水旱轮作条件下植物根际效应与养分调控机制
刘学军
【摘 要】水旱轮作是我国传统农业中一项的重要耕作制度，但随着我国人口的持续增长和耕地面积的不断减少，如何发挥水旱轮作系统的增产潜力、实现水肥资源的高教利用，减轻其对环境的负面影响已成为我国农业可持续发展的一个重要方面。 【期刊名称】《科学中国人》 【年(卷),期】2005(000)003 【总页数】1页(P65)
【关键词】水旱轮作;养分;水肥;耕作制度;植物根际;增产潜力;利用;中国;持续增长;耕地面积 【作 者】刘学军
【作者单位】中国农业大学资源与环境学院 【正文语种】中 文 【中图分类】基础科学
水旱轮作条件下植物根际效应与养分调控机制刘 学军水旱轮作是我国传统农业中一项的重要 研究小组经过多年的定位研究发现，与传统 耕作制度，但随着我国人口的持续增长和耕 淹水处理相比，水稻覆膜旱作的产量效应与 地面积的不断减少，如何发挥水旱轮作系统的增产潜力、实现水肥资源的高效利用、减 轻其对环境的负面影响已成为我国农业可持 续发展的一个重要方面。从 20世纪90年代初 期起，以中国农业大学资环学院张福锁教授 和我为首的研究小组通过与四川农科院土肥
所吕世华研究员等人紧密合作，在四川成都 平原建立了水旱轮作资源高效利用的研究基 地，在国家 973 基础规划l项目、 863 高科技项 目、国家自然科学基金、农业部 948 重大引 进项目、教育部重大引进项目等课题资助下、 系统开展了水旱轮作条件下植物根际效应与 养分调控时I］的研究。这些研究抖入开展 水旱轮作体系中植物－土壤相互作用机制与 水分、养分资源的高效利用研究奠定了坚实 的基础。水旱轮作诱导作物缺锺机理研究 我们通过系统研究证明， 7｝＜旱轮作过程 中耕层土壤链的形态变化与空间变异是引起 旱作小麦出现缺锺的外因 ，而小麦根系下扎 能力受阻与活化难溶性锺能力差是小麦缺锺 的内因。研究还发现，在同样 ，缺锺土壤上的 油菜很少表现缺链，其主要原因是油菜根系 具有强烈的酸化能力，可以还原土壤中的高 价值，同时根系易下扎并从深层土壤中吸收 缝，小麦缺乏这种酸化能力，只有在根系到 达含猛丰富的土层后才能消除缺锺胁迫。另 外，在作物锺营养研究中建立了限制根系下 扎的尼龙网袋法、改进了研究作物根系酸化 的琼脂显色法等，丰富了根际研究的方法。 以上研究成果对于深入开展水旱轮作对土壤 锺有效性影响与作物耐缺锺机制的研究具有 重要意义 ，已引起国内外同行的普遍关注。 覆盖阜作稻 ／ 系统的水肥高效利用研究 随着水资源的日益紧缺， 20世纪80年代末以 来国内外兴起水稻覆膜旱作的研究热潮，但 对其产量稳定性和系统是否可持续问题，一． 直缺乏长期系统的研究结果予以肯定。我的土攘基础肥力密切相关，土壤肥力越低增产 效果越好，覆秸轩旱作则引起了水稻减产。 这表明覆盖条件下土壤温度升降引起的养分 供应差异是造成旱作水稻增产或减产的主要 原因。进一步的研究发现，如果将秸轩的降 温作用消除（秸膜双覆盖）后，其减产效应 随之消失。从稻麦轮作系统的角度来看，覆 膜旱作有利于水稻产量与养分吸收，但在麦 季需要加大养分的投入才能保证小麦的高 产 ，覆秸轩旱作抑制了水稻生长与产量，但 在麦季可以减少氮肥用量，获得与传统管理 下小麦相同的产量。我们还系统比较了传统、 覆膜与覆秸籽旱作稻－麦轮作体系中氮素转 化去
向、环境氮（降雨和灌溉水等）输入、养 分循环与平衡等方面的异同。总之，我们的 研究证实，通过养分资源综合管理可以实现 覆膜和覆秸轩旱作条件下稻－麦轮作体系的 高生产力与可持续性。这对指导覆盖旱作水 稻以及水旱轮作条件下的稻麦生产具有重要 的理论和实践意义。稻麦汹高产优质与氮素优化管理研究 本小组通过与四川梅山县科技研究所刘志彬 先生合作，在水稻高产、超高产栽培与养分 管理方面进行了许多探索工作。从 200 1 年起 我们在四川温江、梅山等开展了水稻强化栽 培（SRI) 及水肥管理的研究。通过改进的SRI 技术和养分综合管理，当年温江点的商产突 破700kg,2002 年达到 810kg ，而梅山点产 水平更是连续两年保持在 l OOOkg／ 亩以 上。上述产量高出当地传统水稻 40%-50%, 甚至超过传统稻麦两季的总产。如果这一技 术能够成功推广，将使农民在保证粮食产量 的前提下有机会在小麦季改种蔬菜等经济作 物，从而获得更高的经济收入、改善农民生 活。目前该研究正在深入之中，有望获得重 要进展。研究发现，在北方小麦－玉米体系上采 用的土攘－植株硝酸盐速测技术同样可以在南方水旱轮作体系尤其是旱作物（小麦 ／ 油 菜）上应用，可获得显著的节肥增产效果．针 对免耕条件下氮肥表施损失严重的问题，本 小组研究提出了采用基肥穴施覆土、追』巴雨 前撤施（小麦）或窄行施肥（油菜）的优化 施肥技术，比传统施肥方式显著增产增收， 其中油菜亩产量突破 200kg ，比传统施肥高 出20% 以上。该项优化技术受到当地农民的普遍欢迎并自发推广应用。 水旱轮作区地下水硝酸盐动态研究 本小组对水旱轮作地区氮肥不合理施用 造成的地下水硝酸盐污染问题进行了初步的 调查研究。 结果发现，成都平原地下水硝酸 盐含量有剧烈的微域空间和时间变化，相距 数米的井水硝酸盐含量可以相差上百倍，而 且，还发现随着水稻种植的中后期排水晒回 次数增加、灌水次数减少和地下水位的下降， 地下水硝酸盐含量明显增加。调查还表明， 地下水硝酸盐含量与农田施氮量有关，在高 施氮量的菜田或稻菜轮作回周围地下水硝酸 盐含量往往高于常规稻麦轮作田。这说明在 轻质
水旱轮作条件下植物根际效应与养分调控机制
