玉米、小麦和大麦与蚕豆间作体系不同根系分隔方式对蚕豆结瘤的影响

本实验选取3种对土壤氮素竞争能力不同的禾本科作物大麦(Hordeum vulgare)、小麦(Triticum aestivum)和玉米(Zea mays)分别与蚕豆(Vicia faba)间作,建立对土壤氮素竞争能力不同的作物组合;并采用3种分隔方式(塑料膜分隔、尼龙网分隔和无分隔)建立同一作物组合条件下作物种间根系相互作用的不同强度,来研究不同作物组合及种间根系相互作用强度对蚕豆结瘤的影响。结果如下:(1)蚕豆的结瘤并未随3种禾本科作物氮素竞争能力的增强而增加,但是3种间作体系蚕豆的结瘤却均表现出无分隔处理多于塑料膜分隔处理,即同一间作体系种间根系相互作用越强,越有利于蚕豆结瘤的产生,存在种间互利作用;(2)在玉米/蚕豆间作体系中,无分隔处理的蚕豆根瘤数目和根瘤重显著高于塑料膜分隔处理,分别高出67.5%和70.1%;在大麦/蚕豆间作体系中也表现出无分隔处理的根瘤重显著高于塑料膜分隔处理(高出46.3%);(3)玉米/蚕豆间作体系与小麦/蚕豆和大麦/蚕豆间作体系相比,无分隔处理时土壤氮素含量显著高于后2个间作体系,但是玉米/蚕豆间作体系对蚕豆结瘤的促进作用更强。上述结果表明,在蚕豆/玉米间作体系中,玉米促进蚕豆生物固氮除了氮素竞争机制外,还可能存在其它机制。     

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...     

玉米、小麦和大麦与蚕豆间作体系不同根系分隔方式对蚕豆结瘤的影响

本实验选取3种对土壤氮素竞争能力不同的禾本科作物大麦(Hordeum vulgare)、小麦(Triticum aestivum)和玉米(Zea mays)分别与蚕豆(Vicia faba)间作, 建立对土壤氮素竞争能力不同的作物组合; 并采用3种分隔方式(塑料膜分隔、尼龙网分隔和无分隔)建立同一作物组合条件下作物种间根系相互作用的不同强度, 来研究不同作物组合及种间根系相互作用强度对蚕豆结瘤的影响。结果如下: (1)蚕豆的结瘤并未随3种禾本科作物氮素竞争能力的增强而增加, 但是3种间作体系蚕豆的结瘤却均表现出无分隔处理多于塑料膜分隔处理, 即同一间作体系种间根系相互作用越强, 越有利于蚕豆结瘤的产生, 存在种间互利作用; (2)在玉米/蚕豆间作体系中, 无分隔处理的蚕豆根瘤数目和根瘤重显著高于塑料膜分隔处理, 分别高出67.5%和70.1%; 在大麦/蚕豆间作体系中也表现出无分隔处理的根瘤重显著高于塑料膜分隔处理(高出46.3%); (3)玉米/蚕豆间作体系与小麦/蚕豆和大麦/蚕豆间作体系相比, 无分隔处理时土壤氮素含量显著高于后2个间作体系, 但是玉米/蚕豆间作体系对蚕豆结瘤的促进作用更强。上述结果表明, 在蚕豆/玉米间作体系中, 玉米促进蚕豆生物固氮除了氮素竞争机制外, 还可能存在其它机制。     

不同品种小麦与蚕豆间作对蚕豆枯萎病的防治及其机理

通过田间小区试验和水培试验,研究了3个品种小麦（云麦42、云麦47和绵阳29）与蚕豆间作对蚕豆地上部生物量、枯萎病发生、根际微生物代谢功能多样性和枯萎病病原菌尖孢镰刀菌数量的影响,分析了3个不同小麦品种低分子量根系分泌物组分（糖、氨基酸和有机酸）的差异.结果表明： 云麦42与蚕豆间作（YM42/B）和云麦47与蚕豆间作（YM47/B）使蚕豆地上部生物量分别增加16.6%和13.4%,使蚕豆枯萎病病情指数分别降低47.6%和23.3%,绵阳29与蚕豆间作（MY29/B）对蚕豆地上部生物量和枯萎病病情指数均无显著影响.与单作蚕豆相比,YM42/B和YM47/B处理均显著提高了蚕豆根际微生物的平均颜色变化率（AWCD)及对碳源的总利用强度和Biolog ECO板中各种碳源的利用,明显改变了蚕豆根际微生物群落结构,并显著降低了蚕豆根际的尖孢镰刀菌数量;MY29/B处理对AWCD值、碳源总利用强度和Biolog ECO板中各种碳源的利用及蚕豆根际尖孢镰刀菌数量均无显著影响,也未明显改变蚕豆根际的微生物群落结构.3个小麦品种根系分泌物中可溶性糖、游离氨基酸总量和有机酸总量均表现为MY29＞YM47＞YM42.MY29根系分泌物中丝氨酸、谷氨酸、甘氨酸、缬氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸的含量均显著高于YM42和YM47;精氨酸为YM42、YM47所特有,而亮氨酸为MY29所特有.MY29和YM47根系分泌物中检出酒石酸、苹果酸、柠檬酸、琥珀酸、延胡索酸和顺乌头酸6种有机酸,而YM42根系分泌物中检出洒石酸、苹果酸、柠檬酸和延胡索酸4种有机酸,且MY29和YM47根系分泌物中苹果酸含量显著高于YM42.小麦与蚕豆间作提高了蚕豆根际微生物的活性和碳源利用强度,改变了根际微生物的群落结构,降低了蚕豆根际尖孢镰刀菌的数量,促进了蚕豆生长,抑制了蚕豆枯萎病的发生,但小麦与蚕豆间作控病效果受小麦品种的影响,表明间作系统中非寄主作物根系分泌物的差异是影响间作对土传病害控制的重要因素.     

不同磷水平下小麦-蚕豆间作根系形态的变化及其与内源激素的关系

采用水培方法,研究了不同磷水平下小麦-蚕豆间作体系根系形态变化及其与内源激素的相关关系。结果表明: 与单作小麦相比,在低磷(1/2P)水平下,小麦-蚕豆间作能显著增加小麦的根长,显著减少小麦根系的平均直径,显著增加根系的表面积;在常规磷(P)水平下,间作能显著降低小麦根系的平均直径,有增加小麦根长和根表面积的趋势;与单作蚕豆相比,间作能明显促进蚕豆根系的增长,同时增加蚕豆根表面积。在1/2P水平下,间作能显著提高小麦和蚕豆根系中的生长素(IAA)、脱落酸(ABA)、水杨酸(SA)和茉莉酸(JA)含量;在P水平下,间作能显著提高小麦根系中的IAA、ABA和JA含量,单、间作小麦根系中的SA含量没有显著差异,间作显著增加了蚕豆根系中ABA和SA含量,单、间作蚕豆根系中的IAA和JA含量无显著差异。单作条件下,小麦和蚕豆根系中的内源激素(IAA、ABA、SA和JA)含量与其根系形态(根长、根平均直径和根表面积)无显著相关性;间作条件下,小麦和蚕豆根系中的IAA含量与根长和根表面积之间存在明显的正相关关系。由此可见,小麦-蚕豆间作能够诱导小麦和蚕豆根系IAA的增加。这种变化可能是驱动间作系统根系形态变化的重要因子。     

土壤-根系界面水分调控措施对冬小麦根系和产量的影响

以冬小麦田间试验为基础,研究根-土界面不同水分调控措施,包括不同深度灌水（地面、30cm、50cm、100cm）、同一深度保持不同田间持水量（田持80％、65％、50％）,共计12个水分处理的土壤水分分布对根系和产量影响。研究表明：根长密度分布与灌水方式息息相关,地面灌水的根长密度随土层深度呈指数下降趋势,主要分布于地表层（0-10cm）;不同深度渗灌,根系分布有两个峰值,第1峰值分布在地表以下15cm左右,第2峰值分布在灌水深度处。通过水分调控措施,局部改变根系形态,对节水增产是有利的。耗水量与营养生长（叶面积、根系）成正比关系,与经济产量呈二次多项式（抛物线型）关系,最大产量的耗水量比最大耗水量少约80-100mm。     

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.     

蕉肥间作下微喷灌对蕉园土壤水氮动态及香蕉产量的影响

为研究香蕉—粮肥兼用绿豆间作模式(简称蕉肥间作)下微喷灌对蕉园土壤水氮动态及香蕉产量的影响,试验设置4种不同灌溉定额处理:MSI2(900 m~3·hm~(-2))、MSI3(1 350 m~3·hm~(-2))、MSI4(1 800 m~3·hm~(-2))、MSI5(2 250 m~3·hm~(-2)),以不灌溉和清耕栽培为对照。结果表明:蕉肥间作下绿豆生长期间各灌溉处理土壤棵间蒸发量均呈不同程度的下降,香蕉清耕栽培MSI0土壤棵间蒸发量呈上升趋势。随着灌水量的增加,香蕉棵间蒸发量逐渐增高,MSI5棵间累积蒸发量最高达385.6 mm,分别比MSI2、MSI3、MSI4高12.2%、7.6%、4.9%,导致灌溉水利用效率降低。微喷灌处理提高表层土壤含水量,MSI2、MSI3、MSI4和MSI5处理0～30 cm土层含水量显著高于MSI0和MSI1,在30 cm以下,土壤含水量开始递减。微喷灌还可改善土壤耕层结构,提高土壤有效氮含量。以MSI2处理土壤三相比(2∶1∶1)较为理想,MSI3处理表土层有效氮含量最高。MSI4处理产量高达48 218 kg·hm~(-2),MSI3处理蕉果含糖量高达25.67%。因此,蕉肥间作下通过微喷灌方式,适量灌溉有利于提高香蕉产量和改善品质。     

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.     

间作模式下冬小麦与春玉米根系的时空分布规律

采用大口径土钻对间作种植模式下冬小麦与春玉米根系进行取样,分析了两种作物根系的空间分布及动态变化规律．结果表明：间作冬小麦根系在空间上呈幂函数递减规律,间作春玉米根系呈指数递减规律．采用多元线性回归建立间作冬小麦和春玉米根系质量密度（R）的二维空间分布函数,经验证,两种作物根系质量密度的二维分布函数均可反映作物根系的实际生长状况．     

间作减轻蚕豆枯萎病的微生物和生理机制

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病率、病情指数、根际镰刀菌数量、蚕豆根系抗氧化酶活性和膜质过氧化的影响.采用Biolog ECO板分析了根际土壤微生物的代谢功能多样性,通过高效液相色谱(HPLC)测定了蚕豆根际土壤中酚酸含量.结果表明: 与单作蚕豆相比,小麦与蚕豆间作有降低蚕豆枯萎病发病率的趋势;发病盛期和发病末期,间作使蚕豆枯萎病的病情指数比单作显著降低15.8%和22.8%,明显提高了蚕豆根际微生物活性(AWCD值),根际微生物的Shannon多样性指数显著提高4.4%和5.3%,丰富度指数显著提高19.4%和37.1%.主成分分析表明,发病盛期和发病末期,间作明显改变了蚕豆根际微生物的群落结构,蚕豆根际镰刀菌数量分别降低53.8%和33.1%;并显著降低了蚕豆根际土壤中对羟基苯甲酸、香草酸、丁香酸、阿魏酸、苯甲酸和肉桂酸的含量.发病盛期和发病末期,间作蚕豆根系的过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性分别显著提高了20.0%、31.3%和38.5%、66.7%,丙二醛(MDA)含量显著降低36.3%和46.3%;发病初期间作对蚕豆根系的POD、CAT酶活性和MDA含量无显著影响.小麦与蚕豆间作显著提高了蚕豆根际微生物的活性、多样性和根系抗氧化酶活性,降低了蚕豆根际土壤中酚酸含量和膜质过氧化程度,减少了土壤镰刀菌的数量,从而提高了蚕豆对枯萎病的抗性,降低了枯萎病的危害程度.     

Intercropping influences component and content change of flavonoids in root exudates and nodulation of Faba bean

Flavonoids produced by legume roots are signal molecules acting as nod gene inducers for the symbiotic rhizobium partner. Nevertheless, the changes of flavonoids in root exudates in intercropping system are still unknown. Based on pot experiment of faba bean and wheat intercropping, here we showed that faba bean and wheat intercropping increased the nodules number and dry weight, dry weight per nodule of faba bean compared with those found in monocropping, and the increase of faba bean nodulation was likely caused by the enhancement with flavonol, isoflavone, chalcone and hesperetin in its root exudates. It also promoted exudation of five types of flavonoids by wheat compared with monocropping. Our findings suggest that the flavonoids in root exudates have a positive effect on the nodulation and nitrogen fixation of faba bean in faba bean and wheat intercropping.     

间套种植复合群体根系时空分布特征

选择小麦／大豆和玉米／甘蓝2种典型间套种植模式,探讨了复合群体根系营养竞争与补偿的生态学机制．结果表明,小麦／大豆复合群体根系生长在年生长期内显示出双峰交错性,小麦总根重峰值出现在6月初,而大豆峰值出现在8月上、中旬．根重与根长密度的生长还表现出异步性,根重峰值的出现早于根长．复合群体各配对作物根系的垂直分布呈层次递减性,玉米拔节前根重的85％以上都分布于0～20cm土层,且垂直生长呈多波顾次递推特点．间套作物根系的分布呈明显的“偏态”不均衡分布,套作玉米根系偏甘蓝行20．4～40．7cm,而甘蓝根系偏玉米行仅8．5～12．6cm．施肥使套作玉米与甘蓝根系的交叉幅宽由40．2cm下降到20．1cm,2种作物根系的交叉点位置由20．5cm上升到12．4cm．     

表土干旱和根信号对春小麦产量形成的影响

本实验模拟大田条件,探讨一定程度水分亏缺下春小麦能否产生非水力根信号,以及对春小麦产量形成的影响．用３ 个春小麦品种,３ 个水分处理：充分供水（ＣＴ） ,上层供水（ＤＩｕ） 和上层干旱下层供水（ＤＩｄ） ．出苗后１７ ～２８ｄ ,非充分供水处理出现了植物叶片水势未显著改变而气孔导度和蒸腾作用却显著下降的现象,这是非水力根信号的典型特征．随着时间的推移,植物叶片水势同对照处理相比显著下降．在本试验的３ 个品种中,Ｂ品种上层根系的比根重（ＳＲＷ,单位根长的根重） 在出苗后３４ｄ 和出苗后５４ｄ 较Ａ、Ｃ品种高,且在出苗后５４ｄ上层根重的绝对量也显著高于Ａ、Ｃ品种的对应处理,对Ｂ品种获得较高的产量十分有利．Ｃ品种同Ａ、Ｂ品种相比,在出苗后３４ｄ 和５４ｄ,ＤＩｕ 处理中总根重、总根长分别向上层根重和上层根长分配的比例较Ａ、Ｂ 品种高,中层根重和中层根长的相对较低;而ＤＩｄ 处理中表现的趋势正好相反．以上表明Ｃ 品种对浅层土壤水分十分敏感,其根系的可塑性较强,也反映了其较高的根信号敏感性．相对而言,Ａ 品种和Ｂ 品种根系的可塑性较弱,但这两个品种的籽粒产量显著高于Ｃ 品种．     

半干旱地区春小麦根系形态特征与生长冗余的初步研究

以半干旱地区6个不同年代春小麦品种为材料,对各品种苗期种子根系的数量、形态特征进行了比较研究,分析了这些指标与作物抗旱高产的关系。结果表明,黄土高原半干旱地区春小麦品种在根系生长上存在着对产量不利的冗余。在以提高产量潜力为宗旨的品种更新替代过程中,不同年代春小麦品种随着年代推进逐渐呈现出根条数和根长减小、根活性吸收面积比增加、种子根中央大导管直径减小的趋势。这些特点使得现代春小麦品种在早期营养生长过程中能够节约用水而保留一定土壤水分以满足花期和灌浆期水分需求,因而提高了作物产量。     

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。