文章信息
Information
文章标题：Rotational complexity increases cropping system output under poorer growing conditions
标题译文：在较差的生长条件下，轮作复杂性提高了作物系统产量
发表期刊：One Earth
在线时间：2024.09.20
通讯作者：K. Ann Bybee-Finley
作者单位：USDA-Agricultural Research Service, Sustainable Agricultural Systems Laboratory; Department of Crop and Soil Sciences, North Carolina State University
研究背景
Background
在气候不断变化和不可预测性增加的背景下，多样化作物轮作对于提高农业系统的韧性和稳定性十分重要。作物轮作是提高农业系统可持续性和减少气候风险的常用策略之一。尽管轮作的生态和生产潜力已被广泛认可，但由于经济不确定性、缺乏激励措施和对长期结果的信息有限，多样化轮作的广泛采用受到限制。文章利用了20个北美长期作物轮作实验的36,000个产量观察结果，评估了在不同生长条件下，增加作物多样性对整个轮作及其组成作物生产力的影响。
文章使用了北美20个长期作物系统实验的DRIVES 数据集，采用了贝叶斯多级模型来量化轮作复杂性（通过一个连续的轮作复杂性指数RCI衡量）和生长条件（通过一个环境指数EI衡量）对产出的影响及其相互作用。通过这种分析，评估在不同管理实践（例如，施肥和耕作制度）下，作物轮作的复杂性如何影响生产力。文章还考虑了不同作物轮作策略，如增加年度作物、覆盖作物、多年生作物或其组合，对轮作层面产出的影响。
轮作复杂性指数（RCI）：RCI是基于轮作中作物的种类数量和轮作周期长度的连续指标；该指数考虑了轮作中物种的丰富度和轮作周期的长度，以量化轮作的复杂性。
环境指数（EI）：EI是基于站点-年份产出的平均值来表示生长条件的指标；EI反映了除了轮作以外的其他管理实践（例如施肥、除草）和环境条件（如气候、土壤）对作物产出的综合影响。通过计算同一地点和年份内所有轮作的平均产出，可以得到一个基准产出值，用以代表在特定环境和管理条件下的产出水平。
主要结果
Results
轮作复杂性对个体作物产出的影响：
随着轮作复杂性的增加，玉米和大豆的产出量增加。玉米和大豆产出分别平均增加$114和$75每单位RCI，在19个研究地点中，有14个地点的玉米产出和11个地点中的7个地点的大豆产出随着轮作复杂性的增加而增加。
轮作复杂性对整个轮作产出的影响：
在8个地点中，由于加入了产量较低的作物（如杂粮），轮作层面的产出因轮作复杂性的增加而减少，表明了轮作复杂性与产出之间的权衡。然而，在生长条件较差的地点，轮作复杂性的增加对整个轮作产出有积极影响，表明多样化的作物轮作有助于减少不利气候条件下的作物损失风险。
不同生长条件下轮作复杂性的影响：
在19个研究地点中，有5个地点的轮作复杂性对产出没有影响，6个地点的产出增加，8个地点的产出减少。平均来看，随着EI每减少$100（代表生长条件变差），轮作层面的产出增加$11随着RCI的增加。
不同轮作策略的产出预测：
通过统计模型预测，在RCI从1增加到3的情况下，仅增加年度作物的策略在所有条件下都能提高轮作层面的产出。在较差的生长条件下，调整后的预测产出随着RCI的增加而增加了$408，而在较好的生长条件下只增加了$111。
管理实践对轮作复杂性的影响：
施氮肥和耕作制度等管理实践影响了轮作复杂性对产出的影响。例如，在施氮肥较低的条件下，轮作复杂性提高了产出，但随着氮肥使用量的增加，这种效应减弱。在不同的耕作制度下，轮作复杂性对产出的影响也有所不同
文章图表
Figures & tables
图1: 作物产量转换为分析完整轮作的美元产出
图2: 作物轮作频率
图3: 模型系数图示轮作复杂性对产出的影响
图4: 不同生长条件下，每种多样化策略的调整后预测产出
图5: 用于分析的 DRIVES 数据集的时间和规模
作物生理生态
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