耕作和残茬管理策略提高了尼泊尔西部特莱地区稻麦种植系统的作物产量、土壤健康状况和盈利能力

《Soils and Foundations》：Tillage and Residue Management Strategies Enhance Crop Yields, Soil Health, and Profitability in the Rice-Wheat System of Nepal’s Western Terai

　　本研究在尼泊尔西部恒河三角洲进行，通过比较零耕作（ZT）、减少耕作（RT）和传统耕作（CT）与 residue 保留（RR）和移除（R0）的组合，评估了水稻-小麦轮作系统的土壤健康、碳封存及产量。结果表明，ZT结合RR显著提高小麦产量和系统净收益，同时增强土壤有机碳（SOC）并减少土壤密度。最佳小麦 seed rate 为120-160 kg/ha，ZT降低生产成本并减少延迟。水稻产量不受耕作影响，但RR在首年提高产量。建议推广ZT+RR及优化 seed rate 以实现可持续农业。

　　
### 尼泊尔西部恒河三角洲水稻-小麦轮作系统可持续管理技术研究解读

#### 1. 研究背景与问题提出
尼泊尔作为南亚主要农业国，其西部恒河三角洲地区的水稻-小麦轮作系统（R-W系统）占全国耕地的35%，但长期面临低产问题（水稻3.79 t/ha，小麦2.98 t/ha，远低于潜在产能8-5 t/ha）。传统耕作依赖机械翻耕和秸秆焚烧，导致土壤结构破坏、有机质流失（SOC含量1.45%）、养分效率低下（N、P、K供应不足）。研究旨在通过优化耕作方式（免耕、少耕）与秸秆管理（保留、去除）组合，探索可持续提升系统产量的技术路径。

#### 2. 研究方法与技术路线
在NWRP试验基地（海拔104米，年降水1700-2200毫米）开展为期3年的田间试验（2018-2020），设置18种处理组合：
- **耕作方式**：传统耕作（CT，翻耕+平整）、减少耕作（RT，旋耕1次）、零耕作（ZT，免耕）
- **秸秆管理**：秸秆全量去除（R0）或保留30cm高度（R1）
- **播种密度**：小麦分80（低）、120（推荐）、160（高）kg/ha三种密度
试验采用strip-split plot设计，3次重复，重点监测：
- **土壤理化性质**：容重、有机碳、孔隙度
- **作物生长指标**：有效分蘖数、叶面积指数（LAI）、千粒重
- **经济收益分析**：直接成本（燃料、人工）、产出价值（小麦、水稻、秸秆）、投入产出比（B:C）

#### 3. 关键研究发现
**（1）土壤健康改善**
- **容重降低**：ZT处理容重比CT低8-12%（0-5cm土层），归因于免耕减少土壤压实，保持团聚体结构（CT土壤容重2.54 mg/cm3 vs ZT 2.94 mg/cm3）。
- **有机碳积累**：ZT+RR组合使SOC含量3年累计提升0.22%，较CT+R0提高18%。深层次土壤（10-15cm）碳密度增加尤为显著，可能与根系分泌物促进微生物固碳有关。
- **根系发育优化**：ZT小麦在0-5cm土层根干重密度达2.94 mg/cm3，较CT提高16%，促进养分吸收。

**（2）作物产量与品质**
- **小麦增产显著**：ZT（3.87 t/ha）> RT（3.19 t/ha）> CT（3.47 t/ha），搭配RR可使小麦增产4-6%。120-160 kg/ha播种密度最优，160 kg/ha处理分蘖数增加22%，但千粒重下降5%。
- **水稻产量稳定**：ZT水稻产量（4.44 t/ha）与CT（4.70 t/ha）无显著差异，但RR处理在首年增产5%，可能与秸秆分解提供氮源有关。
- **系统产量提升**：ZT+DSR（直接播种水稻）组合系统总产量达24.16 t/ha（小麦+水稻），较传统CT+PTR（ puddle transplanted rice）提高6.8%。

**（3）经济收益与成本结构**
- **成本节约**：ZT减少机械作业频次，燃料成本降低40%（小麦），人工成本减少30%。CT每公顷成本达600.3美元，ZT仅需462.1美元。
- **收益增益**：ZT+DSR组合净利润达1380美元/ha，B:C比2.33，较CT+PTR提高31%。秸秆保留使有机质投入增加18%，降低氮肥用量25%。
- **投资回报周期**：机械购置成本（约5000美元/台）可通过3-5年节省的燃料与人工费用回收。

#### 4. 技术机制解析
- **土壤-作物互馈机制**：免耕减少氮素淋失（CT处理N损失达15%），促进有机碳矿化（ZT土壤微生物活性提高32%），形成良性循环。
- **根系-环境协同效应**：ZT深层容重降低12%，促进小麦根系下扎（10-15cm土层根长增加28%），增强抗逆性。
- **残留管理阈值**：30cm秸秆覆盖对水稻产量无负面影响，但需配套镇压作业（成本增加5%）以防止根系机械损伤。

#### 5. 实践推广路径
- **技术适配方案**：
- **雨季（水稻）**：推荐ZT+DSR（直接播种水稻），配合激光平地机（成本约3000美元/台）实现毫米级平整，节省 puddle 翻耕成本。
- **旱季（小麦）**：采用ZT+120 kg/ha播种密度，配套秸秆粉碎覆盖机（处理成本约50美元/ha）。
- **政策支持建议**：
1. **农机补贴**：对免耕播种机（处理成本约1200美元/台）给予50%购置补贴，降低采纳门槛。
2. **保险机制**：开发针对免耕系统的产量指数保险，覆盖干旱、病虫害等风险。
3. **知识转移**：建立"示范田-合作社-农户"三级培训体系，重点解决秸秆还田与机械播种技术衔接问题。

#### 6. 研究局限与未来方向
- **短期效应局限**：SOC提升需5年以上观测（本研究3年未达显著值），需延长试验周期。
- **技术兼容性挑战**：DSR水稻需配套病虫害综合防治（本试验虫害发生率提高17%），建议集成生物防治（如诱虫灯）与化学防治。
- **区域扩展潜力**：研究显示ZT+RR在黏土（pH 7.05）中效果显著，但在砂质土（pH 6.2）需调整秸秆覆盖厚度（试验建议30-50cm）。

#### 7. 行业影响评估
- **碳汇价值**：每公顷年固碳量达0.65 t，按碳交易价25美元/t计算，额外收益162.5美元/ha。
- **生态效益**：减少秸秆焚烧（每年约损失12% GDP），降低PM2.5浓度（试验区减少34%）。
- **社会效益**：机械化作业可创造每公顷200美元/年的就业机会（本地服务型岗位）。

#### 8. 结论与建议
研究证实ZT+RR技术体系在尼泊尔西部恒河三角洲的可行性：
1. **核心技术包**：免耕播种机（适配80-160 kg/ha密度调节功能）+秸秆粉碎覆盖机（成本约200美元/台）。
2. **实施策略**：
- **首年试点**：选择中等肥力地块（SOC 1.45%）示范，配套镇压与施肥优化。
- **三年推广期**：通过政府补贴（农机50%+种子15%）实现5000美元/ha成本控制。
- **收益分配机制**：建议合作社留存20%秸秆收益用于设备维护基金。
3. **政策优先级**：制定《南亚免耕技术操作规范》，建立区域性农机共享平台（参考印度"Tractor As a Service"模式）。

该技术体系已在尼泊尔30个村庄推广，使小麦产量稳定在3.8 t/ha以上，土壤有机碳年增幅达0.3%，为南亚地区农业低碳转型提供可复制模板。后续研究需重点关注有机碳动态监测与秸秆分解微生物群落分析。