作物多樣性對(duì)病蟲害生態(tài)調(diào)控和土壤地力的影響

1、項(xiàng)目名稱：作物多樣性對(duì)病蟲害生態(tài)調(diào)控和土壤地力的影響首席科學(xué)家：朱有勇 云南農(nóng)業(yè)大學(xué)起止年限：2011.1至2015.8依托部門：云南省科技廳二、預(yù)期目標(biāo)總體目標(biāo)探明作物多樣性生態(tài)調(diào)控病蟲害的基本原理，創(chuàng)建基本方法，提供應(yīng)用范例。建立評(píng)價(jià)體系，客觀評(píng)價(jià)作物多樣性的持續(xù)效應(yīng)和對(duì)地力的影響。在本領(lǐng)域頂級(jí)學(xué)術(shù)刊物發(fā)表系列論文，發(fā)展和豐富農(nóng)業(yè)生物多樣性理論。在作物多樣性調(diào)控病蟲害的研究方面保持國(guó)際前沿地位，在國(guó)際學(xué)術(shù)界產(chǎn)生重要的影響。五年預(yù)期目標(biāo)1、基礎(chǔ)理論貢獻(xiàn)1）闡明作物多樣性調(diào)控病害的基因多樣性原理從前一項(xiàng)目的研究基礎(chǔ)切入，利用遺傳異質(zhì)性高的元陽(yáng)梯田水稻品種為研究材料，通過(guò)該品種的基因組精準(zhǔn)測(cè)序和

2、基因芯片分析，從基因組和表達(dá)組解析遺傳異質(zhì)性調(diào)控病害的原理，探明其分子基礎(chǔ)。利用項(xiàng)目育成的抗小麥條銹病近等基因系，設(shè)計(jì)組配不同豐度基因多樣性品系組合，完成田間抗病試驗(yàn)和人工接種試驗(yàn)，驗(yàn)證基因多樣性調(diào)控病害的效應(yīng)和作用。通過(guò)完成這兩類交互試驗(yàn)，一是從元陽(yáng)梯田水稻品種持久調(diào)控病害現(xiàn)象到探明其遺傳異質(zhì)的分子基礎(chǔ)，二是從組配已知抗病基因不同豐度到調(diào)控田間病害的效應(yīng)，詮釋遺傳異質(zhì)調(diào)控病害的機(jī)理。2）探明作物多樣性影響土壤地力的根際生態(tài)過(guò)程在前一項(xiàng)目試驗(yàn)驗(yàn)證了玉米與蠶豆、小麥與蠶豆間作促進(jìn)蠶豆根瘤增加以及蠶豆通過(guò)活化根際磷改善玉米磷營(yíng)養(yǎng)的基礎(chǔ)上，以作物多樣性種植體系地上部和地下部種間相互作用及其反饋調(diào)節(jié)為

3、切入點(diǎn)，深入研究作物多樣性種植與單作的根際過(guò)程和根系組成特征，探明作物多樣性種植中作物對(duì)提高土壤養(yǎng)分吸收利用的作用機(jī)理；從養(yǎng)分活化競(jìng)爭(zhēng)利用，土壤碳氮協(xié)調(diào)促進(jìn)生物固持和微生物多樣性的變化特征，闡明作物多樣性種植對(duì)土壤地力的影響。2、基本方法貢獻(xiàn)1）形成作物多樣性種植模式的技術(shù)參數(shù)集成各項(xiàng)研究的核心要素，結(jié)合機(jī)械化配套作業(yè)需求，構(gòu)建作物多樣性種植模式的技術(shù)參數(shù)，主要包括作物搭配原則、栽培方式、種植規(guī)格和群落結(jié)構(gòu)比例等技術(shù)參數(shù)，并完成大面積田間試驗(yàn)驗(yàn)證，形成作物多樣性種植專利技術(shù)和技術(shù)參數(shù)，為制定技術(shù)規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)提供科學(xué)數(shù)據(jù)。2）建立作物多樣性種植模式持續(xù)應(yīng)用的評(píng)價(jià)體系集成各項(xiàng)研究的指標(biāo)數(shù)據(jù)，構(gòu)建作物

4、多樣性種植模式的評(píng)價(jià)內(nèi)容和技術(shù)指標(biāo)，建立長(zhǎng)期定位觀測(cè)點(diǎn)，并完成田間觀測(cè)驗(yàn)證和校正，形成評(píng)價(jià)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)。完成定位觀測(cè)數(shù)據(jù)分析，客觀評(píng)價(jià)作物多樣性種植模式對(duì)土壤地力、病蟲害、產(chǎn)量、品質(zhì)等方面的影響和效應(yīng)。3）提供大面積應(yīng)用范例，展示研究成果通過(guò)田間試驗(yàn)驗(yàn)證的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行組裝配套，形成簡(jiǎn)單易行效果顯著的技術(shù)規(guī)程，進(jìn)行田間放大展示。本項(xiàng)目擬提供玉米與馬鈴薯、玉米與大豆等作物多樣性種植模式的萬(wàn)畝應(yīng)用范例，展示作物多樣性研究成果，為促進(jìn)區(qū)域糧食安全提供技術(shù)儲(chǔ)備。3、學(xué)術(shù)貢獻(xiàn)和人才培養(yǎng)在本領(lǐng)域頂級(jí)學(xué)術(shù)刊物發(fā)表系列論文，申請(qǐng)一批發(fā)明專利，發(fā)展和豐富農(nóng)業(yè)生物多樣性理論。在作物多樣性調(diào)控病蟲害的理論和應(yīng)用研究方面

5、保持國(guó)際前沿地位，在國(guó)際學(xué)術(shù)界產(chǎn)生重要的影響。培養(yǎng)和凝聚一批農(nóng)業(yè)生物多樣性研究的科學(xué)家隊(duì)伍，培養(yǎng)博士、碩士研究生100-120名，形成國(guó)內(nèi)外農(nóng)業(yè)生物多樣性研發(fā)網(wǎng)絡(luò)和中心。三、研究方案1、研究思路根據(jù)生物多樣性、作物栽培學(xué)、植物保護(hù)學(xué)、生態(tài)學(xué)、土壤學(xué)等學(xué)科的基本原理，將田間試驗(yàn)、定位觀測(cè)、模式模擬、資源評(píng)價(jià)、分子生物學(xué)和信息技術(shù)有機(jī)結(jié)合，在前期項(xiàng)目工作的基礎(chǔ)上，從作物遺傳異質(zhì)調(diào)控病害和作物多樣性干擾害蟲行為的前期試驗(yàn)結(jié)果切入，深入研究作物多樣性調(diào)控病蟲害的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。另外，從前一項(xiàng)目研究發(fā)現(xiàn)的作物多樣性種植增加根瘤和土壤磷的活化等現(xiàn)象切入，深入研究作物多樣性影響土壤地力的關(guān)鍵問(wèn)題。在此基礎(chǔ)上，

6、解析作物多樣性種植生態(tài)調(diào)控的主要機(jī)理，集成研究結(jié)果核心要素，形成應(yīng)用模式范例，并客觀評(píng)價(jià)持續(xù)應(yīng)用的效應(yīng)和影響。2、技術(shù)途徑本項(xiàng)目是在前一個(gè)973項(xiàng)目“農(nóng)業(yè)生物多樣性控制病蟲害和保護(hù)種質(zhì)資源的原理和方法”基礎(chǔ)上的深入研究。有良好的技術(shù)支撐平臺(tái)，有數(shù)據(jù)積累和人才積累。匯集了我國(guó)從事農(nóng)業(yè)生物多樣性研究的2個(gè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，1個(gè)國(guó)家生物多樣性研究中心，5個(gè)省部級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，擁有先進(jìn)配套的實(shí)驗(yàn)設(shè)備及布局合理的試驗(yàn)基地，長(zhǎng)期田間試驗(yàn)點(diǎn)西南地區(qū)40個(gè)，西北5個(gè)，東南5個(gè)。前期研究基礎(chǔ)扎實(shí)，試驗(yàn)條件基本滿足上述試驗(yàn)方案的圓滿完成。3、創(chuàng)新點(diǎn)及其突破1）作物遺傳異質(zhì)調(diào)控病害的分子基礎(chǔ)作物群體遺傳異質(zhì)性與病害流行

7、呈負(fù)相關(guān)，單一品種大面積種植的農(nóng)田系統(tǒng)遺傳異質(zhì)性低，發(fā)病率高病害流行概率大，品種多樣性種植的農(nóng)田系統(tǒng)遺傳異質(zhì)性高，發(fā)病率低病害流行概率小。各種作物均普遍存在這種現(xiàn)象，并被廣泛認(rèn)知，但長(zhǎng)期未被試驗(yàn)理論解析，難點(diǎn)是難以獲得良好的試驗(yàn)研究材料，其次是研究方法上對(duì)抗病基因的認(rèn)知不全。本創(chuàng)新點(diǎn)有望突破是基于前一項(xiàng)目的研究積累，獲得了理想的研究材料和基因組學(xué)研究方法的應(yīng)用。本創(chuàng)新點(diǎn)突破的可行性分析。有良好的研究材料，前一項(xiàng)目研究獲得持久抗病的元陽(yáng)梯田水稻品種，其特征是遺傳異質(zhì)性高，精準(zhǔn)測(cè)序結(jié)果表明基因單位點(diǎn)突變率（SNP）對(duì)照日本晴和9311分別差異為99%和71%。該品種長(zhǎng)期種植，經(jīng)研究證明至少連續(xù)種植

8、118年。該品種產(chǎn)量穩(wěn)定，當(dāng)?shù)赜涗浀臄?shù)據(jù)表明從1986年-2006年畝產(chǎn)變化幅度僅為34-51公斤。調(diào)控病害能力強(qiáng)，從1986-2006年稻瘟病穗頸瘟發(fā)病率僅在1.4-6.3%之間。該材料是探明遺傳異質(zhì)調(diào)控病害的分子基礎(chǔ)的理想材料。另一研究材料是前一項(xiàng)目育成的抗小麥條銹病的近等基因系，為研究作物抗病基因重疊、累加等調(diào)控病害研究提供了良好材料。本突破擬設(shè)計(jì)兩項(xiàng)交互試驗(yàn)，一是從已知品種抗性多樣性持久調(diào)控病害現(xiàn)象到探明其遺傳異質(zhì)的分子基礎(chǔ)，本項(xiàng)試驗(yàn)選用元陽(yáng)梯田水稻品種，通過(guò)基因組學(xué)和表達(dá)組學(xué)分析，研究調(diào)控稻瘟病的相關(guān)基因及其表達(dá)特征，探明其分子基礎(chǔ)。二是從組合不同的抗病近等基因系到田間驗(yàn)證調(diào)控病害效

9、果，本項(xiàng)研究采用項(xiàng)目育成的抗小麥條銹病近等基因系，設(shè)計(jì)組配不同抗病基因及其群體比例，完成田間抗病試驗(yàn)和人工接種試驗(yàn)，探明基因多樣性調(diào)控病害的效應(yīng)和作用。通過(guò)完成上述兩類交互試驗(yàn)，詮釋作物多樣性調(diào)控病害的基因多樣性原理。本創(chuàng)新點(diǎn)力爭(zhēng)發(fā)表影響因子10以上論文1-2篇，在本領(lǐng)域刊物發(fā)表系列論文。2）作物多樣性調(diào)控害蟲的效應(yīng)及其機(jī)理本創(chuàng)新點(diǎn)在作物-害蟲-天敵三級(jí)營(yíng)養(yǎng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，著重突出研究作物多樣性種植調(diào)控害蟲的效應(yīng)及其機(jī)理。從前一項(xiàng)目試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的玉米與甘蔗多樣性種植干擾玉米螟產(chǎn)卵行為，降低玉米螟蟲口密度的現(xiàn)象切入，研究干擾玉米螟寄主定位的主要因素，深入研究作物多樣性對(duì)玉米螟行為、生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖的影響

10、，田間試驗(yàn)玉米與甘蔗不同群落結(jié)構(gòu)與玉米螟及其天敵種群動(dòng)態(tài)變化的特征，探明玉米與甘蔗多樣性種植影響玉米螟發(fā)生危害的作用機(jī)理。本創(chuàng)新點(diǎn)力爭(zhēng)發(fā)表影響因子10以上論文1篇，在本領(lǐng)域刊物發(fā)表系列論文。3）作物多樣性影響土壤地力的根際互作作物多樣性優(yōu)化種植變一熟為兩熟，大幅度提高耕地產(chǎn)出率，增加糧食產(chǎn)量。作物多樣性的高效產(chǎn)出是否影響土壤地力，是急需回答的問(wèn)題。本創(chuàng)新點(diǎn)是在前一項(xiàng)目試驗(yàn)驗(yàn)證了玉米與蠶豆、小麥與蠶豆間作促進(jìn)蠶豆根瘤增加以及蠶豆通過(guò)活化根際磷改善玉米磷營(yíng)養(yǎng)的基礎(chǔ)上，以作物多樣性種植體系地上部和地下部種間相互作用及其反饋調(diào)節(jié)為切入點(diǎn)，深入研究作物多樣性種植與單作的根際過(guò)程和根系組成特征，探明作物多

11、樣性種植中作物對(duì)提高土壤養(yǎng)分吸收利用的作用機(jī)理；從養(yǎng)分活化競(jìng)爭(zhēng)利用，土壤碳氮協(xié)調(diào)促進(jìn)生物固持和微生物多樣性的變化特征，闡明作物多樣性種植對(duì)土壤地力的影響。本創(chuàng)新點(diǎn)力爭(zhēng)發(fā)表影響因子10以上論文1-2篇，在本領(lǐng)域刊物發(fā)表系列論文。4、項(xiàng)目研究特色1）不可替代的區(qū)域資源條件項(xiàng)目研究定位在我國(guó)西南地區(qū)是以橫斷山脈為主體的全球獨(dú)特縱向嶺谷區(qū)。該地區(qū)緯度低海拔高差大，山脈蜿蜒，河流眾多，形成了高山、丘陵、盆地等地貌多樣性。造就了寒帶、溫帶、亞熱帶、熱帶等氣候多樣性。地貌和氣候的多樣性形成了豐富的生物多樣性和民族文化多樣性，是北半球生物多樣性最富集區(qū)，動(dòng)物和植物種類占全國(guó)總數(shù)的一半以上，農(nóng)作物資源極為豐富，

12、倍受國(guó)內(nèi)外關(guān)注。另一方面，該地區(qū)為少數(shù)民族聚居區(qū)，民族眾多社會(huì)發(fā)育參差不齊，經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式多種多樣。山區(qū)和丘陵區(qū)仍然以傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式為主體。西南地區(qū)農(nóng)業(yè)生物資源的多樣性和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式的多樣性是農(nóng)業(yè)生物多樣性研究不可替代的資源條件。2）急需解決的區(qū)域糧食生產(chǎn)難題我國(guó)西南山區(qū)和丘陵區(qū)的少數(shù)民族以馬鈴薯、玉米、豆類、麥類等為主要口糧。該地區(qū)受南亞季風(fēng)氣候影響，干濕季節(jié)分明，特殊年份冬春連旱，嚴(yán)重影響糧食作物生產(chǎn)。正常年份，五月至十月為降雨季節(jié)。七、八、九月為降雨高峰期，降雨量約占全年雨量的60%。降雨高峰期與馬鈴薯晚疫病、玉米大、小斑病等主要糧食作物病害發(fā)生高峰期重疊，年年陰雨年年病

13、害流行，造成糧食產(chǎn)量重大損失，嚴(yán)重影響山區(qū)農(nóng)民口糧和經(jīng)濟(jì)收入。提高該地區(qū)抗旱減災(zāi)能力，解決該地區(qū)作物主要病害流行問(wèn)題成為廣大農(nóng)民的迫切要求和各級(jí)政府的期望目標(biāo)。但是，常規(guī)栽培技術(shù)難以應(yīng)付突發(fā)的嚴(yán)重干旱，常規(guī)病害防治技術(shù)實(shí)施難度大且防效甚微，使用農(nóng)藥的成本較高，使用后受雨水沖涮防效降低。氣象災(zāi)害和生物災(zāi)害發(fā)生頻繁，糧食作物單產(chǎn)低長(zhǎng)期是西南地區(qū)糧食生產(chǎn)的難題。四、年度計(jì)劃第一年度（2011年1月至12月）1、計(jì)劃研究?jī)?nèi)容1）篩選適宜作物多樣性種植的玉米、小麥、馬鈴薯、大豆等品種資源，開展品種資源的株型結(jié)構(gòu)、根系結(jié)構(gòu)、養(yǎng)分水分利用以及抗病性、抗蟲性等研究。2）以玉米與大豆、玉米與馬鈴薯等典型的作物多

14、樣性種植模式為對(duì)象，依據(jù)生態(tài)學(xué)的生態(tài)位原理及其對(duì)等效應(yīng)，對(duì)復(fù)合群體內(nèi)作物間株高、株型適配和品種類型選擇與時(shí)空布局配置參數(shù)進(jìn)行定量研究。3）利用遺傳異質(zhì)性高的元陽(yáng)梯田水稻品種為材料，通過(guò)該品種的基因組精準(zhǔn)測(cè)序和基因芯片分析，初步從基因組和表達(dá)組解析遺傳異質(zhì)性調(diào)控病害的原理。從前一項(xiàng)目甘蔗玉米多樣性種植影響玉米螟產(chǎn)卵行為，研究作物多樣性影響害蟲寄主定位、生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖過(guò)程。4）以作物多樣性種植體系地上部和地下部種間相互作用及其反饋調(diào)節(jié)為切入點(diǎn)，深入研究作物多樣性種植與單作的根際過(guò)程和根系組成特征。5）構(gòu)建作物多樣性種植模式的技術(shù)參數(shù)，在我國(guó)西南、西北、東南山區(qū)的等典型區(qū)域，進(jìn)行田間試驗(yàn)。2、預(yù)期目

15、標(biāo)1）初步明確作物生育期差異，株型互補(bǔ)，根系互作，抗性差異，病蟲害差異等合理組配基本原理。2）從作物多樣性種植環(huán)境、作物基因型、作物產(chǎn)量品質(zhì)表現(xiàn)型三個(gè)層面，初步明確作物種群結(jié)構(gòu)對(duì)產(chǎn)量、品質(zhì)的作用。3）初步了解元陽(yáng)梯田水稻品種持久調(diào)控病害現(xiàn)象的遺傳異質(zhì)的分子基礎(chǔ)。初步探明甘蔗玉米多樣性種植影響玉米螟產(chǎn)卵行為。4）完成第一年田間小區(qū)試驗(yàn)，初步構(gòu)建作物多樣性種植模式的技術(shù)參數(shù)。第二年度（2012年1月至12月）1、計(jì)劃研究?jī)?nèi)容1）進(jìn)一步篩選適宜作物多樣性種植的玉米、小麥、馬鈴薯、大豆等品種資源，繼續(xù)開展品種資源的株型結(jié)構(gòu)、根系結(jié)構(gòu)、養(yǎng)分水分利用以及抗病性、抗蟲性等研究。2）繼續(xù)進(jìn)行玉米與大豆、玉米與

16、馬鈴薯等典型的作物多樣性種植模式的作物間株高、株型適配和品種類型選擇與時(shí)空布局配置參數(shù)進(jìn)行定量研究。3）繼續(xù)進(jìn)行元陽(yáng)梯田水稻品種的基因組和表達(dá)組解析遺傳異質(zhì)性調(diào)控病害的原理的研究。繼續(xù)研究作物多樣性影響害蟲寄主定位、生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖過(guò)程。4）繼續(xù)進(jìn)行作物多樣性種植體系地上部和地下部種間相互作用及其反饋調(diào)節(jié)的深入研究，進(jìn)一步探明作物多樣性種植與單作的根際過(guò)程和根系組成特征。5）繼續(xù)進(jìn)行作物多樣性種植模式的技術(shù)參數(shù)的構(gòu)建，在我國(guó)西南、西北、東南山區(qū)的等典型區(qū)域進(jìn)行田間試驗(yàn)示范。2、預(yù)期目標(biāo)1）基本明確作物生育期差異，株型互補(bǔ)，根系互作，抗性差異，病蟲害差異等合理組配基本原理。2）基本明確作物種群結(jié)構(gòu)

17、對(duì)產(chǎn)量、品質(zhì)的作用。3）基本解析元陽(yáng)梯田水稻品種持久調(diào)控病害現(xiàn)象的遺傳異質(zhì)原理。深入探明甘蔗玉米多樣性種植影響玉米螟產(chǎn)卵行為。4）構(gòu)建作物多樣性種植模式的技術(shù)參數(shù)和技術(shù)規(guī)程，從田間小試進(jìn)入田間中試。第三年度（2013年1月至12月）1、計(jì)劃研究?jī)?nèi)容1）繼續(xù)篩選適宜作物多樣性種植的玉米、小麥、馬鈴薯、大豆等品種資源，進(jìn)一步開展品種資源的株型結(jié)構(gòu)、根系結(jié)構(gòu)、養(yǎng)分水分利用以及抗病性、抗蟲性等研究。2）深入進(jìn)行玉米與大豆、玉米與馬鈴薯等典型的作物多樣性種植模式的作物間株高、株型適配和品種類型選擇與時(shí)空布局配置參數(shù)進(jìn)行定量研究。開展作物復(fù)合群體內(nèi)的光、水、養(yǎng)分在環(huán)境內(nèi)的時(shí)空分布的深入研究。3）利用抗小麥

18、條銹病近等基因系，設(shè)計(jì)組配不同豐度基因多樣性品系組合，進(jìn)行田間抗病試驗(yàn)和人工接種試驗(yàn)，驗(yàn)證基因多樣性調(diào)控病害的效應(yīng)。深入研究作物多樣性在作物-害蟲-天敵三級(jí)營(yíng)養(yǎng)系統(tǒng)中的作用。4）深入研究作物多樣性種植與單作的根際過(guò)程和根系組成特征，探明作物多樣性種植中作物對(duì)提高土壤養(yǎng)分吸收利用的作用機(jī)理；從養(yǎng)分活化競(jìng)爭(zhēng)利用，土壤碳氮協(xié)調(diào)促進(jìn)生物固持和微生物多樣性的變化過(guò)程。5）集成核心要素，構(gòu)建作物多樣性種植模式的技術(shù)參數(shù)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合當(dāng)?shù)厣a(chǎn)實(shí)際和機(jī)械化配套作業(yè)需求，形成作物多樣性高效栽培專利技術(shù)和技術(shù)規(guī)程，建立大面積推廣應(yīng)用范例。定位研究作物多樣性種植模式對(duì)土壤地力、病蟲害組成結(jié)構(gòu)和產(chǎn)量品質(zhì)等方面的影

19、響。2、預(yù)期目標(biāo)1）基本明確作物多樣性合理組配原理，初步建立組配原則和技術(shù)參數(shù)。2）探明作物種群結(jié)構(gòu)對(duì)產(chǎn)量和品質(zhì)的作用，初步建立作物多樣性種植技術(shù)參數(shù)。3）解析作物遺傳異質(zhì)調(diào)控病害基本原理，初步探明作物多樣性在作物-害蟲-天敵三級(jí)營(yíng)養(yǎng)系統(tǒng)中的作用。4）建立作物多樣性種植模式的技術(shù)參數(shù)和技術(shù)規(guī)程，開展大面積田間示范。第四年度（2014年1月至12月）1、計(jì)劃研究?jī)?nèi)容1）基本完成篩選適宜作物多樣性種植的玉米、小麥、馬鈴薯、大豆等品種資源，構(gòu)建作物多樣性優(yōu)化種植的組配原則和參數(shù)。2）基本完成玉米與大豆、玉米與馬鈴薯等典型的作物多樣性種植模式的作物間株高、株型適配和品種類型選擇與時(shí)空布局配置參數(shù)進(jìn)行定

20、量研究。深入研究作物復(fù)合群體內(nèi)的光、水、養(yǎng)分在環(huán)境內(nèi)的時(shí)空分布。3）繼續(xù)設(shè)計(jì)組配不同豐度基因多樣性品系組合，驗(yàn)證基因多樣性調(diào)控病害的效應(yīng)?；就瓿勺魑锒鄻有栽谧魑?害蟲-天敵三級(jí)營(yíng)養(yǎng)系統(tǒng)中的作用。4）繼續(xù)研究作物多樣性種植與單作的根際過(guò)程和根系組成特征，探明作物多樣性種植中作物對(duì)提高土壤養(yǎng)分吸收利用的作用機(jī)理；從養(yǎng)分活化競(jìng)爭(zhēng)利用，土壤碳氮協(xié)調(diào)促進(jìn)生物固持和微生物多樣性的變化過(guò)程。5）進(jìn)一步集成核心要素，構(gòu)建作物多樣性種植模式的技術(shù)參數(shù)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合當(dāng)?shù)厣a(chǎn)實(shí)際和機(jī)械化配套作業(yè)需求，形成作物多樣性高效栽培專利技術(shù)和技術(shù)規(guī)程，建立大面積推廣應(yīng)用范例。定位研究作物多樣性種植模式對(duì)土壤地力、病蟲害

21、組成結(jié)構(gòu)和產(chǎn)量品質(zhì)等方面的影響。2、預(yù)期目標(biāo)1）探明作物多樣性合理組配原理，建立組配原則和技術(shù)參數(shù)。2）探明作物種群結(jié)構(gòu)對(duì)產(chǎn)量和品質(zhì)的作用，建立作物多樣性種植技術(shù)參數(shù)。3）解析作物遺傳異質(zhì)調(diào)控病害基本原理，探明作物多樣性在作物-害蟲-天敵三級(jí)營(yíng)養(yǎng)系統(tǒng)中的作用。4）建立作物多樣性種植模式的技術(shù)參數(shù)和技術(shù)規(guī)程，開展大面積田間示范。初步明確作物多樣性種植模式對(duì)土壤地力、病蟲害組成結(jié)構(gòu)和產(chǎn)量品質(zhì)等方面的影響。第五年度（2015年1月至8月）1、計(jì)劃研究?jī)?nèi)容1）完成篩選適宜作物多樣性種植的玉米、小麥、馬鈴薯、大豆等品種資源，構(gòu)建作物多樣性優(yōu)化種植的組配原則和參數(shù)。2）完成玉米與大豆、玉米與馬鈴薯等典型的

22、作物多樣性種植模式的作物間株高、株型適配和品種類型選擇與時(shí)空布局配置參數(shù)進(jìn)行定量研究。深入研究作物復(fù)合群體內(nèi)的光、水、養(yǎng)分在環(huán)境內(nèi)的時(shí)空分布。3）完成基因多樣性調(diào)控病害的效應(yīng)和作用研究。完成作物多樣性在作物-害蟲-天敵三級(jí)營(yíng)養(yǎng)系統(tǒng)中的作用。4）完成作物多樣性種植與單作的根際過(guò)程和根系組成特征研究，作物多樣性種植中作物對(duì)提高土壤養(yǎng)分吸收利用的作用機(jī)理；從養(yǎng)分活化競(jìng)爭(zhēng)利用，土壤碳氮協(xié)調(diào)促進(jìn)生物固持和微生物多樣性的變化過(guò)程的研究。5）綜合各課題的主要研究結(jié)果，構(gòu)建作物多樣性種植模式的技術(shù)參數(shù)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合當(dāng)?shù)厣a(chǎn)實(shí)際和機(jī)械化配套作業(yè)需求，形成作物多樣性高效栽培技術(shù)規(guī)程，建立大面積推廣應(yīng)用范例。定位

23、研究作物多樣性種植模式對(duì)土壤地力、病蟲害組成結(jié)構(gòu)和產(chǎn)量品質(zhì)等方面的影響和作用，客觀評(píng)價(jià)作物多樣性種植的持續(xù)效應(yīng)。2、預(yù)期目標(biāo)1）闡明作物多樣性調(diào)控病害的基因多樣性原理2）探明作物多樣性影響土壤地力的根際生態(tài)過(guò)程3）形成作物多樣性種植模式的技術(shù)參數(shù)4）建立作物多樣性種植模式持續(xù)應(yīng)用的評(píng)價(jià)體系5）提供大面積應(yīng)用范例，展示研究成果一、研究?jī)?nèi)容1、研究的典型地區(qū)本項(xiàng)目以我國(guó)西南山區(qū)作為研究的典型地區(qū)，輻射研究西北山區(qū)和東南山區(qū)。我國(guó)西南山區(qū)是少數(shù)民族聚居區(qū)，以種植馬鈴薯、玉米、豆類、麥類等為主要口糧。該地區(qū)受南亞季風(fēng)氣候影響，干濕季節(jié)分明，特殊年份冬春連旱，嚴(yán)重影響糧食作物生產(chǎn)。正常年份，五月至十月為

24、降雨季節(jié)，七、八、九月為降雨高峰期，降雨量約占全年雨量的60%。降雨高峰期與馬鈴薯晚疫病、玉米大、小斑病等主要糧食作物病害發(fā)生高峰期重疊，年年陰雨年年病害流行，造成糧食產(chǎn)量重大損失，嚴(yán)重影響山區(qū)農(nóng)民口糧和經(jīng)濟(jì)收入。解決該地區(qū)作物主要病害流行問(wèn)題成為廣大農(nóng)民的迫切需求和各級(jí)政府的期望目標(biāo)。但是，常規(guī)的病害防治技術(shù)實(shí)施難度大且防效甚微，使用農(nóng)藥的成本較高，使用后受雨水沖涮防效降低。探索作物多樣性控病增產(chǎn)新方法成為保障糧食增產(chǎn)的關(guān)鍵。前一項(xiàng)目研究成果在該地區(qū)進(jìn)行了大面積應(yīng)用，有多年的田間試驗(yàn)數(shù)據(jù)和氣象資料，前期基礎(chǔ)扎實(shí)，利于項(xiàng)目的持續(xù)研究和觀測(cè)。近年來(lái)項(xiàng)目組在西北山區(qū)和東南山區(qū)開展了前一項(xiàng)目的輻射式

25、研究，也積累了大量的資料和數(shù)據(jù)，有良好的研究基礎(chǔ)。2、主要研究對(duì)象項(xiàng)目以禾谷類與豆類，禾谷類與薯類等作物種類為研究對(duì)象，重點(diǎn)研究玉米與薯類、玉米與豆類、小麥與豆類等重要作物搭配高效栽培的生態(tài)調(diào)控原理。前一項(xiàng)目研究了20余種作物多樣性搭配控病增產(chǎn)的效果，其中大部分搭配均有良好的控病增產(chǎn)效果，但根據(jù)該區(qū)域的生產(chǎn)實(shí)際，應(yīng)用面積最大的是禾谷類與豆類，禾谷類與薯類等作物多樣性搭配組合。為此，本項(xiàng)目進(jìn)一步集中研究對(duì)象，深入研究玉米與馬鈴薯、玉米與大豆、小麥與蠶豆等作物搭配，系統(tǒng)研究多樣性種植對(duì)病蟲害的生態(tài)調(diào)控和土壤地力的影響。3、研究主要內(nèi)容1）作物多樣性種植的種質(zhì)資源篩選和組配原理立足我國(guó)豐富的農(nóng)作物種

26、質(zhì)資源，篩選適宜作物多樣性種植的玉米、小麥、馬鈴薯、大豆等品種資源。研究品種資源的株型結(jié)構(gòu)、根系結(jié)構(gòu)、養(yǎng)分水分利用以及抗病性、抗蟲性、抗逆性等。探明作物生育期差異，株型互補(bǔ)，根系互作，抗性差異，病蟲害差異等合理組配原理，構(gòu)建作物多樣性優(yōu)化種植的組配原則和參數(shù)。2）作物群落結(jié)構(gòu)對(duì)產(chǎn)量與品質(zhì)的影響及其機(jī)理本課題以玉米與大豆、玉米與馬鈴薯等典型的作物多樣性種植模式為對(duì)象，依據(jù)生態(tài)學(xué)的生態(tài)位原理及其對(duì)等效應(yīng)，對(duì)復(fù)合群體內(nèi)作物間株高、株型適配和品種類型選擇與時(shí)空布局配置參數(shù)進(jìn)行定量研究，構(gòu)建高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的作物多樣性配置技術(shù)體系。在此基礎(chǔ)上，對(duì)作物復(fù)合群體內(nèi)的光、水、養(yǎng)分在環(huán)境內(nèi)的時(shí)空分布和在作物間的分配利用進(jìn)行研究，從作物多樣性種植環(huán)境、作物基因型、作物產(chǎn)量品質(zhì)表現(xiàn)型三個(gè)層面，探明作物種群結(jié)構(gòu)對(duì)產(chǎn)量、品質(zhì)的效應(yīng)和作用機(jī)理。3）作物多樣性調(diào)控病蟲害的作用及其機(jī)理根據(jù)植物保護(hù)學(xué)原理，應(yīng)用現(xiàn)代植物病理學(xué)、昆蟲學(xué)、分子生物學(xué)、化學(xué)