生物刺激剂优化豌豆-大麦间作系统的生物量与产量：乌克兰气候条件下的可持续农业实践

推荐：本研究针对可持续农业中作物产量提升的挑战，探讨了五种生物刺激剂（昆虫粪便提取物、堆肥茶、腐殖质提取物、海藻提取物和鱼蛋白水解物）对单作和间作系统中豌豆和大麦产量的影响。结果表明，豌豆-大麦间作结合堆肥茶处理可实现最高产量7.08 t/ha，土地当量比(LER)始终高于1.0，证实了生物刺激剂与间作系统的协同增效作用，为减少化学投入的可持续农业提供了新策略。

　　

在全球粮食安全与生态环境可持续发展的双重压力下，现代农业面临着如何在不增加化学投入的前提下提高作物产量的重大挑战。传统单作系统资源利用效率低下，而有机农业中的豆科-禾本科间作系统虽能通过生物固氮实现养分互补，却常因种间竞争导致产量不稳定。乌克兰作为东欧粮仓，其典型的大陆性气候条件更使得作物生长面临水分和温度波动的严峻考验。这些现实困境催生了一个关键科学问题：能否通过生物刺激剂这种新兴的绿色技术手段，来优化间作系统的种间互作关系，从而解锁其全部生产潜力？

来自乌克兰国立生命与环境科学大学等机构的研究团队在《Journal of Agriculture and Food Research》发表的重要研究，首次系统评估了五种生物刺激剂在豌豆-大麦间作系统中的调控作用。这项开创性工作不仅证实了间作系统本身的产量优势，更揭示了生物刺激剂可通过激活根际微生物群落、增强抗逆性等途径，使间作系统的土地利用率提升60%以上，最高产量达到7.08吨/公顷，为气候敏感型农业提供了可复制的技术范式。

研究人员采用多因素裂区试验设计，在基辅地区的典型黑钙土上建立了包含单作与间作的对比系统。通过30/60/90天三个生长阶段的动态监测，结合Land Equivalent Ratio（LER）模型评估系统效率，并运用线性混合效应模型进行统计分析。关键创新点在于同步追踪了生物刺激剂对作物生理（如大麦每穗粒数、豌豆千粒重）和系统效能（氮利用互补性）的多维度影响。

研究结果呈现出三个层面的重要发现：

在生物量动态方面，豌豆-大麦间作系统在30天和60天时的鲜重和干重均显著高于单作，其中堆肥茶处理的60天干重达到654 g/m²
。值得注意的是，大麦在生长后期展现出竞争优势，导致90天时单作大麦的生物量反超间作系统，这种时序动态通过LER分析得到量化印证。

产量构成要素分析显示，生物刺激剂存在显著的物种特异性效应。海藻提取物使间作大麦的单穗粒数增加2.8粒（达26.4粒/穗），而腐殖质提取物将间作豌豆的千粒重提升29.1克（达192.4克）。特别引人注目的是，鱼蛋白水解物在单作大麦中使籽粒产量提升14.6%，而堆肥茶在间作系统中使豌豆产量激增61.9%，表明生物刺激剂能有效缓解间作系统的种间竞争。

系统生产力评估证实，所有生物刺激剂处理的间作系统LER值均>1.0，其中30天时高达1.6，表明早期生长阶段的资源互补效应最为显著。尽管后期大麦占据优势导致LER回落至1.2，但整体系统产量仍比单作平均值高出39.5%，完美诠释了"1+1>2"的生态集约化理念。

这项研究的深远意义在于建立了"生物刺激剂-作物组合-环境条件"的三元调控理论框架。一方面，堆肥茶和腐殖质提取物通过富集根际固氮菌群（Rhizobium leguminosarum），强化了豌豆的生物固氮能力，间接促进大麦对土壤氮的捕获效率；另一方面，海藻提取物中的细胞分裂素类似物（cytokinins）能调节作物源库关系，使大麦在竞争压力下仍保持较高的籽粒充实度。这种双管齐下的作用机制，为设计气候智能型农业系统提供了新思路。

从实践角度看，该研究破解了有机农业中豆科作物常被禾本科抑制的普遍难题。通过精准匹配生物刺激剂类型与作物需求（如对豌豆侧重施用腐殖质、对大麦优选海藻制剂），农民可在不增加氮肥用量的前提下，使间作系统的蛋白质产量提升30%以上。这对于乌克兰等面临土壤退化风险的地区尤为重要，因为改良后的间作系统不仅能缓冲气候波动的影响，还能通过持续的生物量输入改善土壤有机质含量。

展望未来，这项研究开辟了几个值得深入探索的方向：不同气候带下生物刺激剂效应的稳定性、组合施用多种制剂的协同效应，以及微生物群落结构变化与作物表型的因果关系等。随着全球对可持续粮食生产需求的日益迫切，这种融合生态原理与生物技术的精准管理策略，或将重塑21世纪的农业生产方式。