在印度中印-恒河平原地区，通过将水稻-小麦种植系统与夏季绿豆作物结合种植，可以提高水稻的生长速度、产量和盈利能力

时间：2026年2月9日

来源：European Journal of Agronomy

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水稻小麦轮作系统中引入夏绿肥作物及保护性耕作对水稻产量及能效的影响研究。

印度比哈尔邦巴加尔普尔萨布尔市比哈尔农业大学农学系，邮编813210

摘要

水稻-小麦种植系统（RWCS）是东南亚地区，尤其是印度粮食安全的支柱。然而，持续的集约化耕作导致了诸多可持续性问题，包括产量停滞、资源利用效率低下、土壤有机碳（SOC）流失、多种营养素缺乏、害虫反弹以及利润空间缩减。在现有的RWCS中增加豆科作物的种植可能是解决问题的一个途径。因此，研究人员在印度比哈尔邦巴加尔普尔萨布尔市的比哈尔农业大学进行了为期两年的试验，研究了15种不同水稻-小麦种植组合对水稻产量的影响。实验结果显示，在第二年加入绿豆对水稻生长有显著促进作用。试验中采用了两种保护性农业系统：部分保护性农业系统和完全保护性农业系统，分别基于耕作强度和作物种植方式。部分保护性农业系统（Vattar直接播种法，DSR）是在播种前灌溉并轻度耕作后，将种子直接播种在湿润的土壤中；而完全保护性农业系统（ZT DSR）则是在不进行任何耕作的条件下将干燥的种子直接播种到土壤中，随后种植小麦和绿豆。2022年，这两种系统的产量分别比传统的RWCS提高了36.8%和31.3%。此外，完全保护性农业系统（ZT DSR）在整个种植过程中完全取消了耕作操作，其净收益（INR 82863 ha⁻¹）、碳氮比（2.46）、能量利用率（145351 MJ ha⁻¹）和能量生产力（0.45 kg MJ⁻¹）均显著优于传统RWCS；但在实验的第一年，这两种系统的结果相似。研究表明，基于完全保护性农业系统的种植模式（ZT DSR-ZT小麦-ZT绿豆）最适合印度中恒河平原（IGP）地区的气候条件，能够显著提升水稻的整体产量。

引言

水稻是亚洲人口的主要食物来源，90%的亚洲人将其作为主食；而小麦则占全球消费量的大约60%。在印度，水稻和小麦是粮食安全的两个支柱（Panwar等人，2019年；Banjara等人，2022年），对减少饥饿问题起到了重要作用（Paswan等人，2023年）。水稻-小麦种植系统（RWCS）是南亚和中国的最广泛和最高产的农业系统，覆盖了2600万公顷的土地（Chauhan等人，2012年；Singh等人，2020年），支撑着数百万人的生计和营养需求。中国拥有最大的RWCS种植面积（1300万公顷），其次是印度（1050万公顷）、巴基斯坦（230万公顷）、尼泊尔（60万公顷）和孟加拉国（50万公顷）（Timsina和Connor，2001年）。在印度，旁遮普邦、哈里亚纳邦、比哈尔邦和北方邦是主要的水稻-小麦种植区，这些地区的雨季水稻种植后通常会种植旱季小麦。虽然RWCS在实现粮食自给方面发挥了重要作用，但也带来了诸多挑战。传统的集约化耕作方式导致了严重的可持续性问题，如地下水枯竭、土壤肥力下降、杂草增多、土壤盐碱化等（Kumar等人，2022年）。Mi等人（2018年）指出，长期施用无机肥料而不进行养分循环利用会导致土壤肥力和生产力下降，因此需要智能技术来确保水稻和小麦的可持续生产。目前中恒河平原地区普遍采用的种植方法（如水稻的移栽种植和小麦的集约化耕作）资源利用效率低、成本高，且产量增长停滞。该地区面临独特的挑战：依赖不稳定的降雨系统、季风延迟导致水稻移栽时间推迟、小农户资源匮乏、灌溉设施不足以及频繁的干旱期，这些因素限制了农业生产。由于降雨不确定性导致的种植计划管理不善，使得该地区的农业生产受到严重制约（Kumar等人，2018年）。这些特定于地区的挑战，加上气候脆弱性和资源限制，使得该地区特别容易受到传统集约化农业的负面影响，迫切需要开发具有气候适应性的生产系统。

为应对这些日益严峻的挑战以及气候变化带来的影响（如长期干旱和降雨模式的不稳定性），研究人员在保护性农业（CA）和综合作物与资源管理（ICRM）框架下开发并测试了多种改进的耕作和作物管理方法（Gupta和Seth，2007年；Laik等人，2014年；Devkota等人，2019年）。这些技术包括免耕（ZT）、激光平整土地、优化种植计划以及时种植水稻和小麦、将作物残余物作为覆盖物而非焚烧、针对不同地点的养分管理以及作物多样化。这些方法有望提高系统的韧性、改善资源利用效率，并在应对地区特定限制的同时保持生产力，使保护性农业和作物集约化不仅有益，而且对于该脆弱农业区域的可持续性和粮食安全至关重要。

建议在小麦收获后、水稻种植前加入绿豆，作为一种应对气候变化的策略，以增强RWCS的可持续性。研究表明，免耕和直接播种等替代性种植方法具有资源效率高、成本效益好以及气候适应性强等优点（Keil等人，2015年；Kumar和Ladha，2011年）。除了经济效益外，能源效率也成为评估集约化种植系统可持续性的关键指标。能源分析有助于量化总能源投入（种子、肥料、灌溉、机械、劳动力）与能源产出（谷物和生物质产量）之间的关系，从而了解不同作物管理方式的资源利用效率和环境影响（Singh等人，2025年）。基于保护性耕作的种植方法和豆科作物的高强度种植可以提高能源利用效率和产出投入比，从而减少RWCS的碳足迹（Dey等人，2024年；Farooq等人，2024年）。然而，针对不同种植方法的RWCS系统进行全面的能源预算研究在印度中恒河平原地区仍不够充分。

尽管保护性农业和作物多样化已被广泛提倡，但将夏季绿豆作为短期豆科作物纳入RWCS中的综合效益，尤其是其对后续水稻产量的影响，在印度中恒河平原地区尚未得到充分评估。基于上述背景，本研究假设将夏季绿豆战略性地整合到传统的RWCS中，并结合多样化的水稻种植方法和保护性耕作方式，将通过改善氮循环、增强土壤健康和提高资源利用效率，显著提升水稻的生长、产量、养分吸收和经济收益。本研究旨在全面评估水稻种植方法（如移栽种植、Vattar直接播种法和免耕直接播种法）以及小麦管理策略（传统方法和免耕方法），并对比常规种植序列（含夏季绿豆与传统休耕序列）。特意包括有夏季绿豆和无夏季绿豆的处理组合，是为了量化豆科作物集约化相对于现有农民管理方式的相对贡献和附加价值。具体目标包括：(a) 评估夏季绿豆整合对RWCS中不同种植方法下的水稻生长参数、产量组成和谷物生产力的影响；(b) 评估包含夏季豆科作物的集约化种植系统的经济可行性、盈利能力和成本效益关系；(c) 量化能源利用效率、能量生产力以及多样化种植系统在应对资源限制和气候变异性方面的潜力，以实现长期生产力。

研究地点和土壤特征

2021年和2022年两个水稻生长季节，研究人员在印度比哈尔邦巴加尔普尔萨布尔市比哈尔农业大学的研究农场（纬度25º15′40′′N，经度87º2′42′′E，海拔52.73米）进行了15种基于水稻的种植系统的试验，这些系统涵盖了雨季（kharif）、冬季（rabi）和夏季（zaid）的种植模式。该地区属于亚热带气候，年均降雨量为1053毫米。

生长特性

在研究的第一年，采用免耕小麦和一种豆科作物（绿豆，作为饲料）的种植组合（T8）以及Vattar直接播种法-免耕小麦-免耕绿豆（T8-ZT小麦-ZT绿豆）的水稻表现出最高的植株高度（117.9厘米），比农民的传统种植方法（T13；FP PTR-CT小麦）高出11.6%（表3）。次年，采用完全保护性农业系统（T15；ZT DSR-ZT小麦-ZT绿豆）的水稻获得了最高的植株高度，平均比传统直接播种法（DSR）高出8-9%。

水稻表现

保护性农业系统下水稻生长特性、产量组成和生产力的提升表明，综合种植系统设计在提高作物表现和可持续性方面具有多重优势。植株高度、分蘖数量、叶面积指数（LAI）、生物量积累和穗形形成的优越表现归因于多种农业措施的协同效应，包括免耕、作物残余物保留等。

结论

本研究发现，在印度中恒河平原地区，将夏季绿豆引入RWCS可以提高水稻作物的表现。采用完全保护性农业系统（ZT DSR-ZT小麦-ZT绿豆）或部分保护性农业系统（Vattar DSR-ZT小麦-ZT绿豆）能够提升水稻的生长、产量、养分吸收、经济效益和能源利用效率，优于农民的传统种植方法（FP PTR-CT小麦）。