在短生长季的北方气候条件下，多种作物混种的生物质形成、产量表现及其作为生物燃料的潜力

为什么混作重要

在各国寻求更清洁的能源来源之际，普通农田可能成为重要的“发电厂”。本研究探讨将三种常见作物——玉米、工业大麻和蚕豆——在同一田块中混种是否能产生更多用于生物燃料的植物物质，同时对环境更友好。研究在立陶宛进行，夏季短且凉爽，这为评估未来北方地区农业与能源系统的可能性提供了良好试验条件。

三种作物，同一田地

研究者将常规单一作物田与更为多样的混作田进行了比较。设置了七种种植模式：每种作物单独种植；两种作物配套种植；以及玉米、大麻与蚕豆的三混合种植。所有处理均采用低肥料投放且不使用农药，并在仅103–105天后收获，即以蚕豆成熟为收获时间。这一设计反映了现实可行的低投入系统，能够为农户在较早时段提供生物质原料，而无需等到整个生长季结束。

植物如何互助

蚕豆发挥了重要作用。像许多豆科植物一样，蚕豆根部共生的细菌能从空气中固氮，将其转化为植物可利用的养分。在混作中，这种“免费施肥”有利于邻近作物。与单作相比，与蚕豆混种的玉米和大麻平均高出14%、叶面积增加24%，叶绿素指数提高19%，这些都是养分获取改善和光合作用增强的迹象。尽管混作中单株个体常因空间与光竞争而比单作时更小，但田间总体生物质产量在物种组合下往往更高。

从绿田到燃料

产量最高的是玉米—大麻—蚕豆的三混合种植体系。第一年，该混作地每单位面积干物质产量比任何单一作物高出4至8倍。此外，它在一个综合表现评分中位列最高，该评分将生长、植物生理和产量等指标合并为单一指数。尽管该体系田间操作消耗的燃料最多，但由于收获物料量大，仍实现了最大的净能回报——超过36万兆焦每公顷。研究团队将混合生物质制成颗粒，发现其密度高、灰分含量低且灰分软化温度高，符合国际固体生物燃料的质量标准。

气候与土壤的考量

该研究跨越三年，并非每个生长季对作物都同样有利。气候波动和土壤养分逐步减少导致产量随时间下降，尤其是在最高产的混作体系中氮素损失明显。到第三年，所有体系的总生物质均出现明显下降。这表明即便是合理的作物组合也无法完全取代长期的土壤养护：多样化混作在纳入更广泛的轮作制度并辅以周到的养分管理时效果最佳，而不是在同一田块上不加调整地重复种植。

更聪明的种植带来更清洁的能源

当研究者评估从田间到颗粒燃烧的全生命周期环境影响时，发现混作生物质，尤其是玉米—大麻和大麻—蚕豆体系，相对于单一玉米生物质导致的气候变暖、酸化和水体污染要更低。简言之，在北部短暂夏季中混种玉米、大麻与蚕豆可以产出更多可用燃料、产生更高质量的颗粒并降低环境负担，相较依赖单一种植更具优势。对农户和政策制定者来说，结论明确：通过多样化田间种植可以为家庭和企业提供动力，同时推动食品与能源系统向更可持续的方向发展。

引用: Balandaitė, J., Romaneckas, K., Kimbirauskienė, R. et al. Biomass formation and yield performance in diverse multicrops and their potential for biofuel use in short-growing boreal climate conditions. Sci Rep 16, 10665 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-46324-0

关键词: 生物能源作物, 间作, 工业大麻, 蚕豆, 北方农业