極端干旱將會(huì )擴大空間和時(shí)間上土壤水分和物理狀況的波動(dòng)，進(jìn)而影響植物生長(cháng)、土壤可利用資源和土壤生物。科學(xué)家正致力于穩定土壤生物群落和生態(tài)系統過(guò)程來(lái)維持目標物種的養分吸收，從而提高目標物種的生長(cháng)，抵抗干旱的危害。
花椒(Zanthoxylum bungeanum)作為我國重要的經(jīng)濟樹(shù)種，廣泛種植于云南、貴州、重慶、四川、陜西、甘肅等省市適宜區域，對當地農牧民增收和脫貧致富起著(zhù)重要的作用。科學(xué)合理經(jīng)營(yíng)花椒人工林，提高其穩定性和經(jīng)濟效益，延長(cháng)花椒產(chǎn)業(yè)鏈是精準扶貧和鄉村振興戰略實(shí)施的重要抓手。花椒在氣候波動(dòng)下尤其是極端干旱、極端降雨的情況下，生長(cháng)不良、甚至死亡。中國科學(xué)院成都生物研究所生態(tài)過(guò)程與生物多樣性保育學(xué)科團組潘開(kāi)文課題組前期對花椒農林復合系統進(jìn)行了較為系統的研究，發(fā)現花椒間作大豆復合系統可提高目標樹(shù)種花椒對極端降雨的適應能力及恢復力，有利于應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)在導師潘開(kāi)文研究員的指導下，針對岷江上游地區花椒間作大豆、花椒間作苜蓿、花椒間作辣椒、花椒單作等4種花椒農林復合系統開(kāi)展人工模擬干旱試驗，系統研究了干旱后不同花椒農林復合系統對土壤微食物網(wǎng)恢復力的影響過(guò)程及其機制。結果表明，干旱對花椒單作和混作的土壤微生物量沒(méi)有顯著(zhù)影響，但其顯著(zhù)增加了土壤微生物抗性指數。在花椒間作苜蓿系統中，干旱顯著(zhù)增加了線(xiàn)蟲(chóng)總密度，以及植食線(xiàn)蟲(chóng)、食真菌、食細菌線(xiàn)蟲(chóng)密度；而在花椒間作大豆系統中，干旱顯著(zhù)降低了土壤線(xiàn)蟲(chóng)總密度、食細菌和食真菌線(xiàn)蟲(chóng)密度。在干旱脅迫下，花椒間作苜蓿系統中，花椒葉片氮含量顯著(zhù)高于花椒單作和其他混作系統，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，相鄰作物抗性特征的差異具有加和效應，并迅速反映在不同的土壤生態(tài)系統進(jìn)程和目標物種的養分吸收上。在干旱條件下，特定豆科植物間作管理，通過(guò)保持土壤生態(tài)系統進(jìn)程可以穩定目標物種正常生長(cháng)。此外，研究還表明，豆科植物在農業(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(lái)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(guò)苜蓿對土壤水分的重新分配、固氮等作用，穩定土壤生物過(guò)程，減少干旱對土壤氮轉化的影響，為花椒提供充足的礦質(zhì)氮；花椒通過(guò)吸收更多的氮，啟動(dòng)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(cháng)的負面影響。這一發(fā)現不僅為花椒間作系統的構建和可持續經(jīng)營(yíng)管理提供了重要依據，也為樹(shù)木尤其是經(jīng)濟林應對干旱脅迫提供了新的思路，即通過(guò)構建高效的復合生態(tài)系統來(lái)應對干旱的負面干擾。
該研究獲得國家重點(diǎn)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(xiàn)發(fā)表于國際期刊Plant and Soil,（2019）。
花椒農林復合生態(tài)系統
四種花椒間作系統中各變量對葉片氮濃度的響應