糧食安全一直是人口密集地區和國家的小農家庭農場生計的一個重要問題。較已開發國家的工業化耕作新增了全球糧食供應以滿足需求，但過度使用合成肥料和殺蟲劑對環境產生了負面影響。尋找永續的方法來種植更多的食物，同時减少對環境的影響是至關重要的。
2021年9月21日，來自甘肅農業大學柴强和王麗等研究團隊在PNAS上線上發表了題為“Integrated farming with intercropping increases foodproduction while reducing environmental footprint”的研究論文，開發了一個綜合種植系統，小農戶可以通過採用綜合耕作系統實現種植更多的糧食和降低環境足迹的雙重目標。
全球約83%的農業人口（23億∼）依靠小農農場為生。在开发中国家/地區，如非洲和東南亞，許多農戶面臨著巨大的挑戰，涉及到用有限的可耕地面積持續生產足够質量的食物，缺乏可用的農業資源，以及前所未有的新增糧食產量的壓力，以養活越來越多的人。在較發達的國家/地區，如歐盟和中國，高投入的合成農用化學品被用來新增作物產量，這是自“綠色革命”以來的典型耕作管道。
用高投入來新增糧食產量，成本很高，更重要的是，會對生態環境造成負面影響。例如，在中國，過度使用合成氮肥新增了溫室氣體排放，降低了養分利用效率，並新增了土壤酸化以及水和土壤污染的風險。全球化的概念表明，擁有更多農田的工業化國家，如澳大利亞、加拿大和美國，可以將一些永久草地轉為耕地，以生產更多的糧食用於國際貿易，養活饑餓的人，但這樣做可能會造成碳損失，帶來環境風險。需要永續的種植戰畧，以使小農家庭農場提高作物產量，縮小產量差距，提高農場淨收益，改善生計，並提高資源利用效率，最大限度地减少環境影響。
通過研究人員、推廣人員和農民的參與，發展綜合種植系統是實現這些目標的有效方法。在一塊田地裏同時種植多種作物的做法，以替代傳統的單一作物種植，可帶來多種好處，包括提高作物產量，促進根瘤過程以新增土壤養分的可用性，保持土壤化學和生物特性的穩定性，並提高多種農業生態系統服務。在中國北方，包括春小麥、玉米和幹豌豆在內的主食作物通常採用傳統的一年一茬的單一種植管道，佔據了大約90%的耕地。轉變為每年兩種作物的接力種植系統，可以產生重大的、積極的社會經濟影響。然而，需要確定接力種植的環境效益，以激勵農民採用永續的耕作系統。
該研究開發了一個“系統集成”模型，在一個綜合系統中納入了四個關鍵的種植實踐：1）以“0.5+0. 5接力種植”的配寘，即在田間交替地帶將早熟的冷季作物（主要是豌豆或春小麥）與晚熟的暖季作物（主要是玉米）“接力種植”，形成“豌豆+玉米”或“小麥+玉米”的接力種植模式；2）兩種接力作物以0.5:0.5的比例各占一半的土地，在隨後幾年輪流種植（即。冷季作物種植在暖季地帶，反之亦然），以形成“田間地帶性輪作”，獲取輪作效益；3）收穫時將冷季作物的秸稈留在土壤表面以覆蓋土壤，同時在玉米地帶用塑膠薄膜覆蓋土壤，以提高早季土壤溫度，促進幼苗生長；4）在作物生產中採用免耕或减少耕作（即在播種前進行一次耕作準備）。
在連續12年（2006年至2017年）的16個田間試驗中，該綜合系統新增了作物產量，同時减少了環境足迹。這種綜合使生物物理過程在廣泛的作物投入下發生顯著的協同作用，這表明系統綜合可以在全球範圍內被用於一系列小農耕作。
參攷連結：
https://www.pnas.org/content/118/38/e2106382118
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