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文章信息01
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02英文题目：Temporal complementarity drives species combinability in strip intercropping in the Netherlands 中文题目：不同作物的时间生态位互补促进了间作优势 期刊名称：Field Crops Research（2021年影响因子：6.145） 发表年份：2023年 通讯作者：Zishen Wang 作者单位：Wageningen University & Research, Centre for Crop Systems Analysis, Bornsesteeg 48, 6708 PE Wageningen, the Netherlands
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Highlights
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1. 间作优势来自于物种的时间生态位互补，本研究中氮获取并没有在互补效应中发挥主要作用。 2. 蚕豆是最具竞争力的物种，在间作中具有较高的偏土地当量比（LER）和净效应（NE）值。 3. 来自蚕豆的竞争降低了小麦和豌豆的产量，没有提高蚕豆的产量，从而产生了负的净效应。 4. 在时间尺度上具有互补作用的间作模式可以提高西欧传统农业的土地利用效率和粮食产量。
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研究背景
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间作作为一种多样化种植的方式，由于其高产高效的特点，为可持续农业的发展提供了可行的方案。而间作中不同作物生育期的差异降低了物种间的竞争，并且增加了整个体系的资源利用效率，以往的研究已经发现了很多间作优势都来自于不同物种间的互补作用。 而竞争也是间作体系中重要的种间关系。在竞争体系中，物种的产量增加可能与配对作物的产量下降有关。当优势物种决定体系生产力的时候，即便配对作物的产量下降，间作依然具有生产力优势。由于间作的生产力取决于特定生长环境下的不同物种组合，因此在特定的种植背景下研究不同的间作物种的相应表现，对确定不同物种对间作的生产力贡献至关重要。 在西欧，资源投入较高的窄带幅间作很少见，主要是因为与播种、收获和作物管理相关的技术问题尚未解决。相反，欧洲的间作模式以同种同收的禾本科和豆科组合为主，其投入相对较低，且能利用豆科作物的生物固氮能力，从而为间作体系提供相应的养分。 本试验计算了不同间作模式的生产力及土地利用效率，比较了间作相比于传统单作的产量优势（净效应）。通过比较套作和间作种植，证明了时间生态位互补的重要性。通过比较有无豆科间作体系之间的差异，探究豆科作物对体系氮素吸收利用的重要性。
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材料与方法
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本试验于2018年和2019年在荷兰的Droevendaal农场（51°59′ 20″ N，5°39′16″ E）进行（图1）。当地气候为温带海洋性气候，生长季节平均气温为16 °C和15 °C，累积光合有效辐射为1537和1514 MJ m-2，累积降水量分别为300和252 mm。本研究计算了不同物种间的时间生态位分离（TND）、土地当量比（LER）、竞争比率（CR）和净效应（NE）。并通过不同的模型用来确定生产力优势和不同作物时间生态位分离之间的关系（表1）。
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图1 不同间作模式照片：a.玉米/小麦；b.玉米/蚕豆；c.玉米/豌豆；d.蚕豆/小麦；e.蚕豆/豌豆；f.小麦/豌豆。 表1 LER（或NE）与TND之间的关系模型。
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结果与讨论1. 不同物种的籽粒产量、生物量和收获指数 在2018年，与小麦或豌豆间作的玉米的籽粒产量比相应单作高25%和26%，与蚕豆间作的玉米籽粒产量相比于单作无显著差异。2019年不同间作模式下的玉米籽粒产量相较于单作均无显著差异。在两年实验中，玉米生物量在与小麦或豌豆间作体系中显著增加，高于与蚕豆间作体系。所有处理中玉米收获指数无显著变化。对于小麦而言，2018年与玉米间作的小麦具有显著的产量和生物量优势。在两年实验中，蚕豆与玉米间作后产量显著提高。而豌豆生物量与籽粒产量结果类似，都在2019年表现为减产的趋势（图2）。
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图2 2018年（a, c, e）和2019年（b, d, f）不同品种生长时玉米（i）、小麦（ii）、蚕豆（iii）和豌豆（iv）的产量、生物量和收获指数。其中，虚线表示相应作物单作处理值；不同小写字母表示间作模式之间差异；星号表示间作和单作处理具有差异。 2. 不同间作体系的LER、NE和CR 2018年，玉米/小麦、玉米/蚕豆、玉米/豌豆间作体系的籽粒产量和生物量LER均大于1，而2019年只有玉米/蚕豆的籽粒产量LER大于1（图3）。无玉米处理的间作体系LER均小于1，具有玉米处理的间作表现出更高的产量优势。净效应的结果和LER呈现出类似的趋势，包含玉米的间作模式表现出更高的净效应（图4）。竞争比率的结果表明蚕豆是间作体系中竞争力更强的作物（表2）。
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图3 2018年（a）和2019年（b）6种间作组合的土地当量比。
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图4 2018年（a）和2019年（b）间作和作物（玉米、小麦、蚕豆和豌豆）对产量（i）和生物量（ii）的净效应。 表2 2018年和2019年产量和生物量CR。间作由焦点作物（列）和配对作物（行）表示。由于两个作物的CR是彼此的倒数，因此仅显示焦点作物的CR。
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3. TND与LER和CR的关系 土地当量比和净效应随着时间生态位分离程度的增加而增加。每增加一个单位的时间生态位分离，LER增加1.08倍，净效应提高9.33 Mg ha-1（图5）。
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图5 TND与LER（i）和NE（ii）与产量的关系。 4. 边行效应 套作体系下，2018年玉米/小麦和玉米/豌豆体系中的玉米均具有边行效应，其边行产量显著高于单作，而玉米/蚕豆间作中的玉米则不具有边行优势（图6）。玉米/蚕豆间作中的蚕豆、玉米/小麦间作体系中的小麦均具有边行优势，而玉米/豌豆间作体系中的豌豆不具有边行优势（图6）。对于间作体系而言，蚕豆与小麦或豌豆间作后均具有一定的边行优势，而小麦和豌豆的产量相比于单作都有所下降（图6）。小麦与豌豆间作后具有显著的间作优势，2019年边行小麦的籽粒产量增加了22%（图6）。
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图6 2018（a, c, e）、2019（b, d, f）年不同行的玉米（i）、小麦（ii）、蚕豆（iii）和豌豆（iv）间作体系产量、生物量和收获指数。在本研究中，套作体系表现出更高的间作优势，这种体系能够更加充分的利用农田生态系统中的光照、水分、养分资源；另一方面，套作体系中的时间生态位互补也是这种模式具有更高产量优势的原因之一，更高的时间生态位分离往往能够带来更大的土地当量比和净效应。基于时间生态位分离的理论，构建“双赢”的间作体系至关重要。在竞争体系中，生育期较长的玉米要在后期得到产量恢复，需要保证足够的养分供应和光热条件，以此来获得产量优势。豆科作物虽然在产量和生物量方面对间作体系的贡献有限，但因为其具有生物固氮作用，大大降低了整个间作体系中的氮肥投入。本研究中，相比于豌豆，直立不易倒伏的蚕豆更适合与玉米进行带状间作。
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结论
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本研究发现，具有时间生态位互补的套作模式表现出更高的产量优势。作物的选择应当遵循生育期季节性互补的原则。豆科作物能够更好的适应套作模式，在降低氮肥投入的条件下增加生产力。 文章链接
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原文链接： https://doi.org/10.1016/j.fcr.2022.108757
