【文献推荐】agriculture: 三叶草—黑麦草混种在丰水年和干旱年的地上、地下相对产量总和大于...
英文题目：Above and Belowground Relative Yield Total of Clover-Ryegrass Mixtures Exceed One in Wet and Dry Years
中文题目：三叶草—黑麦草混种在丰水年和干旱年的地上、地下相对产量总和大于1
期刊名称：Agriculture（2019年影响因子2.072）
发表年份：2021年
通讯作者：Catharina Meinen
作者单位：乔治-奥古斯都-哥廷根大学
Highlights
1. 三年研究均表明各处理地上部和地下部相对总生物量均显著高于1；
2. 通过傅立叶变换红外光谱（FTIR）技术对混合植物根系进行鉴定分离；
3. 在干旱年份，与单作相比，采用白三叶草和黑麦草混作更具产量优势；
4. 2015年和2018年，混作白三叶草在深层土壤中的根系比例显著高于多年生黑麦草；
5. 干旱年份混作白三叶草在浅层土壤中的根系比例高于多年生黑麦草。
研究背景
植物多样性群落可以有效利用更为广泛的地下部资源，如土壤养分和土壤水分。根系构型是决定植物对资源获取能力的主要形态特征，而土壤深层根系是植物有效获取土壤养分和水资源的基础。禾本科植物和豆科植物的生根深度不同，禾本科植物根系通常大量分布于表层土壤，而豆科植物具有更多的异源根系，通常较高比例的根系分布于较深土层中。植物多样性条件下，植物扎根深度的改变可通过更有效地利用土壤水分和养分的吸收进一步促进体系生产力，以此改善植物多样性群体与其生产力之间的正相关关系。然而，传统研究由于缺乏有效的方法来区分拥有不同植物物种的混合根系，有关多样性植物群落中特定物种根系的区别的研究仍然有限。近年来，傅里叶变换红外光谱法（FTIR）已成功应用于区分植物多样性中特定植物物种的根系生物量。白三叶草（Trifolium repensL.）和多年生黑麦草（Lolium perenneL.）均被视为重要的牧草，且被广泛用于草地牧场的混作种植。本研究通过调查具有8种不同基因型的单作和混作中生长的白三叶草和多年生黑麦草的根系垂直根分布方式，并利用FTIR技术对混合植物群体中特定植物的根系生物量进行定量分析。拟验证以下三点科学假设：1）白三叶草和多年生黑麦草之间的根系垂直分布不同；2）单作和混作处理之间根系垂直分布方式具有差异；3）白三叶草和多年生黑麦草混作的地上和地下部生物量均高于单作（相对总收益-RYT> 1）。
本研究采用列区试验设计，于2014年在德国戈廷根南部（51°29′N, 09°55′E）进行开展。试验地海拔167 m，年降水量645 mm，生长季节的平均气温约15.7℃。土壤由21%的粘土、68%的粉土和11%的砂土组成。试验开始前，试验地轮作甜菜、冬小麦和冬大麦。2014年5月，具有8种基因型的白三叶草和多年生黑麦草单作播种，以及每种基因型的白三叶也与多年生黑麦草混作播种。试验共设置17个处理，每处理4个重复，共计68个小区。测定不同处理植物地上部与地下部生物量以及根长密度，计算地上和地下部总相对产量（RYT）。采用FTIR技术定量混作处理中白三叶草和多年生黑麦草的各自根系生物量，并借助深度公式拟合β值，对植物根系的土壤垂直分布进行评估。
由表1可知，2015年、2016年和2018年，单作处理的8种基因型的白三叶草（WC1-WC8）及与多年生黑麦草混作的8种基因型的白三叶草（WC1_PR-WC8_PR）之间的地上生物量、根系生物量和根长密度之间没有显著差异。
由图2可知，根长密度受年份、处理以及处理与年份的交互作用的显著影响。与2018年相比，2015年PR和WC_PR处理的根长密度显著降低了73%和66%。在2015年，WC处理的根长密度比PR和WC_ PR处理分别低88%和86%，2016年WC处理的根长密度比PR和WC_ PR处理分别低86%和83%，2018年WC处理的根长密度比PR和WC_ PR处理分别低80%和81%。
除了2018年白三叶草混作的β值为0.90外，其余所有年份，单作（WC）和混作（WC-mix）处理白三叶草的β值均为0.94。混作的多年生黑麦草（PR-mix）的β值在所有年份间无差异。在单作中，WC和PR的β值在2015年和2018年之间存在显著差异，WC（β=0.94）的根系分布显著深于PR处理（β=0.90和β=0.92）。2018年， WC_mix（β=0.90）处理在浅层土壤中的根系分布比例高于PR_mix处理（β=0.92）。此外，2018年，WC-mix处理（β=0.90）根系分布也比WC_mix（β=0.94）浅。
各处理地上和地下部相对总产量（RYT）均显著高于1。2015年和2018年，白三叶草的地上相对产量显著低于0.4，而多年生黑麦草的地上部相对产量始终显著高于0.6。地下RYWC在2015年为0.55，2016年为0.90，2018年为0.65，而地下RYPR在2015年为1.00，2016年为0.65，2018年为0.86。2016年地上RYWC显著高于0.4，2018年RYPR显著高于0.6。多年平均，多年生黑麦草和白三叶草对地下黑麦草的贡献分别为0.70和0.84（1.54）。
各处理白三叶草和黑麦草地上和地下部生物量分布在2015年至2018年均出现了明显的降低，且三年研究均表明各处理地上部和地下部相对总生物量均显著高于1。这表明即使在干旱年份，与单作相比，采用白三叶草和黑麦草混作更具产量优势。2015年和2018年，混作中白三叶草在深层土壤中的根系比例显著高于多年生黑麦草。总之，白三叶和多年生黑麦草的根系在混作中占据着相似的空间生态位。。
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