荞麦覆盖作物混播中冠层覆盖减少与杂草抑制效果削弱的机制研究

本综述通过田间试验与形态学测量，揭示了荞麦（Fagopyrum esculentum）单作相较于混播（二种及三种作物组合）在杂草抑制方面的显著优势（85% vs 53% vs 50%），并明确叶面积指数（LAI）和冠层发育速度是关键驱动因子。研究为覆盖作物混播体系的设计提供了实证依据，强调降低荞麦播种密度会稀释其生态服务功能，对农业可持续管理具有重要指导意义。

　　

Abstract

荞麦（Fagopyrum esculentum Moench）作为一种常见覆盖作物，因其快速建植和强杂草抑制能力被广泛种植。本研究通过比较荞麦单作与不同混播组合（包括二种及三种作物混播）的形态特征与杂草抑制效果，发现尽管株高与相对生长速率（RGR）在混播中未受影响，但最大叶面积指数（LAI）显著降低（单作3.75 cm² cm^?2，混播2.85–2.82 cm² cm^?2）。荞麦单作在整个生长季的杂草抑制率高达85%，显著优于混播处理（53%–50%）。主成分分析表明，较高的株高和LAI值与杂草抑制效果呈正相关。结果表明，荞麦通过快速叶片发育和冠层覆盖实现杂草抑制，而混播中降低其播种量会削弱这一效应。

Introduction

覆盖作物在轮作系统中用于提供多种农业生态服务，如减少土壤侵蚀、吸收过剩养分以及抑制病原体、害虫和杂草。虽然覆盖作物常以单作形式种植以针对特定服务，但混播被认为能增强生物多样性和服务广度。然而，近年研究表明，为最大化杂草抑制，需选择高竞争力物种的单作。荞麦作为一种草本一年生植物，具有生长迅速、冠层发育快的特点，但其在混播中的应用因短生命周期（60–80天）而面临管理挑战，如需防止种子落粒成为后茬作物杂草。降低混播中荞麦播种量是减少种子产量的策略之一，但可能妥协其杂草抑制效果。本研究通过测量荞麦在单作和混播中的地上功能性状，探讨其杂草抑制机制，并假设混播会因功能性状减弱而降低杂草抑制效果。

Methods and materials

Field experiment

试验于2022年在加拿大爱德华王子岛Harlington地区的试验农场进行，采用随机区组设计，三次重复。土壤为Orthic Humo-Ferric Podzol类型（pH 6.5，有机质3%）。覆盖作物于6月下旬播种，9月通过刈割终止生长。处理包括荞麦单作（50 kg ha^?1）以及多种二种和三物种混播组合，如荞麦（15 kg ha^?1）+ 蓝花荞麦（Phacelia tanacetifolia）、荞麦+高粱苏丹草（Sorghum × drummondi）等，另设裸土对照。播种行距15 cm，深度2.5 cm，播种量根据本地推广建议和发芽率调整。

Data collection

自播种后2周起，每两周在固定样方（0.25 m²）内测量植物密度、荞麦生长阶段（BBCH尺度）、株高（5株随机样本）、叶面积指数（LAI，使用AccuPAR LP-80冠层分析仪）和绿盖度（视觉估计覆盖作物与杂草百分比）。

Statistical analysis

使用R软件进行统计分析。计算相对生长速率（RGR）、杂草抑制率（基于对照区杂草盖度）和生长度日（GDD，基准温度5°C）。通过线性混合模型和重复测量分析物种丰富度、GDD及其交互效应对性状的影响，并采用逻辑回归、Gompertz和指数曲线拟合生长动态。主成分分析（PCA）用于探索性状与杂草抑制的关系。

Results

The effects of cover crop sown richness on buckwheat traits

荞麦在单作和混播中的建立密度分别为23、9和8株 m^?2，且整个季节保持稳定。株高（最大106 cm）和RGR（最低0.01 cm GDD₅^?1）不受物种丰富度影响，但LAI显著降低：单作在490 GDD₅时达3.75 cm² cm^?2，而二种和三种混播分别在628和625 GDD⁵时仅达2.85和2.82 cm² cm^?2。结果表明，混播中荞麦密度降低导致LAI下降。

Buckwheat and weed suppression

杂草群落以马唐（Digitaria ischaemum）和藜（Chenopodium album）为主。杂草抑制受物种丰富度影响显著，单作抑制率在754 GDD₅时达85%，混播仅为53%和50%。PCA显示前两个主成分解释83%变异，杂草抑制与LAI和株高正相关，与RGR和密度无关。

Discussion

本研究证实荞麦的杂草抑制能力源于其快速叶片和冠层发育，支持了既往研究。LAI的降低直接导致混播中杂草抑制效果减弱，表明单作通过早期光拦截实现更强抑制。这与多种覆盖作物研究中早期光竞争主导杂草抑制的结论一致。降低混播中荞麦播种量产生稀释效应，削弱其生态服务功能。生产者在设计混播体系时需权衡杂草抑制与种子管理需求。