间套作改善作物矿质营养的机理研究进展

【目的】合理的间套作能够改善作物的矿质营养。近年来国内外对间套作提高作物生产力、 改善作物矿质营养的机理研究越来越深入。本文分析了国内外不同间套作中作物根际养分动态及作物营养吸收变化,阐述了间套作改善作物矿质营养的可能机理。【主要进展】 1)根系分泌物中的铵态氮和氨基酸态氮作为作物的氮源; 根系分泌物能够诱导豆科作物固氮作用的增强,增加间套作系统中的氮营养; 2)根系分泌物中的有机酸类物质能够活化根际土壤中的磷、 铁、 钾等营养,将其转变为植物可以利用的营养; 3)根系分泌物或地上部的种间互作能诱导作物的根系构型和矿质营养吸收相关基因的表达发生变化,形成空间上的营养生态位互补,增强根系吸收矿质营养的能力,充分利用土壤营养资源; 4)丛枝菌根真菌与作物间形成的网络便于营养在作物之间的转移和吸收; 5)间套作能够改变土壤生物多样性(土壤动物和微生物),而土壤的生物多样性能够促进作物矿质养分的吸收。间套作中,由于微生物代谢功能的多样性,作物对微生物的选择和富集使得根际土壤功能微生物的种类和数量增多,提高了土壤中矿质营养的生物有效性; 6)间套作提高了土壤的酶(如脲酶,酸性磷酸酶和碱性磷酸酶)活性,促进了有机氮、 磷向无机氮、 磷的转化,提高了土壤无机氮、 磷的浓度。总之,根系分泌物、 根系构型变化、 土壤生物多样性、 土壤酶在作物的营养有效利用中发挥重要作用,其中根系分泌物是它们之间的纽带,介导了作物-作物、 作物-土壤、 作物-微生物之间的相互作用。【建议与展望】由于技术手段的限制及地下根际过程的复杂性,人们对于地下生物学过程的认识还远远不够。根系分泌物的原位定性与定量、 间套作中种间的识别和响应、 间套作对土壤生物多样性的影响及土壤生物多样性对作物生长的反馈、 间套作中功能微生物的筛选、 分离、 鉴定及应用都将成为研究的重点。     

间套作强化农田生态系统服务功能的研究 进展与应用展望

间套作是我国传统农业的精髓,其存在2 000多年,必然蕴含重要的科学原理。过去的研究表明其不仅能够大幅度提高作物产量,而且能够充分利用地上部的光热资源,充分挖掘和利用地下部水分养分资源,强化农田生态系统服务功能。近年来,国内外对其资源高效利用的研究取得了显著的进步,特别是地下部资源高效利用方面。本文首先综述了相关研究的进展:间套作作为增加农田生态系统生物多样性的重要措施,具有重要的生态功能,如提高作物产量,增加作物生产力的稳定性,充分利用地上部光热资源和土壤水分、土壤和肥料中的氮素和磷素以及微量元素等。随后,对间套作提高资源利用效率的机制进行了分析,包括水分需求上的时间和空间生态位互补,豆科/禾本科间作体系中的豆科作物生物固氮和禾本科作物对土壤氮素利用上的互补和促进作用;磷活化能力强弱搭配的间作体系中,磷活化能力强的作物对活化能力弱的作物的促进作用;双子叶和单子叶植物的搭配,改善双子叶植物的Fe、Zn等微量元素的含量等。最后,对间套作进一步研究方向和应用提出了一些看法和思路。在研究方面,包括作物多样性与农业可持续发展,地下部作物种间信号的传递,地上地下部多样性的互反馈调节机制,以及作物生长模型等。在应用方面,包括豆科作物纳入农业生产体系发展生态集约化农业,利用间套作发展有机农业,利用种间相互作用提高磷肥利用率和增加作物可食部分的微量元素含量等。并认为间套作中的机械化、育种等问题的解决将有利于间套作的进一步发展。     

施肥对小麦／大豆间套农田土壤水分时空分布的调节

设计不同氮,磷供应量和不同施肥深度,对小麦／大豆间套农田土壤水分时空分布进行了研究,试验得出：间套农田土壤念量由于受灌溉的调节表现出显的时间变异性和分布非均衡性,但不同土层土壤含水量也表现出明显的层次性,即从上到下土壤含水量变异系数呈幂函数递减趋势,两种作物共生期间,小麦处于竞争优势位,其行间水分消耗较多,而小麦收获以后,大豆行间土壤含水量下降更甚,间套作农田土壤含水量不同时段表现出的这种水平变化特征,有利于WUE的提高,供磷使0．60cm土层土壤含水量下降了3．8％－12．6％,又使表层土壤含水量高了5.8%-104.9%,肥料深施和合理的N,P配施可促进间套作物地上冠生长,增加地面覆盖度,减轻棵间蒸发,提高土壤表层含水量,同时,促根效应也使深层水分不断补充到上层,促进根系,养分,水分的三位一体,达到三元协调,水肥耦合的效果。     

集约化互作体系植物根系高效获取土壤养分的策略与机制

【目的】植物根系的形态与生理变化是植物从土壤中高效获取养分资源的重要机制,由相同物种或不同物种组成的互作体系中植物根系对养分的吸收利用受相邻植物竞争的强烈影响,阐明互作体系不同竞争条件下植物根系获取养分的策略并揭示其作用机制,这是基于根系觅食行为探讨养分高效利用的根际调控途径与技术措施的重要理论基础。主要进展根系属性的互补性有利于降低根系间对养分的竞争。根系构型的互补性,例如深根系与浅根系植物互作,促进个体植株对土壤剖面不同深度养分的吸收利用;由根系可塑性介导的水平方向上根系空间分布的互补性,提高了植物根系对同一土层不同空间位点土壤养分的挖掘;个体植株根系形态属性与相邻植物根际生理过程的互补性促进根系对不同形态养分的利用。互作体系根系获取养分的策略具有高度互补性,这有助于提高整个作物系统的养分利用效率,进而提高生产力。根系空间生态位的分离 (包括垂直与水平方向) 以及根际生物化学特征生态位的分离,是驱动互作体系根系高效获取养分资源的主要机制。合理的根层调控可以提高植物根系挖掘土壤养分的能力;优化互作体系物种的搭配能充分发挥根的互作效能,提高养分利用的生物潜力。问题与展望今后应进一步针对集约化高投入作物体系,通过管理根层养分供应和物种间的互作效应,强化根际养分信号的调控作用,调节根系形态与生理特性,降低种间竞争,增强种间互利,以最大化根系和根际的生物学潜力,提高养分利用效率和作物产量,为实现以节肥增效为核心的可持续集约化作物生产提供重要的调控策略与途径。     

间套混种控病增产机制研究进展

间套混种是一种能够提高农田生物多样性的种植方式,具有充分利用资源和大幅度增加产量的特点,也是利用种间互作控制病害发生的传统农作措施。间套混种在解决人口不断增长、资源日益枯竭和生态环境恶化等问题方面具有重要的现实意义,已经成为近年来国内外研究的热点。间套混作在一起的作物具有非常复杂的相互作用关系,这种相互作用关系涉及地上部(冠层)的相互作用和地下部(根际)的相互作用,作物对水分、养分和光热等资源的高效利用、复合群体产量优势和病害持续控制都是与种间相互作用相联系的。本文综述了间套混种系统中地上部因素和地下部因素在作物病害控制和产量优势中的作用效果及机制,并展望了当前研究重点及今后需要研究的方向。     

高投入蔬菜种植体系磷素高效利用的根际对话及效应研究进展

蔬菜种植体系是一种高投入体系,高量磷肥的投入会造成磷资源浪费和磷高积累带来的环境风险。通过根际调控增加磷有效性以及提高蔬菜对磷的吸收利用是菜地减磷增效行之有效的手段之一。基于该研究思路,综述了根际对话三大模块,植物-植物对话（蔬菜间套作根系互作）、植物-微生物对话（蔬菜根系与菌根真菌及根际促生菌互作）以及微生物-微生物对话（菜地解磷微生物与根际微生物互作）在促进蔬菜根系发育、活化土壤累积态磷从而增加蔬菜对磷的吸收利用方面的作用及其作用机制。同时阐述了人为调控不同模块,如利用解磷微生物菌肥提高蔬菜磷吸收利用,以及在缓解蔬菜连作障碍方面的应用效果及机理。最后探讨今后高投入体系根际对话的研究方向,旨在为推动高投入蔬菜种植体系磷肥管理的绿色和可持续发展提供理论依据。     

高投入菜地土壤磷素环境与农学阈值研究进展

维持适宜的土壤有效磷水平对保障蔬菜产量和水体安全具有十分重要的作用.而当前蔬菜种植体系磷肥投入的显著特征是高量、高频次,导致大量磷素累积在土壤中会增加磷素移动性从而引发高环境风险.一般认为菜地磷的环境阈值高于农田,但菜地的灌水和磷肥投入均远高于农田,因此磷流失程度仍高于农田.综合文献调研结果发现,我国不同地区的菜地土壤...     

坡地磷素迁移研究进展

坡地磷素迁移是导致土壤质量退化、肥料利用率降低以及水体富营养化的重要原因,是非点源污染的重要形式.通过对土壤中磷素的形态转化、降雨特征、土壤理化性状与地形条件以及土地利用方式等四个主要方面阐述了坡地磷素迁移的国内外研究进展,提出当前坡地磷素迁移研究的三个主要方向:(1)遴选适当的磷素形态指标,使之能同时较敏感地反映坡地磷素流失对水环境和土壤质量的影响;(2)磷素在土壤中的形态转化与坡地磷素迁移的相互关系;(3)坡地磷素迁移的动态过程与空间变异.通过这三方面的工作将会有力促进磷素迁移及其环境影响研究的规范化,促进土壤科学与环境科学的相互借鉴与融合,也将为农田养分的科学管理、土壤退化的控制与修复奠定理论基础.     

菌根对紫色土上间作玉米生长及磷素累积的影响

丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)在土壤与植物系统的磷素循环中发挥着关键的作用。本文通过盆栽模拟试验研究了不同AMF接种状况[不接种(NM)、接种Glomus mosseae(GM)、接种G.etunicatum(GE)]和玉米/大豆间作体系不同根系分隔方式(不分隔、尼龙网分隔、塑料膜分隔)对间作玉米植株生长及磷素吸收累积的影响。研究结果表明:GM处理下的间作玉米根系侵染率在不同根系分隔方式之间的差异不显著,而GE处理则在塑料膜分隔处理下对玉米的侵染率最高。接种不同AMF对间作玉米促生效果不同,GM和GE处理在不同根系分隔情况下表现出各自的优势,与未接种处理相比,GM处理能使玉米生物量、株高有一定程度增加并在根系不分隔处理下玉米磷吸收较多、生长较好;GE处理能使植株生物量有一定程度增加并在尼龙网分隔处理下的玉米磷吸收较多、生长较好。间作体系不同根系分隔方式对玉米的影响也不同,其中玉米地上部生物量在根系分隔处理下普遍小于不分隔处理,但根系生物量的大小情况则刚好相反。另外,无论何种接种状况,玉米根系磷含量及吸收量均以尼龙网分隔处理显著较高。而根系磷吸收效率则以接种G.mosseae且不分隔根系处理显著高于分隔处理。所有复合处理中,以接种G.etunicatum与尼龙网分隔根系组合处理对间作玉米的生长及磷素累积的促进作用最好,若应用于滇池流域,可望有效控制坡耕地土壤磷素的迁移。     

间作蚕豆根系活力和形态对丁香酚及供水水平的响应

针对干旱和种间作用下,外源化感物质对作物根系作用机制研究薄弱问题,本文以小麦间作蚕豆为参试对象,在不同土壤含水量水平下(田间持水量的75%,60%,45%),研究了小麦根系分泌物丁香酚(2-甲氧基-3-烯丙基苯酚)对单作和间作蚕豆根系形态和活力的影响,以期为通过化感作用途径调控间作群体探索新的思路。结果表明:土壤中浓度为300×10-6mol·kg-1的丁香酚对单作和间作蚕豆根系活力和根体积、根干重和根长等形态特征均具有抑制作用,表现为化感负效应;随供水水平的提高丁香酚对蚕豆根系的化感效应呈减弱趋势,不同供水水平下化感效应绝对值表现为在土壤含水量为田间持水量的45%时最大,60%居中,75%最小。蚕豆根系活力的化感效应值在75%和60%供水水平下,均与45%供水水平之间存在显著差异,单作和间作蚕豆化感效应值在75%供水水平处理下,较45%供水处理分别降低64.0%和56.8%;而种植模式、丁香酚和供水水平对蚕豆根系活力、根体积、根长和根干重的互作效应不显著。因此,生产实践中,可通过优化水分管理达到弱化化感物质对间套作作物间根系的负效应,从而达到克服间套作群体中因某一种作物化感物质累积而造成的毒害作用。