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?？茖W(xué)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(jīng)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?shù)剞r(nóng)牧民增收和脫貧致富起著重要的作用?？茖W(xué)合理經(jīng)營花椒人工林，提高其穩(wěn)定性和經(jīng)濟效益，延長花椒產(chǎn)業(yè)鏈是精準扶貧和鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略實施的重要抓手。花椒在氣候波動下尤其是極端干旱、極端降雨的情況下，生長不良、甚至死亡。中國科學(xué)院成都生物研究所生態(tài)過程與生物多樣性保育學(xué)科團組潘開文課題組前期對花椒農(nóng)林復(fù)合系統(tǒng)進行了較為系統(tǒng)的研究，發(fā)現(xiàn)花椒間作大豆復(fù)合系統(tǒng)可提高目標樹種花椒對極端降雨的適應(yīng)能力及恢復(fù)力，有利于應(yīng)對極端降雨的負面干擾。
中國科學(xué)院成都生物研究所博士研究生孫鋒同學(xué)在導(dǎo)師潘開文研究員的指導(dǎo)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(nóng)林復(fù)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(nóng)林復(fù)合系統(tǒng)對土壤微食物網(wǎng)恢復(fù)力的影響過程及其機制。結(jié)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(shù)。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(xiàn)，相鄰作物抗性特征的差異具有加和效應(yīng)，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(nóng)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(zhuǎn)化的影響，為花椒提供充足的礦質(zhì)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(xiàn)不僅為花椒間作系統(tǒng)的構(gòu)建和可持續(xù)經(jīng)營管理提供了重要依據(jù)，也為樹木尤其是經(jīng)濟林應(yīng)對干旱脅迫提供了新的思路，即通過構(gòu)建高效的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)來應(yīng)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(xué)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(nóng)林復(fù)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(yīng)