磷是植物生长所必需的第二大类营养元素,但是由于磷的有效性差、易积累等特点,使土壤中普遍缺乏有效磷,这严重制约着我国以及世界农业的生产和发展。目前,施加磷肥成为解决农田磷素限制的重要途径。但是磷肥大量的施用会造成环境污染等一系列问题。因此,如何提高磷肥的利用效率,充分挖掘土壤磷库已经成为当前研究的热点和重点。间作是提高作物磷素吸收利用效率的有效途径,玉米(Zea mays L.)与紫花苜蓿(Medicago sativa L.)分别为我国东北农牧交错带重要的粮食作物和优良的豆科牧草,二者间作对于该地区的农业发展具有重要的作用。对于间作优势产生机理地下部分的研究目前主要集中在根系构型、根系活化及菌根的形成等方面,而根系动态作为影响植物养分吸收的重要因素却常常被忽略。为此,我们开展了野外田间试验,探究玉米/紫花苜蓿间作体系中作物根系动态和磷素吸收利用关系,进一步完善间作优势产生的地下生态学机理。本试验以玉米和紫花苜蓿为研究对象。于2015-2017年在东北师范大学松嫩草地生态研究站进行。试验设计为随机裂区试验,共3个重复,其中主区因素为2个施磷水平:P0(不施磷)和P1(施磷),副区因素为三种种植模式:玉米单作(MM,65 cm行距种植),紫花苜蓿单作(MA,30 cm行距种植),玉米/紫花苜蓿间作(IMA43,4行玉米和6行紫花苜蓿间距30 cm间作)。主要探究间作和施磷水平对根系的生产力、死亡量、现存量、寿命和周转的影响以及在玉米/紫花苜蓿间作体系中根系的生产力、死亡量、现存量、寿命和周转与磷素吸收和利用的关系,通过试验得到如下主要结果:(1)种植模式和施磷水平的交互作用对作物根系生产力、死亡量和现存量的影响不显著。玉米/紫花苜蓿间作通过加快根系的生产和死亡、提高根系现存量,促进了作物对磷素的吸收利用,与MM和MA相比,IMA43间作提高了作物在0-20 cm土层根系的生产力、死亡量和现存量。施磷水平对作物根系生产力、死亡量和现存量的影响不显著。同时,根系动态随季节变化明显,根系动态峰值出现的时间在施磷水平和种植模式均没有存在显著差异。在表层土壤,不同处理作物的根系生产力、死亡量以及现存量在每年的7-8月份均会出现峰值。(2)间作显著降低了根系存活率和平均寿命,促进根系周转加快。不考虑磷水平,在0-20 cm土层,IMA43与MM和MA相比根系存活率分别降低了17.74%和23.09%,根系平均寿命分别降低12.14%和17.32%,根系周转率分别提高了12.90%和0.86%。不考虑种植模式,与不施磷相比,施磷使作物在0-20 cm土层的根系存活率和平均寿命分别提高了3.68%和19.35%,根系周转率降低了7.42%。(3)施磷和间作均显著提高了作物的磷含量、磷吸收量以及产量。与不施磷相比,施磷条件下,玉米的磷含量、磷素吸收量和产量分别显著提高17.99%、57.04%和32.6%,紫花苜蓿的磷含量、磷素吸收量和产量分别显著提高59.55%、60.47%和9.06%;与单作相比,玉米/紫花苜蓿间作使玉米的磷含量和磷素吸收量分别显著提高了26.58%和13.90%,紫花苜蓿的磷含量、磷素吸收量和产量分别显著提高了8.12%、63.80%和76.31%。(4)在玉米/紫花苜蓿间作系统中,作物根系的年周转率与其磷素利用效率、磷素吸收量和总产量存在显著的正相关关系,而与磷含量不存在相关性。因此,玉米/紫花苜蓿间作后引起的作物根系周转的提高与植物磷素的高效吸收和利用以及产量的提高密切相关。综上所述,玉米/紫花苜蓿间作通过提高根系生产力、死亡量、现存量、降低根系平均寿命和存活率以及加快根系周转,促进了作物对磷素的高效吸收和利用,进而提高作物产量。玉米/紫花苜蓿间作后引起的植物根系动态的变化是提高磷素吸收利用的重要原因之一。