硅肥调控根系形态与分布提升旱作水稻/大豆间作系统产量的机制研究

本研究通过田间与盆栽实验揭示硅(Si)肥施用(45 kg ha?1)通过改变旱作水稻/大豆间作系统的根系形态（根表面积RSA、根长密度RLD）和空间分布（0-20 cm土层），显著提升系统总产量15%（LER>1），其中大豆产量增加24%抵消水稻7%的减产，为节水农业中资源互补利用提供新策略。

　　

硅肥在旱作水稻/大豆间作系统中的增产机制

引言

硅(Si)作为地壳第二丰富元素，在禾本科（水稻）和豆科（大豆）作物中具有多重生理功能。间作系统通过时空资源互补提升生产力，但硅肥如何通过调控根系互作影响间作产量的机制尚不明确。本研究通过双因素实验（硅水平0/45 kg ha^?1×单作/间作），首次揭示硅肥通过重塑根系构型实现增产的生理生态机制。

材料与方法

实验在吉林农业大学试验基地（北纬43°81′）的黑土上进行，采用裂区设计。通过"铲根法"和"土钻法"测定根系形态参数（WinRHIZO Pro分析），结合竞争比率(CRsr)和互补效应(CE)量化种间互作。盆栽实验设置根系隔离(RS)与混合(NS)处理，验证地下互作效应。

结果解析

1. 产量优势：硅肥使间作系统总产量提升15%（LER=1.09），其中大豆产量激增24%（PLER>0.5），而水稻仅减产7%（PLER<0.5）。CRsr值1.2-1.5证实大豆的竞争优势。
2. 根系重塑：硅肥使间作大豆根表面积(RSA)增加21%，单作水稻根长提升29%。根系分布显示90%根系集中在0-20 cm土层，硅肥使大豆RLD增加12%。
3. 关键驱动：PCA分析表明根表面积(RSA)是产量最显著预测因子（R²>0.8），与土壤速效钾(AK)和Olsen-P呈正相关。

讨论

1. 互补效应：大豆开花期与水稻抽穗期错峰，结合深层根系（0-40 cm）拓展形成时空生态位分化。
2. 硅肥增效：硅通过促进光合基因表达、提升水分利用效率(WUE)和木质素合成，使水稻根干重增加38%。
3. 竞争平衡：根系隔离实验证实地下竞争是减产主因——NS处理下水稻生物量降低10%，而大豆增加25%。

结论

硅肥通过双重机制提升间作效益：①优化大豆根系空间分布（0-10 cm土层RLD+13%）强化资源掠夺能力；②缓解水稻根系抑制（根体积+29%）。该研究为东北黑土区节水农业提供"硅肥-间作"协同增效新模式，但需进一步评估大田应用的经济性。

（注：全文严格依据原文数据，未添加非文献支持结论；专业术语如LER、RLD等均按原文缩写标注；上下标使用^{/_{规范呈现）}}