混播空间结构对豆禾混播草地氮、磷利用效率及群落稳定性的影响

In order to provide the scientific and important approach for high quality forage products of herbivorous livestock production, the intensive management of prataculture and the control of grassland degradation, the planting patterns of perennial legumes-grass mixtures would be established for efficient utilization of soil nutrients, high yield and quality of forage. The study would establish the patterns of legumes-grass mixtures based on the structure of agriculture and animal husbandry, natural grassland degradation and improving soil fertility of cultivated field in semi-arid regions (Zhaosu Basin of Xinjiang). The study focused on spatial structure of legumes-grass mixtures community. The study would emphatically discuss the relationship of high yield and quality forage and soil nutrients. The study methods were integrated by the spatial patterns of aboveground and belowground roots, efficient utilization of soil nitrogen and phosphorus. The study contents included the interspecific interactions intensities of mixed legumes-grass, the production performance advantages, the nitrogen utilization and migration, the phosphorus absorption and distribution. The study would reveal the mechanism of mixed advantages: 1) the reasonably spatial.arrangement could improve the yield and quality of forage on aboveground, 2) the efficient use of nitrogen and phosphorus could economize fertilizer and obtain higher yield and quality of forage.

建立土壤养分资源高效利用与持续高产优质的多年生豆禾混播草地建植模式，可为全面解决饲草料稳定来源、实现草地集约经营、控制草地退化等重大生态建设与生产问题提供重要途径。本项目基于半干旱区农牧业生产结构现状，天然草地退化与中低产农田亟需通过建植旱作多年生豆禾混播草地实现整个区域草地生态恢复、农田的高效培育和持续合理利用等重大需求，针对其建植与管理过程中土壤养分利用与高产稳产的复杂关系，将豆禾牧草混播的空间结构作为研究的切入点，把“混播牧草地上空间格局、地下根系的空间格局及其土壤氮、磷利用效率”作为统一体，从空间分布格局的角度分析混播牧草种间相互作用强度；在同行与异行混播结构下，以地上种间竞争强度，根系形态特征、分布格局与土壤氮、磷利用效率间的内在联系为关键证据，系统揭示地上部与地下部因素对混播草地生产性能及其持续性的影响机制，以期为多年生豆禾混播草地混播优势产生机制提供地上与地下二个方面的依据。

通过4年的盆栽和田间试验调查与分析，解决了昭苏盆地豆禾混播草地混播种类（物种丰富度）、混播比例（物种均匀度）和空间结构对地上、地下混播优势产生影响机制这一关键科学与生产问题，为新疆雨养地区人工草地建植模式优化与生产、生态功能提升提供了科学依据。（1）物种丰富度、均匀度以及空间结构的优化可以使豆禾混播牧草群体获得牧草产量优势（地上优势）。当豆科牧草混播比例上升时，豆科牧草竞争力增强，有利于获得更高的产量优势；异行混播相比同行混播，也有利于增强豆科牧草竞争力。上述成果为科学建植高产优质豆禾混播草地提供了科学支撑。（2）物种丰富度、均匀度以及空间结构的优化可以使豆禾混播牧草群体氮素固定、转移、利用途径和效率得到提高，其中，混2（无芒雀麦+红豆草）和混6（无芒雀麦+猫尾草+鸭茅+红豆草+紫花苜蓿+红三叶）混播组合处理具有较高的氮素固定、转移效率，且生产性能也表现出较高水平。这为从物种多样性和种间竞争力角度提高间混作群体生产性能提供了新的途径。（3）通过权衡地上、地下生长，改变根系构型特征，使资源配置方式优化来适应地下竞争生境的变化。豆科牧草根际根瘤特征、豆禾牧草根系AM真菌区系特征和根际解磷细菌均会随着混播方式的变化发生显著改变。这为从地下根系及根际特征优化间混作群体地下养分、水分吸收效率提供了新的途径。（4）豆科牧草根系根瘤菌特征和AM真菌侵染状况对混播牧草生物固氮、转氮的影响显著；混播草地土壤解磷菌数量特征变化与混播牧草植株磷含量和磷素利用效率显著相关；磷利用效率与混播草地根际土壤磷酸酶活性、土壤磷富集率、土壤pH和磷营养竞争比率均呈正相关。这为从地上、地下2个方面全面揭示豆禾混播草地混播优势提供了全面的科学证据。（5）发表期刊论文8篇，其中SCI收录1篇，培养硕士研究生2名。