農業系統面臨的生產與環境挑戰

　　農業生產除供應糧食外，還提供土壤環境維持、水質保護與氣候調節等生態系服務。然而，單一作物種植模式雖有助於提升生產效率，卻導致農業系統受到衝擊，且隨著氣候變遷引發的極端天氣更加劇其脆弱程度，也促使研究人員開始尋找更具韌性與永續性的管理策略。

作物模擬模型與研究設計

　　由比利時列日大學(University of Liège)與美國密西根州立大學（Michigan State University）組成的研究團隊，利用經田間資料驗證的作物模擬模型(SALUS)，模擬美國中西部在未來30年不同氣候條件下的農業系統，包含「玉米單作」、「玉米與大豆輪作」、「加入小麥與覆蓋作物的多樣化輪作」等耕作方式，以及採不同放牧強度的作物-牲畜整合管理系統(ICLS)。同時納入正常氮肥與減少25%用量的施肥方式進行比較，以評估各農業系統在產量、生態系服務與經濟效益的差異。

多樣化農業管理模式之模擬結果

研究結果顯示：

• 與玉米單作相比，作物與覆蓋作物的多樣化輪作方式，可顯著提升產量穩定性，某些情境下甚至可提升約65%。若於此情境下再減少25%氮肥用量，不僅可降低約28%溫室氣體排放，還能使該系統由碳來源轉為提供碳匯，同時因投入成本下降而略為提高生產收益。
• 若結合作物與牲畜的管理模式，可將產量穩定性提升近159%，並明顯提升該系統對極端氣候事件的韌性。
• 導入覆蓋作物平均提升土壤碳封存約55%。

整體而言，多樣化農業管理模式可改善土壤環境與系統韌性，亦可穩定產量及生產收益。

研究貢獻與發表資訊

　　本研究首次以SALUS模型量化多樣化農業管理模式帶來的生態與經濟效益，為美國中西部永續農業轉型提供了科學依據，可作為未來農業作物生產相關決策參考，並可推廣至類似地區，促進全球永續農業。相關研究已發表於PNAS Nexus期刊。

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