耕對作物產(chǎn)量造成約5.7%的損失，免耕在提高全球作物產(chǎn)量和可持續(xù)集約化方面的潛力是有限的。但由于農業(yè)作物產(chǎn)量在時間和空間上是可變的，因此很難在單個生態(tài)系統(tǒng)尺度上準確預測作物產(chǎn)量。重要的是，在同時應用其他兩個保護性農業(yè)“支柱”（秸稈利用、輪作）的情況下免耕對產(chǎn)量造成的負面影響減小（-2.5%），只實施免耕（-9.9％）或僅采用一項保護性農業(yè)原則（秸稈還田和輪作單產(chǎn)分別為-5.2％和-6.2％）時，作物單產(chǎn)下降最多。這個結果表明在沒有秸稈留田和輪作的種植制度中，不建議把免耕作為實施保護性農業(yè)的第一步。但總的來說，除了產(chǎn)量，出于環(huán)境和社會經(jīng)濟效益考慮，免耕與秸稈留田和輪作搭配使用可能代表著一種效益更高的管理體系。
圖1：免耕和傳統(tǒng)耕作制度與保護性農業(yè)其他兩項原則的產(chǎn)量比較。 RR CR（秸稈留田 輪作）， RR(秸稈留田), CR(輪作)，–RR–CR(無秸稈留田、無輪作)
（2）在干旱氣候條件下，當其他兩種保護性農業(yè)原則同時實施時，免耕顯著提高了雨養(yǎng)農業(yè)的產(chǎn)量(7.3%)，當單獨免耕時，情況正好相反(-11.9%)。在濕潤氣候區(qū)，不管是否應用秸稈留田或者輪作，免耕均會造成產(chǎn)量下降。與干旱氣候下水分不受限制的灌溉區(qū)免耕作物產(chǎn)量結果相比，本研究推測免耕與其他兩種保護性農業(yè)原則相結合的增產(chǎn)效益可能是由于提高了水分滲透性和更好的土壤水分保持。該研究結果表明，保護性農業(yè)這套綜合管理措施可以在水資源有限地區(qū)提供一定的農業(yè)效益。
圖2：比較免耕和傳統(tǒng)耕作制度下雨養(yǎng)作物產(chǎn)量與保護性農業(yè)的其他兩項原則與氣候的關系。 RR CR（秸稈留田 輪作）， RR(秸稈留田), CR(輪作)，–RR–CR(無秸稈留田、無輪作)
（3）從時間上來看，無論其他兩項保護性農業(yè)原則是否得到實施，免耕采用后的1-2年內，都會降低作物產(chǎn)量，但與單獨免耕相比，全面實施保護性農業(yè)三原則使最初幾年的產(chǎn)量下降最小。3-9年之后，所有類別的免耕作物產(chǎn)量都與傳統(tǒng)耕作幾乎相等。10年之后，如果只實施免耕，產(chǎn)量就會開始下降。因此，除了要強調保護性農業(yè)的三原則要全面落實，還需在初期和后期克服產(chǎn)量下降的總體戰(zhàn)略需求。
圖3：免耕和傳統(tǒng)耕作制度與其他兩項保護性農業(yè)原則的產(chǎn)量隨時間變化的比較。 RR CR（秸稈留田 輪作）， RR(秸稈留田), CR(輪作)，-RR–CR(無秸稈留田、無輪作)
總結與展望
綜合所有研究數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，免耕使作物產(chǎn)量降低5.7%，秸稈留田和輪作的個體效應對免耕而造成的產(chǎn)量損失分別減少了4.8%和3.8%。在干旱氣候條件下，保護性農業(yè)三原則共同落實對雨養(yǎng)作物產(chǎn)量的增益更大。但在秸稈用于其他用途和農田普遍單作且相對貧窮地區(qū)，免耕可能會適得其反，增加減產(chǎn)的可能性。針對免耕具有改善土壤質量的功能，但初期和后期免耕作物產(chǎn)量損失的增加，以及造成雜草、害蟲等脅迫的問題，未來需要進一步研究來確定免耕系統(tǒng)的初始和長期產(chǎn)量限制因子。
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