玉米-大豆间作通过优化水分吸收策略与干物质转运机制提升谷物产量的研究

本研究发现玉米-大豆间作系统能驱动玉米调整水分吸收策略（主要利用60-100 cm深层土壤水），显著提高干物质转运效率（DMTE）和作物水分生产率（CWP）。通过稳定同位素δ2H和δ1?O结合MixSIAR模型揭示，4:2行比配置的间作模式土地当量比（LER）>1，是兼顾产量提升与资源高效利用的最优方案，为保障粮食安全提供新思路。

　　

²H–¹⁸O同位素比值分布特征与变化趋势

2023-2024年生长季期间，降水、土壤水和木质部水中δ2H–δ1?O同位素比值分析详见补充材料。两个生长季中，所有处理表层土壤（0–20 cm）的同位素值均较高（图2、3）。2024年土壤水的δ2H和δ1?O值随土壤深度增加呈现先降后升趋势。

通过直接观察法比较木质部水与土壤水同位素组成发现，间作玉米在R3生长阶段与60–100 cm深层土壤水同位素值重叠，而单作玉米在R1阶段主要吸收60–100 cm土层水分。这表明间作驱动玉米转向更深层的水分获取。

降水与土壤水同位素组成

作为植被的直接水源，土壤水对缓解季节性干旱至关重要。土壤水同位素组成接近但低于当地大气水线（LMWL），说明土壤水确实来源于降水。然而强烈蒸发导致同位素非平衡分馏，轻同位素流失。从土壤水同位素垂直梯度变化可见...

结论

本研究采用MixSIAR模型结合稳定同位素δ2H和δ1?O，明确了玉米-大豆间作模式的水分利用策略，揭示了干物质积累与转运机制。在R1至R3生长期，单作玉米的主要吸水层逐渐由深层转向浅层；而间作玉米的吸水模式从相对均匀转变为深层主导（60–100 cm贡献率达48%），大豆则稳定利用0–20 cm浅层水（>60%）。4:2间作模式使玉米干物质转运效率（DMTE）显著提升275.0%，作物水分生产率（CWP）和土地当量比（LER）同步优化，证实间作系统通过水分生态位分异实现协同增产。