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在俄勒冈州东北部，杂草侵扰严重制约了冬小麦(Triticum aestivum L.)产量。为解决此问题，研究人员自2021年起开展了为期四年的田间研究，评估了在连作冬麦田中间作四种豆科植物（三叶草、冬豌豆、野豌豆）对杂草抑制和小麦产量的影响。研究发现，在2023年，豆科植物展现了部分杂草抑制潜力，但效果在不同年份间不一致。中间作物的管理，特别是其是否生长至成熟期还是在生长季中被终止，是影响处理效果的关键因素。选择合适的物种并实施允许生物量积累但又不对小麦造成过度竞争的早期终止管理至关重要。该研究为干旱地区小麦种植系统探索非化学的杂草综合治理策略提供了重要依据。
在广袤的美国内陆太平洋西北部（PNW）地区，冬小麦(Triticum aestivum L.)是最主要的作物。然而，这片土地上的农民们正面临着一个顽固的对手——杂草。诸如旱雀麦(Bromus tectorum L.)、鼠尾看麦娘(Vulpia myuros)等冬季一年生禾本科杂草，因其生命周期、根系结构与小麦高度相似，在水分和养分上展开了激烈争夺，有报告称旱雀麦可导致该地区小麦减产高达40%。不仅如此，俄罗斯蓟(Salsola tragus L.)、毒莴苣(Lactuca serriola L.)等阔叶杂草也令人头疼。更棘手的是，部分杂草已对多种不同作用机制的除草剂产生了抗性，这使得探索非化学的杂草管理方案变得至关重要。
就在这样的背景下，一项发表在《Agronomy Journal》上的研究，将目光投向了“间作”这一古老的农业智慧。间作，指在同一块田地上于作物生长季节的主要时段同时种植两种作物，它能通过增加对光照、养分、水和空间的竞争来抑制杂草。其中，谷物与豆科植物间作尤其受到关注，因为豆科植物能固定大气中的氮(N)，有望降低氮肥投入成本。然而，在干旱少雨的美国西北内陆地区，这种间作模式是否能有效抑制杂草，又会不会反过来与小麦“内卷”，导致减产呢？为了回答这些问题，一项为期四年（2021-2024年）的田间试验在俄勒冈州亚当斯的哥伦比亚高原保护研究中心展开了。
研究人员评估了四种豆科植物作为间作覆盖作物与冬小麦混播的效果，包括：霜冻波斯三叶草(FB, Trifolium alexanderinum L.)、肯塔基骄傲深红三叶草(KPC)或迪克西深红三叶草(DC, Trifolium incarnatum L.)、冰柱冬豌豆(Icicle winter peas, Pisum sativum L.)以及普通野豌豆(common vetch, Vicia sativa L.)。试验旨在评估它们对杂草（特别是旱雀麦）的抑制效果以及对冬小麦产量的影响，并探寻最适合俄勒冈州东北部地区的小麦-豆科间作组合。
为开展此项研究，作者主要应用了以下几项关键技术方法：首先是为期四年的田间试验设计，包括不同的试验小区布局（如裂区设计、部分随机区组设计）和重复；其次是专门的播种设备（如Wintersteiger双排开沟器免耕播种机）以实现小麦与覆盖作物的同播或分播；再者是基于土壤硝态氮(NO3-)和铵态氮(NH4+)测定的变量追氮管理技术，以优化施肥；此外，还包括系统的田间采样与评估方法，如使用样方进行植物密度、生物量测定以及视觉覆盖度评估；最后，运用混合效应模型进行统计分析，以评估不同处理对杂草覆盖度和小麦产量等指标的显著性影响。
研究结果
3.1 2021年的试验
2021年是研究中最干旱的一年。结果发现，三叶草未能越冬存活，而豌豆和野豌豆则成功建植。然而，无论是豆科植物的存在与否，对主要杂草旱雀麦的密度和生物量均未产生显著的抑制效果。不同小麦品种在密度上存在差异，但对生物量和杂草抑制的影响不显著。
3.2 2022-2024年的试验
这三年间，杂草群落发生了动态变化。2022年以旱雀麦为主，2023年自生小麦成为优势杂草，而到了2024年，连续三年的有效化学防控使旱雀麦几乎消失，自生小麦和自生野豌豆成为新的问题。
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豆科植物的建植与表现：前三年的试验中，三叶草均未能成功越冬，直到2024年，得益于提早播种和夏末降水，迪克西深红三叶草(DC)和霜冻波斯三叶草(FB)才得以良好建植。相比之下，豌豆和野豌豆在前三年相对更容易建植。
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对杂草抑制的影响：豆科植物的杂草抑制效果因年份和处理方式而异。在2022年（降水最多），让豌豆和野豌豆生长至成熟并未能减少杂草总覆盖度。在2023年（较为干旱），于5月中旬终止生长的豌豆和野豌豆显著抑制了杂草（包括旱雀麦和自生小麦）。而在2024年，与单作小麦相比，间作处理并未一致地减少总杂草量，间作野苔藓的地块甚至因自生野豌豆和自生小麦增多而杂草更甚。
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对小麦产量与长势的影响：豆科植物的终止时机是决定小麦产量的关键。
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2022年，让豌豆和野豌豆生长至成熟，导致小麦产量分别比单作小麦（对照）降低了94%和64%。
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2023年，在5月中旬终止豆科植物，虽然抑制了杂草，但间作豌豆仍使小麦减产53%。
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2024年，在3月就终止豌豆和野豌豆的处理，其小麦产量与单作小麦无显著差异。然而，让两种三叶草生长至成熟的处理中，迪克西深红三叶草(DC)导致了小麦减产。
讨论与结论
本研究揭示了在干旱的冬小麦系统中间作豆科植物的复杂性和挑战。核心结论是：间作豆科植物的杂草抑制效果不一致，且其管理方式，特别是终止时机，对小麦产量具有决定性影响。
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物种适应性与建植挑战：三叶草在俄勒冈州东北部难以越冬，除非能像2024年那样在8月底提早播种，但这可能与当地冬小麦的最佳播期（9月下旬至10月中旬）不匹配。相比之下，豌豆和野苔藓对该地区多变的夏末降水适应更强，更具应用潜力。
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杂草抑制效果有限且多变：与许多降水更充沛地区的研究不同，本研究中豆科植物的生物量积累有限（2021年早期生物量仅0-190 kg ha-1），未能持续、有效地抑制杂草。其抑制效果仅在2023年（干旱年、中等杂草压力下）表现明显，在杂草压力极高的2022年或极低的2024年均不显著。研究期间杂草群落的显著变化主要归因于连续使用除草剂（如2021年使用百草枯(paraquat)，2022-2023年使用喹禾灵(quizalofop)）对旱雀麦种子的成功遏制，而非间作本身的持续作用。
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终止时机的核心作用：这是本研究的核心发现。让豆科植物生长至成熟（如2022年的豌豆/野豌豆，2024年的DC三叶草）无一例外地造成了严重的小麦减产，原因是它们与小麦在水分和养分上形成了过度竞争。反之，在生长季早期（如3月小麦分蘖期后）终止豆科植物（如2024年的豌豆和野豌豆），则能在不明显影响小麦产量的前提下，保留豆科植物作为覆盖作物（而非间作作物）的潜在好处。过早的竞争会降低小麦早期覆盖度，但小麦似乎能耐受早期适度的竞争压力，而延至拔节期后的竞争则危害巨大。
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氮素管理的复杂性：研究采用了基于土壤硝态氮的变量施氮策略。然而，在假设有豆科固氮的间作区，施氮量通常低于单作小麦区。结果发现，间作野苔藓的地块由于2022年过度固氮，总氮量最高，但这并未转化为小麦产量优势，反而可能滋长了杂草。这表明，在间作系统中，仅依靠早期土壤无机氮测试来指导施肥可能低估了豆科植物后期矿化释放的氮，需要结合豆科植物早期生物量来优化氮肥管理。
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研究的意义与局限性：这是首次在干旱的PNW小麦系统中系统评估豆科间作覆盖作物的尝试。研究表明，在此类地区，通过早期终止将豆科植物作为覆盖作物管理，而非追求其成熟收获，是避免小麦减产的关键。这为探索减少对除草剂依赖的综合杂草管理策略提供了一种可能途径，但其经济效益和稳定性仍需更多年份的研究验证。本研究也存在局限性，如专用的双排播种机未能理想地将作物种子分播在不同行，导致间作作物与小麦间距过近，可能加剧了作物间竞争并影响了抑草效果。
总而言之，这项研究为干旱地区农业的可持续管理提供了重要的实证依据。它指出，在旱地冬小麦系统中引入豆科植物，成功的关键不在于简单地“种下去”，而在于精细的“管起来”——选择适应性强的物种（如豌豆、野豌豆），并实施一套以“早期终止”为核心的管理策略，在豆科植物积累足够生物量、发挥覆盖和潜在抑草作用的同时，避免其对小麦产量构成实质性威胁。未来的研究需要在播种技术、氮素精准管理以及更长期的气候适应性方面进行深入探索。
