农林复合系统种间根系互作与养分竞争机制的研究

Agroforestry system is an kind of modern pattern of land use and received increasing interest because they offer potential advantages for resource utilization (land, light and temperature), higher economic returns to farmers and increased sustainability in crop production. This research take jujube tree/ wheat system and walnut tree/ wheat system as objects of study to discuss root interspecific interactions and high nutrient efficiency of systems. The soil core method and the stable isotope tracer method were used to measure the dynamic change of root, root interspecific interactions and the competitive and compensation for nitrogen in the intercropping systems. The specific crops include four-year-old jujube tree, six-year-old jujube tree, eight-year-old jujube tree, three-year-old walnut tree and white. The ultimate goal of the study is to clarify the relationship among nutrient accumulation, dynamic change of root and root interspecific interactions and the mechanism for the relationship. The research results will provide theoretical basis and meaningful instructions for making optimum technology of root adjustment and model for optimal allocation of soil resources.

农林复合系统是一种现代化土地利用模式，因其对环境资源的充分利用、较高的经济收益和稳产，已经越来越为人们所关注。本课题以典型的果粮间作多熟立体种植模式（枣树/冬小麦、核桃/冬小麦）为研究对象，依托石河子垦区果粮间作长期定位试验站，研究间作系统内的种间根系互作和养分高效利用。利用根钻法、N-15同位素示踪法研究四、六、八年生枣树/冬小麦、三年生核桃/冬小麦两种间作系统内的根系动态变化、种间根系相互作用和对养分的竞争、补偿吸收利用，阐明果粮间作养分累积、根系动态分布、种间根系互作之间的关系以及这种关系存在的机理，为制定合理的根系调控技术、形成基于根系对养分资源高效利用的优化配置模式提供理论依据和生产实践指导。

以合理特色林果业为基础的农林复合系统不但能够显著提高单位面积的产出，还能够显著提高资源的利用效率和生态效益，开展果粮间作的种间相互作用的研究，特别是定量化植物地下生长动态，对于这一产业的发展具有重要的意义，研究结果也有助于抬升该领域研究在国际上的地位。本项目以枣树/小麦、核桃/小麦两个间作系统为研究对象，研究了两个间作系统在田间条件下的根系相互作用与根系分布，探讨了间作系统对氮素的吸收和利用，分析了间作系统的种间生产力优势。取得的重要结果有：（1）明确了两种果麦间作系统种间根系相互作用特点与根系空间分布特征。分析结果表明，间作果树和间作小麦的根长密度都受到地下根系竞争的影响而降低，果树树龄越大，其降低相应间作小麦根长密度的能力越强。相对于各自相应的单作，间作果树与小麦的根长密度均呈现一定程度的降低。（2）探明了两种果麦间作体系种间氮素吸收和利用规律。间作体系均较单作的氮素利用效率高，表明间作体系确比单作具有氮素利用的优势。间作果树的氮素利用率低于间作小麦，两种果麦间作系统的氮素利用率最低值均出现在N-15施入的120、200 cm处。（3）证实了两种果麦间作体系具有种间生产力优势，间作土地当量比（LER）、产量及地上部生物量的优势表明间作系统能够更加充分利用土壤中的有限资源，对资源的利用具有补偿效应，使土地利用效率得到提高。研究结果丰富了农林复合系统科学理论，并为果粮间作模式的制定提供依据和支撑。项目共发表文章12篇，其中SCI刊物7篇。出版专著一部。