在刚果盆地与豆类套种能提高玉米产量但不会增加温室气体排放

在刚果雨林中平衡粮食需求与气候

刚果盆地拥有世界上最大的热带雨林之一，但人口快速增长迫使人们开垦更多土地种植粮食，尤其是玉米。本研究提出了一个紧迫的问题：农民能否在已耕地上收获更多玉米，而不会显著增加导致气候变暖的温室气体？通过比较现实小农能采用的简单做法，研究者探索了如何在提高产量的同时保护气候与周边森林。

为何林缘地带很重要

刚果盆地的森林储存着大量碳，并支撑着数百万人的生计。然而，大部分新发生的森林砍伐来自家庭用刀耕火种和低投入农业开垦出的许多小块田地。这些贫瘠、酸性的土壤产量有限，因此农民往往开垦新林地，而不是从现有地块提高粮食产量。在现有农田提高生产力可以缓解对森林的压力，但前提是不会释放大量强效温室气体（如一氧化二氮和甲烷）从土壤中排放出来。

测试农民可采取的简单改良

在喀麦隆，研究团队在林缘建立了三块小型玉米田，并在两个生长季中持续观测。一块田按当地常规管理：不施肥的玉米（对照）。第二块田在玉米中间套种能通过根部从空气中固氮的豆类。第三块田施用中等剂量的矿物氮肥，代表向更传统“绿色革命”做法迈进的一步。邻近的次生林作为自然背景温室气体水平的参照。科学家们追踪了玉米收成、植株总生物量，以及土壤与空气之间二氧化碳、一氧化二氮和甲烷的连续交换。

更多粮食，但不同的气候代价

与未施肥的玉米相比，两种强度化策略都提高了产量。套种豆类使玉米籽粒产量约增加 40%，同时增加了植株总生物量，并额外提供富含蛋白质的豆类作物。矿物肥料则使玉米产量翻倍以上，并产生最多的植物生物量，证明在这些土壤上作物对补氮的强烈响应。然而，土壤在气体排放方面的反应则大不相同。在套种豆类的田地里，一氧化二氮排放维持在较低水平，与未施肥玉米相近，且土壤对甲烷的吸收速率保持大致不变。施肥田则使一氧化二氮排放约增加五倍，甚至超过邻近森林土壤的测得值，同时土壤吸收甲烷的能力减弱。

看得更深：土壤内部的过程

对土壤的仔细检查有助于解释这些模式。与森林相比，所有农田的有机碳已经有所流失，反映出早期的清垦。尽管施用了肥料，土壤中测得的矿物氮通常仍然很低，表明植物和微生物迅速抢夺了施加的氮。当暴雨随后发生时，水会填满土壤孔隙，造成缺氧斑块，微生物在这些环境中将氮转化为逸散到空气中的一氧化二氮。这些湿润、温暖的热带条件使得每公斤施入的肥料氮在引发一氧化二氮释放方面比非洲较干旱地区更具强烈影响，因此每吨额外玉米的气候代价异常高。

选择更聪明的增产路径

为公平比较选项，研究者计算了每吨玉米籽粒及每吨收获蛋白对应的一氧化二氮排放量。在这两个指标上，玉米—豆类套作表现最好：它增加了食物和蛋白供应，同时将单位产量的一氧化二氮排放保持在最低。施氮玉米虽然产量最高，但每吨产量的排放也最高，显著高于全球玉米平均水平。换言之，在这个湿润的林区，仅靠矿物肥料推动增产，风险在于以现有田地的强烈温室气体排放来换取森林保护。

对农民与森林的意义

对刚果森林边缘的社区而言，研究表明将玉米与固氮豆类混作可以是一条有力的“中间道路”。这并不能完全填补产量差距，但能改善玉米收成、提供富含蛋白的食物、保持甲烷吸收不变，并避免矿物肥料引起的一氧化二氮激增。在肥料成本高、供应链薄弱且土壤在潮湿时易产生高排放的地区，豆类套作为一种务实且风险较低的途径，可以在不大幅增加农业气候足迹或加剧砍伐压力的情况下生产更多食物。

引用: Kwatcho Kengdo, S., Djatsa, L.D., Njine-Bememba, C.B. et al. Intercropping with legumes in the Congo Basin increases maize yields but not greenhouse gas emissions. npj Sustain. Agric. 4, 38 (2026). https://doi.org/10.1038/s44264-026-00146-9

关键词: 刚果盆地农业, 玉米—豆类套种, 一氧化二氮排放, 热带小农生产, 可持续强度化