有机蔬菜系统中的权衡与协同：气候危机下强化食物-营养-能源-碳关联的可持续农业策略研究

《Journal of Agriculture and Food Research》：Trade-offs and synergies in organic vegetable systems: strengthening the food–nutrient–energy–carbon nexus under the climate crisis

针对印度喜马拉雅地区农业集约化导致的生态与生产力矛盾，本研究评估了有机生物强化蔬菜种植系统（BiVBCS）在低成本聚酯棚（LcPT）与露天条件（OC）下的表现。结果显示，LcPT结合特定轮作系统（如CS4）显著提升系统生产力31%，改善土壤健康（SOC增加14%，酶活性提高15.5%），并增强碳管理指数（CMI提高10.7%），为可持续农业提供了能源高效、利润可观且气候适应型的解决方案。

　　

在全球农业面临气候变化、粮食安全与生态平衡多重压力的背景下，印度喜马拉雅雨养生态系统（rainfed ecosystems）的农业集约化（agricultural intensification）正面临严峻挑战。传统耕作方式虽能短期提升产量，却以土壤退化、有机碳（SOC）耗竭和生物多样性丧失为代价，尤其在该区域酸性土壤与恶劣气候条件下，可持续农业模式亟待探索。有机农业（OF, organic farming）作为一种环境友好型生产方式，虽能减少化学投入与生态影响，但常被诟病产量偏低，且其与生物强化蔬菜种植系统（BiVBCS, bio-intensified vegetable-based cropping systems）的结合在印度东北部丘陵地区（NEHR, North Eastern Hill Region）的研究尚属空白。锡金邦（Sikkim）自2016年全面推行有机农业，更为该研究提供了天然实验室。

为破解生产力与可持续性的权衡难题，研究人员在《Journal of Agriculture and Food Research》发表论文，通过五年田间试验，系统评估了六种BiVBCS在低成本聚酯棚（LcPT, low-cost poly tunnels）与露天条件（OC, open condition）下的表现，聚焦食物-营养-能源-碳关联（food–nutrient–energy–carbon nexus）的协同优化。

研究采用因子随机区组设计（factorial randomized block design），在印度锡金邦Tadong的ICAR-NEH研究农场（27°32' N; 88°60' E; 1300 m海拔）进行。关键技术方法包括：①系统生产力与经济效益评估（如系统总产量、等效产量、效益成本比）；②能源预算分析（计算能量输入输出、净能量回报、能源利用效率EUE）；③土壤健康指标测定（容重、团聚体、SOC、养分含量、酶活性及微生物生物量碳SMBC）；④碳组分与碳管理指数（CMI, carbon management index）分析（包括易分解碳VLC、惰性碳NLC等）；⑤统计与多元分析（ANOVA、PCA、聚类及相关性分析）。

研究结果

3.1. 系统生产力

LcPT环境下系统总产量（54.5 Mg ha^-1）较OC（35.6 Mg ha^-1）提高35%，其中CS₄（香菜-萝卜轮作）在LcPT下产量最高（64.3 Mg ha^-1），表明可控环境显著提升种植效率。

3.2. 系统盈利性

LcPT的系统毛收益（33383ha^?1）与净收益（22183 ha^-1）均高于OC，效益成本比（B:C ratio）达2.97。CS₁（西兰花-菠菜-香菜轮作）盈利性最佳（$74.5 ha^-1 day^-1），凸显高价值作物轮作的经济优势。

3.3. 系统能源预算

尽管LcPT能耗较高（20.3×10³ MJ ha^-1），但其能源净回报（148×10³ MJ ha^-1）与能源利用效率（7.89）均优于OC。CS₆在LcPT下能源盈利性最高（8.67），证明能源投入可获高效回报。

3.4. 土壤健康

LcPT显著改善土壤物理性质（容重降低3.93%，团聚体增加26%）、化学性质（SOC提升14%，氮磷钾及微量元素有效性提高15.3%）与生物性质（SMBC增加30.6%，脱氢酶活性DHA提高23.8%）。CS₁轮作系统对土壤健康促进效果最显著。

3.5. 碳组分与碳管理指数

LcPT的碳库指数（CPI, carbon pool index）与CMI分别较OC提高6.48%与10.7%，CS₁的CMI较其他系统高9.7%，表明有机管理与生物强化轮作有效促进碳固存。

3.6. 聚类与相关性分析

土壤理化与生物指标高度正相关（p<0.01），PCA显示主成分PC₁（方差解释率76.7%）与生产力、盈利性及SOC紧密关联，证实系统协同性。

结论与意义

本研究证实，LcPT结合BiVBCS（尤其CS₄与CS₁）能有效优化有机蔬菜系统的生产力、盈利性、能源效率与土壤健康，同时增强碳固存能力。其创新性在于：①揭示LcPT在脆弱生态区的气候适应性价值；②建立BiVBCS与碳-能源关联的量化评估框架；③为小农提供低成本、高效益的可持续实践方案。成果对实现联合国可持续发展目标（SDG 2、7、13、15）具有直接支撑作用，为喜马拉雅区域及类似生态区的农业绿色转型提供了可复制范式。