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为降低水稻生产对化学氮肥的依赖，研究人员评估了地中海水稻系统中毛苕子和黑麦草作覆盖作物的效果，发现覆盖作物未显著提高产量且降低了经济效益，但毛苕子可增加土壤总氮，对可持续发展有重要意义。
# 地中海水稻种植中覆盖作物的效益与经济现实平衡研究：为可持续农业发展带来新契机
在全球粮食生产的大舞台上，水稻作为重要的粮食作物，其种植过程却面临着诸多挑战。当前，水稻（Oryza sativa L.）生产高度依赖化学氮肥，以追求高产量。自绿色革命以来，全球水稻的化肥氮施用量大幅增加，2010 年每公顷施用量超过 100kg，比小麦高出约 20kg。然而，这一做法带来了一系列问题，肥料氮在水稻系统中的损失率高达 64%，远高于小麦系统的 52%，导致氮利用效率（NUE）低下。不仅如此，大量使用化学氮肥还引发了诸多环境问题，如全球变暖、土壤退化（酸化、盐渍化）以及水体富营养化等，同时也让农民面临着市场价格波动带来的经济风险。
在欧洲，水稻生产在保障粮食供应方面发挥着重要作用，欧盟每年水稻产量约 180 万吨，种植面积达 43 万公顷，主要集中在意大利、西班牙和希腊。西班牙的埃布罗三角洲（Ebro Delta）是地中海地区重要的水稻产区，面积达 320 平方公里，拥有 2 万公顷的水稻种植面积。但在该地区，水稻常作为单季灌溉作物种植，营养失衡问题突出，使得对化肥的依赖进一步加剧，当地为实现水稻高产，每公顷氮肥施用量常达 180kg。
为了解决这些问题，来自多个研究机构的科研人员开展了一项重要研究，该研究成果发表在《Agronomy for Sustainable Development》上。科研人员试图探究毛苕子（Vicia villosa Roth）和黑麦草（Lolium multiflorum Lam.）作为覆盖作物（CC）在不同施氮水平下，对地中海单作水稻生产系统的影响。
研究人员在西班牙安波斯塔附近的一个灌溉稻田开展了为期 3 年的实验。实验设置了三个覆盖作物处理（毛苕子、黑麦草和裸地休耕作为对照），每个处理重复 4 次，同时每个主区又根据水稻施氮水平分为 4 个副区（0、120、180 和 240kg N ha-1）。实验过程中，对气候数据、覆盖作物生物量和氮积累、土壤氮含量、水稻生长和产量相关指标以及经济效益等进行了详细测定和分析。
研究结果显示，黑麦草和毛苕子的生物量生产在不同季节差异显著。黑麦草的生物量生产受降水影响较大，2022 年降水较多时其生物量达到峰值 2.4t ha-1 ，但在 2023 年，随着前茬水稻施氮量的增加，黑麦草生物量显著降低。而毛苕子凭借生物固氮（BNF）能力，在各季节积累的氮量较高，2023 年其生物量氮积累几乎是黑麦草的 6 倍。
在土壤氮方面，不同季节土壤矿质氮（SMN）含量变化明显。黑麦草作为覆盖作物会降低土壤 SMN 含量，而毛苕子虽然在实验结束时使土壤总氮增加了 10%，但在水稻生长季，其对土壤 SMN 的影响并不稳定。
对于水稻生长和产量，黑麦草覆盖显著降低了水稻的穗密度、产量和氮利用效率，相比裸地休耕，水稻产量降低了 13%，氮利用效率降低了 16%。而毛苕子虽对水稻生长有一定促进趋势，但最终产量与裸地休耕相比并无显著差异。
从经济效益来看，覆盖作物的实施显著降低了水稻生产的边际净收益（MNR）。与裸地休耕相比，毛苕子处理的 MNR 降低了约 326 � ha-1（28%），黑麦草处理则降低了 660 � ha-1（56%）。
综合研究结果与讨论，地中海地区水稻低地的特殊土壤和气候条件给冬季休耕期作物生长和水稻季氮释放带来挑战。与预期假设相反，覆盖作物未能通过促进氮供应显著提高水稻生产力。黑麦草虽有作为捕获作物的潜力，但与水稻种植不相容，会导致水稻减产。毛苕子对水稻发育和生产力的影响较小，可能是由于生物量积累不足，以及在厌氧条件下残体氮矿化受到抑制。不过，毛苕子能增加土壤总氮水平，从长期来看对水稻生产系统有益，可间接减少化肥需求。
该研究表明，在缺乏对水稻生产力直接积极影响的情况下，覆盖作物的实施会降低经济效益，这是农民采用覆盖作物的重要障碍。同时，化学氮肥对提高和稳定水稻产量至关重要，但施氮量超过 180kg N ha-1对农民而言并不经济。在推广覆盖作物时，尤其是毛苕子，虽然其具有显著的生态效益，但在实施初期缺乏明显农艺优势的情况下，经济支持对于农民广泛采用至关重要。
研究人员主要采用了以下关键技术方法：首先，通过田间实验设置不同的覆盖作物处理和施氮水平，进行多季观测；其次，利用气象站数据获取气候信息；再者，对土壤、植物样本进行采集和分析，如测定土壤氮含量、植物生物量和氮浓度等；最后，运用统计分析方法（如 ANOVA、RMANOVA）对实验数据进行处理和分析，以确定各因素的影响及差异显著性。
这项研究为农业可持续发展提供了关键信息，有助于农学家和政策制定者平衡农艺效益、经济可行性和可持续性，为推动地中海地区水稻种植的可持续发展提供了重要依据。
