牧草豆科植物整合降低氮肥依赖并提升放牧系统稳定性：一项10年研究

为解决热带亚热带地区草地-畜牧系统面临的氮肥依赖和气候变化挑战，研究人员通过10年田间试验评估了豆科牧草整合对冷/暖季牧草响应、动物性能及系统稳定性的影响。研究发现豆科植物通过生物固氮(BNF)年贡献139 kg N ha?1，使氮肥投入减少85%的同时维持动物增重（暖季ADG提升48%），证实了豆科-禾草混播系统在提升资源利用效率和系统稳定性方面的关键作用。

　　

在全球畜牧业需求增长与气候变化双重压力下，热带亚热带地区的草地系统正面临氮肥依赖、牧草退化等严峻挑战。传统依赖氮肥的禾草单作系统不仅成本高昂，其碳足迹和生态稳定性问题也日益凸显。如何通过生态集约化路径实现畜牧业可持续发展，成为学术界和产业界共同关注的焦点。

针对这一科学难题，佛罗里达大学的研究团队在《European Journal of Agronomy》发表了历时10年的突破性研究。该工作创新性地将冷季三叶草(Trifolium spp.)与暖季根茎花生(RP, Arachis glabrata)整合到巴哈雀稗(Paspalum notatum)草地系统，通过双季节豆科植物配置，系统评估了其对氮循环、动物生产力和系统稳定性的影响。

研究采用多学科交叉方法：1) 连续10年田间定位试验，设置氮肥禾草(Grass+N)、禾草-三叶草(Grass+CL)和禾草-根茎花生(Grass+RP)三种处理；2) 基于δ¹⁵N自然丰度法量化生物固氮(BNF)贡献；3) 粪便δ¹³C同位素分析追踪动物食性选择；4) Eberhart-Russell稳定性模型评估系统抗干扰能力。

3.1 冷季牧草响应
研究发现冷季禾豆混播系统通过三叶草贡献66 kg N ha^?1季节性BNF，使牧草粗蛋白(CP)维持在197-267 g kg^?1的高水平，显著延长优质饲草供应窗口。虽然禾草单作系统早期生物量更高（3月达1150 kg DM ha^?1），但混播系统在4-5月呈现显著补偿性生长（1300 kg DM ha^?1），体现物种间生态位互补。

3.2 暖季系统突破
暖季根茎花生表现出惊人适应性，在混播中占比35%并贡献73 kg N ha^?1 BNF。其稳定维持162-203 g kg^?1的CP含量，使动物日增重(ADG)达0.46 kg hd^?1 d^?1，较单作系统提升48%。粪便同位素分析揭示牛对RP的选择指数达1.5，证实其显著改善饲草品质。

3.3 系统级效益
年度BNF总量达139 kg N ha^?1，替代85%氮肥需求。值得注意的是，每单位BNF氮的产出效率相当于1.3倍化肥氮，这归因于避免了氨挥发等损失。稳定性分析显示Grass+RP在逆境环境下仍保持209 kg ha^?1的产量，其回归斜率0.77(P=0.07)证实了优异的抗干扰能力。

这项研究为热带亚热带地区畜牧业转型提供了范式级解决方案：通过冷-暖季豆科植物协同配置，构建"自给型"氮循环系统。其创新价值体现在三方面：1) 首次在长期尺度证实双季豆科系统可兼顾生产力与生态效益；2) 创建δ¹³C-ADG预测模型(y=-0.528-0.047x, P<0.001)，为精准放牧提供新工具；3) 提出"稳定性斜率"新指标，量化了生物多样性对系统韧性的贡献。该成果对应对全球化肥价格波动和气候变化具有重要实践意义，为联合国可持续发展目标(SDGs)中的可持续农业提供了可操作路径。