【摘 要】
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磷素是植物生长发育所必需的重要元素。土壤中普遍缺乏生物有效磷,这将制约着我国乃至世界农业生产的发展。施用磷肥是解决农田缺磷,维持作物正常生长,保证作物产量的主要途径,但是磷矿产量不足并且磷肥的利用效率不高,过量施用磷肥会增加成本、产生环境问题。因此,如何提高磷肥的利用效率有利于我国优质、高效、环境友好型农业的发展。间作（intercropping）一直被认为是能够提高作物生物群体磷素吸收利用效率的
【基金项目】
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国家自然科学基金项目（编号 31670446,31270444）； 国家重点基础研究项目（编号 2016YFC0500703）； 吉林省人力资源和社会保障厅项目（编号 2016-28）；
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磷素是植物生长发育所必需的重要元素。土壤中普遍缺乏生物有效磷,这将制约着我国乃至世界农业生产的发展。施用磷肥是解决农田缺磷,维持作物正常生长,保证作物产量的主要途径,但是磷矿产量不足并且磷肥的利用效率不高,过量施用磷肥会增加成本、产生环境问题。因此,如何提高磷肥的利用效率有利于我国优质、高效、环境友好型农业的发展。间作（intercropping）一直被认为是能够提高作物生物群体磷素吸收利用效率的有效途径之一。在东北农牧交错区,玉米（Zea mays L.）是重要的粮食作物,紫花苜蓿（Medicago sativa L.）是品质优良的豆科牧草,将二者间作前景广泛。根系构型特征对于植物吸收水、氮、磷等各种营养元素具有重要的作用。菌根是植物根系与土壤中的菌根真菌通过共生作用形成的结构,其能加强植物根系吸收土壤中各种微量元素,尤其是磷元素。目前对于磷素的吸收、利用在间作之中的特征以及间作优势产生机理的研究大多只是从根系构型与菌根侵染某一个方面进行的。根系构型与菌根侵染是如何协同促进磷素吸收和利用的研究相对薄弱。本试验于2015、2016、2017年在东北师范大学松嫩草地生态研究站进行。研究对象是玉米和紫花苜蓿。试验采用随机裂区试验设计,主区因素为两个施磷水平,副区因素为五种种植模式,有四个重复。两个施磷水平分别为P0（玉米不施磷）、P1(玉米施磷P2O5120.0 kg hm-2);五种种植模式分别为MM（玉米单作,行距65 cm均匀垄种植）、MA（紫花苜蓿单作,行距30 cm均匀垄种植,）、IMA23（2行玉米6行紫花苜蓿间距30 cm间作）、IMA42（4行玉米6行紫花苜蓿间距20 cm间作）、IMA43（4行玉米6行紫花苜蓿间距30 cm间作）。主要研究玉米/紫花苜蓿间作体系中作物根系构型、菌根侵染与磷素高效吸收和利用的关系,通过三年的试验得到如下主要结果:（1）玉米/紫花苜蓿间作能够促进紫花苜蓿的根系生长,但是其却抑制了玉米的根系生长。与玉米单作（MM）相比,IMA43模式玉米的冠根数量、冠根根长、冠根表面积、冠根体积分别显著降低了2%、16%、8%、16%;IMA42模式分别显著降低了15%、34%、33%、37%;IMA23模式分别显著降低了20%、52%、55%、63%。同时与紫花苜蓿单作（MA）相比,IMA43模式紫花苜蓿的主根直径、侧根数量、侧根直径分别显著增加了24%、39%、49%;IMA42模式分别显著增加了17%、25%、37%;IMA23模式分别显著增加了14%、20%、15%。施磷促进了玉米和紫花苜蓿的生长。与不施磷相比,施磷玉米的冠根数量、冠根根长、冠根表面积、冠根体积分别显著增加了6%、26%、23%、26%;施磷紫花苜蓿的主根直径、侧根数量、侧根直径分别显著增加了21%、20%、28%。间作可以增加紫花苜蓿在浅层土壤（0-20 cm）的根系,从而增加紫花苜蓿吸收养分的空间。间作促进玉米和紫花苜蓿的根系在水平方向上的延伸。无论是哪种间作模式,玉米和紫花苜蓿的根系在水平方向上均延伸至对方的根系生长区域。（2）玉米/紫花苜蓿间作能够促进紫花苜蓿的菌根侵染情况,但是其却抑制了玉米的菌根侵染。与玉米单作（MM）相比,IMA43模式玉米的根系菌根侵染强度（M%）、整个根系的菌丝丰度（H%）、整个根系的囊泡丰度（V%）分别降低了22%、31%、33%;IMA42模式分别降低了10%、13%、17%;IMA23模式分别降低了22%、31%、33%。与紫花苜蓿单作（MA）相比,IMA43模式紫花苜蓿的根系菌根侵染强度（M%）、整个根系的菌丝丰度（H%）、整个根系的囊泡丰度（V%）分别增加了20%、23%、34%;IMA42模式分别增加了33%、41%、45%;IMA23模式分别增加了19%、23%、33%。施磷能显著降低菌根侵染水平,这与间作作物和间作模式无关。与不施磷相比,施磷的玉米和紫花苜蓿的根系菌根侵染强度（M%）、整个根系的菌丝丰度（H%）、整个根系的囊泡丰度（V%）分别降低了16%、18%、24%和15%、16%、25%,这说明在磷胁迫环境下作物会通过形成菌根从而促进对于磷素的吸收。（3）玉米/紫花苜蓿间作体系具有间作优势,施磷能够显著提高玉米的产量、生物量和紫花苜蓿的产量。与不施磷相比,施磷玉米的产量和生物量分别增加38%和46%;施磷紫花苜蓿的产量增加10%。综合各个种植模式的产量、生物量、土地当量比等指标来看,IMA43模式在各个间作模式中属于最优模式。（4）玉米的冠根数量、冠根根长、冠根表面积、冠根体积,紫花苜蓿的侧根数量、侧根直径、主根直径与作物的产量、磷素吸收量显著正相关;菌根侵染水平与作物的磷素利用效率显著正相关,因此在低磷水平下作物的根系构型和菌根侵染协同促进玉米/紫花苜蓿间作中产量的增加并且提高了其吸收利用磷素的能力。综上所述,玉米/紫花苜蓿间作体系中作物通过根系构型的变化提高了对磷素的吸收,通过侵染侵染促进了对于磷素的利用,共同促进作物的生长。间作优势受种植模式的影响,其中IMA43模式在产量、磷素吸收、根系构型方面优于其他模式,是最优模式。
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