优化草-豆混播组合的生长策略以提高施肥草地的氮产量并减少氮损失

本研究针对施肥草地氮利用效率低、氮损失高的问题，通过设计不同生长策略的草-豆混播组合，探究了植物多样性对草地生产力和氮循环的影响。研究发现四物种混播组合的生产力和氮吸收量与最高产单作相当，且快速生长草-豆组合能提高生产力并降低土壤矿质氮含量。该研究为设计可持续草地管理方案提供了重要依据，表明通过优化物种组合可减少氮肥投入并维持高产。

　　

在现代农业中，施肥草地是重要的生态系统，为食物生产、生物多样性维持和土壤碳储存提供支持。然而，高产品种单作配合大量无机氮肥投入的集约化管理方式，导致了严重的环境问题，包括硝酸盐淋失和一氧化二氮排放。如何提高氮利用效率、减少氮损失，同时维持草地生产力，成为当前草地管理面临的重要挑战。植物多样性被认为是提高可持续性的潜在途径，但植物物种丰富度、功能群组成和功能性状多样性对草地初级生产力和氮利用效率的相对重要性尚不完全清楚。

荷兰瓦赫宁根大学（Wageningen University & Research）土壤生物学组的Arlete S. Barneze等研究人员在《Plant and Soil》发表研究，通过两个互补的田间试验，探究了不同生长策略的草-豆混播组合对草地生产力和氮循环的影响。第一个试验在100 kg N ha^-1施肥水平下，比较了单作、二物种和四物种混播组合；第二个试验在50和100 kg N ha^-1两个施肥水平下，研究了单作和二物种混播的表现。研究测量了地上生物量、植物氮吸收、氮利用效率（NUE）、氮固定比例（Ndfa）和土壤矿质氮含量等指标。

主要技术方法包括：1）田间试验设计，设置不同物种组合和施肥水平；2）植物生产力测定，分三次收获并测量地上生物量；3）植物功能性状分析，包括比叶面积（SLA）等；4）稳定同位素分析，测定δ¹⁵N和δ¹³C；5）土壤矿质氮含量测定。

研究结果部分：

1. 功能多样性与植物物种丰富度的效应

   研究发现增加物种丰富度从单作到四物种混播显著提高了地上生物量、植物氮吸收、氮利用效率和氮固定比例，同时降低了土壤NO₃^--N含量。功能性状分散度与地上生物量和互补效应呈正相关。

2. 特定植物群落组成及其对性状可塑性的影响

   F. arundinacea+T. pratense混播组合的累计生产力最高（1249 g m^-2）。四物种混播的氮利用效率最高，其次是包含慢生草F. arundinacea的混播组合。含T. pratense的组合表现出超产效应。

3. 植物群落组成与施肥水平的交互作用

   在100 kg N ha^-1施肥水平下，L. perenne+T. pratense组合的生产力和氮吸收量显著高于50 kg N ha^-1水平。慢生豆科L. corniculatus在低施肥水平下表现出更高的氮固定能力。

研究结论表明，四物种混播组合的生产力和氮吸收量与最高产单作相当，这归因于豆科植物氮固定的增加和植物群落的高氮利用效率。快速生长草-豆组合能提高生产力并降低土壤矿质氮含量，而快速生长草与慢生豆科组合在低氮肥条件下能促进豆科氮固定。该研究证实了通过优化草-豆混播组合的生长策略，可以在减少氮肥投入的同时维持草地生产力，为设计可持续草地管理方案提供了重要依据。研究还发现功能群组成比生长策略更能解释草地生产力和氮循环的变化，强调了在草地管理中考虑植物功能性状的重要性。这些发现对实现现代农业目标——维持高生产力、生产优质饲料和减少对氮肥的依赖具有重要意义。