極端干旱將會擴大空間和時間上土壤水分和物理狀況的波動，進而影響植物生長、土壤可利用資源和土壤生物。科學家正致力于穩(wěn)定土壤生物群落和生態(tài)系統(tǒng)過程來維持目標物種的養(yǎng)分吸收，從而提高目標物種的生長，抵抗干旱的危害。
花椒(Zanthoxylum bungeanum)作為我國重要的經濟樹種，廣泛種植于云南、貴州、重慶、四川、陜西、甘肅等省市適宜區(qū)域，對當地農牧民增收和脫貧致富起著重要的作用。科學合理經營花椒人工林，提高其穩(wěn)定性和經濟效益，延長花椒產業(yè)鏈是精準扶貧和鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略實施的重要抓手?；ń吩跉夂虿▌酉掠绕涫菢O端干旱、極端降雨的情況下，生長不良、甚至死亡。中國科學院成都生物研究所生態(tài)過程與生物多樣性保育學科團組潘開文課題組前期對花椒農林復合系統(tǒng)進行了較為系統(tǒng)的研究，發(fā)現花椒間作大豆復合系統(tǒng)可提高目標樹種花椒對極端降雨的適應能力及恢復力，有利于應對極端降雨的負面干擾。
中國科學院成都生物研究所博士研究生孫鋒同學在導師潘開文研究員的指導下，針對岷江上游地區(qū)花椒間作大豆、花椒間作苜蓿、花椒間作辣椒、花椒單作等4種花椒農林復合系統(tǒng)開展人工模擬干旱試驗，系統(tǒng)研究了干旱后不同花椒農林復合系統(tǒng)對土壤微食物網恢復力的影響過程及其機制。結果表明，干旱對花椒單作和混作的土壤微生物量沒有顯著影響，但其顯著增加了土壤微生物抗性指數。在花椒間作苜蓿系統(tǒng)中，干旱顯著增加了線蟲總密度，以及植食線蟲、食真菌、食細菌線蟲密度；而在花椒間作大豆系統(tǒng)中，干旱顯著降低了土壤線蟲總密度、食細菌和食真菌線蟲密度。在干旱脅迫下，花椒間作苜蓿系統(tǒng)中，花椒葉片氮含量顯著高于花椒單作和其他混作系統(tǒng)，這主要是因為其有較高的微生物活性和凈氮礦化率造成。我們發(fā)現，相鄰作物抗性特征的差異具有加和效應，并迅速反映在不同的土壤生態(tài)系統(tǒng)進程和目標物種的養(yǎng)分吸收上。在干旱條件下，特定豆科植物間作管理，通過保持土壤生態(tài)系統(tǒng)進程可以穩(wěn)定目標物種正常生長。此外，研究還表明，豆科植物在農業(yè)間作中的有效性取決于所涉及的豆科植物的特異性，并可能在未來的氣候條件下受到不同的影響。就本研究而言，在干旱脅迫下，花椒間作苜蓿，可以通過苜蓿對土壤水分的重新分配、固氮等作用，穩(wěn)定土壤生物過程，減少干旱對土壤氮轉化的影響，為花椒提供充足的礦質氮；花椒通過吸收更多的氮，啟動生理生化抗旱機制，從而提高抵抗干旱的能力，減少干旱對其生長的負面影響。這一發(fā)現不僅為花椒間作系統(tǒng)的構建和可持續(xù)經營管理提供了重要依據，也為樹木尤其是經濟林應對干旱脅迫提供了新的思路，即通過構建高效的復合生態(tài)系統(tǒng)來應對干旱的負面干擾。
該研究獲得國家重點研發(fā)計劃項目的支持（Grant No. 2016YFC0502101 和 2017YFC0505000）和國家自然科學基金項目（Grant No. 31370632 和 31500517）資助。近日以“Specific legumes allay drought effects on soil microbial food web activities of the focal species in agroecosystem”為題在線發(fā)表于國際期刊Plant and Soil,（2019）。
花椒農林復合生態(tài)系統(tǒng)
四種花椒間作系統(tǒng)中各變量對葉片氮濃度的響應