Maximizing productivity of the rice–wheat (RW) system is a major challenge for achieving food security in the Eastern Gangetic Plains (EGP) of South Asia. Ideally, productivity should increase along with increasing farm profits while sustaining or enhancing the natural resource base. However, research focused on increasing the productivity and profitability of the RW system while considering long-term system sustainability is lacking from the EGP. Here, we show that using the process-based cropping system model Agricultural Production Systems sIMulator (APSIM) (earlier robustly validated in these environments), maximization of target variables (e.g. production, farm profit, water productivity) can be achieved by modifying the agronomic management currently recommended for RW farmers in the region. Our analysis demonstrates conservation agriculture-based intensification, through the addition of mungbean with modified irrigation and increased nitrogen fertilization, increases not only the system production (34%), farm profit (39%), and water productivity (54%), but also the soil organic carbon (31%) and total soil nitrogen (52%) in the 0–15 cm soil layer. In contrast, conventional tillage-based intensification increases system productivity but not sustainability. We found the ideal agronomic management varied across different environments for maximizing target variables. Our analysis illustrates the power of validated modeling tools like APSIM and has broader application for farmers globally whose production and sustainability are constrained by inefficient agronomic practices.

最大限度地提高稻麦 (RW) 系统的生产力是实现南亚东恒河平原 (EGP) 粮食安全的主要挑战。理想情况下，生产力应该随着农场利润的增加而提高，同时维持或加强自然资源基础。然而，EGP 缺乏侧重于提高 RW 系统的生产力和盈利能力同时考虑长期系统可持续性的研究。在这里，我们展示了使用基于过程的种植系统模型农业生产系统模拟器 (APSIM)（早先在这些环境中经过稳健验证），可以通过修改农艺来实现目标变量（例如产量、农场利润、水生产力）的最大化目前为该地区的 RW 农民推荐的管理方法。我们的分析表明，以保护性农业为基础的集约化，通过添加绿豆改良灌溉和增加氮肥施肥，不仅提高了系统产量 (34%)、农场利润 (39%) 和水生产率 (54%)，而且0~15 cm土层土壤有机碳（31%）和土壤全氮（52%）。相比之下，传统的基于耕作的集约化提高了系统生产力，但没有提高可持续性。我们发现理想的农艺管理因不同环境而异，以最大化目标变量。我们的分 通过添加绿豆改良灌溉和增加氮肥施肥，不仅增加了系统产量 (34%)、农场利润 (39%) 和水分生产率 (54%)，还增加了土壤有机碳 (31%) 和0-15 cm 土层土壤总氮 (52%)。相比之下，传统的基于耕作的集约化提高了系统生产力，但没有提高可持续性。我们发现理想的农艺管理因不同环境而异，以最大化目标变量。我们的分 通过添加绿豆改良灌溉和增加氮肥施肥，不仅增加了系统产量 (34%)、农场利润 (39%) 和水分生产率 (54%)，还增加了土壤有机碳 (31%) 和0-15 cm 土层土壤总氮 (52%)。相比之下，传统的基于耕作的集约化提高了系统生产力，但没有提高可持续性。我们发现理想的农艺管理因不同环境而异，以最大化目标变量。我们的分 和水分生产力 (54%)，还有 0-15 厘米土层中的土壤有机碳 (31%) 和土壤全氮 (52%)。相比之下，传统的基于耕作的集约化提高了系统生产力，但没有提高可持续性。我们发现理想的农艺管理因不同环境而异，以最大化目标变量。我们的分 和水分生产力 (54%)，还有 0-15 厘米土层中的土壤有机碳 (31%) 和土壤全氮 (52%)。相比之下，传统的基于耕作的集约化提高了系统生产力，但没有提高可持续性。我们发现理想的农艺管理因不同环境而异，以最大化目标变量。我们的分 我们发现理想的农艺管理因不同环境而异，以最大化目标变量。我们的分 我们发现理想的农艺管理因不同环境而异，以最大化目标变量。我们的分