燕麦–紫花苜蓿间作对低投入气候智慧型畜牧生产的综合效应：饲草产量、品质、土壤健康与温室气体排放强度

《Journal of the Science of Food and Agriculture》：Cereal–legume intercropping for climate-smart livestock production: insights from oat–alfalfa intercropping

　　

背景：禾本科–豆科间作可在提高饲草生产力与品质的同时增强土壤功能并降低环境影响，但在低投入条件下的综合评估仍较少。本研究评估燕麦（Avena sativa L.）–紫花苜蓿（Medicago sativa L.）间作的饲草产量、营养价值、土壤性质和温室气体排放强度。采用随机完全区组设计（randomized complete block design, RCBD），在不灌溉、不施肥条件下比较单播燕麦（80 kg ha^–1）、单播紫花苜蓿（15 kg ha^–1）以及燕麦–紫花苜蓿种子比例3:1、1:1和1:3。以往间作研究分别考察农艺生产力与饲草品质；本研究通过整合评估低投入条件下燕麦–紫花苜蓿的饲草产量、调制品质、土壤健康、温室气体排放强度、畜牧生产潜力和决策指标来弥补该空白。
结果：与单播燕麦相比，间作提高饲草干物质总产量（提高21%）、粗蛋白（crude protein, CP）和代谢能（metabolisable energy, ME）含量，并降低中性洗涤纤维（neutral detergent fibre, NDF）（P < 0.05）。1:1间作具有显著最高的土地等效比（land equivalent ratio, LER；1.56）和系统生产力指数（system productivity index, SPI），并表现出更好的青贮发酵和干物质回收（P < 0.05）。最终取样时，间作提高土壤有机碳（soil organic carbon, SOC）、全氮（total nitrogen, TN）、阳离子交换量（cation exchange capacity, CEC）和有效磷，同时土壤pH略有降低（P < 0.05）。对于干草和青贮，间作单位潜在活增重的预测全球变暖潜势（global warming potential, GWP）较单作低37–47%。多准则决策分析（multi-criteria decision analysis, MCDA）在生产导向、平衡和环境导向情景中均将1:1间作排名最高。
结论：燕麦–紫花苜蓿间作，尤其是1:1种子比例，在低投入条件下同时提高生产力、饲草品质和土壤肥力，并降低预测温室气体排放强度，是一种有前景的气候智慧型饲草生产策略。? 2026 The Author(s)。Journal of the Science of Food and Agriculture由John Wiley & Sons Ltd代表Society of Chemical Industry出版。

研究背景：饲草系统面临以更低环境足迹提供更多生物量和蛋白质的压力，这一压力来自全球动物源食品需求上升以及气候和资源约束。农业、林业和其他土地利用占人为温室气体排放的13–21%，其中牲畜甲烷和施肥土壤氧化亚氮占主导；IPCC第六次评估报告（AR6）对AFOLU减缓潜力和甲烷指标的更新，强化了减少牲畜肠道甲烷（CH₄）排放的必要性，Global Methane Pledge和FAO相关计划也强调肠道甲烷减缓与养分效率。禾本科–豆科间作被视为生态集约化的重要途径，可通过改善饲草品质、养分利用和动物生产力降低温室气体排放强度。燕麦–紫花苜蓿混合物在全球农牧结合系统中具有相关性：燕麦生物量高、适应冷凉和半干旱环境，适合干草和青贮；紫花苜蓿蛋白含量高、可生物固氮、耐旱且深根。已有研究多分别关注农艺生产力或饲草品质，缺少在低投入条件下同时量化饲草产量、干草和青贮营养价值、环境影响、土壤健康指标，并能支持风险感知农场决策和多准则可持续性评估的研究。因此，研究人员在雨养、不施肥条件下评估不同播种比例燕麦–紫花苜蓿间作的农艺表现、干草和青贮品质、环境影响、收获后土壤性质及系统级表现，并通过风险–收益和多准则决策分析判断其能否同时提高饲草生产力与品质、降低环境影响并改善土壤指标，为低投入管理下的气候智慧型饲草生产提供国际相关证据。研究结论是：1:1燕麦–紫花苜蓿间作在生产力、饲草品质、短期收获后土壤肥力指标和预测温室气体排放强度方面表现最优，是有前景的低投入饲草生产策略，但更广泛应用前仍需多点多年及动物性能和温室气体直接测定验证。

关键技术方法：试验在埃塞俄比亚Adami Tulu农业研究中心进行，采用RCBD四重复，设单播燕麦、单播紫花苜蓿及3:1、1:1、1:3五个处理，不灌溉、不施肥，于播后150 d和225 d两次刈割；饲草分为干草和青贮，测定营养组成、体外产气与甲烷；收获后测定土壤理化性质；以30 kg公羊模型预测生产性能，并计算预测GWP及MCDA。瘤胃液来自Dilla University农场三只瘘管绵羊，伦理批准来自Jimma University。

研究结果：
农艺表现（Agronomic performance）：基于田间产量和竞争指数分析，OT75-AL25和OT50-AL50较单播燕麦（OT）显著提高总饲草干物质产量，OT50-AL50的SPI、相对拥挤系数（relative crowding coefficient, RCC）、侵略性（aggressivity）和LER显著最高，LER为1.56；OT25-AL75的竞争比（competition ratio, CR）最高。
营养价值（Nutritional value）：基于干草和青贮营养分析及体外产气，间作较OT显著提高CP和ME、降低NDF；间作提高可溶性组分、发酵速率常数和潜在产气量，降低不可溶但可降解组分；OT50-AL50青贮的感官评分最高，第45天pH、温度、气体损失和渗出液损失较低，干物质回收率（dry matter recovery, DMR）较高。
土壤理化分析（Soil physiochemical analysis）：基于收获后土壤测定，OT50-AL50较OT显著提高SOC、有机质、CEC、TN、钾和有效磷（available phosphorus, AP），并小幅降低pH。
经济与环境表现（Economic and environmental performance）：基于30 kg公羊模型和预测GWP，间作较OT和单播苜蓿显著降低干草或青贮每千克潜在增重的预测GWP，OT50-AL50的CP摄入:增重最低，间作提高潜在育肥能力和每公顷潜在增重。
风险–收益与多准则决策分析（Risk–return and multi-criteria decision analysis）：基于干物质产量变异系数（coefficient of variation, CV）和四类指标加权，OT50-AL50的CV最低，饲料品质、土壤和环境指数较高，在平衡、生产导向和环境导向情景中均排名第一。

讨论部分总结：讨论指出，OT75-AL25和OT50-AL50较OT增产约20%，与LER>1和最高SPI一致，反映种间互补和单位土地资源捕获效率提高；1:1比例下燕麦保持足够密度，苜蓿贡献生物固氮和优质饲草而不过度竞争。讨论认为互补资源利用、固氮、根系和冠层差异可能解释优势，但原文说明这些机制未直接量化，需进一步测定氮转移、根系互作和土壤微生物活性；不施肥可能限制绝对产量潜力，但低投入设计旨在评估肥料有限条件下的间作生产力。竞争与经济方面，OT50-AL50的SPI和RCC最高、侵略性最低，表明两作物竞争较均衡；其LER最高，意味着生产同等产量所需土地较单作少35.9%。营养方面，间作提高CP和ME、降低NDF，发酵动力学显示更快发酵和更大快速发酵组分，青贮保存品质改善，主要归因于苜蓿与燕麦共同提供更平衡的发酵底物。土壤方面，间作提高SOC、TN、CEC、AP和钾并略降pH，1:1和较高苜蓿比例响应较强；讨论将其与豆科根际过程、根系多样性、根际沉积、固氮和养分循环联系，认为有助于低投入下维持土壤肥力。经济与环境方面，间作提高每公顷预测活增重和蛋白利用效率；按绵羊模型，间作饲草CP摄入可达约109–167 g d^–1（干草）和86–134 g d^–1（青贮），若补充能量可支持约140 g d^–1增重，而当前预测ME摄入仅够约50 g d^–1；间作降低单位增重预测GWP，符合优质可消化饲草提高单位排放产出原则。风险与MCDA方面，OT75-AL25和OT50-AL50较单播燕麦分别降低饲草产量CV 34%和43%，OT50-AL50在所有加权情景中排名第一；讨论联系IPCC AR6和Global Methane Pledge，认为提高可消化性和蛋白、以豆科替代合成氮的饲草系统可兼顾生产力与近中期减缓。局限性包括单点、单生产周期、土壤响应为短期，牲畜生产力和温室气体采用预测和体外发酵而非直接动物试验，且品种特性可能影响表现，需多点多年、活体动物性能和甲烷直接测定及更广基因型验证。

研究结论翻译：在本研究条件下，1:1播种比例的燕麦–紫花苜蓿间作较单播燕麦提高了饲草产量和饲草品质，与短期收获后土壤肥力指标改善相关，并降低了预测温室气体排放强度。OT50-AL50在生产力、环境和多准则决策评估情景中排名最高。因此，OT50-AL50在气候和土壤条件相似环境中可能代表一种有前景的低投入饲草生产策略。然而，在作出更广泛应用建议前，仍需开展多点多年研究，包括动物性能和温室气体排放的直接测定。