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成都生物所在豆科作物缓解干旱对花椒人工经济林负面影响机理研究方面获得新进展

 在气候变化背景下,极端干旱发生的频率和强度不断增加,已导致全球森林生态系统中树木大量死亡,严重影响了生态系统的结构和碳平衡。因此,研究树木的抗旱及其生态适应性管理技术对应对全球气候变化的负面扰动具有很重要的现实意义。 

 极端干旱将会扩大空间和时间上土壤水分和物理状况的波动,进而影响植物生长、土壤可利用资源和土壤生物。科学家正致力于稳定土壤生物群落和生态系统过程来维持目标物种的养分吸收,从而提高目标物种的生长,抵抗干旱的危害。 

 花椒(Zanthoxylum bungeanum)作为我国重要的经济树种,广泛种植于云南、贵州、重庆、四川、陕西、甘肃等省市适宜区域,对当地农牧民增收和脱贫致富起着重要的作用。科学合理经营花椒人工林,提高其稳定性和经济效益,延长花椒产业链是精准扶贫和乡村振兴战略实施的重要抓手。花椒在气候波动下尤其是极端干旱、极端降雨的情况下,生长不良、甚至死亡。中国科学院成都生物研究所生态过程与生物多样性保育学科团组潘开文课题组前期对花椒农林复合系统进行了较为系统的研究,发现花椒间作大豆复合系统可提高目标树种花椒对极端降雨的适应能力及恢复力,有利于应对极端降雨的负面干扰。 

 博士研究生孙锋同学在导师潘开文研究员的指导下,针对岷江上游地区花椒间作大豆、花椒间作苜蓿、花椒间作辣椒、花椒单作等4种花椒农林复合系统开展人工模拟干旱试验,系统研究了干旱后不同花椒农林复合系统对土壤微食物网恢复力的影响过程及其机制。结果表明,干旱对花椒单作和混作的土壤微生物量没有显著影响,但其显著增加了土壤微生物抗性指数。在花椒间作苜蓿系统中,干旱显著增加了线虫总密度,以及植食线虫、食真菌、食细菌线虫密度;而在花椒间作大豆系统中,干旱显著降低了土壤线虫总密度、食细菌和食真菌线虫密度。在干旱胁迫下,花椒间作苜蓿系统中,花椒叶片氮含量显著高于花椒单作和其他混作系统,这主要是因为其有较高的微生物活性和净氮矿化率造成。我们发现,相邻作物抗性特征的差异具有加和效应,并迅速反映在不同的土壤生态系统进程和目标物种的养分吸收上。在干旱条件下,特定豆科植物间作管理,通过保持土壤生态系统进程可以稳定目标物种正常生长。此外,研究还表明,豆科植物在农业间作中的有效性取决于所涉及的豆科植物的特异性,并可能在未来的气候条件下受到不同的影响。就本研究而言,在干旱胁迫下,花椒间作苜蓿,可以通过苜蓿对土壤水分的重新分配、固氮等作用,稳定土壤生物过程,减少干旱对土壤氮转化的影响,为花椒提供充足的矿质氮;花椒通过吸收更多的氮,启动生理生化抗旱机制,从而提高抵抗干旱的能力,减少干旱对其生长的负面影响。这一发现不仅为花椒间作系统的构建和可持续经营管理提供了重要依据,也为树木尤其是经济林应对干旱胁迫提供了新的思路,即通过构建高效的复合生态系统来应对干旱的负面干扰。  

 该研究获得国家重点研发计划项目的支持(Grant No. 2016YFC0502101 2017YFC0505000)和国家自然科学基金项目(Grant No. 31370632  31500517)资助。近日以“Specific legumes allay drought effects on soil microbial food web activities of the focal species in agroecosystem”为题在线发表于国际期刊Plant and Soil,2019)。  

 原文链接

  花椒农林复合生态系统 

 

  四种花椒间作系统中各变量对叶片氮浓度的响应 

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