荞麦覆盖作物管理关键期：基于生长度日模型的生物量最大化与自生苗控制框架

这篇研究创新性地提出了覆盖作物管理关键期（CPCM）概念，通过生长度日（GDD5）模型量化荞麦（Fagopyrum esculentum）生物量积累（最高达979 g m?2）与种子生产（5974粒 m?2）的动态平衡，为马铃薯轮作体系提供兼顾生态服务（如磷活化、杂草抑制）与防控自生苗的精准管理方案。

　　

摘要

荞麦作为短周期高生物量覆盖作物，在马铃薯轮作中提供磷活化、硝态氮截留等生态服务，但其快速结籽特性导致后续作物中自生苗问题。研究通过大西洋加拿大两年田间试验，建立基于生长度日（GDD₅）的生物量与种子生产模型，提出覆盖作物管理关键期（CPCM）框架。结果显示：荞麦总生物量（979 g m^?2）和营养生物量（565 g m^?2）分别在种植后1680和2110 GDD₅时达峰值；而种子产量在696 GDD₅前终止或861 GDD₅后种植可减少75%种子输入。

引言

覆盖作物通过生物量驱动生态服务，但生物量与种子生产的矛盾制约其应用。荞麦因生长快速、缺乏除草剂选项成为马铃薯轮作中的双刃剑。研究借鉴杂草临界防控期（CPWC）和种子控制期（CPWSC）概念，首次提出CPCM框架，旨在平衡荞麦的生态效益与种子风险。

材料与方法

试验设置种植时间（4-9月梯度）与终止时间（6-11月梯度）双因素，测定生物量、种子重量（TSW）及萌发力。采用三参数log-logistic模型拟合GDD₅与生物量/种子关系，定义临界阈值（如CPBP₁₀₀为最大生物量点）。

结果

1. 生物量生产关键期：早播（≤3 GDD₅）结合长生育期（1680 GDD₅）实现最大生物量；延迟至7月播种（459 GDD₅）使生物量降至50%。
2. 种子控制关键期：终止于696 GDD₅（约8月中旬）或晚于1095 GDD₅（9月初）播种可分别将种子控制在25%和5%阈值。
3. 营养生长优势：聚焦营养生物量（CPVB）可规避种子风险，如2110 GDD₅生长期实现565 g m^?2产量且种子输入极低。

讨论

1. 光周期调控潜力：早播荞麦利用春季短日照延长营养生长期，而夏季播种加速生殖转化，解释生物量差异。
2. 干旱适应性：2022年干旱使生物量降低30%，但种子产量未受影响，体现荞麦生殖阶段抗旱性。
3. 模型普适性：GDD₅模型克服环境变异，但需区域校准（如霜冻风险）。

结论

CPCM框架为高生物量覆盖作物管理提供量化工具：推荐大西洋加拿大区荞麦采用"早播早收"（4月种+696 GDD₅终止）或"晚播短季"（8月种+472 GDD₅）策略，兼顾≥245 g m^?2生物量与<25%种子风险。该范式可扩展至黑麦、野豌豆等易自生作物，推动覆盖作物可持续发展。