Can productivity and profitability be enhanced in intensively managed cereal systems while reducing the environmental footprint of production? Assessing sustainable intensification options in the breadbasket of India.

هل يمكن تعزيز الإنتاجية والربحية في نظم الحبوب المدارة بشكل مكثف مع الحد من البصمة البيئية للإنتاج؟ تقييم خيارات التكثيف المستدام في سلة غذاء الهند.

Clicks: 460
ID: 49227
2018
Article Quality & Performance Metrics
Overall Quality
Not rated
Combines reader engagement with the AI quality analysis. This article has not been analysed, so there is no overall score — reader engagement is measured and shown alongside.
AI Quality Assessment
Not analyzed
Mint this article as an NFT
Not yet minted

Create a permanent, verifiable on-chain record of this article on the Scimatic Network. The NFT is held in your Journament account, and you can withdraw it to your own wallet at any time.

5 SUSD one-off · no wallet required
Abstract
In the most productive area of the Indo-Gangetic Plains in Northwest India where high yields of rice and wheat are commonplace, a medium-term cropping system trial was conducted in Haryana State. The goal of the study was to identify integrated management options for further improving productivity and profitability while rationalizing resource use and reducing environmental externalities (i.e., "sustainable intensification", SI) by drawing on the principles of diversification, precision management, and conservation agriculture. Four scenarios were evaluated: Scenario 1 - "business-as-usual" [conventional puddled transplanted rice (PTR) followed by () conventional-till wheat]; Scenario 2 - reduced tillage with opportunistic diversification and precision resource management [PTR zero-till (ZT) wheat ZT mungbean]; Scenario 3 - ZT for all crops with opportunistic diversification and precision resource management [ZT direct-seeded rice (ZT-DSR) ZT wheat ZT mungbean]; and Scenario 4 - ZT for all crops with strategic diversification and precision resource management [ZT maize ZT wheat ZT mungbean]. Results of this five-year study strongly suggest that, compared with business-as-usual practices, SI strategies that incorporate multi-objective yield, economic, and environmental criteria can be more productive when used in these production environments. For Scenarios 2, 3, and 4, system-level increases in productivity (10-17%) and profitability (24-50%) were observed while using less irrigation water (15-71% reduction) and energy (17-47% reduction), leading to 15-30% lower global warming potential (GWP), with the ranges reflecting the implications of specific innovations. Scenario 3, where early wheat sowing was combined with ZT along with no puddling during the rice phase, resulted in a 13% gain in wheat yield compared with Scenario 2. A similar gain in wheat yield was observed in Scenario 4 vis-à-vis Scenario 2. Compared to Scenario 1, wheat yields in Scenarios 3 and 4 were 15-17% higher, whereas, in Scenario 2, yield was either similar in normal years or higher in warmer years. During the rainy () season, ZT-DSR provided yields similar to or higher than those of PTR in the first three years and lower (11-30%) in Years 4 and 5, a result that provides a note of caution for interpreting technology performance through short-term trials or simply averaging results over several years. The resource use and economic and environmental advantages of DSR were more stable through time, including reductions in irrigation water (22-40%), production cost (11-17%), energy inputs (13-34%), and total GWP (14-32%). The integration of "best practices" in PTR in Scenario 2 resulted in reductions of 24% in irrigation water and 21% in GWP, with a positive impact on yield (0.9 t/ha) and profitability compared to conventional PTR, demonstrating the power of simple management changes to generate improved SI outcomes. When ZT maize was used as a diversification option instead of rice in Scenario 4, reductions in resource use jumped to 82-89% for irrigation water and 49-66% for energy inputs, with 13-40% lower GWP, similar or higher rice equivalent yield, and higher profitability (27-73%) in comparison to the rice-based scenarios. Despite these advantages, maize value chains are not robust in this part of India and public procurement is absent. Results do demonstrate that transformative opportunities exist to break the cycle of stagnating yields and inefficient resource use in the most productive cereal-based cropping systems of South Asia. However, these SI entry points need to be placed in the context of the major drivers of change in the region, including market conditions, risks, and declining labor availability, and matching with the needs and interests of different types of farmers.
أُجريت تجربة متوسطة المدى لنظم زراعة المحاصيل في ولاية هاريانا، الواقعة في أكثر مناطق السهل الهندي الغانغي إنتاجية في شمال غرب الهند، حيث يشيع تحقيق غلات مرتفعة من الأرز والقمح. تمثلت غاية الدراسة في تحديد خيارات الإدارة المتكاملة لمواصلة تحسين الإنتاجية والربحية، مع ترشيد استخدام الموارد والحد من الآثار البيئية الخارجية (أي "التكثيف المستدام" - SI)، وذلك بالاستناد إلى مبادئ التنويع، والإدارة الدقيقة، والزراعة المحافظة على الموارد. جرى تقييم أربعة سيناريوهات: السيناريو 1 - "الوضع المعتاد" [الأرز المشتول في التربة الموحلة بالحرث التقليدي (PTR) يليه القمح بالحرث التقليدي]؛ والسيناريو 2 - الحرث المخفض مع التنويع الانتهازي والإدارة الدقيقة للموارد [PTR يليه القمح بدون حرث (ZT) يليه الماش (mungbean) بدون حرث]؛ والسيناريو 3 - انعدام الحرث (ZT) لجميع المحاصيل مع التنويع الانتهازي والإدارة الدقيقة للموارد [الأرز المزروع بالبذر المباشر بدون حرث (ZT-DSR) يليه القمح بدون حرث يليه الماش بدون حرث]؛ والسيناريو 4 - انعدام الحرث (ZT) لجميع المحاصيل مع التنويع الاستراتيجي والإدارة الدقيقة للموارد [الذرة الصفراء بدون حرث يليه القمح بدون حرث يليه الماش بدون حرث]. تشير نتائج هذه الدراسة، التي امتدت لخمس سنوات، بقوة إلى أن استراتيجيات التكثيف المستدام التي تدمج معايير متعددة الأهداف تشمل الغلة، والجوانب الاقتصادية، والبيئية، يمكن أن تكون أكثر إنتاجية عند تطبيقها في بيئات الإنتاج هذه، مقارنة بممارسات الوضع المعتاد. ففي السيناريوهات 2 و3 و4، لُوحظت زيادات على مستوى النظام في الإنتاجية (10-17%) والربحية (24-50%)، بالتوازي مع استخدام كميات أقل من مياه الري (انخفاض بنسبة 15-71%) والطاقة (انخفاض بنسبة 17-47%)، مما أدى إلى خفض إمكانية الاحترار العالمي (GWP) بنسبة 15-30%، حيث تعكس هذه النطاقات تداعيات ابتكارات محددة. وأسفر السيناريو 3، الذي جمع بين التبكير في بذر القمح والزراعة بدون حرث إلى جانب عدم تطيين التربة خلال مرحلة الأرز، عن زيادة قدرها 13% في غلة القمح مقارنة بالسيناريو 2. كما لُوحظت زيادة مماثلة في غلة القمح في السيناريو 4 مقارنة بالسيناريو 2. وعند المقارنة بالسيناريو 1، كانت غلات القمح في السيناريوهين 3 و4 أعلى بنسبة 15-17%، في حين كانت الغلة في السيناريو 2 إما مماثلة في السنوات العادية أو أعلى في السنوات الأكثر دفئاً. وخلال موسم الأمطار (الخريف)، حقق الأرز المزروع بالبذر المباشر بدون حرث (ZT-DSR) غلات مماثلة لتلك الناتجة عن الأرز المشتول تقليدياً (PTR) أو أعلى منها في السنوات الثلاث الأولى، غير أنها انخفضت (11-30%) في السنتين الرابعة والخامسة، وهي نتيجة تدعو إلى توخي الحذر عند تفسير أداء التقنيات عبر تجارب قصيرة المدى أو بمجرد حساب متوسط النتائج على مدى عدة سنوات. وكانت مزايا البذر المباشر للأرز (DSR) الاقتصادية والبيئية وتلك المتعلقة باستخدام الموارد أكثر استقراراً بمرور الوقت، بما في ذلك التخفيضات في مياه الري (22-40%)، وتكاليف الإنتاج (11-17%)، ومدخلات الطاقة (13-34%)، وإجمالي إمكانية الاحترار العالمي (14-32%). كما أدى دمج "أفضل الممارسات" في نظام PTR في السيناريو 2 إلى خفض مياه الري بنسبة 24% وإمكانية الاحترار العالمي بنسبة 21%، مع أثر إيجابي على الغلة (0.9 طن/هكتار) والربحية مقارنة بنظام PTR التقليدي، مما يبرهن على قدرة التغييرات الإدارية البسيطة على توليد مخرجات محسنة للتكثيف المستدام. وعند استخدام الذرة بدون حرث كخيار للتنويع بدلاً من الأرز في السيناريو 4، قفزت نسب التخفيض في استخدام الموارد لتصل إلى 82-89% لمياه الري و49-66% لمدخلات الطاقة، مع انخفاض إمكانية الاحترار العالمي بنسبة 13-40%، وتحقيق عائد مكافئ للأرز مماثل أو أعلى، وربحية أعلى (27-73%) مقارنة بالسيناريوهات المعتمدة على الأرز. ورغم هذه المزايا، فإن سلاسل قيمة الذرة ليست متينة في هذا الجزء من الهند، فضلاً عن غياب الشراء الحكومي. وتثبت النتائج بالفعل وجود فرص تحويلية لكسر حلقة ركود الغلات والاستخدام غير الفعال للموارد في نظم زراعة الحبوب الأكثر إنتاجية في جنوب آسيا. ومع ذلك، ينبغي وضع نقاط انطلاق التكثيف المستدام هذه في سياق الدوافع الرئيسية للتغيير في المنطقة، بما في ذلك ظروف السوق، والمخاطر، وتراجع توافر العمالة، مع مواءمتها مع احتياجات واهتمامات الفئات المختلفة من المزارعين.
Reference Key
kumar2018canagriculture Use this key to autocite in the manuscript while using SciMatic Manuscript Manager or Thesis Manager
Authors Kumar, Virender;Jat, Hanuman S;Sharma, Parbodh C;Balwinder-Singh, ;Gathala, Mahesh K;Malik, Ram K;Kamboj, Baldev R;Yadav, Arvind K;Ladha, Jagdish K;Raman, Anitha;Sharma, D K;McDonald, Andrew;
Journal agriculture, ecosystems & environment
Year 2018
DOI
10.1016/j.agee.2017.10.006
URL
Keywords

Citations

No citations found. To add a citation, contact the admin at info@scimatic.org

No comments yet. Be the first to comment on this article.