基于豆科作物的轮作系统被普遍认为能增加后茬作物产量，然而产量效应与驱动机制始终未能得到科学系统的解答。8月22日，《自然通讯》（Nature Communications）在线发表了农学院区域农业发展研究中心曾昭海、臧华栋课题组题为《全球豆科作物轮作产量效应及因子解析》（ “Global systematic review with meta-analysis reveals yield advantage of legume-based rotations and its drivers” ）的研究成果，揭示了豆科作物多样化轮作的增产潜力与驱动机制。

尽管现代集约化农业为满足粮食安全做出了巨大贡献，但其所带来的资源环境代价与粮食安全及可持续发展之间的矛盾日益突出。因此，在确保国家粮食安全的同时，迫切需要构建可持续的作物生产系统，实现我国农业的绿色转型发展。作物多样化种植能够提高土壤肥力、增加农田生态系统稳定性，进而实现地力保育、丰产稳产、资源高效利用等多目标协同。

课题组历时5年，率先构建了涵盖161种轮作模式、11700余组数据的全球多样化种植数据库，首次从生物、非生物和管理因素三个维度系统揭示了豆科作物轮作的产量效应及其驱动机制，解决了作物多样化长期悬而未决的理论和现实问题，为全球作物多样化轮作模式构建和绿色生产提供了重要参考。

研究发现，豆科作物轮作平均增产20%。施氮量和作物多样性是驱动轮作产量效应的主要因子，施氮量每增加50 kg/ha产量效应降低7%，作物多样性指数每增加1个单位产量效应降低3%。豆科作物轮作在低产区具有更强的增产潜力，农田投入水平的提高显著降低增产效应。该研究结果为中低产田作物绿色增产提供了潜在技术方向与理论基础。

图1. 豆科作物轮作的产量效应及其主要驱动因子

图2. 豆科作物轮作的产量效应分布

图3. 豆科作物轮作前后茬互作关系

农学院臧华栋副教授为论文通讯作者，曾昭海教授为共同通讯作者，博士后赵杰为论文第一作者。农学院杨亚东副教授、丹麦奥胡斯大学陈骥研究员、法国农科院Damien Beillouin博士、澳大利亚西澳大学Hans Lambers教授、英国阿伯丁大学Pete Smith教授、奥胡斯大学Jørgen E. Olesen教授等参与了研究。相关工作得到了国家自然科学基金（32101850, 32172125）、中国科协青年人才托举工程（2020QNRC001）、自然科学基金联合项目（U21A20218）和现代农业产业技术体系建设专项资金（CARS-07-B-5）等的资助。