水稻地上和地下部植食者的相互关系、机制及调控研究

了解植物地上和地下部植食者的相互关系是揭示陆地生态过程及生物调控机制的关键环节。本项目以褐飞虱和潜根线虫分别作为水稻地上和地下部的模式植食者，基于"植食者相互关系依赖于共享植物－土壤系统碳氮分配变化"的假说，利用13C和15N示踪技术，结合温室盆栽、野外调控及野外调查试验，主要研究：1）通过室内和野外褐飞虱和潜根线虫种群监测，验证水稻植食者的相互关系；2）借助植物－土壤系统不同组分碳氮分配的分析，揭示植食者的相互作用机制；3）以水稻品种和施肥为例，评价典型农业措施对植食者相互关系及水稻生长的影响。预期结果可阐明水稻褐飞虱和潜根线虫的相互关系，验证基于碳氮资源分配的植食者相互作用机制，最终可提出旨在降低两种同类型植食者共同危害的农业调控建议。

了解植物地上和地下部植食者的相互关系是揭示陆地生态过程机制的关键。本项目主要研究内容包括：（1）验证水稻植食者的相互关系；2）揭示植食者的相互作用机制；3）评价典型农业措施对植食者相互关系的影响；4）探索土壤生物群落与作物生长和地上部害虫的关系。结果表明：（1）褐飞虱对水稻生长的抑制作用随水稻品种的抗褐飞虱能力的增加而减轻。褐飞虱还引起感虫水稻品种下土壤微生物生物量碳和氮、可溶性有机碳和氮、土壤可溶性糖和氨基酸含量的降低（P<0.05），并造成食细菌线虫的比例下降而根系植食线虫的比例则上升。对于抗虫水稻品种，褐飞虱作用下土壤有效资源和土壤线虫群落均表现出相反的响应趋势。（2）在较短的危害时间内，高密度的褐飞虱种群不仅抑制水稻根系生物量，还导致了土壤微生物生物量碳和氮以及可溶性有机碳和氮含量的下降（P<0.05），而低到中等的褐飞虱密度不影响甚至促进水稻的生物量和土壤的有效资源水平。中低程度的地上部植食作用对植物生长具有促进作用，而这种促进作用会进一步在土壤有效资源水平上得以体现。（3）潜根线虫的数量差异但并不依赖于品种对褐飞虱的抗性。水稻对地上部和地下部害虫的综合抗性机制可能十分复杂。（4）品种和施肥对褐飞虱有着显著影响（P<0.001）。抗虫品种和有机肥能够提高水稻植株对褐飞虱的抗性，减轻褐飞虱对水稻生长的抑制以及对土壤微生物生物量和食微线虫的负面影响。使用有机肥后，水稻根系植食线虫的比例显著下降，而食细菌线虫的比例则增加（P<0.001）。（5）褐飞虱的危害引起水稻内可溶性糖从茎叶向根系方向运移，造成潜根线虫数量的上升了27%。反之，潜根线虫引起水稻茎叶和根系内可溶性营养物质的全面减少，褐飞虱数量下降28%。当土壤中其它线虫与潜根线虫共同存在时，潜根线虫的数量降低至单独存在时的21%，因而褐飞虱所受到的来自地下部植食者的抑制作用也得以减轻。（6）植食者不同程度的增加了各水稻品种土壤铵态氮含量，而对土壤硝态氮含量的影响依赖品种，如在单独作用下显著提高了抗虫品种处理硝态氮含量（P < 0.05）。土壤各组分15N含量与全量组分变化趋势基本一致。（7）茎秆附生轮虫数量与茎秆总氨基酸含量呈正相关。在水稻灌浆期，节水灌溉提高了茎秆附生轮虫和线虫数量。研究结果为完善农田生态系统地上部与地下部植食者的相互作用机制以及指导农业管理措施以综合控制水稻整体虫害提供依据。