农作物-畜牧业系统对地中海地区的农村经济贡献巨大,在北非国家,畜牧业占农业总产值的24%至40%(FAO,2016年)。这些系统的重要性不仅体现在直接的食物生产上,还在于它们保护了农村景观和农业环境。它们通过限制土壤侵蚀和水文地质风险、保持土壤肥力和持水能力、减少野火风险以及促进养分循环等方面发挥积极作用(Peeters,2009年;FAO,2010年;Dean等人,2024年)。在南欧,农作物-畜牧业系统对于生产高附加值的动物产品(如特色奶酪)至关重要,从而保障了当地经济。在北非和西亚,随着人口增长对动物产品需求的增加,畜牧业成为应对经济冲击或作物歉收的缓冲机制,同时提供了优化劳动力利用和重新利用农业资源的机会(FAO,2010年)。在低收入国家的干旱易发地区,农作物-畜牧业系统不仅关系到粮食和经济安全,还关系到环境、能源和健康安全(Stavi等人,2021年)。
育种家、农学家和推广人员正共同努力,开发能够实现各种农业生态和社会经济可持续性目标的饲料系统,例如粮食安全、农业生物多样性、生态系统服务和气候适应能力。气候变化导致地中海地区永久性草地的生产力和饲料质量下降(Dibari等人,2021年),这突显了针对性培育饲料作物的必要性。豆科植物被认为对提高农业系统的可持续性和气候适应能力至关重要(Stagnari等人,2017年),并支持新的农业模式,如农业生态学和再生农业。它们在农业系统中的存在有助于减少投入和生产成本,同时提高饲料供应、饲料质量和农业生物多样性(Duru等人,2015年)。尽管豆科植物品种可能为农作物-畜牧业系统带来诸多好处,但由于大多数现有品种是针对温带气候选择的,因此其在地中海条件下的应用可能受到限制。
由于土壤-气候条件的差异,地中海地区的农作物-畜牧业系统具有很大差异(Dean等人,2024年)。在南欧的雨养地区,这些系统主要依赖以小粒谷物作物为主的临时草地,这些作物可以单独种植或与一年生豆科植物混合种植(Cosentino等人,2014年)。多年生饲料作物如苜蓿(学名:Medicago sativa L.)以及耐旱的高羊茅(Festuca arundinacea L.)和羊茅(Dactylis glomerata L.)主要通过干草生产为动物提供饲料。这些多年生作物在初秋降雨后即可放牧,从而比一年生作物更早恢复植被生长(I等人,2022年),延长了饲料供应期。
在北非,小规模农民的畜牧业严重依赖自然草地、废弃地和作物残余物的放牧,但过度放牧和沙漠化日益严重(FAO,2010年)。灌溉苜蓿是该地区主要的饲料作物,但气候变化对其种植构成威胁(Kharrat等人,2023年),气候变化加剧了城市用水需求增加、地下水位下降以及灌溉用水导致土壤盐碱化的问题(Leone和Steduto,1998年)。
一年生和多年生饲料作物种类以及不同的种植方式(如单种作物种植或间作)在地中海条件下既可能带来机会也可能带来限制。这些方面的更多信息不仅对农民、农学家和农村推广服务有价值,也对植物育种者有帮助。植物育种可以为提高农作物-畜牧业系统的生产力和抗逆性做出重大贡献(Rognli等人,2021年),但需要明确目标物种和植物类型,以便有效利用有限的育种资源。Ergon等人(2018年)建议采用多年生作物作为一年生作物的替代品,以应对气候变化带来的挑战,但目前尚无针对地中海环境的年度作物与多年生作物在产草能力方面的正式比较。多年生作物和一年生作物可以在空间、时间或两者结合上分别使用,以增加农业生态系统的多样性,从而提高其稳定性和抗逆性(Ergon等人,2018年;Picasso等人,2022年;Schaub等人,2020年)。多年生作物相比一年生作物的优势在于每年更低的成本、更有效的季节性土壤保护以及全年更高效的水资源利用(主要在夏末至初秋,此时谷物和一年生饲料作物尚未生长成熟)(Lelièvre等人,2008年)。然而,大多数多年生作物品种不耐旱,叶片易衰老,可能导致晚春至夏末期间饲料供应不足(Porqueddu等人,2016年)。尽管如此,地中海地区的多项研究表明,苜蓿(Annicchiarico等人,2011a)及一些伴生草类(如羊茅和高羊茅)能够适应恶劣环境(Annicchiarico等人,2011b;Pecetti等人,2011年)。
使用具有理想适应特性的作物混合物,利用互补的生态位,是应对多变和不可预测环境(包括干旱地区)的有效策略(Volaire等人,2014年;Ergon等人,2018年;Martin-Guay等人,2018年;Lüscher等人,2022年)。基于豆科植物的混合物可以满足农业系统向更高产量、更好饲料质量和可持续性转型的需求(Lüscher等人,2014年;Duchene等人,2017年;Mahmoud等人,2022年;Galloway等人,2024年)。在 Mediterranean 农业中,一年生饲料作物常采用间作方式,其中最常见的组合是一年生野豌豆(Vicia sativa L.)与燕麦(Avena sativa L.)。野豌豆在意大利的地中海地区无论是单独种植还是与燕麦等作物混合种植,都能获得良好的饲料产量(Bacchi等人,2021年)。其他秋季播种的豆科作物,如豌豆(Pisum sativum L.),也与燕麦或大麦(Hordeum vulgare L.)或小黑麦(Triticosecale Wittm.)间作时具有较高的饲料潜力(Annicchiarico等人,2017年;Bacchi等人,2021年)。在西北欧,苜蓿常与饲料草类混种(Julier等人,2017年)。在特定环境中引入一年生豆科植物-谷物或多年生豆科植物-草类混合物时,需要了解它们相对于单种作物的产量优势及伴生物种间的竞争动态(Annicchiarico等人,2019a;Ribas等人,2023年)。
农民参与创新作物的评估过程,有助于农业或育种研究更好地满足农民需求,促进新品种/栽培方式的采用(Ceccarelli,2015年)。农民可以通过参与式评估研究管理田地中的种质资源,发挥“咨询”作用。农民作为最终用户,其经验可能关注与育种者不同的植物特性(Annicchiarico等人,2019b)。
本研究旨在评估地中海两个干旱压力程度不同的地区(摩洛哥内陆和撒丁岛)中,多种基于豆科植物的一年生和多年生作物处理方法的性能。评估指标包括年均干物质产量(DMY)、混合物中豆科植物的贡献、杂草发生率以及农民对种植和使用各方面的评价得分。具体研究目标包括:(a) 首次对比一年生与多年生饲料作物在单独种植和混合种植时的表现,涵盖不同豆科植物和谷物/草类品种;(b) 验证混合物复杂性对评估指标的影响;(c) 比较苜蓿和豌豆的不同植物结构,同时考虑这两种物种内部的形态生理变异(Annicchiarico等人,2013b;Pecetti等人,2008年)。