覆盖作物与土壤肥力及秸秆管理对水稻营养、杂草竞争和温室气体排放的综合影响：一项中宇宙研究

本研究通过中宇宙实验系统评估了不同覆盖作物(CC)管理策略对有机水稻系统的影响，重点探讨了毛苕子(Vicia villosa)和意大利黑麦草(Lolium multiflorum)两种CC物种的绿色覆盖(ML)与翻压还田(MN)处理，结合高低肥力土壤及秸秆还田(RS)因素，揭示了CC物种选择与终止方式对水稻产量、养分利用效率、杂草抑制及CH4/N2O排放的调控机制，为有机稻作可持续发展提供了重要技术支撑。

　　

在全球粮食安全与气候变化双重挑战下，有机水稻种植面临养分供给不足、杂草危害严重及温室气体排放增加三大核心难题。传统有机稻作依赖有限的外部有机肥输入，而化学除草剂的禁用使得杂草生物量可造成超过37%的产量损失。更棘手的是，稻田作为重要的甲烷(CH₄)排放源，其温室效应在有机管理模式下可能因有机物料投入增加而加剧。意大利作为欧洲主要稻米产区，其有机稻农普遍采用毛苕子等豆科覆盖作物(CC)与意大利黑麦草等禾本科作物轮作，但关于不同CC管理策略对"产量-环境"权衡关系的系统研究仍属空白。

针对这一知识缺口，都灵大学农业、森林与食品科学系的研究团队设计了一项创新的中宇宙实验。研究团队构建了28升圆柱形培养系统，模拟了六种处理组合：以毛苕子绿色覆盖+秸秆还田+高肥力土壤(VML+RS_HF)为对照，分别替换CC物种(意大利黑麦草RML+RS_HF)、终止方式(翻压还田VMN+RS_HF)、秸秆管理(无秸秆VML_HF)和土壤肥力(低肥力VML+RS_LF)，并设置无CC对照(RS_HF)。通过精确测定CC生物量、水稻农艺性状、杂草竞争指标及CH₄/N₂O排放通量，结合土壤孔隙水氮素动态监测，系统解析了多因素互作效应。

关键技术方法包括：1) 中宇宙培养系统模拟田间条件；2) 静态箱-气相色谱法测定CH₄和N₂O排放；3) Rhizon采样器监测土壤孔隙水NH₄⁺-N/NO₃^--N动态；4) 基于生物量与元素分析的养分效率评估；5) 杂草竞争定量指标(WRratio)计算。

覆盖作物生物量产量和养分吸收
意大利黑麦草表现出显著生物量优势(35.1 vs 18.8 g/盆)，但其氮吸收与毛苕子相当(773.4 vs 670.7 mg)，得益于毛苕子3.48%的高组织氮含量。低肥力土壤使毛苕子生物量降低35%，氮吸收减少44%，凸显土壤基础肥力对CC表现的关键影响。

水稻表现
绿色覆盖的毛苕子处理(VML+RS_HF)实现最高产量(27.8 g/盆)，较无CC对照增产36%。有趣的是，尽管意大利黑麦草C/N比更高，其处理未出现预期氮固定现象，水稻产量与毛苕子处理无差异，归因于其更强的杂草抑制能力(杂草生物量仅0.2 vs 4.3 g/盆)。翻压还田处理(VMN+RS_HF)因促进早期杂草生长，导致产量降低15%。

杂草发展与养分竞争
定量分析显示，翻压还田使杂草氮吸收占比达28%(W_RratioN)，显著高于绿色覆盖的13%。低肥力土壤改变杂草群落组成，但总生物量未显著变化。

温室气体排放
意大利黑麦草处理CH₄排放量达431.9 mg C/盆，是毛苕子处理的2.2倍，证实高C输入与淹水时间耦合的增排效应。值得注意的是，N₂O排放不受CC类型影响，主要发生在排水-复水转换期。

研究结论深刻揭示了有机稻作系统的复杂权衡关系：毛苕子绿色覆盖通过优化养分释放同步性(组织氮含量3.48%)与物理性杂草抑制，实现最佳产量-环境效益平衡；而意大利黑麦草虽具显著杂草抑制潜力，但其高生物量(5.0 Mg ha^-1)导致的CH₄排放激增需通过调整终止-淹水间隔期来缓解。土壤基础肥力被证实为不可忽视的调控因子，低肥力土壤(VML+RS_LF)不仅限制CC表现，还使水稻减产25%，但同步降低50% CH₄排放。

这项发表于《Italian Journal of Agronomy》的研究为有机稻作提供了精准管理框架：在意大利北部典型高肥力稻田，毛苕子绿色覆盖配合秸秆还田可作为基准技术；而在杂草压力突出区域，可权衡采用意大利黑麦草但需配合排放减缓措施。研究创新的WRratio指标为量化杂草竞争提供了新工具，而揭示的"土壤-C输入-排放"关联机制对全球稻田固碳减排具有启示意义。未来研究需在田间验证中宇宙结论，并探索CC混播与水分管理的协同优化潜力。