综述：豆科-禾本科间作系统中的当代植物-土壤反馈：碳、养分和微生物动态研究进展

这篇综述创新性地提出"当代植物-土壤反馈"(CPSF)概念，系统阐述了豆科-禾本科间作体系通过调控土壤氮(N)、磷(P)、钾(K)循环及微生物群落动态，实现碳(C)利用效率(CUE)提升和产量优势的机制。研究揭示了根际沉积物化学多样性驱动微生物功能群组装，促进养分互补吸收（如N2固定提升25%）和土壤有机碳(SOC)积累（最高达22.9%）的关键过程。

　　

引言

全球农业面临增产与生态平衡的双重挑战，豆科-禾本科间作作为典型的多作物系统，其产量优势背后隐藏着复杂的土壤生物地球化学过程。传统植物-土壤反馈(PSF)理论难以解释同期生长的相邻植物间相互作用，这促使研究者提出"当代植物-土壤反馈"(CPSF)新框架，将时间尺度限定在单一生长季内，空间尺度仍保持根际影响范围。

植物通讯策略

植物通过根系分泌物和化感作用塑造微生物群落。豆科植物释放低C:N比根际沉积物（如豌豆沉积物贡献31%无机氮），而禾本科通过羧酸分泌活化难溶性磷。有趣的是，高粱/大豆间作使大豆固氮效率提升25%，但紫花苜蓿或绿豆组合则无此效应，表明物种特异性调控。

养分获取优势

三维互补机制驱动产量提升：

1. 生态位分化：木豆与玉米间作在50kg P/ha条件下使玉米有效磷增加100%

2. 主动共享：豌豆向大麦转移11.9%氮素

3. 高效开采：接种丛枝菌根真菌(AMF)使旱稻生物量磷含量增加34%

土壤碳氮循环动态

间作系统呈现矛盾统一现象：根际激发效应(RPE)增强短期有机质矿化，但长期试验显示1米剖面SOC储量增加22.9%。硝态氮(NO₃^-)浓度最高提升200%，而N₂O排放降低16.2%，这归因于：

• 豆科沉积物快速周转（豌豆沉积物31%转化为无机氮）

• 微生物生物量氮(MBN)增加19-41%

• 亚表层N库存优化

微生物群落重构

间作创造独特的"共享根际"微环境：

• 细菌α多样性显著增加（甘蔗/大豆体系）

• 关键功能群变化：

  ? 变形菌门增加45%（谷子/绿豆体系）

  ? 球囊霉属(Glomus)丰度提升449%（大豆根际）

  ? 固氮基因nifH表达量增加14%

微生物功能调控

酶活性变化揭示代谢重塑：

• 脲酶活性提升37.5%（谷子/绿豆）

• 碱性磷酸酶活性增加33%（玉米/大豆）

• 碳利用效率(CUE)改善驱动微生物坏死物积累

研究空白与展望

现有研究存在三大局限：

1. 深土层(>1m)碳氮动态数据缺乏

2. 根系-微生物互作机制解析不足

3. 不同气候带适用性验证缺失

   未来应重点研究根际沉积物指纹图谱与微生物功能网络的耦合关系。

农业实践意义

该综述为可持续集约化农业提供理论支撑：

• 减少氮肥投入300kg/ha仍维持产量

• 磷肥利用率提升185%

• 微生物网络稳定性增强