为了在保障粮食安全和保护生态环境之间寻求平衡，发展可持续农业势在必行。传统耕作虽然促进了农业生产，但造成了土壤肥力下降、土壤侵蚀等问题；同时大型农机具不断压实土壤，进一步加剧了土壤退化。上世纪三四十年代提出的保护性耕作概念，提倡少免耕和秸秆覆盖还田，显著减少了土壤侵蚀，保护了土壤肥力。二十一世纪初，联合国又提出了保护性农业，包含少免耕，持久的地表覆盖和多样化轮作。但是，大数据分析表明保护性农业仅在干旱且易侵蚀地区实现有限的作物增产。因此，有必要采取新的措施优化保护性农业，从而实现土壤的可持续利用。
最近，我室彭新华研究员团队提出了“生物耕作”的概念，为实现土壤和农业可持续发展提供了新的视角。“生物耕作”是指利用具有发达的深根系的覆盖作物，通过其根系生长，穿透紧实土壤层，然后在根系腐解后形成大量生物孔隙（根孔），进而改善土壤结构以及土壤的导水导气性，并为后茬作物根系生长提供优先通道，达到促进作物生长的目的（图1）。与传统耕作相比，利用“粮食作物-覆盖作物”轮作，实现生物耕作，可以降低大型机具压实土壤风险，同时能够利用地表覆盖抑制杂草生长，减少除草剂的使用，增加土壤生物多样性，培育健康的土壤等。
“生物耕作”与作物产量的关系受气候条件和管理措施的影响，良好的管理措施对优化生物耕作至关重要。适宜生物耕作的覆盖作物品种需具备粗壮的深根系、快速的定植和生长能力、以及残根能快速腐解等特征，并能够适应不良的土壤条件。适宜的条件下及时种植，有利于覆盖作物形成足够的根系生物量，更好地改善土壤结构；在覆盖作物开花结实期，使用合适的机具有效灭杀覆盖作物，有益于提升生物耕作的效果。深入研究适宜作物根系生长的生物孔隙特征，培育有效的生物耕作品种，优化生物耕作的田间管理，将有利于生物耕作的推广利用。
这一研究成果得到国家基金委和国家重点研发计划等项目资助，发表在Soil and Tillage Research期刊（https://doi.org/10.1016/j.still.2020.104844）。
图1. 比较传统耕作、免耕和生物耕作的优缺点
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