时间互补性驱动条带间作系统中的氮素吸收：豆科作物的非必要性贡献与氮肥高效利用路径

本研究针对欧洲常规农业中氮肥优化使用的迫切需求，探讨了在物种定制化适量施氮条件下条带间作系统氮吸收的驱动机制。通过比较六种双物种条带间作系统（含豆科/非豆科组合），发现间作优势主要源于物种间时间生态位分化（TND）所驱动的时间互补性，而非传统认为的豆科-禾本科互补效应。研究首次证实：在适量施氮（小麦125 kg N ha-1、玉米170 kg N ha-1、豆科20 kg N ha-1）条件下，接力间作（relay intercropping）通过增强光能捕获促进生物量积累，使土地当量比（LERN）和肥料氮当量比（FNER）显著高于1，而同步间作（simultaneous intercropping）效果有限。该研究为欧洲可持续农业提供了基于时间互补性的氮肥优化管理新范式。

　　

在当今全球农业面临增产与环保双重挑战的背景下，如何优化氮肥使用成为可持续农业的核心议题。传统间作系统通过物种间互补效应提升产量和资源利用效率，但在不同氮肥管理策略下其驱动机制尚不明确。欧洲常规农业推行适度施肥策略，既不同于中国的高氮投入模式，也区别于有机农业的零化肥方式，亟需探索适合本地生产实际的间作氮管理方案。

荷兰瓦赫宁根大学研究团队在《Agronomy for Sustainable Development》发表创新研究，通过两年田间试验解析了时间互补性与豆科-禾本科互补作用对氮吸收的相对贡献。研究采用物种定制化施氮策略（小麦125 kg N ha^-1、玉米170 kg N ha^-1、豆科作物20 kg N ha^-1），设计六种双物种条带间作系统：玉米/小麦、玉米/蚕豆、玉米/豌豆、蚕豆/小麦、蚕豆/豌豆、小麦/豌豆，包含三种接力间作（含玉米）和三种同步间作（无玉米）。通过测定生物量、氮浓度、氮吸收量等指标，结合土地当量比（LER_N）和肥料氮当量比（FNER）评估系统效率。

研究主要采用田间试验法，设置随机区组设计，测定不同行位（边行、内行）的氮吸收动态；通过氮稀释曲线分析评估氮营养状况；建立LER_N与时间生态位分化（TND）的量化关系；使用线性混合效应模型进行统计分析。

3.1 最终收获时单位物种条带的地上部氮吸收量

玉米与小麦或豌豆间作时2018年氮吸收量显著增加，但与蚕豆间作无显著差异。早期播种的小麦、蚕豆和豌豆在接力间作中氮吸收量高于单作，特别是蚕豆/玉米系统超出土壤有效氮270-360 kg ha^-1。同步间作中，蚕豆/豌豆组合的蚕豆氮吸收增加，但豌豆氮吸收降低。

3.2 间作中不同行位的氮吸收

接力间作中早期物种的边行氮吸收显著高于内行和单作。玉米边行与豌豆间作时氮吸收增加，而与蚕豆间作时降低。同步间作中蚕豆边行氮吸收增加，但显著抑制相邻小麦或豌豆的氮吸收。

3.3 最终收获时氮浓度

间作玉米氮浓度普遍低于单作，而间作小麦氮浓度高于单作。豆科作物氮浓度在间作与单作间无显著差异。

3.4 生物量与氮吸收动态

接力间作中早期物种从开花期开始生物量和氮吸收显著超越单作。玉米在生长后期出现氮限制，特别是在与蚕豆间作时恢复程度最低。同步间作中蚕豆的竞争优势导致相邻物种生物量下降。

3.5 氮稀释曲线

玉米实际氮浓度高于临界值但低于单作，灌浆期出现氮限制。小麦氮浓度始终高于临界值，间作小麦氮浓度高于单作。

3.6 LER_N、与TND的关系及FNER

接力间作LER_N显著大于1（1.12-1.24），且与TND呈正相关。同步间作LER_N接近1。接力间作FNER平均达1.14，显著高于同步间作（0.85）。

研究表明，在物种定制化适量施氮条件下，时间互补性是驱动条带间作氮吸收优势的主要机制，而非豆科作物的生物固氮作用。接力间作通过延长资源利用窗口期，增强光能捕获，促进生物量积累，从而提高氮吸收效率。边行效应在早期物种中表现尤为显著，而玉米的氮吸收受限主要源于生长后期土壤氮匮乏。

研究结果对欧洲常规农业具有重要实践意义：首先，推荐采用接力间作模式而非同步间作；其次，选择茎秆坚硬的豆科品种（如蚕豆）而非易倒伏品种（如豌豆）；最后，可通过调整施肥时间（如玉米吐丝后追肥）进一步优化系统性能。该研究为制定符合欧洲良好农业规范（Good Agricultural Practices）的间作系统提供了科学依据，展示了通过时间生态位优化而非单纯依赖豆科作物实现氮肥高效利用的新路径。