豆-禾混播模式产量稳定性及作物根系构型特征研究

The legume-grass mixture will able to be an important model for future organic agriculture and efficient alternative agriculture due to the characteristic of stable production, high yield, and high efficiency and sustainability. However, the key factors affecting the yield stability of legume-grass mixture grassland and the mechanism of plasticity and adaptive change of root architecture are poorly understood in the competitive environment, especially in the perennial legume-grass mixture grassland. This project intends to combine integration analysis and location detection in order to assess the impact of climate change, mixture components, duration, and mixture design on the yield stability of legume-grass mixture grassland, and to clarify key factors affecting the yield stability. Based on geometric shape, topological structure and fractal characteristics of the root system, analyze and compare the plasticity of adaptable changes of the root architecture in forage grasses in the competitive habitat, determine the relationship between yield variation and root characteristics, and eventually propose the management practices. This study contribute a theoretical basis for elucidating the mechanism of efficient production of legume-grass mixture systems.

豆禾混播因其稳产、高产和高效可持续的特性被认为是未来有机农业和高效替代农业的重要模式。然而在竞争生境中，影响豆禾混播草地产量稳定性的关键因子以及根系构型可塑性及适应变化的对策机制尚不明晰，尤其在多年生混播草地系统中。本项目拟采用整合分析和定位检测相结合的方法，通过整合分析从气候变化、混播组分、混播年限和混播设计对豆禾混播草地产量稳定性开展研究，明晰影响豆禾混播牧草体系产量稳定性的关键因子；从牧草根系的几何形态、拓扑结构和分形特征等角度出发，分析和比较牧草在竞争生境中根系构型可塑性及适应变化的对策，明确豆禾混播系统产量变异数与根系构型特征的相关关系，提出基于产量稳定性的豆禾混播管理策略。该研究可为阐明豆禾牧草混播复合系统高效生产机制提供理论基础。

豆-禾混播因其稳产、高产和高效可持续的特性被认为是未来有机农业和高效替代农业的重要模式。本研究明晰了影响混播体系作物产量稳定性的主要因子，阐明了不同混播模式下饲草作物根系构型特征变化规律，明确了不同空间距离以及作用方式对根系构型特征的影响。研究发现：1. 与单播模式相比较，豆-禾混播模式能够增加作物产物的稳定性，并且豆-禾混播模式在年平均温度在8-15℃、年降水量在600-1000mm、试验年限大于5年以及替代模式条件下，产量稳定性显著增加；2. 在不同的混播模式下，与单播模式相比较，豆-禾混播模式能够增加饲草作物的总根长、根表面积、根体积、根平均直径。与混播模式相比较，豆-豆混播使得种间竞争很强，导致紫花苜蓿根系分支简单，分形维数变小，而降低种间竞争强度有利于混播牧草根系发展更为复杂的根系结构，增加空间占有能力，提高水分的利用效率；3. 燕麦和红豆草在不同的行距（20cm和30cm）以及不同作用方式（同行和异行）下拓扑指数均接近于1，表明 2 种牧草根系分支结构均接近鱼尾状分支模式。