間套作是增加農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性的重要措施。圖片來源：百度圖片
間套作是一種歷史悠久、在我國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中有重大貢獻的種植體系。作為一種存在了數(shù)千年的農(nóng)藝措施，間套作大幅度提高作物產(chǎn)量的功能已經(jīng)被大量的生產(chǎn)實踐所證實。事實上，間套作是增加農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性的重要措施，除了增加產(chǎn)量之外，還具有增加農(nóng)田生物多樣性、增加農(nóng)田生產(chǎn)穩(wěn)定性、控制雜草和病蟲害等生態(tài)服務(wù)功能。
近日，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院教授李隆帶領(lǐng)的研究團隊的最新研究成果揭示了禾本科作物（玉米）促進豆科作物（蠶豆）結(jié)瘤固氮的新機制。這項研究成果發(fā)表在《美國科學(xué)院院刊》上。
間套作是我國農(nóng)業(yè)精髓
間套作作為傳統(tǒng)農(nóng)藝措施在我國已經(jīng)有數(shù)千年的歷史。所謂間套作，就是兩種或兩種以上作物隔畦、隔行或隔櫬有規(guī)則栽種的種植制度。
其中，間作是指在同一田地上于同一生長期（季節(jié)）內(nèi)分行或分帶相間種植兩種或兩種以上生長期相近的作物的種植方式；套作是指在前季作物生長后期的株、行間播種或移栽后季作物的種植方式。
數(shù)據(jù)顯示，上世紀80年代我國旱地套作面積0.17億公頃，間套作面積0.25
億~0.28 億公頃，除西藏、青海外，全國都有分布。進入90年代，全國間套作面積發(fā)展到3300萬公頃。
“我國間作套種的種類分布很廣泛，總的特點是東部間套作種類多于西部，南方高于北方。”李隆表示。
大豆和玉米、大豆和小麥、蠶豆和玉米等等豆科作物和禾本科作物的間套作就是國內(nèi)外農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐中常見的作物種間配置方式。此前，李隆及其團隊就研究發(fā)現(xiàn)，在高氮低磷且相對肥沃的土壤上，4
年間作玉米的平均籽粒產(chǎn)量比單作玉米增加了43%，間作蠶豆的平均籽粒產(chǎn)量比單作蠶豆增加了26%。
揭示蠶豆玉米種間相互促進機制
大量研究表明，豆科植物之所以能把無機氮轉(zhuǎn)化為有機氮，在于其根部的根瘤菌的作用。然而，在高肥力或高氮肥投入條件下，生物固氮的潛力被顯著抑制。換言之，在農(nóng)業(yè)耕作中，如果施用過多氮肥，就會減少或完全抑制根瘤菌與豆科植物的結(jié)瘤固氮，出現(xiàn)“氮阻遏”現(xiàn)象。
但是，禾本科作物和豆科作物間作，則可緩解豆科作物生物固氮時的“氮阻遏”現(xiàn)象，合理的作物搭配將強化這種生物固氮作用。一般認為，間套作增加生物固氮的機制是由于禾本科作物競爭土壤中的氮素，從而降低土壤中氮濃度，對豆科作物的結(jié)瘤固氮作用產(chǎn)生刺激作用所致。然而，研究還發(fā)現(xiàn)，豆科作物和禾本科作物間作中，氮素競爭能力更強的禾本科作物并不能進一步增加豆科作物的生物固氮。
那么，禾本科作物促進豆科作物結(jié)瘤固氮有沒有新的機制呢？以蠶豆和玉米間作體系為研究對象，李隆及其研究團隊根據(jù)多年田間觀察和室內(nèi)模擬研究，在田間條件下采用根系分隔的方法，發(fā)現(xiàn)當兩種作物根系交叉在一起時，蠶豆的結(jié)瘤和固氮效果，對照兩者根系分隔時有大幅度增加，證明根系相互作用在結(jié)瘤及固氮中具有重要作用。
在室內(nèi)模擬水培條件下，當兩種作物種在一起時，根系分泌物中一種黃酮類物質(zhì)——染料木素的濃度會大幅度增加。而染料木素恰恰是豆科作物和根瘤菌“對話”的關(guān)鍵信號物質(zhì)。
研究團隊將收集的玉米根系分泌物添加到蠶豆的培養(yǎng)介質(zhì)中，發(fā)現(xiàn)蠶豆結(jié)瘤和固氮作用發(fā)生顯著增強、與固氮相關(guān)的一些基因大幅度上調(diào)。他們由此證實玉米根系分泌物在強化豆科作物結(jié)瘤固氮中具有重要作用。
為可持續(xù)生態(tài)農(nóng)業(yè)提供應(yīng)用前景
“我們的研究揭示了根系正相互作用的機制，解釋了生物多樣性如何提高生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力?！毖芯空咴谡撐闹袑懙?。
事實上，隨著對間套作研究取得顯著進展及其在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能中的價值得到重視，間套作作為一種高效利用資源的種植體系在越來越多的地方得以推廣應(yīng)用。
2015年，國務(wù)院頒布《關(guān)于加快轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)發(fā)展方式的意見》（以下簡稱《意見》），明確提出推廣輪作和間作套作，以深入推進農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，促進種養(yǎng)業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展?！兑庖姟分赋觯褐С忠虻刂埔碎_展生態(tài)型復(fù)合種植，科學(xué)合理利用耕地資源，促進種地養(yǎng)地結(jié)合。重點在東北地區(qū)推廣玉米/大豆（花生）輪作，在黃淮海地區(qū)推廣玉米/花生（大豆）間作套作，在長江中下游地區(qū)推廣雙季稻—綠肥或水稻—油菜種植，在西南地區(qū)推廣玉米/大豆間作套作，在西北地區(qū)推廣玉米/馬鈴薯（大豆）輪作。
在轉(zhuǎn)方式調(diào)結(jié)構(gòu)、加快推進農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的背景之下，關(guān)于間套作種間相互促進機制的研究為利用生物固氮發(fā)展可持續(xù)生態(tài)農(nóng)業(yè)提供新的應(yīng)用前景，為自然生態(tài)系統(tǒng)物種多樣性提高生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力和穩(wěn)定性的認識也提供了理論依據(jù)。
實際上，自上世紀90年代以來，李隆一直從事間套作體系資源高效利用的機制及長期效應(yīng)的研究工作。2007年，李隆及其研究團隊從根際磷營養(yǎng)的角度揭示了間套作高產(chǎn)高效的機制，這篇論文也發(fā)表在了《美國科學(xué)院院刊》上。
“合理的間套作蘊含了豐富的生態(tài)學(xué)原理,
如何將這些科學(xué)原理挖掘出來，在豐富生態(tài)學(xué)理論的同時，進一步對這一種植模式不斷完善和改進并發(fā)揚光大，將是農(nóng)業(yè)生態(tài)工作者的重要使命?！崩盥”硎荆跋嘈胚@一傳統(tǒng)模式將是發(fā)展集約化生態(tài)農(nóng)業(yè)的重要措施，并在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中發(fā)揮越來越重要的作用?！?/p>
