Diversifying crop rotation increases food production, reduces net greenhouse gas emissions and improves soil health

环境科学 单作 作物轮作 温室气体 农学 土壤碳 土壤健康 农业 种植 种植制度 经济作物 土壤有机质 农林复合经营 作物 土壤水分 生物 生态学 土壤科学
作者
Xiaolin Yang,Jinran Xiong,Taisheng Du,Xiaotang Ju,Yantai Gan,Sien Li,Longlong Xia,Yanjun Shen,Steven Pacenka,Tammo S. Steenhuis,Kadambot H. M. Siddique,Shaozhong Kang,Klaus Butterbach‐Bahl
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1) 被引量:138
标识
DOI:10.1038/s41467-023-44464-9
摘要

Abstract Global food production faces challenges in balancing the need for increased yields with environmental sustainability. This study presents a six-year field experiment in the North China Plain, demonstrating the benefits of diversifying traditional cereal monoculture (wheat–maize) with cash crops (sweet potato) and legumes (peanut and soybean). The diversified rotations increase equivalent yield by up to 38%, reduce N 2 O emissions by 39%, and improve the system’s greenhouse gas balance by 88%. Furthermore, including legumes in crop rotations stimulates soil microbial activities, increases soil organic carbon stocks by 8%, and enhances soil health (indexed with the selected soil physiochemical and biological properties) by 45%. The large-scale adoption of diversified cropping systems in the North China Plain could increase cereal production by 32% when wheat–maize follows alternative crops in rotation and farmer income by 20% while benefiting the environment. This study provides an example of sustainable food production practices, emphasizing the significance of crop diversification for long-term agricultural resilience and soil health.
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