间作是一种优良的生态农业模式,对增加作物产量、提高土壤养分利用率和控制病虫害有显著的效果,但以水稻为主的水田间作研究还很少.我国很多地区稻田都缺硅,硅对水稻而言是必需元素,缺硅将会对水稻生产造成严重影响.目前,在间作条件下,关于水稻硅的研究鲜有报道.本研究以水稻(Oryza sativaL.)和雍菜(Ipomoea aquatica Forsk)为研究对象,探讨两者间作系统中的生态效应以及促进水稻吸收硅的内在机理.本研究先是选择两个传统水稻品种(黄华占和桂农占)分别与雍菜进行连续2年(2012,2013)4季的大田试验(水稻与雍菜4∶2间作),研究两者间作对系统生产力、养分吸收和病虫害控制的影响;在此基础上选择一个水稻品种(黄华占)与雍菜进行不同间作比例(2∶2;3∶2;4∶2)的2年(2014,2015)4季的大田试验,重点研究不同比例的水稻和雍菜间作系统中的种间关系以及对水稻硅、氮营养和水稻病虫害控制的影响;然后,通过设置一系列控制实验,深入研究水稻和雍菜间作促进水稻吸收硅的内在机理.主要结论如下:
　　(1) 通过4年8季的大田试验,发现水稻和雍菜间作对水稻株高没有影响,但是显著增加水稻的分蘖数,且随着水稻行数比例的减少而增加.水稻和雍菜间作增加了单位面积的水稻产量,但降低了雍菜产量.水稻和雍菜间作在所有季节的土地当量比均大于 1,表明两者间作能够提高系统的综合生产力;仅从土地当量比(LER)来看,水稻和雍菜3∶2 间作模式最佳(LER 达 1.06~1.20).通过考察水稻的产量性状,表明水稻在间作条件下产量提高主要是由于增加了有效穗数和每穗粒数,并提高了结实率.此外,在水稻和雍菜间作系统中,水稻相比雍菜有更强的竞争能力,尤其在早季其竞争优势更明显.
　　(2)田间调查表明,水稻和雍菜间作能有效降低水稻纹枯病和稻纵卷叶螟的发生率.与水稻单作相比,间作对水稻纹枯病的控制效果早季达33.2%~50.6%,晚季达17.3%~34.9%;而间作对稻纵卷叶螟的控制效果早季达 33.6~43.0%%,晚季达52.8~58.2%.表明该间作体系对于化学减量化和发展环境友好型农业具有一定的实践指导意义.
　　(3)在大田试验中,水稻和雍菜间作显著增加了水稻对硅和氮的吸收量以及成熟期水稻叶片中的硅含量,但是并没有增加水稻叶片中的氮含量,甚至在成熟期略微低于单作,改善了水稻的营养组成,尤其晚季效果更明显.此外,水稻和雍菜间作略微增加了土壤有效硅,铵态氮和速效钾,但该间作体系不会影响土壤的全量养分.
　　(4)水稻和雍菜间作能显著提高水稻植株的硅含量,是由于两者间作其根系之间存在着相互作用,可有效促进水稻吸收硅,且这种作用随着与雍菜间隔距离的增加而减弱.其机理具体表现为间作诱导水稻根部与硅吸收相关的转运子基因(OsLsi1,OsLsi2)和茎部与硅转运相关的转运子基因(OsLsi6)上调表达;并且间作增加了土壤硅的有效性,与水稻单作相比,水稻和雍菜间作大幅度增加土壤水溶性硅含量(增加率达168.1%),而水溶性硅可供水稻直接吸收.
　　(5)在土壤硅有效性上,水稻和雍菜间作降低了土壤的 pH 值(盆栽实验降低0.17个单位).随着土壤pH下降,土壤活性硅会溶解释放出水溶性硅;与水稻相比,雍菜根分泌液有利于增加土壤水溶性硅,其中pH环境是原因之一,但不是有机酸的作用,因为水稻根分泌物中的有机酸含量远高于雍菜.
　　(6)有机酸对土壤中硅的形态变化具有显著作用.有机酸能将土壤固相中的水溶性硅萃取到水溶液中,更方便作物吸收;在有效硅较高的土壤(钙质土),除了草酸,其它有机酸都能溶解体系中的土壤无定形硅和土壤活性硅,来增加水溶性硅含量;在有效硅较低的土壤(酸性稻田土),绝大多数有机酸都能溶解体系中的土壤无定形硅,来增加土壤活性硅和水溶性硅含量.此外,不管是钙质土还是酸性稻田土,柠檬酸对增加体系中水溶性硅含量都具有非常好的效果.
　　综上所述,水稻和雍菜间作是一种可行的稻田生态种植模式,在增加作物产量的同时,可减少农药和化肥的施用,水稻和雍菜间作能促进水稻吸收硅这一结论对于水稻生产将有重要的意义.