《Food and Energy Security》：Biomass Production Potential of Forage Rye and Forage Rape Under Contrasting Environments
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为满足南部非洲日益增长的畜产品需求，需探索替代性饲草策略以增加冬春饲料缺口期的农场生物量供应。为此，已在温带畜牧系统中广泛应用的冬季饲草可能为南部非洲的作物-畜牧系统提供一条尚未充分利用的途径。本研究评估了两种C3饲草物种——饲用黑麦（单子叶植物）和饲用油菜（
为满足南部非洲日益增长的畜产品需求，需探索替代性饲草策略以增加冬春饲料缺口期的农场生物量供应。为此，已在温带畜牧系统中广泛应用的冬季饲草可能为南部非洲的作物-畜牧系统提供一条尚未充分利用的途径。本研究评估了两种C3饲草物种——饲用黑麦（单子叶植物）和饲用油菜（双子叶植物）——在对比鲜明的温带与亚热带环境下的生物量生产潜力，以确定各物种最适应的气候条件，以及土壤肥力和氮素施肥如何影响其适应性。一项为期两年的田间试验比较了德国（温带气候）雨养条件下播种的冬季作物与南非（亚热带气候）充分灌溉条件下播种的冬季作物，每种气候下均包含一个肥沃地块和一个边际地块、两个施氮水平（0和120 kg N ha-1）以及两次收获（冬季和春季）。在亚热带气候下，饲用油菜的平均生物量比饲用黑麦高出42%；而在温带气候下，饲用黑麦则表现出更高的热利用效率。在温带气候中，肥沃地块上的黑麦生物量始终高于边际地块（最高达3.3 vs. 2.3 t DM ha-1），而油菜的生物量在不同地块间保持稳定（2.2–2.4 t DM ha-1）。相反，在亚热带气候下，两种物种在边际地块的生物量均显著高于肥沃地块（黑麦最高达9.2 vs. 5.8 t DM ha-1；油菜最高达12.8 vs. 8.9 t DM ha-1）。这一模式与肥沃地块较高的积温及其导致的土壤水分损失有关。除温带气候第一年两次收获无显著差异外，春季收获的生物量普遍超过冬季收获。总体而言，施氮对生物量的提升作用中等（黑麦提高25%，油菜提高13%），且在不同地块和年份间表现不一致。研究结果表明，水分可用性和最佳积温而非土壤肥力是决定两种气候下冬季饲草生物量的主要驱动因素。通过因地制宜的管理，饲用油菜和饲用黑麦可补充南部非洲作物-畜牧系统在冬春饲料缺口期的饲料供应。这些结果为设计支持可持续畜牧业集约化的饲草策略奠定了基础。未来研究应评估更多品种的生物量潜力和水分利用效率，以识别适应这些热胁迫冬季环境的基因型。
跨气候环境下饲用黑麦与饲用油菜生物量生产潜力对比研究解读
一、研究背景与科学问题
南部非洲地区对畜产品的需求持续增长，然而当地作物-畜牧混合系统面临严峻的冬春饲料缺口期挑战。在此时期，天然牧草产量低且降水高度不稳定，导致农场层面的饲草供应严重不足。尽管温带地区早已将秋季播种的冬季饲草作为覆盖作物用于延长饲料供应季并改善养分循环，但在亚热带环境中，这类C3冷季型饲草的适用性尚缺乏系统验证。现有研究多聚焦于夏季主导的热带物种，而对引入温带冬季饲草（如饲用黑麦和饲用油菜）能否有效填补南部非洲饲料缺口的认知极为有限。此外，不同气候区（温带与亚热带）内土壤肥力梯度（肥沃地块 vs. 边际地块）、氮素管理策略以及收获时间如何交互影响这些作物的生物量积累，仍属空白。因此，研究人员开展了一项跨大陆的田间对比试验，旨在明确：（1）两种物种在不同气候下的适应性差异；（2）土壤肥力效应是否会随气候与收获时间的交互而变化；（3）氮肥施用能否稳定提升生物量。
二、研究方法概述
研究采用两年期田间试验，分别在德国（温带气候）和南非（亚热带气候）各设置一个肥沃地块和一个边际地块，共四个试验点。温带试验点位于哥廷根大学的Reinshof（肥沃，粉砂黏土，深层土壤）和Deppoldshausen（边际，浅层砂质黏壤土）；亚热带试验点位于林波波大学的Syferkuil（边际，砂壤土，低有机碳）和文达大学的Thohoyandou（肥沃，高黏土含量，高有机碳）。供试物种为饲用黑麦品种Bonfire和饲用油菜品种Gorilla。处理包括两种施氮水平（0和120 kg N ha-1，分两次等量追施）及两次收获时间（冬季与春季）。亚热带站点采用全生育期灌溉以避免水分限制。研究人员通过线性混合效应模型分别对各气候-物种组合进行统计分析，并计算了热利用效率和氮偏生产力。
三、研究结果
3.1 地点特异性天气条件
温带站点降水分布均匀，肥沃地块降水量更高，但边际地块冬季气温更低，频繁低于5℃。亚热带站点冬季极其干燥，仅肥沃地块获得高于平均水平的降雨；两站点均实施充分灌溉，总灌溉量在294–332 mm之间。亚热带肥沃地块气温常超过20℃，导致累积生长度日远高于边际地块；温带站点因第二年晚播导致GDD整体较低。
3.2 饲用黑麦与饲用油菜的生物量生产
在温带气候下，黑麦生物量受地点×年份×氮的三重交互作用影响，肥沃地块产量更高（最高3.3 t DM ha-1），施氮使产量提升约20%。春季收获量在第二年显著高于冬季。在亚热带气候下，黑麦生物量同样存在显著的三重交互作用，但边际地块产量（6.09–7.32 t DM ha-1）远超肥沃地块（2.55–4.81 t DM ha-1），增幅达78.5%。施氮效果微弱且年份间不一致。
饲用油菜在温带气候下生物量稳定，不受地点和收获时间影响，但年份和施氮主效应显著。由于第二年建植失败，分析仅纳入第一年数据。施氮使边际和肥沃地块产量分别增加8%和18%。在亚热带气候下，油菜生物量呈现地点×年份×收获时间的显著交互作用，边际地块在所有收获时间均优于肥沃地块，尤其在春季收获时差异最大（边际10.06–15.05 vs. 肥沃6.04–9.84 t DM ha-1）。总体上，亚热带气候下油菜平均生物量比黑麦高42%。
3.3 不同地点的生物量生产效率
氮偏生产力表现出强烈的地点特异性。亚热带边际地块的PFP最高（油菜108 kg DM N-1，黑麦81 kg DM N-1），显著高于其他站点；温带站点间PFP无差异，均值约22–30 kg DM N-1。热利用效率方面，温带站点黑麦HUE最高（约11.5 kg DM ℃ day-1），亚热带边际地块油菜HUE最高（12 kg DM ℃ day-1），而亚热带肥沃地块两种作物的HUE均最低（3–4.5 kg DM ℃ day-1）。
四、讨论与结论
讨论部分指出，生物量积累模式与积温密切相关，但物种间的热利用效率差异揭示了不同的气候适应性：黑麦在温带寒冷条件下更高效，油菜则在亚热带温暖条件下更具优势。亚热带边际地块反而超越肥沃地块的现象归因于后者的高温导致蒸散加剧、土壤水分损失，从而抵消了土壤肥力优势。这表明，对于冬季播种的饲草，热量暴露程度和水分子可用性比土壤基础肥力更能决定产量。施氮反应整体温和且不一致，可能与固定的分次施用时序、低温或高温对养分吸收的限制以及灌溉导致的潜在淋溶有关。研究结论强调，在南部非洲推广冬季饲草时，应优先选择热量条件适宜的地块，而非单纯依赖土壤肥力；饲用油菜因其更高的生物量潜力和灵活性，在亚热带环境中更具应用前景。未来研究需结合灌溉梯度试验、多品种功能性状评估及物种×地点互作建模，以加速开发适应南部非洲气候的弹性饲草-畜牧系统。
