地中海有机硬粒小麦中的饲用豆科植物活覆盖物和根瘤菌接种

《Agronomy Journal》：Forage legume living mulch and rhizobial inoculation in Mediterranean organic durum wheat

　　

在有机小麦系统中，间作接种根瘤菌的饲用豆科植物可减少杂草压力并通过生物固氮（BNF）向伴生作物供应氮（N）。然而，间作与根瘤菌接种联合应用仍有限。这项为期2年的田间研究比较了意大利南部单作或与饲用豆科植物（地三叶、米氏三叶草或普通野豌豆）间作的硬粒小麦。豆科植物进行根瘤菌接种或不接种。在减量氮肥（60 kg N ha^?1）或标准氮肥（120 kg N ha^?1）条件下评估处理。较温暖干燥的2023/2024季降低了小麦产量但增加了籽粒蛋白质，而较湿润的2024/2025季提高了产量、BNF（使用已发表的基于N₂固定与豆科生物量产量和地上部N含量的经验关系估算）和小麦氮回收效率。无论环境条件或农艺处理如何，与单作小麦相比，小麦-豆科系统持续减少了杂草生物量。接种的普通野豌豆和地三叶提高了小麦籽粒产量，特别是在有利条件下减量施氮时。普通野豌豆表现出最高的BNF，尤其是在低氮水平接种时，而米氏三叶草效益较小。接种的地三叶表现出最高的根瘤数和根瘤重，以及更高的土壤硝态氮（NO₃^?-N），特别是在高氮水平下。尽管结果依赖于环境条件，但豆科植物活覆盖物结合有效的根瘤菌接种和减量氮肥施用支持了地中海环境中有机小麦系统的农艺可持续性。

**地中海有机硬粒小麦中饲用豆科植物活覆盖物与根瘤菌接种的论文解读**

**研究背景与问题**

欧洲地中海农业生态系统面临多重结构性约束，包括有限耕地、水资源短缺和土地退化，同时作物多样性低、豆科作物在轮作中使用频率低，以及无除草剂系统中的杂草压力。有机小麦生产尤其受限于杂草竞争和养分供应不足，尤其是氮（N）素。豆科植物活覆盖物通过生物固氮（BNF）和杂草抑制提供生态系统服务，但农民对其管理复杂性和效益可靠性存在担忧，导致采用率有限。此外，根瘤菌接种在禾谷/豆科间作中已有研究，但在饲用豆科植物作为活覆盖物与硬粒小麦间作中缺乏证据。因此，研究人员开展本研究，旨在评估同时播种饲用豆科活覆盖物并结合根瘤菌接种对有机硬粒小麦产量、蛋白质、杂草抑制、生物固氮和氮回收效率的影响，与单作小麦及不接种豆科处理进行对比，并在两种有机氮肥水平下进行两年田间试验。研究假设根瘤菌接种能增强豆科活覆盖物的生态功能，在减氮条件下维持小麦产量和品质，同时实现杂草抑制和氮供应改善。该论文发表在《Agronomy Journal》。

**主要关键技术方法**

研究人员在意大利南部西西里岛Patti（38°11′99″ N, 14°98′63″ E）的认证有机农场，于2023/2024和2024/2025两个生长季进行田间试验。土壤为典型的Calcixerepts（粘土，pH 7.8，有机质0.81%）。采用随机区组设计，3次重复。处理包括：有机氮肥水平（60和120 kg N ha^?1，以N60和N120表示）；作物系统（单作小麦对照，或与地三叶、米氏三叶草、普通野豌豆以加性混合方式间作）；根瘤菌接种（接种或不接种，使用泥炭基菌剂，双倍推荐剂量）。测量指标包括：小麦籽粒产量和蛋白质含量、杂草干生物量、豆科生物量和蛋白质、BNF（采用欧盟氮专家小组经验模型估算）、小麦氮回收效率（NUEr）、根瘤干重和数量（第二生长季）、土壤硝态氮（NO₃^?-N，30 cm土层）。统计分析采用线性混合模型，年份单独分析。

**研究结果**

**3.1 气象趋势**
两个生长季温度均高于长期均值。2023/2024季明显干燥（降雨295 mm，长期均值439 mm），而2024/2025季较湿润（456 mm），接近常年但分布不均。温暖干燥条件缩短了小麦生长周期（174天 vs 188天），降低了产量但提高了籽粒蛋白质；湿润条件则提高了产量、BNF和氮回收效率。

**3.2 对小麦性能的影响**
N率与作物系统（接种与否）的交互作用显著影响小麦籽粒产量。2024年干燥条件下，所有处理产量普遍较低。单作小麦在N60产量低于N120对照。接种的地三叶和米氏三叶草在N120显著高于对照；地三叶在N60也优于对照。2025年湿润条件下，产量整体提高。接种的普通野豌豆和地三叶在任何N率下均超过对照，米氏三叶草仅在N120超过对照。不接种的地三叶和普通野豌豆在部分N率下产量低于对照。籽粒蛋白质方面，2024年所有小麦-豆科系统（无论接种或N率）均显著提高蛋白质含量（平均16.3% vs 对照14.4%），而2025年蛋白质较低（平均11.9%），处理间无显著差异。

**3.3 杂草控制**
氮肥水平和作物系统（接种与否）均显著降低杂草干生物量。2024年干燥条件下，杂草总体较低，但所有小麦-豆科系统（除米氏三叶草接种N60外）杂草生物量显著低于单作小麦（平均0.21 vs 0.56 Mg ha^?1）。2025年湿润条件下，杂草生物量大幅增加，单作小麦平均1.32 Mg ha^?1，而所有小麦-豆科系统显著降低（平均0.41 Mg ha^?1），接种与否影响不大。

**3.4 氮利用**
**生物固氮（BNF）**：普通野豌豆的BNF显著高于地三叶和米氏三叶草，尤其在N60接种时（2024年59.7，2025年72.3 kg固定N₂ ha^?1）。高N率降低了普通野豌豆的BNF（不显著），而地三叶和米氏三叶草BNF很低（平均13.9和14.4 kg N ha^?1），不受N率或接种影响。
**氮回收效率（NUEr）**：2024年NUEr普遍较低，但地三叶和普通野豌豆在N60（无论接种）显著提高NUEr（平均22.9% vs 对照10.8%）。2025年NUEr显著增加，N60下所有处理（包括单作小麦）均高于对照（平均36.9%～65.9%），N120下仅接种地三叶和普通野豌豆及不接种米氏三叶草高于对照。
**根瘤和土壤NO₃^?-N**：2025年数据显示，接种地三叶在N60和N120根瘤干重和数量最高（平均4.2 g m^?2和1024个 m^?2），不接种时显著降低。普通野豌豆和米氏三叶草根瘤数量在N120略高，但BNF与生物量更相关。土壤NO₃^?-N在N120下普遍高于N60，接种地三叶和普通野豌豆在N120下最高（69.4和64.2 kg ha^?1），显著高于单作小麦对照（48.5 kg ha^?1）。

**讨论与结论总结**

讨论部分指出，环境条件（尤其是降雨）强烈影响系统表现。干燥年份限制了产量和BNF，但提高了蛋白质；湿润年份则相反。根瘤菌接种效果存在种间差异：普通野豌豆接种后BNF提高，地三叶接种后根瘤和土壤硝态氮增加，但米氏三叶草因缺乏种特异性菌株而效果有限。高氮肥抑制了结瘤和BNF，但小麦竞争可能缓解这一抑制。杂草抑制主要源于物理-生态机制（早期冠层闭合），而非微生物作用。研究局限性包括未设置纯豆科单作参考、粘土条件下根瘤回收不准、BNF为经验估算等。尽管如此，该实践与机械化兼容，在有机和地中海环境中具有推广价值。

研究结论翻译如下：
本研究证明，与单作小麦或不接种的豆科间作相比，同时播种饲用豆科活覆盖物并结合根瘤菌接种可增强有机硬粒小麦系统的性能和氮效率。然而，响应强烈受天气条件影响。干燥温暖条件限制了产量但增加了籽粒蛋白质，湿润条件有利于提高产量、生物固氮和氮回收效率。无论N率和接种如何，所有豆科活覆盖物相对于单作小麦均强烈抑制杂草。效益具有种特异性：接种的普通野豌豆在估算BNF方面最有效，而接种的地三叶实现了高结瘤，部分与较高的土壤硝态氮相关，尤其是在高N率下。综合来看，这些结果表明，饲用豆科活覆盖物结合适当的根瘤菌接种和减量氮肥施用，是地中海环境中减少外部氮输入和除草剂使用的可行策略。未来研究应评估新开发的根瘤菌制剂（包括种特异性菌株和高细菌密度液体接种剂），并采用¹⁵N₂气体同位素技术以更精确量化BNF和氮动态。