非洲的粮食安全：种植豆类以减少使用矿物肥料？

为了提高非洲的谷物产量，通过种植豆类生产绿肥很有希望。 但仍然存在一些障碍。

到 2030 年消除饥饿是联合国可持续发展目标之一。 撒哈拉以南非洲地区的一项重大挑战，该地区三分之一的家庭仍处于 粮食不安全状况. 为满足非洲不断增长的人口需求，需要 谷物产量显着增加.) 被广泛接受。

后者在该地区受到严重限制，原因是在施肥不足的情况下连续耕种数十年后土壤养分储量耗尽，这本身是由于矿物肥料使用率低和可用于施肥的生物量低造成的。

目前，施氮量应乘以15才能达到谷物产量水平 食品安全兼容.

绿肥中的宝贵营养成分

矿物肥料是增加作物可用氮素的手段之一。 虽然它们对提高粮食产量至关重要，但如果过度使用它们会危害环境，而且它们的价格对农民来说往往过高，因为与乌克兰战争相关的世界市场中断加剧了这种制约。

大气中氮含量丰富，豆类具有通过与细菌共生将大气中的氮固定在植物组织中的独特能力。 通过在播种前掩埋残留物，在种植谷物之前先栽培它们，可以为土壤提供大量的氮，并优化对获得更高谷物产量所必需的矿物肥料的使用。

温带和热带系统中众所周知的效应，但每年变化很大。 随着温度的升高，豆类残留物分解得更快，而在下大雨的情况下，残留物分解获得的氮可能被浸出并流失给作物。

马达加斯加的肥料、气候和水稻生长

20 多年来，Fofifa 和 Cirad（分别来自马达加斯加和法国的两家研究机构）一直在探索各种途径，旨在可持续地强化马达加斯加的农业生产并增加家庭收入。

在最近的这项研究中，我们质疑通过使用绿肥在马达加斯加种植旱稻来替代部分用于提高产量的矿物肥料的可取性。 马达加斯加国家的一般政策 计划增加水稻产量以确保该国的粮食自给自足。

然而，灌溉水稻种植地的低洼洪泛区已经饱和，最近开发和推广耐高原品种导致高地地区旱稻种植迅速扩大：2011 年， 71% 的农民种植雨育水稻.

但他们目前正在获得 平均产量 1,6 吨/公顷，远低于在实验条件下研究站可获得的约 4 至 6 吨/公顷的最大产量，即当养分不受限制且生物侵略者 - 害虫，疾病，杂草 - 被掌握.

黧豆和猪蹄草

根据我们的经验，种植的绿肥是豆科植物“黧豆”和“Crotalaria”的组合。 由于地上部分的互补生长和结构，这两种植物可以产生大量的植物生物量，从而固定大气中的氮。 这种绿肥是在以旱稻为基础的两年轮作的第一年的雨季种植的，然后在下一个生长季节耕种和播种水稻之前，将其残留物掺入土壤中。

出于实验目的，轮作重复两次，并与水稻单一栽培进行比较。 我们对这个实验进行了广泛的跟进，测量了土壤和植物中的氮含量、水稻的生长动态、产生的生物量和谷物产量。 收集到的数据使作物模拟模型能够适用于马达加斯加的旱稻案例，以重现绿肥的掺入及其分解对水稻生长的影响。

一个有前途的模型

然后，该模型被用于探索绿肥对水稻生长的可能益处，基于 24 年至 1994 年期间对应于我们研究区域的气候测量构建的 2018 个假设水稻生长季节。在这个虚拟实验中，我们设置根据在田间获得的数据，水稻种植前土壤中的绿肥量为 6 吨/公顷（即 140 千克氮）。

根据我们的研究结果，绿肥的种植和整合节省了提高水稻产量所需的部分矿质肥料。 我们将目标产量定为 3,7 吨/公顷， 即站内实验获得的最大产量的75%. 当向土壤中添加绿肥时，矿物肥料提供的氮含量为 40 千克/公顷，达到了这一参考产量。 相比之下，在不使用绿肥的情况下，每公顷需要两倍多的氮，即 100 千克氮。

需要做出的妥协

然而，这种有前途的做法需要进行重大调整才能在马达加斯加家庭农场内实施。 应考虑三个主要方面。

首先，在降雨量大的年份，绿肥对水稻生产力的好处看不到：绿肥分解提供的额外氮被滤掉，水稻不再可用。 因此，这需要对残留物和肥料进行动态管理，并且需要技术建议以使报价适应工厂的需求。

其次，绿肥提高水稻产量并不能完全弥补绿肥种植造成的水稻产量损失。 如果农民想种植绿肥，他们必须将部分土地用于种植这种作物——否则这部分土地将用于种植水稻，以实现家庭粮食自给自足。 可以实施激励机制来补偿这种损失，因为轮作种植这些肥料可以提供各种不可忽视的服务（更好地管理害虫、线虫和杂草，随着时间的推移提高土壤肥力，维护生物多样性.

最后，作物残茬通常留在地块上，供该地区的牲畜放牧。 因此，这需要有替代的解决方案来饲养牲畜，发展适当的部门来保证这些通常远离基础设施的农民的供应，但也确保存在机制，以补偿用于开发的额外支出大多数仍然存在 每个农业工人每年不到 540 欧元.

两用脉冲

可以通过调整绿肥施用日期和水稻播种日期来克服降雨限制，以更好地同步绿肥分解和作物生长。 我们校准的模型可以帮助做出这样的评估 在硅片.

由于生产绿肥而造成的粮食生产损失可以通过种植用绿肥为农民提供食物的豆类（例如花生）来部分补偿。 目前在南部非洲进行的试验专门用于评估这些“双重”豆类轮作。

但有必要确保这些产品的现有市场和足够有利可图的价格。 最后，种植两用豆类（既生产谷物又生产饲料）可能是提高土壤肥力和提供饲料的折衷方案中的必要因素之一。

时间不多了，但我们相信，变革会迅速发生，将当前的谷物种植系统转变为更高的生产力和可持续性。 绿肥等解决方案是存在的，但推广人员、研究人员、价值链参与者和政策制定者需要帮助农民投资那些能在短期内最大限度地提高产量、但在长期内更具可持续性的技术。

在过去的几十年里，出现了许多才华横溢的非洲研究人员。 现在由领导人来做决定。

拉莱娜·拉奈沃森, 农学研究员, 西拉德; 奥德·里波切, 种植系统农学研究员和建模师, 西拉德; 弗朗索瓦·阿弗霍尔德，农业生态学和可持续集约化研究组首席研究员， 西拉德; 加蒂安法尔科尼耶, 农学家生态学家, 西拉德及 路易丝勒鲁，博士，遥感科学家， 西拉德

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