青藏高原青稞-小麦/油菜轮作提升土壤质量与产量的可持续农业策略

为解决青藏高原长期青稞连作导致的土壤退化与产量下降问题，研究人员通过39组田间试验，对比青稞连作与小麦/油菜轮作对土壤质量指数（SQI）和产量的影响。结果表明，青稞-小麦和青稞-油菜轮作分别使产量提升17%和12%，SQI提高11%和21%，关键机制为增加土壤微生物生物量碳（MBC）、氮（MBN）及降低pH。该研究为高原农业可持续发展提供了科学依据。

　　

青藏高原作为“亚洲水塔”，其生态脆弱性与农业可持续性备受关注。在这片平均气温不足8℃、氧气稀薄的土地上，青稞（Hordeum vulgare）支撑着当地70%以上的粮食产量。然而长期连作导致土壤有机质（SOM）流失、pH碱化、微生物生物量碳氮（MBC/MBN）锐减，近10年连作可使产量下降23%。如何破解这一“连作障碍”，成为高原农业发展的卡脖子难题。

中国农业科学院等机构的研究团队在《Nature Food》发表的研究给出了解决方案。通过对39个试验田的系统分析，发现青稞-小麦（CW）和青稞-油菜（CR）轮作能显著逆转土壤退化趋势。其中CR效果尤为突出，轮作10年以上可使土壤MBN提升45%，TP（总磷）增加17%，同时将pH控制在更适合作物生长的范围。这种“以轮代休”的模式，为高原农业提供了低投入、高效益的可持续发展路径。

研究采用多学科交叉方法：1）在青藏河谷农业区选取39个试验田（含≤5年、5-10年、≥10年三种连作/轮作年限），采集0-20 cm土层样本；2）测定SOM、TN（总氮）、NH₄⁺-N等9项土壤指标；3）构建土壤质量指数（SQI）九边形雷达图量化比较；4）运用随机森林算法和结构方程模型（SEM）解析关键驱动因子。

主要结果

1. 轮作增产效应

   

   数据显示，≥10年连作（CC10+）比短期连作（CC5）减产23%，而同期CW10+和CR10分别增产17%和12%。

2. 土壤质量演变规律

   

   连作5年即出现SOM显著下降（23.12→18.94 g kg^-1），而轮作通过油菜根系分泌物等机制维持SOM水平。

3. 微生物调控机制

   SEM分析显示，CW/CR主要通过提升MBC（+28%）、MBN（+45%）和降低pH（-0.3单位）改善SQI，其中MBC与SQI相关性最高（r=0.82）。

结论与展望

该研究首次量化了青藏高原青稞轮作的“时间-效益”关系：1）轮作效益随年限递增，CR10+的SQI可达CC5的1.21倍；2）油菜轮作在改善SOM和pH方面优于小麦，因其属十字花科，与禾本科青稞形成互补；3）连作前5年是土壤退化关键期，建议尽早实施轮作。

这项研究为高原农业提供了“藏粮于地”的实践方案，未来可结合高原特有作物（如芜菁）设计多元化轮作体系。正如作者Xurong Mei团队强调，在气候变化加剧的背景下，这种低耗高效的土壤管理模式，对维系“第三极”生态安全具有战略意义。