热带多年生牧草单作与混作中功能性状对冠层光截获及农艺性能的调控机制

这篇研究通过对比三种热带多年生牧草（安第斯草、马萨草和皮亚塔草）在单作与混作中的表现，揭示了植物功能性状（如叶倾角、分蘖叶片伸长速率LER、单蘖叶片数NLT和冠层叶面积指数LAI）如何通过调控光竞争动态影响混作体系的植物组成和生产力。研究为热带牧草混作品种选择提供了关键理论依据，填补了该领域的研究空白。

　　

1 引言

热带多年生牧草混作体系通过物种间资源利用的互补性，可实现可持续集约化生产。然而，目前相关研究多集中于温带地区或禾豆混作，针对热带纯禾草混作的研究近乎空白。本研究选取安第斯草（Andropogon gayanus cv. Planaltina）、马萨草（Panicum maximum cv. Massai）和皮亚塔草（Brachiaria brizantha cv. BRS Piat?）三种功能性状差异显著的牧草，探究其在单作与等比例混作中的竞争机制，重点关注光资源分配对生产力与植物组成的影响。

2 材料与方法

试验在巴西圣保罗大学实验农场进行，采用随机区组设计，设置单作与三物种混作处理，以35 cm冠层高度为刈割阈值。通过LAI-2000冠层分析仪测定光截获率（CLI）和叶倾角（FA），结合标记分蘖技术量化叶片伸长速率（LER）、单蘖叶片数（NLT）等形态发生参数。采用主成分分析（PCA）解析功能性状关联性。

3 结果

3.1 生产力表现

单作中皮亚塔草生物量最高，但混作中马萨草占据优势。混作总产量与单作相当，但物种贡献率差异显著：马萨草贡献率达47-62%，而安第斯草仅15-28%。相对产量分析显示，混作中马萨草表现最接近其单作水平。

3.2 冠层光竞争特性

马萨草凭借较大叶倾角（平均68°）和较低冠层上部10 cm叶面积指数（LAI₁₀=1.2），促进红光透射至冠层基部，使其分蘖密度（TPD=2,812 tillers/m²）显著高于其他物种。皮亚草则因平展叶型（FA=42°）导致自我遮荫，LER降低23%。

3.3 形态发生动态

马萨草在混作中表现出最快的再生动力学，累积生长度日（GDD）需求比皮亚塔草少18%。安第斯草虽具最长叶片（FLL=28.5 cm），但"假叶柄"结构和低NLT（2.1 leaves/tiller）限制其竞争力。

3.4 多变量分析

PCA表明混作中马萨草性状与TPD、LER高度正相关（PC1载荷=0.89），而皮亚塔草与LAI、LAI₁₀关联。冠层光环境重塑是驱动物种比例变化的核心机制。

4 讨论

研究首次阐明热带禾草混作中，管理措施（如刈割高度）通过调节功能性状表达影响光竞争结局。马萨草的适应性优势源于其"垂直叶冠层架构"，这与温带研究中"高秆优势"理论形成有趣对比。建议未来混作品种选择需兼顾：

1. 冠层高度相似性以减少光竞争差异
2. 叶片数目与长度均衡化
3. 叶倾角>55°以优化光分布

5 结论

热带牧草混作品种筛选应优先考虑叶倾角、LER、NLT和LAI等关键性状，这些性状通过调控冠层光截获模式决定群落组成与生产力。本研究为退化草地恢复中的物种配置提供了科学框架。