摘要：农业生态系统面临的挑战是增加农业生产以满足对粮食生产的增长需求，同时保持环境功能并适应气候变化，提高自然资源使用的效率能够支持粮食生产的可持续集约化。植物多样性可能为许多昂贵的农业投入品提供替代品。杂草生长是效率低下的主要来源，它转移了稀缺资源（养分、水、光和生产力），并导致主要作物产量损失约三分之一。杂草控制还会转移稀缺资源，除草剂会产生巨大的环境和经济成本。本研究中调查了植物多样性对集约管理草地中杂草抑制的影响。研究人员在31个地点建立了15个草地群落，包括单种群落和四种混合群落，其中物种比例不同，并通过割草进行管理。研究发现，在不同地点、年份和播种密度下，与单种群落相比，混合群落的杂草生物量要低得多。超过95%的混播群落的杂草生物量低于单播群落的平均值，在三分之二的情况下，都是低于最具抑制作用的单种群落（超越性抑制）。这种抑制作用在不同年份保持不变，与地点生产力无关。结果表明，通过选择具有互补性和持久性特征的牧草物种，可以减少对氮肥的依赖，从而降低杂草入侵。这些多样性效益在集约管理的草地中很重要，有助于农业的可持续集约化，并可通过农场尺度的实际行动来实现。
文 章 信 息
译名：集约化管理草原的植物多样性大大提高了杂草抑制能力
发表时间：2018年3月1日
期刊影响因子：5.0（2023）
第一单位:爱尔兰国立都柏林大学数学与统计学院
通讯单位: 爱尔兰国立都柏林大学数学与统计学院
文 章 亮 点
1.草地多样性可以大大提高集约管理系统中的杂草抑制能力
2.超过95%的四种物种混合体的杂草生物量低于单一种植的平均值
3.三分之二的混合体的杂草生物量低于最具抑制能力的单一种植（超越性抑制）
4.混合体对杂草的超越性抑制在多年内保持稳定，与场地生产力无关
5.在施肥氮素减少的系统中，选择饲料物种的互补性和持久性特征可以减少杂草入侵
6.集约管理草地中杂草抑制的多样性效益对于可持续农业具有相关性，并且可以通过实际的农场规模行动来实现
文 章 简 介
1.研究意义
2.研究方法
2.1 材料与方法
1. 该研究在31个欧洲和加拿大的试验点进行,涉及不同的土壤、气候和生产力条件。
2. 在每个试验点,选择了4种代表不同功能类型的草种,包括快速建株的豆科植物(LF)、快速建株的非豆科草本(GF)、持续生长的豆科植物(LP)和持续生长的非豆科草本(GP)。
3. 在每个试验点,共建立了15种不同的混播群落,包括4种单一优势群落(单一草种占70%,其他3种各占10%)、6种双优势群落(2种草种各占40%,其他2种各占10%)和1种等比例群落(4种草种各占25%)。
4. 每种群落都设置了两个种植密度水平,高密度为当地常规密度,低密度为高密度的60%。在试验期间,试验区域未进行除草。
5. 每年测定每个样方中各种草本植物的生物量(吨干物质/公顷)。在单一种植区,其他非目标草种的生物量也计入杂草生物量。试验区周围设有隔离行以防止相邻样方的侵入。
实验设置如下：
2.2 分析
2.2.1 对杂草抑制进行建模
2.2.2 对场地内的杂草生物量变化进行建模
3.研究结果
3.1杂草抑制因单一栽培而异
3.2 混合物中对越界杂草的抑制作用强
在31个地点和3年中，所有草-豆科植物混合物（基于表1中M1模型的估计）的预测平均杂草生物量比GP少52%，GP是不同年份和地点中最具抑制性的单一栽培（95%置信区间：减少30%-75%）。所有混合物在实验的每一年都显示出杂草生物量的越界抑制（P < 0.05）（图 1b）。在每个地点，杂草生物量在混合物中受到抑制（图 3），平均为0.62、0.46 和 0.44 吨干物质公顷−1分别在播种后第 1-3 年，与所有年份中最具抑制性的单一栽培的杂草生物量（0.71、0.62和 0.70 t DM ha−1）和平均单一栽培（1.45、2.23和 2.40 t DM ha−1）相比（表 2）。混合物杂草占总生物量的平均比例约为 0.07，单一栽培杂草比例约为 0.33（表 2）。在所有年份中，一个地点混合杂草生物量是平均单一栽培的 25%，是该地点最具抑制性的单一栽培的 75%。在年份和地点，几乎每种混合物的平均杂草生物量都低于所有播种单一栽培的平均值（表 3），而且在地点和年份的平均生物量也低于平均值（图 1a）。在大多数地点，混合物中杂草生物量的减少是显著越界的，并且持续了数年（表 3、图 3）。这一结果与场地生产力无关（图 3），不同场地的生产力差异很大，平均年总生物量约为 3 至 18 吨干物质公顷−1年−1。沿G-L轴和F-P轴发生越界抑制，沿这些轴的低水平杂草生物量在不同年份没有差异。沿G-L轴（图2a）和F-P轴（图2b）预测了四种混合物的杂草生物量。预测混合物在两个轴上的L或P的比例分别为0.2、0.4、0.6和0.8。对于沿两个轴的预测，抑制作用都是越界的，几乎在所有情况下都是如此（图2），在以豆科植物为主的混合物中尤其强烈（图2a）。
模型显示，11 种混合物之间的杂草生物量存在显著差异，并且几种混合物在每年和总体上与等比例混合物存在显著差异。然而，相对于任何单一栽培，差异并没有大到改变结果。相对于 100 的等比例混合物，所有 11 种混合物中杂草生物量的最高和最低水平分别为（最高、最低）、第 1-3 年、（117、91）、（127、75）和 （141、72）和总体 （122、81）。在混合物之间的差异中，一些模式很明显。与豆科作物相比，以禾本科植物为主的群落的杂草生物量每年都较低，第 1 年尤为明显（图 3a）。对于以持久性物种而不是快速建立物种为主的群落，杂草生物量相同（第 1 年）或更低（P < 0.01，第 2 年和第 3 年）（图3b）。在任何情况下，沿 G-L 或 F-P 轴的预测在年份之间都没有显著差异（图 2）。
在混合中，杂草生物量不仅低得多，而且变化也少得多。一个地点内一个地块杂草生物量的估计标准偏差（SD单位：t DM ha−1）平均而言，混合栽培（0.416）比单一栽培（1.770）低（P < 0.0001）（图4）。
4.讨论
5.结论
Reference：
John Connolly, Maria-Teresa Sebastià, Laura Kirwan, et al. Weed suppression greatly increased by plant diversity in intensively managed grasslands: A continental-scale experiment [J]. Journal of Applied Ecology, 2018, 1365-2664.12991.
https://doi.org/10.1111/1365-2664.12991
本期分享来自2024级农艺与种业专业硕士研究生李玉涛
