玉米/大豆间作条件下的作物根系生长及水分吸收

通过田间试验研究了玉米/大豆条带间作群体的根系分布及土壤水分吸收规律.结果表明：水分充足条件下,土壤剖面内玉米和大豆根系的分布模式近似于三角形;玉米根系水平分布范围较大,侧向伸展长度约为58 cm,16～22 cm土层的玉米根系侧向伸展最远,玉米根系不仅分布于间作条带行间,而且生长到大豆条带的行间;大豆根系水平分布于相对有限的区域内,侧向伸展长度约为26 cm.作物根质量密度随着距作物行（玉米或大豆）距离的增加而减少,玉米行和边行大豆根质量密度的90%分布于0～30 cm土层.距玉米行10 cm处玉米的根质量密度高于大豆,距玉米行20 cm处大豆的根质量密度大于玉米,两种作物根质量密度的85%都分布于0～30 cm土层内.间作条带内水分变化主要集中在0～30 cm土层,水分变化量依次为：玉米区域>大豆区域>条带行间.表明在水分充足条件下,间作作物优先在自己的区域吸水,根系混合区吸水滞后发生.     

不同种植模式对作物根系生长、产量及根际土壤微生物数量的影响

采用多年大田试验研究了小麦-大豆(A1)、小麦-甘薯(A2)、玉米(A3)、小麦/玉米/大豆(A4)和小麦/玉米/甘薯(A5)5种种植模式的根际环境变化特征和根系生长特性.结果表明:与A1、A2、A3和A5相比,A4提高了小麦、玉米、大豆在开花期和成熟期的生物量、根系活力和根干质量,提高了各作物根际土壤细菌、真菌和放线菌数量.各种植模式之间,植株生物量和根际微生物数量的变化规律为套作＞单作、大豆茬口＞甘薯茬口、边行＞中行.小麦/玉米/大豆(A4)套作模式通过改善3种作物的根际环境,促进了作物地下部根系生长和地上部生物量的增加,从而实现作物增产.     

供肥对小麦间作蚕豆群体产量及根系的调控

利用田间,池栽,盆栽等方法,对不同N,P水平下小麦间作蚕豆群体根系的时空分布及产量效应进行了研究。结果表明,供P对小麦-蚕豆间作系统有明显的增产作用,与不供P相比,田间试验中供P处理间作小麦和蚕豆分别提高了48.39%和16.69%,池栽试验中群体产量增产幅度为20.07%-43.14%。间作蚕豆经济产量增幅为58.46%-78.78%,小麦间作蚕豆多作系统2种作物根密度生长高峰期交错出现,小麦的峰值出现早于蚕豆,其中,小麦和蚕豆根干重最大值分别出现在抽穗期和成熟期,而根长的最大值分别出现在拔节期和成熟期,这在一定程度上减轻了共生期2种作物对水肥的竞争,也是此群体增产增效的原因之一,施P处理间作小麦的根重,根长和根表面积分别比不施P处理提高54.33%,48.88%和47.00%;施N处理间作小麦的根重,根长和根表面积分别比不施N的增加15.25%,11.61%和11.46%。间作小麦根重的57.61%和蚕豆的69.20%分布在0-30cm土层,随施P水平的提高,总根干重及根密度都趋于增加,且深层土壤中根系增加明显。     

种间互作和施氮对蚕豆/玉米间作生态系统地上部和地下部生长的影响

为河西走廊绿洲灌区豆科/禾本科间作体系的养分管理提供科学依据,于2007年在武威绿洲农业试验站应用田间原位根系行分隔技术研究了蚕豆/玉米种间互作和施氮对玉米抽雄期的根系空间分布、根系形态和作物地上部生长的影响。研究结果表明:种间互作和施氮均增加了玉米和蚕豆在纵向和横向两个尺度上的根重密度、根长密度、根表面积、根系体积。根长密度和根表面积与两种作物产量和氮素吸收均呈正相关,而与蚕豆的根瘤重呈负相关;抽雄期的土壤含水量与玉米产量和养分吸收呈显著的负相关。玉米根系可以占据蚕豆地下部空间,但蚕豆的根却较少到间作玉米的地下部空间,也就是间作后增加了玉米根系水平尺度的生态位。蚕豆和玉米根系主要分布分别在0-40 cm浅土层和0-60 cm 土层,且间作玉米根系在60-120 cm比单作和分隔的多。因此,种间互作和施氮扩大了两作物根系纵向和横向的空间生态位,改变了作物根系形态,即扩展了两者水分和养分吸收的生态位,增加了作物吸收养分的有效空间,从而提高了间作生态系统的生产力。     

核桃-小麦复合系统中细根生长动态及竞争策略

以核桃(Juglans regia)-小麦(Triticum aestivum)间作复合系统为研究对象,用微根窗和根钻相结合的方法采样,研究复合系统中核桃和小麦细根年内年际的生长动态和竞争适应策略,为农林复合系统的经营管理和竞争模型的建立提供理论依据和技术支持。结果表明,间作核桃和小麦根系均在上半年有一个大的生长高峰(5月和4月),在下半年有一个小的生长高峰(9月和11月),二者的竞争主要发生在上半年的大生长高峰期。在各年份各土层,间作核桃的根长密度均低于单作核桃,且在从第7年开始存在显著差异。在0—20 cm土层间作小麦根长密度在第3—7年间获得迅速提高,从第7年开始显著高于单作小麦,但在20 cm以下土层则相反。间作使核桃和小麦细根生态位实现了分离,11年的观察期内间作核桃比单作核桃细根的垂直分布中心下移了6.59 cm,间作小麦比单作小麦的上移了8.59 cm。在根系竞争策略方面,小麦根系是通过短期内的快速生长,迅速占据土壤空间获得竞争优势;而核桃根系是通过根系的逐年积累,逐步占据土壤空间从而获得竞争优势。可以干扰核桃根系积累过程的"竞争-干扰-再平衡"农林复合经营管理策略可以让复合系统中核桃和小麦保持各自竞争优势的情况下实现共存。在根系形态方面,自身细根直径较小者小麦在剧烈竞争区域以增加细根直径减小比根长来适应竞争,而自身细根直径较大者核桃则相反。     

刺槐和侧柏人工林有效根系密度分布规律研究

通过分层分段挖掘法,对13龄刺槐、侧柏人工林,根区有效根长密度和根重密度的空间分布进行了研究。结果表明,尽管刺槐根系分布深度是侧柏的2倍多,但平均有效根长密度只有侧柏的44．5％。在垂直方向上,两树种有效根系主要分布在0～60cm土层内,然而最大有效根长密度却均位于距地表0～30cm以内。其中,刺槐0～30cm区域内有效根长占总有效根长的51．58％,侧柏占58．38％;刺槐有效根干重占总有效根干重的63．01％,侧柏占71．09％;两树种根系密度分布均随土层深度增加而呈指数形式递减。在水平方向上,刺槐有效根系密度呈二次抛物线型分布、最大有效根长或根密度以距树干30～90cm处最大;侧柏有效根系密度则随着距主干距离的增大而减小。非线性参数拟合分析表明,采用RD=EXP(A BX CZ)函数模型,能较好地反映人工林根系密度的空间分布。     

供磷水平对间套作物根系酸性磷酸酶活性的影响

选择小麦／大豆和小麦／玉米２种模式,用盆栽法和根系栽培法研究了不同供磷水平对间套作物根系酸性磷酸酶（ＡＰase)活性的影响,试验得出：间套种植种植根系Ａpase的分泌量,套作大表兄弟经单作大豆平均提高３５．９％,而小麦和玉米在间套种植时也有不同程度地提高,说明间套种植有利于土壤有机磷向有效化方向转化,大豆不论单作还是间套作其根系ＡＰase都远高于相应小麦,而小麦又高于玉米,说明大豆利用土壤的潜在的能力大于小麦,而小麦又高于玉米,可见,禾谷类的小麦与大豆间套后不但能改善小麦的氮素营养状况还使磷素营养也得以好转。     

不同耕作方式对陇中旱农区春小麦和豌豆根系空间分布及产量的影响

依托陇中旱农区长期的保护性耕作定位试验,对不同耕作方式下春小麦和豌豆根系空间分布特征及作物产量进行研究,以探索耕作措施影响作物产量的机制.结果表明: 随着生育期的推进,春小麦和豌豆的总根长、根表面积呈先增后减的趋势,开花期达到最大;春小麦根系苗期以0～10 cm最多,花期、成熟期10～30 cm最多;而豌豆根系苗期和成熟期均以0～10 cm最多,花期10～30 cm最多.免耕秸秆覆盖和免耕覆膜增加了根长和根表面积,春小麦和豌豆各生育时期的根长较传统耕作增加了35.9%～92.6%,根表面积增加了43.2%～162.4%.免耕秸秆覆盖和免耕覆膜优化了春小麦和豌豆根系分布,与传统耕作相比,增加了春小麦和豌豆苗期0～10 cm土层根长和根表面积分布比例,花期和成熟期深层次根系分布也显著增加,免耕秸秆覆盖在开花期30～80 cm土层根长和根表面积的分布比例分别比传统耕作提高了3.3%和9.7%.春小麦各生育期的总根长、根表面积与产量呈显著正相关,豌豆各生育期的总根长与豌豆产量呈极显著正相关.免耕秸秆覆盖和免耕覆膜较传统耕作春小麦和豌豆产量增加23.4%～38.7%,水分利用效率提高了13.7%～28.5%.在陇中旱农区,免耕秸秆覆盖和免耕覆膜可以增加作物根长和根表面积,优化了根系在土壤中的空间分布,增强作物根层吸收能力,从而提高作物产量和水分高效利用.     

松嫩平原不同株型玉米品种根系分布特征比较研究

采用土柱模拟栽培法与大田试验相结合的方法,对松嫩平原不同株型玉米的根系分布特征进行了比较。结果表明,平展型玉米和紧凑型玉米根干重最大值出现的时期不同,二者根干重分别在抽丝后15d和抽丝后30d时达到最大值,成熟时紧凑型玉米根干重比平展型高12．2％,二者根系垂直分布有明显的差异,在20cm以下的根干重比率,平展型玉米在19％以下,而紧凑型玉米高于23％,紧凑型玉米的深层根量较多,在深40～100cm土层内根干重比率比平展型高42．3％,二者的根系水平分布也不同,紧凑型玉米根系水平分布较集中,在距植株0～10cm水平范围内,根系分布比率比平展型玉米高9．6％,紧凑型玉米深层根量较多,水平分布集中,耐密植,是易获得高产的重要原因之一。     

刺槐和侧柏人工林有效根系密度分布规律研究

通过分层分段挖掘法 ,对 13龄刺槐、侧柏人工林 ,根区有效根长密度和根重密度的空间分布进行了研究 .结果表明 ,尽管刺槐根系分布深度是侧柏的 2倍多 ,但平均有效根长密度只有侧柏的 4 4 .5 % .在垂直方向上 ,两树种有效根系主要分布在 0～ 6 0 cm土层内 ,然而最大有效根长密度却均位于距地表 0～ 30 cm以内 .其中 ,刺槐 0～30 cm区域内有效根长占总有效根长的 5 1.5 8% ,侧柏占 5 8.38% ;刺槐有效根干重占总有效根干重的 6 3.0 1% ,侧柏占 71.0 9% ;两树种根系密度分布均随土层深度增加而呈指数形式递减 .在水平方向上 ,刺槐有效根系密度呈二次抛物线型分布、最大有效根长或根密度以距树干 30～ 90 cm处最大 ;侧柏有效根系密度则随着距主干距离的增大而减小 .非线性参数拟合分析表明 ,采用 RD=EXP A+BX +CZ 函数模型 ,能较好地反映人工林根系密度的空间分布     

麦田套种玉米共生期农田生态环境特征及对夏玉米苗期生长的影响

以登海661、郑单958为试验材料,设置麦田套种和麦收后接茬直播两种不同种植方式对比试验,研究了麦田套种玉米共生期的农田生态环境特征及对玉米苗期生长的影响.结果表明： 麦田套种玉米与直播玉米相比,土壤含水量差异较小;麦田套种玉米耕层（0～5 cm）土壤的种际最高温度比直播玉米低4.8～5.2 ℃,最低温度相近,日平均温度低1.4～1.7 ℃,日变化较小,但均达到种子萌发要求;麦田套种玉米苗期冠层光照强度比直播显著减少,套种玉米地表光强为自然光强的4.4%～10.6%,光照不足是玉米苗弱、迟发的主要原因.与直播相比,套种玉米种子萌发出苗速度和干物质积累速度较慢,叶龄较小,叶片瘦长,株高较矮,玉米苗健壮度下降,单株叶面积较小且叶绿素含量较低;随共生期延长,玉米苗生长受抑制程度增加.在大田生产中,直播可促进种子萌发出苗,有利于夏玉米幼苗的生长发育,形成壮苗.     

黄土塬区玉米大豆不同间作方式对产量和经济收益的影响及其机制

利用不同玉米品种(郑单958和豫玉22)和大豆品种(中黄24和中黄13)在单作和两种(2∶2和2∶4)间作方式下,研究品种、间作方式对间作系统产量和经济效益的影响,探讨其潜在的作用过程和机制,以期为旱区农业高产高效服务。实验结果表明:(1)两种间作方式的土地当量比(LER),相对拥挤系数(K)都高于单作,表明玉米、大豆在两种间作方式下较单作具有显著的间作优势,玉米间作相比单作增产显著。K、实际产量损失(AYL)、侵占力(A)和竞争比率(CR)的变化规律均表明在间作栽培条件下,玉米相对于大豆为竞争优势物种;郑单958相对于豫玉22,中黄24相对于中黄13均占有一定竞争优势。郑单958与中黄24以2∶4比例间作的间作优势(IA)及货币优势指数(MAI)值最高。(2)相比单作,间作种植模式下玉米的水分利用效率明显增加,而且玉米∶大豆以2∶4间作的水分利用效率显著高于2∶2。郑单958与中黄24在2∶4间作方式下的产量和经济效益都最高,适合在当地应用和推广。     

不同氮水平下作物养分吸收与利用

玉米与马铃薯间作是重要的间作种植模式,具有较突出的资源利用和产量优势,但养分吸收和利用对作物产量优势的贡献及这种贡献对施氮量的响应机制尚不清楚.本研究采用玉米单作、马铃薯单作和玉米与马铃薯间作3种种植模式,分别设置N₀(0 kg·hm^-2)、N₁(125 kg·hm^-2)、N₂(250 kg·hm^-2)和N₃(375 kg·hm^-2)4个氮水平,通过2年田间小区试验,研究不同氮水平下间作产量优势的营养基础.结果表明: 随着施氮量的增加,氮、磷、钾的单作加权平均吸收量逐渐增加,间作则先增加后减少.间作在N₁水平时具最高的养分吸收优势,分别较单作加权平均值增加氮吸收14.9%、磷吸收38.6%、钾吸收27.8%;间作在N₀和N₃时具有更高的养分利用效率,较单作可提高氮利用效率3.5%～14.3%、磷利用效率3.5%～18.5%、钾利用效率10.6%～31.6%.N₀和N₁时玉米与马铃薯间作具有显著产量优势,其营养基础在N₀时主要是提高了作物养分利用效率,而N₁时则是促进养分吸收的结果.充分发挥间作促进养分吸收对玉米与马铃薯间作产量优势的贡献,需要合理控制氮肥的投入.     

小麦/玉米间作优势及地上部与地下部因素的相对贡献

 明确种间地上部相互作用和地下部相互作用对间作优势的贡献,优化资源配置对提高间作体系产量具有重要意义。该文采用田间微区试验以及地下部种间根系分隔技术研究了玉米(Zea mays)覆膜与不覆膜两种情况下小麦(Triticum aestivum)/玉米间作优势及地上部和地下部因素对间作优势的相对贡献, 以期为间作体系的增产提供理论依据。结果得出,玉米不覆膜时小麦/玉米间作具有明显的产量间作优势(籽粒产量和生物学产量土地当量比(Land equivalent ration, LER)分别为 1.30和1 .29),玉米覆膜能显著增加小麦/玉米间作系统产量间作优势（LER分别为1.41和1.40）;玉米不覆膜时小麦/玉米间作系统具有明显的氮、磷、钾养分吸收优势,玉米覆膜也能显著增加小麦/玉米间作系统养分吸收优势。小麦/玉米间作系统籽粒产量和生物产量间作优势来自地上部种间相互作用和地下部种间相互作用两个方面,但其相对贡献以地上部大于地下部, 当玉米不覆膜时均以地上部占75%、地下部占25%,当玉米覆膜时均为地上部占67%、地下部占33%,玉米覆膜能明显增加小麦/玉米间作系统产量间作优势地下部的相对贡献。地上部和地下部因素对小麦/玉米间作系统养分吸收优势也都具有重要贡献。玉米不覆膜时地上部和地下部因素对氮、磷养分吸收优势的相对贡献均分别为67%与33%,钾则相等（各占50%）;玉米覆膜能显著增加小麦/玉米间作系统氮、磷养分吸收优势地下部贡献率,但对钾养分吸收优势贡献影响不明显。表明,间作优势不仅可以通过作物组合来获得,也可通过地膜覆盖等措施进行调控,玉米覆膜能显著增加小麦/玉米间作系统产量间作优势和养分吸收优势及其地下部的相对贡献。可见,该研究对小麦／玉米间作模式持续增产和发展具有十分重要的指导作用。     

大蒜-小白菜间作套种对菜田节肢动物功能团的影响

2004年9-11月于福建省琅岐岛针对大蒜与小白菜间作(CG1)套种(CG2)对节肢动物群落功能团影响进行调查和分析。结果显示:CG1提高了植食性昆虫、寄生性和捕食性天敌丰盛度,CG2可在降低植食性昆虫数量的同时提高寄生性天敌的数量;多作田寄生性天敌物种丰富度、丰盛度和多样性指数均高于单作田;优势类群动态表现为菜蚜茧蜂与蚜虫种群在CG1出现"天敌跟随现象",多作田在整个生长期都有利于提高捕食者球腹蛛的控制效能;中性昆虫在生长前期和中期是菜蚜虫茧蜂和球腹蛛的替代寄主或猎物。因此合理的间作或套种,有利于提高菜田生境的多样化,强化自然天敌对害虫的生态控制作用。     

Effects of mutual intercropping on cadmium accumulation by the accumulator plants Conyza canadensis,Cardamine hirsuta,and Cerastium glomeratum

In this study, three cadmium (Cd) accumulator species (Conyza canadensis, Cardamine hirsuta, and Cerastium glomeratum) were co-cultured in Cd-contaminated soil in pots to study the effects of intercropping on co-remediation. Only C. canadensis intercropped with C. glomeratum, C. hirsuta intercropped with C. glomeratum, and three-species intercropping increased plant biomass compared with their respective monocultures. The treatments of C. canadensis intercropped with C. glomeratum and three-species intercropping increased the Cd contents in roots and shoots of C. canadensis, whereas the other intercropping treatments decreased or had no significant impact on Cd contents. As for Cd accumulation, the treatments of C. canadensis intercropped with C. glomeratum, C. hirsuta intercropped with C. glomeratum, and three-species intercropping increased Cd accumulation in a single plant compared with that of their respective monocultures, whereas other intercropping treatments decreased Cd accumulation in individual plants. Only the treatments of C. canadensis intercropped with C. glomeratum and C. hirsuta intercropped with C. glomeratum increased Cd accumulation in shoots of a single pot compared with that of their respective monocultures. Therefore, C. canadensis intercropped with C. glomeratum and C. hirsuta intercropped with C. glomeratum may improve the phytoremediation efficiency for Cd-contaminated soil.     

Behavioural response of winged aphids to visual contrasts in the field

To test the behavioural response of winged aphid spring migrants to visual contrasts, we conducted a field trial in which water traps (painted in seven different shades of green and yellow) were set up on uncovered soil and on coloured boards (also painted in seven different colours including black, brown and various shades of green). In total, 56 trap–background combinations were tested. Out of the 4904 aphid individuals caught, 64.5% belonged to Aphis ssp. Using spectral measurements of both traps and backgrounds, as well as information on insect spectral sensitivity, an empirical colour choice model was built based on photoreceptor adaptation to the background, and colour opponency of the green and blue photoreceptor. Specifically, the visual input variable C* represents the difference between green–blue colour opponency values of the trap and the background. When C* > 0, the number of aphids linearly increased with C*. The model explained 64% of the behavioural response of the aphids. Applied to intercropping scenarios of sugar beet, the behavioural model showed a higher visual attractivity of a monocrop sugar beet than intercropped sugar beet. Implications for the use of mulches and for increasing plant diversity in cropping systems are discussed.     

Effects of intercropping with persimmon on the rhizosphere environment of tea

The rhizosphere environment of tea (Camelllia sinensis Kuntze) intercropped with persimmon (Diospyros kaki) differs from monocultures of tea.A trial was conducted to determine the effects of intercropping with persimmon on root exudates and soil nutrient condition of tea.Amino acid exuded in intercropping was three times higher than that in monoculture.Phenol,phenol/amino acid ration,dissolved sugar,and total organic acid were also lower in intercropping.The value of pH in soil was higher,and soil nutrient condition of rhizosphere,especially available nutrient,was not as well in intercropping as that in tea grown alone.While soil nutrient of non-rhizosphere was better than that in monoculture,tea quality and soil nutrient condition were better in intercropping ecosystem.     

The secretion of the bacterial phytase PHY‐US417 by Arabidopsis roots reveals its potential for increasing phosphate acquisition and biomass production during co‐growth

Phytic acid (PA) is a major source of inorganic phosphate (Pi) in the soil; however, the plant lacks the capacity to utilize it for Pi nutrition and growth. Microbial phytases constitute a group of enzymes that are able to remobilize Pi from PA. Thus, the use of these phytases to increase the capacity of higher plants to remobilize Pi from PA is of agronomical interest. In the current study, we generate transgenic Arabidopsis lines (ePHY) overexpressing an extracellular form of the phytase PHY‐US417 of Bacillus subtilis, which are characterized by high levels of secreted phytase activity. In the presence of PA as sole source of Pi, while the wild‐type plants show hallmark of Pi deficiency phenotypes, including the induction of the expression of Pi starvation‐induced genes (PSI, e.g. PHT1;4) and the inhibition of growth capacity, the ePHY overexpressing lines show a higher biomass production and no PSI induction. Interestingly, when co‐cultured with ePHY overexpressors, wild‐type Arabidopsis plants (or tobacco) show repression of the PSI genes, improvement of Pi content and increases in biomass production. In line with these results, mutants in the high‐affinity Pi transporters, namely pht1;1 and pht1;1‐1;4, both fail to accumulate Pi and to grow when co‐cultured with ePHY overexpressors. Taken together, these data demonstrate the potential of secreted phytases in improving the Pi content and enhancing growth of not only the transgenic lines but also the neighbouring plants.