不同基于生物多样性的种植系统对黑麦草（Lolium multiflorum Lam.）生物量、氮素、碳积累及土壤养分的影响

《Agriculture, Ecosystems & Environment》：The effects of different biodiversity-based cropping systems on ryegrass ( Lolium multiflorum Lam.) biomass, nitrogen, carbon accumulation and soil nutrients

本研究通过四年田间试验，比较了甜玉米单作与间作系统结合黑麦草覆盖作物，不同氮肥用量（0、150、300 kg N/ha）对黑麦草生物量、碳氮积累及土壤养分的影响。结果表明，间作系统在N2下显著提高黑麦草生物量，但低氮时被抑制；N2增加碳氮积累但降低C/N比值；间作减少土壤硝态氮，单作提高磷和有机质。合理选择系统及氮肥可优化黑麦草生长和土壤健康。

　　本研究围绕覆盖作物的种植及其对土壤养分和生态系统的影响展开，探讨了不同作物种植系统与前茬作物氮肥施用量对覆盖作物（黑麦草）生物量、碳氮积累以及土壤营养状况的影响。研究团队来自江西农业大学，其研究目标是通过四年的田间试验，分析多样化的种植方式如何影响覆盖作物的生长表现和土壤健康，从而为可持续农业发展提供科学依据。

覆盖作物作为一种重要的农业实践，其作用在于通过改善土壤结构、提升土壤肥力、减少养分流失以及促进生态系统的多样性，为农业可持续发展提供支持。黑麦草作为常见的覆盖作物，因其生长迅速、适应性强、能有效固氮以及促进土壤有机质积累而受到广泛关注。然而，尽管覆盖作物的应用已被证实具有多种生态和经济效益，目前仍缺乏对不同种植系统与前茬作物氮肥施用量如何具体影响覆盖作物生长及土壤养分的系统性研究。因此，本研究旨在填补这一知识空白，为未来农业实践中覆盖作物的合理配置提供参考。

本研究设计了两种主要的作物种植系统：一是甜玉米单作（MC）；二是甜玉米与大豆间作（CS）。同时，针对甜玉米这一前茬作物，设置了三种氮肥施用量（N0、N1、N2），分别代表不施氮肥、施氮肥150公斤/公顷和施氮肥300公斤/公顷。通过对比分析这两种种植系统在不同氮肥施用量下的表现，研究人员希望揭示前茬作物种植方式与氮肥管理对覆盖作物生长和土壤营养状况的具体影响。研究区域位于中国江西省南昌市的江西农业大学农业科学与技术园区，该地区属于亚热带季风气候，年平均气温19.7℃，年降水量1648.44毫米，土壤类型为赤红壤，具有特定的理化性质，如pH值为4.53，有机质含量为24.63克/千克，总氮含量为1.4克/千克，碱解氮含量为183.23毫克/千克，磷含量为23.83毫克/千克。这些环境条件为研究提供了稳定的试验背景。

在覆盖作物生物量积累方面，研究发现，在N2（300公斤/公顷）条件下，间作系统（CS）显著提高了黑麦草的干物质产量，而单作系统（MC）则表现出不同的结果。具体而言，间作系统在2019年至2021年期间，黑麦草的干物质产量比单作系统提高了65.43%、35.32%和37.64%。这一结果表明，间作系统在高氮肥条件下能够更有效地促进覆盖作物的生长，可能与间作系统对土壤养分的合理利用有关。然而，在N0和N1条件下，间作系统对黑麦草生物量的促进作用并不显著，甚至在某些情况下表现出抑制效应。这可能与间作系统在低氮肥条件下对土壤养分的消耗有关，导致覆盖作物无法获得足够的氮素供应，从而影响其生长。

氮肥施用量对覆盖作物的影响同样值得关注。在N1和N2条件下，两种种植系统（CS和MC）的黑麦草干物质产量均有所提高，尤其是在2020年和2022年。相比之下，N0条件下的黑麦草产量较低，表明氮肥的施用对覆盖作物的生长具有重要影响。然而，氮肥的施用量并非越高越好。在某些情况下，过量的氮肥可能导致土壤中硝态氮的积累，从而对后续作物的生长产生不利影响。研究还发现，在N2条件下，CS系统中黑麦草的碳氮比（C/N）显著降低，而MC系统中这一指标的变化则相对较小。碳氮比的变化可能与土壤中氮素的供应和黑麦草对氮素的吸收能力有关，进而影响土壤的养分平衡和生态系统的稳定性。

土壤中的氮素含量是影响覆盖作物生长的重要因素之一。研究结果显示，在N2条件下，CS系统中土壤中的硝态氮含量在2021年和2022年均低于MC系统。这表明，间作系统可能在一定程度上降低了土壤中氮素的残留，从而减少了对后续作物的潜在污染风险。此外，研究还发现，土壤中的硝态氮与黑麦草的生物量、碳和氮积累之间存在显著的负相关关系。这一结果提示，土壤中氮素的供应水平可能对覆盖作物的生长产生重要影响，尤其是在高氮肥条件下，土壤中氮素的过多积累可能抑制黑麦草的生长，从而影响其对氮素的吸收和利用效率。

在土壤磷素方面，研究发现，MC系统中黑麦草的生物量、碳和氮积累以及C/N比与土壤中的Olsen磷含量呈正相关关系，而CS系统中则表现出相反的趋势。这可能意味着，间作系统在某些情况下对土壤磷素的利用效率较低，或者其对磷素的吸收能力与单作系统存在差异。值得注意的是，这种差异可能与不同作物对磷素的吸收能力和土壤中磷素的分布有关，从而影响覆盖作物的生长表现。

本研究还强调了覆盖作物在农业生态系统中的重要性。通过合理配置前茬作物的种植系统和氮肥施用量，可以有效提高覆盖作物的生物量和碳氮积累，同时减少土壤中氮素的残留。这一发现对于优化农业管理措施、减少氮肥污染以及提升土壤健康具有重要意义。此外，研究结果表明，覆盖作物的生长不仅受到自身种植条件的影响，还与前茬作物的种植方式和养分管理密切相关。因此，在实际农业生产中，需要综合考虑前茬作物的种植系统和氮肥施用量，以实现覆盖作物的最大化利用和土壤养分的可持续管理。

从生态效益的角度来看，覆盖作物的种植有助于减少氮肥的过量使用，降低土壤中氮素的残留，从而减少对环境的污染。同时，覆盖作物的碳氮积累也有助于提升土壤的有机质含量，改善土壤结构，增强土壤的持水能力和肥力。这些生态效益不仅对当前作物的生长有利，还对未来的农业可持续发展具有深远影响。因此，合理配置覆盖作物的种植方式和前茬作物的氮肥管理，是实现农业生态效益与经济效益双赢的关键。

本研究的结论对于农业实践具有重要的指导意义。首先，它表明前茬作物的种植系统对覆盖作物的生长表现具有显著影响。在高氮肥条件下，间作系统能够更有效地促进覆盖作物的生物量和碳氮积累，而在低氮肥条件下，间作系统则可能对覆盖作物的生长产生抑制作用。其次，氮肥的施用量对覆盖作物的生长和土壤养分状况同样具有重要影响。适当增加氮肥施用量可以提高覆盖作物的产量，但过量的氮肥可能导致土壤中氮素的残留增加，从而对后续作物的生长产生不利影响。因此，在农业生产中，需要根据具体的种植系统和土壤条件，合理调控氮肥的施用量，以实现覆盖作物的高效利用和土壤养分的平衡管理。

此外，本研究还揭示了不同种植系统与氮肥施用量对土壤中氮素形态的影响。在N2条件下，CS系统中的土壤硝态氮含量低于MC系统，这可能与间作系统对氮素的更高效利用有关。这种差异表明，间作系统可能在减少氮素残留和提高氮素利用效率方面具有优势，有助于减少氮肥的环境污染风险。因此，在农业实践中，推广间作系统可能有助于实现氮肥的可持续利用，减少对环境的负面影响。

综上所述，本研究通过长期田间试验，系统分析了不同种植系统与前茬作物氮肥施用量对覆盖作物（黑麦草）生物量、碳氮积累以及土壤营养状况的影响。研究结果表明，前茬作物的种植方式和氮肥施用量对覆盖作物的生长表现具有重要影响，合理的种植系统和氮肥管理能够有效提高覆盖作物的产量，同时减少土壤中氮素的残留。这一研究不仅为农业可持续发展提供了科学依据，也为未来覆盖作物的优化配置和氮肥管理策略的制定提供了参考。通过进一步推广和应用这些研究成果，有望在农业生产中实现更高的经济效益和更低的环境风险，为实现绿色农业和生态农业目标贡献力量。