不同磷水平下玉米-大豆间作系统根系形态变化

本研究通过盆栽试验,探讨不同磷水平(0、50、100 mg P₂O₅·kg^-1,分别用P₀、P₅₀、P₁₀₀表示)下玉米与大豆间作系统根系形态的变化及其与磷吸收的关系,以明确玉米-大豆间作系统促进磷吸收的作用机制。结果表明: 不同磷水平下,间作显著改变了玉米和大豆的根系形态参数,提高了大豆根冠比。与单作模式相比,间作使玉米和大豆的根长、根表面积、根体积、根系干重分别显著增加25.6%、22.0%、39.2%、34.3%和28.1%、29.7%、37.3%、62.3%,而平均根直径分别显著降低15.2%和11.7%。不同磷水平下,磷素吸收当量比(LER_P)>1,玉米-大豆间作具有明显的磷吸收优势,且LER_P不受磷水平调控。间作诱导根系形态改变与磷吸收增加密切相关,其中玉米根系表面积增大、大豆根系长度增加是驱动玉米-大豆间作系统磷高效吸收的主要机制。根据回归方程,玉米根表面积和大豆根系长度增大10%,磷吸收量提高5%～10%。因此,与中等施磷水平(P₁₀₀)下的单作相比,玉米-大豆间作条件下磷肥减施1/2(P₅₀)并未降低玉米的磷吸收量。综上,玉米-大豆间作体系在减施磷肥条件下具有维持作物磷吸收的潜力。     

小麦与蚕豆间作体系根系形态与磷吸收的定量解析

豆科与禾本科作物间作能够改变作物根系生长,但不同施磷水平下间作-根系形态-磷吸收之间的关系尚未明确。本研究通过田间定位试验和根箱模拟试验,研究不同种植模式(小麦单作、蚕豆单作和小麦-蚕豆间作)和不同磷水平下小麦和蚕豆的产量、生物量、磷吸收及根系形态特征,分析探讨不同施磷条件下小麦-蚕豆间作对根系形态和磷吸收的影响。结果表明: 根箱试验中,与单作相比,间作小麦的根干重、根冠比分别增加21.2%、61.5%,地上部干重降低14.6%,根系磷含量和总吸磷量分别提高23.8%和12.1%;间作蚕豆的地上部干重、根干重、根冠比、总根长和根体积分别增加16.5%、47.3%、24.0%、3.5%和8.4%,间作蚕豆地上部磷含量、根系磷含量和总吸磷量分别提高14.7%、26.2%和21.5%。田间试验中,与单作相比,分蘖期间作小麦地上部磷吸收量降低8.7%,而在拔节期、抽穗期、灌浆期和成熟期分别提高40.6%、19.7%、7.8%和12.4%;但种间互作导致开花期、结荚期和成熟期间作蚕豆的地上部磷吸收量分别降低9.8%、9.0%和5.2%。偏最小二乘法(PLS)回归分析表明,小麦的根表面积和根体积、蚕豆的根表面积对作物磷吸收的贡献最大,在低磷胁迫条件下,间作同时提高了小麦和蚕豆的根体积和根表面积,促进了磷的吸收。总之,在缺磷或低磷条件下,种间互作扩大了小麦和蚕豆根土接触面积,促进了苗期磷的吸收,为后期间作优势的形成奠定了基础。     

小麦蚕豆间作对蚕豆根际微生物群落功能多样性的影响及其与蚕豆枯萎病发生的关系

通过田间小区试验,研究了小麦与蚕豆间作对蚕豆枯萎病发生和根际微生物代谢功能多样性的影响。结果表明,小麦与蚕豆间作使蚕豆枯萎病的发病率和病情指数分别比单作显著降低20%和30.4%。与单作处理相比,间作显著增加了蚕豆和小麦根际微生物对31种碳源的平均利用率（AWCD）,其中间作蚕豆的AWCD值最高,比单作增加82.7%,单作蚕豆最低。间作蚕豆和间作小麦根际微生物的Shannon多样性指数与丰富度指数均显著高于单作,间作使蚕豆和小麦的丰富度指数分别增加29.2%和30.3%。根际微生物对六类碳源的利用强度百分比以糖类、羧酸类和氨基酸最高,分别为41.96%,19.80%和18.13%。主成分分析表明,小麦与蚕豆间作改变了根际微生物的群落组成;相关分析表明,糖类、羧酸类和氨基酸类碳源是区分单间作处理差异的主要碳源,其中氨基酸类碳源是最敏感的碳源。小麦与蚕豆间作增加了根际微生物活性,提高了Shannon多样性指数和丰富度指数,改变了微生物群落功能多样性,是抑制蚕豆枯萎病的有效措施。该研究为阐明根际微生物功能多样性变化在间作体系病害控制中的作用与机制奠定了理论基础。     

小麦/蚕豆间作作物生长曲线的模拟及种间互作分析

物种间的相互作用与间作产量优势的形成密切相关,但很少有人注意到种间互作动态.本研究通过2年田间定位试验,运用Logistic分析模拟了不同种植模式(小麦单作、蚕豆单作和小麦/蚕豆间作)和不同磷水平下[P₀,施磷量(P₂O₅)为0 kg·hm^-2(对照);P₁,施磷量(P₂O₅)为45 kg·hm^-2;P₂,施磷量(P₂O₅)为90 kg·hm^-2]单间作小麦、蚕豆的生长模型,分析了作物种间互作的动态变化.结果表明: 小麦/蚕豆间作使小麦产量提高了10.5%~18.6%,蚕豆产量却降低了4.8%~12.3%,但间作系统仍具有产量优势,土地当量比(LER)和相对拥挤系数(K)分别为1.01~1.15 和1.12~3.20.小麦和蚕豆的产量及关键生长参数均受磷水平调控,但LER和K并不受磷水平影响.与单作相比,间作小麦的最大生长速率(R_max)和最初生长速率(r)分别提高21.8%~38.7%和20.7%~38.9%,但间作对蚕豆的关键生长参数无影响.在小麦、蚕豆的生长初期,不同磷水平下,单间作作物的生长曲线无差异;间作群体以种间竞争为主,无间作生物量优势(LER<1,K<1).当蚕豆达到最大生长速率(T_max)后,间作显著提高了小麦的生长速率,降低了小麦的种内竞争压力,表现出间作生物量和产量优势(LER>1,K>1).总之,在不同的生长发育阶段,小麦、蚕豆的相互作用不同,间作提高了中后期小麦的生长速率,为间作优势的形成奠定了基础.     

小麦-蚕豆间作对根系分泌低分子量有机酸的影响

通过盆栽试验收集了不同生育期单作和间作小麦、蚕豆的根系分泌物,用HPLC分析了根系分泌物中低分子量有机酸的含量和种类.结果表明: 小麦-蚕豆间作显著提高了有机酸的分泌量,在小麦分蘖期(57 d)、孕穗期(120 d)和灌浆期(142 d),间作使小麦根系有机酸分泌量分别提高155%、35.6%和92.6%;在蚕豆分枝期(57 d)和籽粒膨大期(142 d),间作使蚕豆根系有机酸分泌量提高87.4%和38.7%.小麦-蚕豆间作改变了根系分泌物中有机酸的种类,与单作小麦相比,在分蘖期,间作小麦根系分泌物中增加了乳酸;在拔节期(98 d),间作小麦根系分泌物中增加了柠檬酸,但未检测到乙酸;在蚕豆分枝期,间作蚕豆根系分泌物中增加了乙酸,但未检测到乳酸;在蚕豆籽粒膨大期,间作蚕豆根系分泌物中增加了乳酸.小麦-蚕豆间作提高了小麦根系有机酸的分泌速率,在小麦孕穗期,间作小麦分泌柠檬酸、富马酸的速率是单作小麦的179和184倍;在小麦灌浆期,间作小麦分泌乳酸的速率是单作的2.53倍.总之,小麦-蚕豆间作增加了有机酸的分泌量,改变了根系分泌物中有机酸的种类,提高了小麦根系有机酸的分泌速率.     

小麦与蚕豆间作系统氮肥调控对小麦白粉病发生及氮素累积分配的影响

通过田间小区试验,设N₀(0 kg·hm^-2)、N₁(112.5 kg·hm^-2)、N₂( 225 kg·hm^-2)、N₃( 337.5 kg·hm^-2) 4个施氮水平,研究不同施氮水平下小麦与蚕豆间作对小麦白粉病发生、植株氮含量和氮素累积分配的影响,探讨间作系统氮肥调控下小麦植株氮素含量、氮素累积分配与白粉病发生的关系.结果表明: 无论单作还是间作,施氮(N₁、N₂和N₃)均增加了小麦籽粒产量,以N₂水平下产量最高,单、间作分别为4146和4679 kg·hm^-2;施氮加重了小麦白粉病的发生与危害,N₁、N₂和N₃水平下病害进展曲线下的面积(AUDPC)分别平均增加39.6%～55.6%(基于发病率DI)和92.5%～217.0%(基于病情指数DSI),病情指数受氮素调控的影响较发病率大;施氮显著提高小麦植株氮含量(8.4%～51.6%)和氮素累积量(19.7%～133.7%),对氮素分配比例无显著影响.与单作相比,间作小麦产量平均增加12.0%;AUDPC(DI)和AUDPC(DSI)分别平均降低11.5%和30.7%,间作对病情指数的控制效果优于发病率.间作显著降低发病盛期小麦氮含量、阶段累积量和叶片中氮素分配比例(降幅6.6%～12.5%、1.4%～6.9%和9.0%～15.5%).在本研究条件下,兼顾控病效果和产量效应,小麦施氮量不应超过225 kg·hm^-2.