豆科禾本科间作的根系互作对根分泌物的影响

Legume //cereal intercropping widely distributed in china, and which could significantly enhance nutrient use efficiency and yields. At present, research interesting focus on biological mechanism of underground in stead of aboveground in intercropping systems. However, the study of effect of root interaction on root exudations is little in intercropping systems. Wheat //faba bean and maize // soybean intercropping has a wide distribution in Yunnan province and South-china. We choose these intercropping patterns as studies materials, and will carry out (1)effet of intercropping on root distribution and root morphology (root numbers, root activity, root length density, root height index etc) ;(2)dynamic characters of intercropping and mono-cropping root exudation(organic acids, amino acids, sugars, flavonoids etc);(3)influence of root interaction on root exudation and its mechanisms in intercropping systems. The research will benefit to understand the biological mechanism of underground in legume //cereal intercropping systems, and which provide a theoretical basis to explain why legume//cereal intercropping could improve nutrient use efficiency and enhance productivity and sustainability of agroecosystems.

豆科禾本科间作是分布最为广泛的间作模式，其在提高养分利用效率及产量方面具有显著作用。当前人们对豆科禾本科间作模式的研究逐步从地上部光热资源的研究转向地下部生物学机制的研究。但间作根系互作对根系分泌物影响方面的研究较少，本项目以云南及南方地区分布较广的小麦蚕豆间作、玉米大豆间作为研究对象，主要研究（1）间作对作物根系分布及根系构型的影响（如根系数量、根系活力、根长密度、根深指数等）；（2）单、间作作物各生育期根系分泌物的动态变化特征（如有机酸类、氨基酸类、糖类、黄酮类等）；（3）根系互作对间作作物根系分泌物的影响机制。通过本研究有利于进一步理解豆科禾本科作物间作的地下部生物学机制，为揭示豆科禾本科作物间作提高养分利用效率，提高农田生态系统生产力和稳定性提供理论依据。

根系分泌物在根-土-微生物互作过程中充当着语言的作用，长期以来备受人们的关注，但间作系统中作物地下部根系互作对根系分泌的影响及其作用机制尚不清楚。本研究通过田间试验、土培试验及水培试验，以小麦蚕豆间作、玉米大豆间作为研究对象，通过根系不分隔、根系分隔及单作等方式，系统研究了小麦蚕豆间作、玉米大豆间作条件下，根系相互作用对根构型、根系分泌物、根际土中有机酸、酚酸、糖、游离氨基酸、黄酮的含量和种类的影响，从根系互作下的作物养分吸收利用分配及根系形态参数的角度，探讨了豆科禾本科间作根系分泌物特征及其改变机制。研究结果表明豆科禾本科间作根系相互作用改变了作物根系形态，导致根系分泌物数量和组成的改变。（1）豆科禾本科间作具有显著的生物量和产量优势。在豆科禾本科间作系统中，禾本科作物的竞争能力强于豆科作物。（2）豆科禾本科根系相互作用改变了作物的根系形态参数。与单一种植相比，根系相互作用促进了玉米根系的伸长，抑制了大豆根系的生长；增加了0-10cm土层小麦的根长密度、根表面积和体积，增加了10-30cm土层小麦的根系平均直径。（3）豆科禾本科间作根系相互作用提高了作物根系有机酸、糖类、黄酮的分泌量和分泌速率、改变了小麦蚕豆、玉米大豆根系分泌有机酸、酚酸的种类；促进了豆科作物（大豆、蚕豆）的根系氨基酸分泌，降低了根系分泌物中酚酸的数量和分泌速率、减少了酚酸的种类，同时抑制了酚酸在根际中的累积。（4）豆科禾本科根系相互作用改变了根构型及根系形态参数、提高了作物根系活力、促进了豆科禾本科间作群体对氮、磷养分的吸收和累积，最终改变了根系分泌物的含量和组成。研究结果从地下部根系相互作用的角度，明确了种间相互作用改变间作根际微生态环境的作用及其互作机制，为进一步理解豆科禾本科间作提高作物产量、维持土壤地力、降低病虫害发生提供了理论依据。通过项目的实施，累积发表论文26篇，获发明专利授权2项，获云南省科技进步三等奖1项。培养博士、硕士研究生14人、年轻教师3人。