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科普 | 合理輪作--“全能”食物馬鈴薯
大小、形狀、顏色各異的馬鈴薯模型 | 攝影：曾楠/TNC
原產(chǎn)地在遙遠(yuǎn)的南美洲安第斯山脈的馬鈴薯，已經(jīng)有數(shù)千年的人工種植歷史，是世界上僅次于水稻、玉米和小麥的最重要的糧食作物。從歷史上來看，馬鈴薯有著很多傳奇故事，有著不普通的過去和實(shí)力，它因養(yǎng)活了眾多的人口而改變了整個(gè)世界；在現(xiàn)代，它仍是人類主食中最重要的一員。馬鈴薯及各種馬鈴薯加工產(chǎn)品已成為全球經(jīng)濟(jì)貿(mào)易中的重要組成部分。
圖源 | Alpha /flickr（左上）Ruocaled /flickr（右上）gogatsby /flickr（左下）單良 /TNC（右下）
全世界有超過4500種不同形狀、不同顏色的可食用馬鈴薯，還有100到180種野生土豆因太苦不能吃。目前全世界共有100多個(gè)國家種植馬鈴薯，全球年產(chǎn)量已超3億噸, 在全球各地幾乎都可以看到用它做成的美味佳肴。
墨西哥城市場(chǎng)上常見的紅色馬鈴薯 | 攝影:單良 /TNC
馬鈴薯富含蛋白質(zhì)、維生素C和鉀，在消除饑餓、營養(yǎng)不良以及減少貧困中發(fā)揮著重要的作用，是保障糧食安全的一種關(guān)鍵作物。例如，作為全球最大的馬鈴薯消費(fèi)國，中國預(yù)計(jì)在未來20年所需的糧食增產(chǎn)中，將有整整50%來自馬鈴薯[1]。
馬鈴薯也不僅僅是供人類食用的蔬菜、主食，它還有著更廣泛的用途。實(shí)際上，全世界種植的馬鈴薯大半被加工成其它制品，如家畜飼料、生產(chǎn)淀粉、葡萄糖、酒精等主要工業(yè)原料等。
馬鈴薯種植在我國所面臨的問題與挑戰(zhàn)
馬鈴薯在我國的種植歷史久遠(yuǎn)，是中國重要的糧食作物之一，在中國西南山區(qū)、西北、內(nèi)蒙古自治區(qū)和東北都有廣泛的種植。近些年，馬鈴薯的播種面積和產(chǎn)量都在不斷擴(kuò)大，其中播種面積從2000年的472.3萬公頃增加到2015年的551.8萬公頃，產(chǎn)量從2000年的1 325.5萬噸增長至2015年的1 897.2萬噸[2]。2015年，為滿足國家糧食安全的需求，農(nóng)業(yè)部提出了“馬鈴薯主糧化戰(zhàn)略”，進(jìn)一步推動(dòng)了馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，馬鈴薯在中國糧食中所占的地位不斷攀升，規(guī)?；图s化種植程度不斷提高。
然而，隨著種植面積、種植投入的不斷加大，馬鈴薯種植業(yè)面臨著很多問題與挑戰(zhàn)。如近年來的研究發(fā)現(xiàn)，隨著馬鈴薯集約化種植程度的不斷提高，馬鈴薯連作導(dǎo)致的土傳病害日趨嚴(yán)重，病蟲害控制難度加大，產(chǎn)量、品質(zhì)下降問題十分突出[3]，土壤健康狀況降低，嚴(yán)重制約了馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展。
馬鈴薯田 | 攝影：張丹 /TNC
改進(jìn)措施：
兼顧馬鈴薯輪作的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益
馬鈴薯與不同作物輪作是解決馬鈴薯病害嚴(yán)重和可持續(xù)種植的有效方法之一。馬鈴薯輪作不僅可以有效增加馬鈴薯的品質(zhì)與產(chǎn)量，而且可以很大程度地保護(hù)土壤健康。
輪作
輪作是指在同一田地上按一定順序連續(xù)種植不同作物的方法，這與高度集約化的單一連作模式相反。國內(nèi)外已有大量試驗(yàn)證明輪作對(duì)馬鈴薯生產(chǎn)有巨大生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益，是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必由之路[4]。
苗期馬鈴薯 | 攝影：曾楠 /TNC
在論文《馬鈴薯輪作的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益——案例分析》（點(diǎn)擊文末“閱讀原文”獲?。┲?，中國TNC的專家運(yùn)用成本-效益分析的方法，從生態(tài)效益與經(jīng)濟(jì)效益兩方面對(duì)馬鈴薯為主的多樣化種植模式進(jìn)行了分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，馬鈴薯與其他作物輪作可獲得的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益與連作相比多12571元/公頃（對(duì)農(nóng)民來說真是好大一筆錢）。
此外，通過田間案例分析發(fā)現(xiàn)，在一年一作地區(qū)下，馬鈴薯三年輪作無論是在經(jīng)濟(jì)效益還是生態(tài)效益方面都比馬鈴薯兩年輪作高。在兩年輪作模式中，馬鈴薯-黑麥-燕麥這種兩年三季的創(chuàng)新輪作模式，與同為兩年輪作模式的一年一作相比，經(jīng)濟(jì)效益提高了158.88%，且單位產(chǎn)量的碳排放降低了24.91%，同時(shí)實(shí)現(xiàn)冬季地表覆蓋，減少土壤侵蝕，與傳統(tǒng)一年一作相比是一種經(jīng)濟(jì)和生態(tài)雙贏的輪作模式。
我國一年一作區(qū)面臨著冬季地表裸露、風(fēng)蝕的問題
我國北方一作區(qū)，由于冬季氣候寒冷干燥，每年只能種一茬作物。在農(nóng)作物生長期（5月-10月）以外季節(jié)，地表長期裸露，加之北方氣候干、風(fēng)力大，致使土壤風(fēng)蝕嚴(yán)重，土地沙漠化日趨明顯。
馬鈴薯輪作生態(tài)效益與經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)
馬鈴薯輪作與連作相比，經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)效益均有不同程度的提高。
TNC案例描述
馬鈴薯種植種塊 | 攝影：曾楠 /TNC
種植馬鈴薯是河北張家口當(dāng)?shù)剞r(nóng)民脫貧致富的重要途徑。由于缺少科學(xué)認(rèn)識(shí)和生態(tài)觀念，傳統(tǒng)的馬鈴薯種植通常采用連作模式，且收獲后土地裸露，一度導(dǎo)致了嚴(yán)重的土傳障礙和冬季風(fēng)蝕的問題，影響了馬鈴薯質(zhì)量和土壤健康，威脅干旱地區(qū)馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
試驗(yàn)地采樣 | 圖片來源：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院
2018年開始，大自然保護(hù)協(xié)會(huì)（TNC）聯(lián)合中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所、先正達(dá)（中國）投資有限公司、雪川農(nóng)業(yè)發(fā)展股份有限公司，共同啟動(dòng)了“張家口可持續(xù)農(nóng)業(yè)項(xiàng)目”，在當(dāng)?shù)剡x擇了一塊已連續(xù)種植馬鈴薯多年的典型農(nóng)田，用于探索平衡當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)展與環(huán)境效益的土豆最佳輪作模式，將輪作作物（燕麥、小麥、大豆等）納入馬鈴薯的生產(chǎn)過程中，經(jīng)過多年長期監(jiān)測(cè)成本收益分析，將不同的輪作模式進(jìn)行比較，分析不同輪作組合的可行性，以及作物經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益的變化。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，馬鈴薯輪作有效改善了作物根系的土壤微生物多樣性、平衡養(yǎng)分循環(huán)和土壤微生態(tài)。
注：病蟲害控制率、GHGs（溫室氣體） 減排量、節(jié)氮量、節(jié)鉀量以及節(jié)磷量為病蟲害發(fā)生率、碳足跡、平均年需氮量、平均年需鉀量以及平均年需磷量統(tǒng)一取值方向后指標(biāo)名稱
多樣化設(shè)計(jì)的馬鈴薯輪作可以帶來：
經(jīng)濟(jì)效益
馬鈴薯病蟲害發(fā)生率顯著降低，有效降低農(nóng)藥的使用
馬鈴薯水分利用率提高，節(jié)省灌溉成本
馬鈴薯需肥量減少，節(jié)約化肥成本
馬鈴薯產(chǎn)量提升，增加收入
生態(tài)效益
有效提高土壤肥力
碳足跡遠(yuǎn)低于連作，根據(jù)歐洲能源交易所碳交易價(jià)格折合成碳交易成本，能夠提供1973元/公頃的效益
試驗(yàn)田觀摩現(xiàn)場(chǎng) | 攝影：張丹 /TNC
馬鈴薯輪作不僅可以幫助農(nóng)民節(jié)約成本、提高經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)還能因農(nóng)田土壤健康提升、生態(tài)環(huán)境改善而節(jié)約的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本投入，并且可以極大地改善自然環(huán)境。
結(jié)語
干旱及半干旱區(qū)占我國國土面積的49%，是我國陸地生態(tài)系統(tǒng)最為脆弱的區(qū)域，年降雨量稀少且分布不均，水資源短缺、水土流失現(xiàn)象嚴(yán)重，土地面臨嚴(yán)重的退化。特別是在氣候變化背景下，我國干旱及半干旱地區(qū)的農(nóng)業(yè)發(fā)展面臨巨大挑戰(zhàn)，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和種植方式，推動(dòng)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展，是干旱半干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然選擇。
TNC希望與各合作伙伴一道，共同探索科學(xué)的馬鈴薯及其它主要作物輪作模式，為中國廣大的干旱及半干旱區(qū)發(fā)展可持續(xù)農(nóng)業(yè)提供示范，并將致力于應(yīng)對(duì)區(qū)域內(nèi)面臨的水土流失、土壤健康狀況惡化和資源過度消耗等主要環(huán)境問題。
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