豆科禾本科作物间作的根际生物过程研究进展

间作作为一种可持续发展的种植模式不仅具有产量和养分获取的优势,而且能够保证粮食安全、降低作物减产风险。在众多间作组合中,豆科禾本科作物间作由于种间促进及生态位互补作用,而在世界范围内被广泛应用。根际是作物-土壤-微生物相互作用的界面,是养分、水分及有害物质从土壤进入作物系统参与食物链物质循环的必经门户,在根际中所发生的生物过程不仅决定着养分的供应量和有效性,而且也影响着作物的生产力和养分利用效率。因此,本文从豆科禾本科间作的根际生物过程角度出发,综述了豆科禾本科间作对根系形态、根际微生物、根系分泌物及其生态效应的研究进展,为豆科禾本科间作体系在修复重金属污染土壤、提高土壤中养分有效性以及植物遗传改良等方面的应用提供理论依据。     

甘蔗间作玉米对甘蔗根际微生物代谢功能多样性的影响

为探讨甘蔗间作玉米种植对甘蔗根际土壤微生物群落功能多样性的影响,在云南元江和陇川甘蔗种植区设置甘蔗间作玉米和单作甘蔗田间小区试验,采用Biolog技术研究了甘蔗间作玉米对甘蔗根际微生物代谢功能的影响。结果表明:陇川试验点甘蔗间作玉米田土壤微生物代谢功能多样性指数Shannon多样性指数、Simpson指数、Mc Intosh指数、Shannon均匀度指数和Mc Intosh均匀度指数分别比甘蔗单作田提高7.08%、11.25%、63.16%、1.31%和2.26%;元江试验点,甘蔗间作玉米田土壤微生物代谢功能多样性指数Shannon多样性指数、Simpson指数、Mc Intosh指数、Shannon均匀度指数和Mc Intosh均匀度指数分别比甘蔗单作田提高10.58%、48.40%、43.42%、0.20%和1.65%。由此表明甘蔗间作玉米种植提高了甘蔗根际土壤微生物的多样性。甘蔗间作玉米种植提高了甘蔗根际微生物对碳源的利用率,且元江甘蔗根际土壤微生物对碳源的利用效率低于陇川。与单作甘蔗相比,元江试验点间作甘蔗根际碳水化合物类、氨基酸类、多聚物类、胺类、羧酸类和酚酸类利用率分别提高141.71%、50.53%、62.38%、92.82%、43.21%和6.30%,陇川试验点分别提高42.90%、51.50%、33.30%、42.64%、16.72%和24.47%。其中,两个试验区间作田甘蔗根际土壤微生物对碳源D-纤维二糖、D,L-a-甘油、D-半乳糖-γ-内酯、L-丝氨酸、甘氨酰-L-谷氨酸和2-羟苯甲酸的利用率比单作显著提高100%以上。通过主成分分析,发现甘蔗与玉米间作改变了甘蔗根际微生物的群落组成及其代谢功能,且碳水化合物类、羧酸类和氨基酸这3类碳源是区分甘蔗单作和间作处理间差异的敏感碳源。陇川试验点,对土壤微生物代谢功能影响较大的碳源主要包括2种多聚化合物、6种碳水化合物、2种羧酸类化合物、4种氨基酸和1种酚酸;元江试验点,对土壤微生物代谢功能影响较大的碳源主要包括1种多聚化合物、5种碳水化合物、3种羧酸类化合物、4种氨基酸和2种胺类化合物。综上所述,宿根甘蔗间作玉米提高了甘蔗根际微生物群落的多样性,增加了根际微生物的活性,改变了微生物群落的代谢功能。研究结果可为作物间作对土壤微生物多样性分析及增产机理研究提供新的思路和理论基础。     

花生与豇豆间作体系节肥增效试验初报

间作因具有产量优势而在我国有悠久的种植历史。为探索矮秆作物花生与高秆豆科作物豇豆间作体系节肥增产效果,采用田间试验调查了不同耕作模式下作物产量与经济效益。研究结果表明,花生豇豆间作与单作相比,豇豆产量提高30%,花生增产8.75%;氮肥每公顷节约32 kg,花生间作豇豆比花生单作体系每公顷增加收入1.08万元。因此,间作体系对于优化资源配置和节氮增产具有重要实践意义。     

不同磷水平下小麦蚕豆间作对根际有效磷及磷吸收的影响

【目的】探明不同磷水平下小麦–蚕豆间作对根际有效磷含量及作物磷吸收量的影响,提高磷肥利用率。【方法】2015—2016和2016—2017两季田间试验在云南农业大学试验基地耕作红壤上进行,供试小麦品种为云麦-52,蚕豆品种为玉溪大粒豆。设施P2O5 0 (P0)、45 (P45)和90 kg/hm^2 (P90)三个水平,和单作(M,包括小麦单作MW和蚕豆单作MF)和间作(I)两种种植模式。每季在小麦分蘖期、拔节期、抽穗期、灌浆期和成熟期,蚕豆分枝期、开花期、结荚期、籽粒膨大期、收获期采取根际土样测定有效磷含量。在小麦蚕豆收获期测定单、间作小麦、蚕豆产量,并测定作物地上部磷含量。计算土地当量比(LER)来衡量间作优势,并用磷肥农学利用率来反映磷肥的吸收效率。【结果】与单作相比,在P0、P45、P90水平下,2016年间作种植显著提高了小麦籽粒产量12.5%、21.7%和17.3%,2017年间作蚕豆产量较单作分别降低了16.8%、11.7%和8.2%。三个磷水平下,小麦–蚕豆间作具有产量优势,土地当量比(LER)为0.95~1.18。与常规施磷水平(P90)下的单作相比,小麦–蚕豆间作条件下,磷肥减施1/2 (P45)并未降低小麦和蚕豆产量。间作种植对小麦根际有效磷含量无显著影响(除2016年成熟期外),但2017年,在蚕豆分枝期、开花期、结荚期,间作则分别降低蚕豆根际有效磷含量20.8%、44.5%和18%。与P90单作相比,间作P45处理几乎不会降低小麦、蚕豆根际有效磷含量。小麦、蚕豆磷吸收量主要受磷水平的调控,种植模式对小麦和蚕豆磷的吸收量及磷肥农学利用率均没有影响。【结论】在本试验条件下,小麦–蚕豆间作提高了小麦籽粒产量,降低了蚕豆产量;间作种植主要是改变了蚕豆生育前期根际有效磷含量,但对作物的磷吸收量没有影响。小麦–蚕豆间作具有减施磷肥、维持作物产量和根际土壤有效磷的潜力。     

油葵与光果甘草间作对根际土壤酶活性及微生物 功能多样性的影响

通过盆栽试验,研究了新葵10号油葵与光果甘草间作对盐碱地根际土壤酶活性和微生物群落功能多样性的影响,以期为盐碱地的改良提供依据。结果表明,与单作模式相比,间作显著提高了根际土壤蔗糖酶、脲酶、磷酸酶和蛋白酶的活性。在144 h的温育期内,间作模式下的AWCD均高于单作模式,并显著提高了AWCD的利用率(72 h,P0.05)。与单作模式相比,间作显著提高了微生物多样性指数(S、H)。主成分分析表明,间作优化了盐碱土壤微生物群落组成;羧酸类化合物、聚合物、氨基酸和碳水化合物是间作模式下根际土壤微生物利用的主要碳源。因此,新葵10号与光果甘草间作显著提高盐碱地根际土壤酶活性和微生物多样性指数,改变了微生物群落功能多样性,对盐碱土壤质量的改良有积极作用。     

不同铁营养状况下间作小麦对花生吸收Cd的影响

采用温室土壤盆栽实验,研究不同铁营养条件下间作小麦对2个品种花生吸收积累Cd的影响。结果表明,铁营养状况对白沙1016和花育20生物量的影响不显著。两品种花生根际土壤有效Cd含量在间作不缺铁时最高,分别为0.27,0.31mg/kg。单作时,白沙1016和花育20地上和根系Cd含量均高于间作处理,但差异不显著;而间作时,缺铁的白沙1016、花育20在根系Cd含量与不缺铁处理相比显著降低,分别减少了39.0%和34.3%。土壤铁营养对单作花生植株Cd迁移率影响较小;间作条件下,与不缺铁处理相比,土壤缺铁导致Cd的迁移率显著提高,白沙1016、花育20的Cd迁移率分别增加了1.1倍和0.6倍。间作时小麦根际Cd含量低于单作,并且在缺铁条件下,与花育20间作时小麦根系Cd含量最少为7.92mg/kg。单作时花生Cd的积累量均小于小麦;竞争吸收Cd的能力表现为白沙1016小麦花育20;缺铁间作模式下作物Cd的积累量最少。同时,小麦和花生间作模式可以减少2种作物对Cd的积累,从而可降低人类摄取重金属Cd的风险。     

菌肥拌种和种植模式对豌豆/玉米根际微生物群落的影响

[目的]探究禾/豆复合体系中菌肥拌种以及间作的根际效应,为拓宽共生固氮的应用范围、提高生物固氮作用及合理运筹肥料提供理论依据。[方法]采用田间小区试验。[结果]豌豆(Pisum sativum)的根际微生物数量(3.63×107 CFU/g)高于玉米(Zea mays)的根际微生物数量(3.10×107 CFU/g);间作显著增加了两种作物根际微生物数量,与单作相比,间作后玉米根际微生物数量的增幅(55.39%)大于豌豆的增幅(33.12%);在间作条件下,菌肥拌种使作物根际微生物数量显著增加,其中豌豆根瘤菌肥的拌种效果最好,拌种后玉米和豌豆根际微生物数量的增幅分别为23.03%和46.09%,且豌豆根际微生物数量的增幅大于单作时的增幅(30.00%)。[结论]不同的种植模式和菌肥拌种均可显著有效地增加作物根际微生物数量。     

风沙半干旱区仁用杏间作对作物产量和水分利用的影响

为了探明仁用杏与作物间作对作物产量和水分利用的影响,提出适合东北风沙半干旱区最优的农林间作模式,2012-2013年在大田试验条件下对仁用杏作物间作进行试验,设置仁用杏花生间作、仁用杏谷子间作、仁用杏甘薯间作、仁用杏单作、花生单作、谷子单作和甘薯单作7个处理,对不同处理下作物产量、水分利用效率、土壤水分和水分当量比4个指标进行观测。结果表明,仁用杏作物间作对作物产量影响显著(P0.05),间作花生、谷子、甘薯产量比单作平均减少65.1%、54.3%、64.7%,而对仁用杏的产量影响不显著。土壤水分的空间分布表明,仁用杏谷子间作水分竞争关系最小,仁用杏与甘薯间作水分竞争强烈。仁用杏作物间作系统的水分当量比均大于1,表现出较好的水分优势,其中仁用杏谷子间作系统的水分优势最明显,水分当量比达1.45,分别比仁用杏花生间作、仁用杏甘薯间作高8.2%和9.9%。综合分析认为,仁用杏谷子间作最适宜当地生态环境,在东北风沙半干旱区持续雨养农业发展中具有很好的应用前景。     

玉米间作马铃薯对根际土壤酶活性及团聚体稳定性的影响

[目的]阐明影响水稳性团聚体稳定性的主要因素,为云南省红壤坡耕地综合治理提供科技支撑。[方法]设置玉米单作、马铃薯单作、玉米与马铃薯间作3个处理,分析了间作对作物根际土壤养分含量、酶活性、球囊霉素相关土壤蛋白(GRSP)含量、团聚体组成和稳定性的影响,以及对作物的农艺性状及产量的影响。[结果](1)相比于单作,玉米与马铃薯间作不仅能使马铃薯根际土壤中的有机质、速效磷含量分别显著增加了13.53%,46.53%(p<0.05),而且能使两种作物根际土壤的总球囊霉素相关土壤蛋白(T-GRSP)和易提取球囊霉素相关土壤蛋白(EE-GRSP)含量均有增加趋势,其中玉米的差异性达显著水平(p<0.05)。(2)相比于单作,玉米与马铃薯间作可以显著增加两种作物根际土壤的脲酶、酸性磷酸酶和过氧化氢酶活性,以及>0.25 mm水稳性团聚体含量(R_0.25)和平均质量直径(MWD)值(p<0.05),玉米的增幅为17.63%～41.29%,马铃薯的增幅为10.81%～34.79%。(3)相比于单作,玉米与马铃薯间作均可显著增加两种作物的地上部和根系的干重(p...     

不同棉花间作模式中作物养分吸收和利用对间作优势的贡献

棉花间作能够解决棉花与粮食作物和蔬菜作物争地的矛盾,但是否有间作优势以及间作优势的作物营养基础是众所关心的问题。本研究在新疆石河子大学试验站设置棉花与花生、大豆、鹰嘴豆、洋葱、萝卜、线辣椒间作以及各个作物单作的田间试验,以期揭示以棉花为基础的间作体系的间作优势以及养分吸收和利用效率对间作优势的贡献。结果表明,棉花与鹰嘴豆、花生、洋葱、萝卜间作体系作物的吸氮量明显高于单作18%~74%,棉花与大豆和线辣椒间作体系作物的吸氮量低于单作10%和34%;棉花与大豆、鹰嘴豆、花生、洋葱、萝卜间作体系中作物吸磷量比单作增加5%~104%,棉花与线辣椒间作体系作物的吸磷量低于单作6%;棉花与花生、洋葱、萝卜间作体系中作物吸钾量高于单作20%~58%,棉花与大豆、鹰嘴豆和线辣椒间作作物吸钾量低于间作19%~22%。棉花与鹰嘴豆、花生、洋葱、萝卜间作以后土地当量比(LER)分别为1.02、1.30、1.12、1.68,都大于1,说明具有间作优势;棉花与大豆、线辣椒间作后LER分别为0.91和0.99,小于1,没有间作优势。棉花与花生、洋葱和萝卜间作体系氮磷钾吸收效率对LER的贡献分别为0.41~0.82、0.25~1.04和0.15~0.59,利用效率的贡献分别为0.35~0.04、0.03~0.14和0.16~0.01。结果表明,棉花与其他作物的间作优势在营养方面的基础主要来自于间作相对于单作吸收效率的增加,而不是利用效率的改变。