《Frontiers in Sustainable Food Systems》：Alfalfa intercrop rarely limits productivity of intermediate wheatgrass across diverse edaphic and climate conditions
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未来生产力的保障需要那些能够最大限度减少土壤扰动、降低资源投入并在广泛环境条件下提供可持续性的管理措施。将多年生谷物兼饲草作物中间偃麦草（IWG；Thinopyrum intermedium）纳入农业生态系统可能有助于实现这些目标。此外，通过将IWG种植系统与
未来生产力的保障需要那些能够最大限度减少土壤扰动、降低资源投入并在广泛环境条件下提供可持续性的管理措施。将多年生谷物兼饲草作物中间偃麦草（IWG；Thinopyrum intermedium）纳入农业生态系统可能有助于实现这些目标。此外，通过将IWG种植系统与多年生豆科植物间作来增加作物多样性，可进一步提高养分有效性并增加其他生态系统服务。在这项大规模田间试验中，研究人员在四个州环境条件各异的七个地点，对IWG在单作、施氮单作以及与紫花苜蓿（Medicago sativa）间作三种种植模式下的表现进行了两个生长季的评估。在田间尺度上，大多数地点的IWG籽粒产量在间作与单作处理间于两个生长季均表现相似。间作在第二个生长季并未降低IWG生物量，但在第一个生长季，间作处理下的IWG生物量有所下降。在大多数地点，氮肥添加并未显著改变IWG生产力。研究结果进一步证实，经过两个生长季后，与紫花苜蓿间作对IWG生产力的影响很小，同时可提供额外生态系统服务的潜力。
全球农业土壤持续退化，气候变异加剧，迫切需要创新管理措施以恢复并维持土壤健康。将多年生作物纳入农业生态系统，通过停止耕作和深层根系增加地下碳输入，显示出重建土壤和提供生态系统服务的潜力。然而，多年生种植系统可能因缺乏与豆科作物的轮作而无法有效增加养分，并可能因病原积累而限制生产力。为缓解这些问题，通过间作实现空间多样化可能是维持生产力的有效途径。中间偃麦草（IWG；Thinopyrum intermedium）作为新型多年生谷物（商品名为Kernza?）和饲草作物显示出前景。持续的选择育种显著改善了IWG的农艺表现，但有关其与伴生作物兼容性的评估仍需在不同环境中进行。已有研究表明，豆科作物与IWG间作的结果受林龄、豆科种类和当地气候土壤因素影响。因此，本研究旨在评估更晚选育周期的IWG在施氮与不施氮单作及与紫花苜蓿间作下的表现；增设苜蓿单作以理解种间互作；并在四个州七个地点建立试验，检验处理效应在不同环境下的一致性。
研究人员在四个州的七个地点（分属堪萨斯州立大学等六个机构）建立随机完全区组设计，每地设4个区组，随机分配4种种植系统：不施氮IWG单作、施氮IWG单作、紫花苜蓿单作、IWG与紫花苜蓿间作。间作采用替代设计，IWG每两行以同株距替换为一行苜蓿，使每公顷密度较单作降低50%。IWG品种为TLI 801，紫花苜蓿品种为Hybriforce 3400。除KU站使用硝酸盐外，其余站点施氮90 kg ha
?1。种植后记录各生长季IWG籽粒、生物量及苜蓿生物量；对土壤样品分析pH、阳离子交换量、有机质、全氮、全磷等性质。采用非度量多维尺度分析、PERMANOVA和混合线性模型（SAS proc mixed）进行统计。
### 土壤性质
结果显示，不同地点的土壤性质存在显著差异（伪F
6,111=446.55，p=0.001，R
2=0.96），所有地点两两间差异显著。分离主要由阳离子交换量、钙、钾和pH（TLI站）、钠、总有机碳、镁、有机质和总氮（CBG站）以及总磷和有效磷（UVM站）驱动。
### 每行作物响应（g m
?2）
#### IWG生物量（g m
?2行）
跨地点和种植处理，IWG每行生物量从第一生长季（LS均值=267 g m
?2行）增加到第二生长季（497 g m
?2行）。跨地点和林龄，间作（364 g m
?2行）和施氮单作（418 g m
?2行）的IWG每行生物量均高于不施氮单作（317 g m
?2行）。但处理效应随地点而异；一年后仅UVM站点有显著处理效应，施氮处理高于间作和单作；两年后KU、MU和CBG站点有显著处理效应。在间作处理内，三个地点（TLI、KU、CBG）生物量两年间稳定，四个地点（MU、PHF、DDPSC、UVM）增加。
#### IWG籽粒（g m
?2行）
跨地点和处理，IWG籽粒产量在两个年份间无显著差异，但间作（56 g m
?2行）和施氮单作（51 g m
?2行）高于不施氮单作（40 g m
?2行）。一年后TLI、PHF和DDPSC有处理效应，但模式不一致；两年后五个站点（TLI、KU、MU、DDPSC、CBG）有显著效应，除CBG外，间作籽粒产量普遍高于不施氮单作。
#### 苜蓿生物量（g m
?2行）
苜蓿生物量受林龄、地点和种植处理交互影响。一年后，PHF站苜蓿单作生物量高于间作，其余六地两处理相似；两年后，DDPSC和UVM站单作生物量高于间作，其余五地相似。
### 田间尺度IWG生物量与籽粒（kg ha
?1）
#### IWG生物量（kg ha
?1）
田间尺度下IWG生物量从第一年（2,118 kg ha
?1）增加到第二年（3,945 kg ha
?1）。跨林龄和地点，间作（1,819 kg ha
?1）低于不施氮单作（3,172 kg ha
?1）和施氮单作（4,185 kg ha
?1），但处理效应随地点而异；第一年多数地点间作生物量低于单作，第二年则多数地点间作与不施氮单作相近。
#### IWG籽粒（kg ha
?1）
田间尺度下IWG籽粒产量第一年为413 kg ha
?1，第二年为371 kg ha
?1（边缘显著）。间作（280 kg ha
?1）低于不施氮单作（407 kg ha
?1）和施氮单作（507 kg ha
?1）。第一年间作与不施氮单作在多数地点相似，但施氮单作高于间作；第二年处理效应很小，五个地点各处理间籽粒产量相似。
讨论：本研究发现，与紫花苜蓿间作在多数地点并未显著影响IWG籽粒产量或第二年生物量，仅在建植年降低了IWG田间尺度生物量，这与先前研究一致。站点间变异性很大，CBG和UVM作为试验前未用于农业生产的两个地点，第一年产量最低，但第二年显著提升。IWG在间作中的每行表现普遍不低于不施氮单作，表明未观察到苜蓿的竞争抑制。氮肥添加影响较小，提示单作IWG在前两年并不受氮限制，间作中IWG每行性状的提升可能更多来自种植密度降低而非苜蓿促进。本研究使用的IWG材料来自更晚育种周期，可能影响其结果。
结论：本研究表明，除建植年田间尺度IWG生物量降低外，与紫花苜蓿间作对IWG性能的损害很小，这一不足可通过在IWG生物量收获时同时收获两种作物作为饲草来部分抵消，从而提升饲草总产量和品质。然而，本研究数据采集时间相对较短，需更长时期的监测和取样以充分理解多年生农业生态系统中间作的影响。随着单作养分资源日益受限，IWG与紫花苜蓿间作的额外益处可能更加明显。此外，尽管可以假设资源获取增加，但仍需对养分有效性和氮转移进行明确测定，以确认苜蓿的促进效应。除资源数量和转移外，根系构型和土壤微生物组也可能提高间作作物性能。了解所有这些因素对IWG性能的相对贡献，将有助于更全面地理解间作系统，并为进一步提高IWG种植系统的生产力和可持续性的管理措施提供见解。
