间作玉米马铃薯的异质性养分利用及其根系分泌物调控机制

The soil nutrient is heterogeneous at plant root system level in the field. However, how crops (especially the intercropped ones) utilize the heterogeneous nutrient, is not understood clearly. In previous study, we found the heterogeneous nutrient could enhance the yield advantage of the maize and potato intercropping. Based on our previous work, this project will focus on how the non-resource plant interactions mediated by root exudates influence the heterogeneous nutrient use of intercropped maize and potato. Using the classic methodology of plant interaction in ecology, we will combine the field, pot and hydroponics trials to examine: 1) the characteristics of root distribution and nutrient use of maize and potato under different nutrient distributions and competition styles, 2) The effects of crops kin recognition mediated by root exudates on the root foraging capacity of intercropped maize and potato, 3) The effects of nutrient stress risk caused by neighbour on the root foraging capacity of maize and potato and what role the root exudates play. This study could deepen our understanding on the mechanism of nutrient use efficiency in multicropping system, especially for the intercropping of maize and potato.

农田中作物根系生长空间范围内的土壤养分通常分布不均匀，即具有异质性，但目前人们对作物，尤其是间作作物利用异质性养分的特征及其机制还很不清楚。玉米马铃薯间作是重要的间作模式，我们在前期研究中发现，异质性养分能够促进该模式的间作优势。因此本项目拟以现有工作为基础，采用生态学中研究植物种间作用的经典设计和可靠方法，分别在大田、盆栽和水培条件下构建异质性养分试验，从间作对异质性养分的利用出发，围绕根系分泌物介导的非资源性根间作用对作物觅养能力的影响，研究：1）不同养分分布和种植方式下玉米马铃薯的根系分布和养分利用特征；2）根系分泌物介导的植物间亲缘关系识别对间作玉米和马铃薯根系觅养能力的影响；3）植物间养分胁迫危机对间作玉米和马铃薯根系觅养能力的影响及其与根系分泌物的关系。以期初步阐明玉米马铃薯间作对异质性养分的利用机理，并提高对该模式中非资源性根间作用关系的认识，丰富间套作栽培理论。

农田中作物根系生长空间范围内的土壤养分通常分布不均匀，即具有异质性，但目前人们对作物，尤其是间作作物利用异质性养分的特征及其机制还很不清楚。本项目针对玉米马铃薯间作模式，分别在大田、盆栽和水培条件下构建系列异质性养分试验，从间作对异质性养分的利用出发，围绕根系分泌物介导的非资源性根间作用对作物觅养能力的影响，主要研究了不同养分分布和种植方式下玉米马铃薯的根系分布和养分利用特征；根系分泌物介导的植物间亲缘关系识别对间作玉米和马铃薯根系觅养能力的影响。研究结果表明，（1）异质施肥对作物生长和产量的影响受种植方式的调控。一定程度上，异质施肥降低单作马铃薯产量，但显著提高间作下玉米和马铃薯对养分的吸收量和利用效率，促进作物的生长和产量表现，其中种间行施肥下玉米马铃薯的综合觅养精确度较高，根系分布优化，更具有间作优势。但从作物类型上看，种间行施肥的玉米产量低于种内行，而马铃薯则反之。（2）在单作条件下，活性炭添加去除根系分泌物后显著降低玉米植株生物量，但对马铃薯没有显著影响，而在间作条件下，去除处理对玉米生长有抑制作用，对马铃薯则有促进作用，对两作物的觅养精确度无显著影响；进一步的根系分泌物收集液浇施试验发现，马铃薯根系浸泡液对玉米的生长和产量形成有一定的促进作用，而玉米根系浸泡液对马铃薯则具有一定抑制作用，自浇时玉米和马铃薯生长均得到促进，但马铃薯促进幅度更大；田间切除邻株（根茬存活）试验发现，邻株根系分泌物显著改变玉米的干物质积累，且切除效应不受切除数量的影响。项目研究明确了养分异质性和种间作用在影响间作玉米和马铃薯生长和产量中存在相互关系，间作条件下异质施肥有利于作物对养分的吸收利用，是该间作模式产量优势的形成机制之一。在这一过程中，根系分泌物扮演了重要角色，根系分泌物介导的亲缘关系识别对作物生长具有调控作用。