不同水分条件下大豆-冬小麦套作系统的性能评估及其资源竞争机制解析

为解决干旱地区套作系统资源竞争导致产量下降的问题，研究人员通过三年田间试验研究了大豆-冬小麦套作系统在不同水分条件和品种管理下的表现，发现水分竞争显著抑制大豆生长，系统土地当量比(LER)仅勉强达到1，为干旱地区作物多样化策略提供了重要参考。

　　

在全球气候变化加剧和农业可持续性需求增长的背景下，如何通过作物多样化提高农田资源利用效率成为关键科学问题。传统单作系统存在资源利用率低、生态效益有限等缺陷，而套作（relay intercropping）作为一种时空互补的种植模式，理论上可提升土地生产力并增强系统韧性。然而，欧洲地区套作技术应用率不足13%，且大豆-冬小麦套作在干旱条件下的可行性尚未明确。

针对这一空白，德国莱布尼茨农业景观研究中心（Leibniz Centre for Agricultural Landscape Research, ZALF）的研究团队在《Field Crops Research》发表了为期三年的系统性研究。通过设置三种种植模式（单作小麦、单作大豆、套作）、两种灌溉处理（雨养/灌溉）和两个小麦品种（Moschus/Reform），团队综合监测了产量、生物量、土壤水分和光合有效辐射(PAR)等指标，揭示了资源竞争对系统生产力的影响机制。

关键技术方法包括：1) 随机区组设计的田间试验；2) 光合有效辐射(photosynthetically active radiation, PAR) canopy分析；3) 0-7 cm土层水分动态监测；4) 土地当量比(LER)和超越性超产指数(transgressive overyielding index, TOI)计算模型。

3.1 气候条件
数据显示试验期间年降水量差异显著（2021-2023年分别为513/362/676 mm），2022年播种期土壤含水量低至永久萎蔫点以下（7%），为解析水分胁迫提供了自然梯度。

3.3 PAR竞争
套作大豆仅获得40-80%单作PAR，其中2023年Moschus品种套作系统PAR获取量显著高于Reform（16%差异），但该优势未转化为产量提升，暗示光竞争非主要限制因子。

3.4 生物量动态
尽管套作小麦种植密度降低50%，其生物量仍达单作的76-97%，而套作大豆生物量恢复率年际波动大（0-80%），2022年几乎绝收，证实水分竞争对大豆的毁灭性影响。

3.5 产量表现
灌溉使套作大豆增产73-250%，但系统LER最高仅1.03（2023年Reform品种），远低于理想值1.3-1.8。小麦与大豆产量呈显著负相关（r=-0.93），表明资源分配存在根本性冲突。

研究结论指出，在干旱条件下，冬小麦的强竞争力导致大豆遭受不可逆的水分胁迫，即使采用矮秆品种或灌溉措施也难以实现双作物共赢。该发现对中欧农业实践具有警示意义：1) 需重新评估套作作物组合适应性；2) 建议优先考虑条带种植（strip cropping）等低竞争模式；3) 强调品种筛选应侧重水分利用效率而非株高调控。论文为干旱区作物配置优化提供了关键阈值参数，也为后续研究指明了土壤深层水分动态监测等方向。