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今天專訪 — 李隆 李隆：中國農業大學資源與環境學院 生態科學與工程系教授、博士生導師，中國生態學會農業生態專業委員會委員兼秘書長。 訪 談 李隆：是的。對間作套種的研究，我們已經堅持了30多年。合適的作物組合，通過各種生態學原理強化農田生態系統服務功能。我們研究間套作的目的，就是希望將其中的生態學原理挖掘和凝練出來，同時它也會促進發展集約化生態農業。 間套作實際上是間作和套種的總稱。間作是指同一地塊上，于同一生長期內，分行或分帶相間種植兩種或者兩種以上作物的種植方式。套作是指在前作物生長后期的株行間，播種或者移栽后季作物的種植方式。兩種種植方式都有兩作物的共生期，所不同的是共生期的長短不同。間作套種是我國傳統農業的精髓，由于至少兩種作物同時生長在同一地塊，因此能夠有效地增加農田生態系統的生物多樣性。 從直觀上看，間套作至少兩種作物同時生長在同一塊地里，增加了作物種類的多樣性，作物種類的多樣性通過根系特性的不同，相關聯的土壤微生物和動物不同，從而進一步驅動了土壤生物的多樣性。因此，我們說間套作增加了農田的生物多樣性。 間套作和單作最大的不同就是同一時間內同一地塊兒具有兩種或者兩種以上作物。因此，間套作和單作體系的最大不同也是間套作體系具有作物之間的種間競爭和種間促進作用，而單作體系只有種內個體之間的互作。這種種間的相互作用包括地上部和地下部。而高產和資源高效利用的關鍵，就在于如何協調這些作物之間的相互關系，也就是如何做到“合理”的間套作。 我們利用現代植物營養學的最新研究進展和手段，并與生態學最新理論密切結合，將作物種間的根系相互作用作為切入點，對間套作這一傳統種植模式在地下部養分資源利用的過程上進行了一些分析，獲得了一些認識和理解。 李隆：是的。最初，我們想用生物多樣性研究領域國際上最新進展和理論來指導我們的間套作研究，以作物種間相互作用為切入點，認識和理解間套作增產和養分資源高效利用的生態過程和機制。因此，我們課題組起名為“生物多樣性與資源利用”。隨著研究的不斷深入，發現我們的研究結果不僅對于認識農業間套作體系生態過程具有一定的理解，而且對于生物多樣性科學植物物種共存和種間相互作用也具有借鑒意義，也是生態學家感興趣的。 綠色農業發展的關鍵在于資源節約、環境友好、生態保育和好的產品質量。間套作是一個典型的綠色農業種植體系。以氮素利用為例，合適的間作作物組合，大幅度提高產量的同時，由于兩種作物對氮素需求的時間（不同時期）和空間上（深層和淺層）分異，相對于單作體系中作物個體氮素需求進程基本相同的特點，間套作兩作物在時間和空間上互補利用土壤和肥料中的氮素，降低土壤中氮素殘留的同時，還能提高對土壤和肥料氮素的利用率。 如果是豆科和禾本科作物的間作，合適的組合，除了上述的互補作用外，還可以發揮其生物固氮的潛力，進一步降低氮肥用量，我們在甘肅的研究表明，蠶豆/玉米間作可以節約至少每公頃50公斤氮肥。此外，間作套種還能夠充分挖掘利用土壤中難溶性磷素，提高磷肥的回收率。 因此，間套作不僅高效地利用了資源，更重要的是降低了氮素面源污染的風險，環境更為友好。在更長的時間尺度上，間套作還能夠增加水穩性團聚體的含量，增加土壤有機質和酶活性等，從而提高土壤肥力。這些結果為間套作作為綠色農業的種植模式提供了理論依據。 在自然生態系統，生物多樣性增加生態系統生產力，生態學家認為植物種間促進作用（正的相互作用）可能是一個重要的機制。但是有關植物種間促進作用的機理過程并不是很清楚。我們在蠶豆/玉米間作中發現，蠶豆能夠從土壤中將難溶性磷活化為可溶性磷，并幫助玉米吸收磷，從而促進了玉米的生長，對于蠶豆玉米的種間促進作用提供了機理解釋。對于生態學研究領域植物多樣性提高生產力的理論解釋提供了證據。 李隆：今年歐盟啟動了由法國農業科學研究院（INRA）牽頭組織歐盟13個國家參與的一個大的研究與應用項目—“基于間套混作重新設計歐洲的農作系統(Redesigning European cropping systems based on species mixtures)”，主要針對歐洲農作生產體系過于單一、過于依賴化學肥料和農藥等外部投入的實際問題，利用間套作的科學原理設計更多樣化、更有彈性的生態農業種植體系。說明發達國家也已認識到間套作在發展可持續生態農業中的重要性。 那么我們國家在農業生產越來越集約化的背景下，農田生態系統中作物物種趨向越來越嚴重的單一化，現代農業生產也追求整齊劃一，造成了很多問題，諸如病蟲害泛濫、連作障礙、農藥用量越來越多；土壤肥力下降，化肥用量越來越多，由此還造成農業面源污染等問題。如何在不降低糧食產量的同時增加農田生態系統的生物多樣性？做到用地和養地相結合？如何高效利用包括土地和養分在內的有限的資源？都是眾所關注的重要問題。過去大量的研究已經表明間套作能夠在一定程度上解決部分問題，因此間套作需要進一步的研究和發揚光大。 今后的研究重點可以劃分為兩類，一類為應用基礎研究，另一類為應用研究。這里我主要談談間套作的應用研究，我覺得主要有如下幾個方面：（1）在不降低主要糧食作物產量的前提下研究如何將豆科作物納入主要種植體系，充分發揮豆科作物生物固氮的和培肥土壤的潛力，實現綠色作物生產。（2）不同生態區間套作作物組合配置、及其適應品種的篩選和選育。（3）間套作的農藝措施全程機械化配套機械的研發，包括播種、施肥、除草和收獲等生產環節的農業機械。（4）利用禾本科和豆科作物的間、套、混作發展飼草生產，提高飼草產量和品質等；（5）利用間套作控制作物病蟲害；（6）利用間套作緩解連作障礙等。 李隆：要解決這些問題，有一個大的前提就是必須要將間套作與現代集約化農業發展結合起來進行。那么在我們研究間套作的進展中，在一定程度上解決了實現氮磷養分資源高效利用的作物物種種間合理搭配的一般性原則。有關間套作用地和養地結合、以及是否增加土壤肥力和土壤生物多樣性的問題也取得了一些進展，但有待于我們進一步歸納總結。 具體我們在研究中，在植物種間互惠或者說促進作用方面取得了一些進展。主要有三點。（1）作物種間磷吸收的促進作用。磷在土壤中大多是以難溶性形態存在的，不同的植物物種對這些難溶性土壤磷獲取能力不同。我們的研究表明，蠶豆是一種活化利用土壤難溶性磷能力很強的作物，而玉米的這種能力相對較弱，當兩種作物間作到一起時，蠶豆促進了玉米的磷吸收，主要的原因是蠶豆根系能夠分泌質子和低分子量有機酸，活化土壤中難溶性磷，幫助玉米吸收磷。（2）豆科/禾本科間作體系氮素高效利用的機制。現代集約化農業大量氮肥施用，抑制了豆科作物生物固氮的潛力，稱之為“氮阻遏”。合適的間套作能夠強化豆科作物的生物固氮，主要是相鄰的禾本科植物競爭吸收土壤中的氮素，緩解這種 “氮阻遏”。我們近年來的研究還表明，玉米的根分泌物中的某些關鍵成分，對于蠶豆的結瘤固氮具有很好的促進作用。（3）發現作物種間相互作用與根系分布密切相關，作物地上部的對稱性種間促進作用主要是由于間作的兩種作物根系分布具有兼容性，而地上部競爭是由于作物根系間不兼容。 圖片：小麥/玉米/蠶豆間作。當玉米相鄰小麥時，生長受到了抑制；而當玉米以蠶豆相鄰的時候，玉米的生長受到了促進。
李隆：我們國家現代農業中間套作種植的模式和分布具有多樣性。通過中文數據庫(萬方數據庫)的檢索, 我們對中文期刊發表的相關間作套種的種類分省進行了統計, 發現間作套種遍布我國每一個省份和地區(缺臺灣、港澳等地區數據)。全國間套作種類有200多種，總的特點是東部間套作種類多于西部, 南方高于北方。但目前我國還沒有有關間作套種種植面積的官方統計數據。 那么如何將間套作融入到現代農業生產體系中，特別是如何在糧食主產區現代化大農業中發揮重要作用？我認為有兩個關鍵問題需要解決。一是科學技術的知識儲備，合理的間套作蘊含了豐富的生態學原理，我們需要將這些科學原理挖掘出來，豐富生態學理論，同時根據不同生態區域的具體條件進行種植模式的創新和生產過程全程配套機械的研發，做到農藝措施和農機的完全配套。二是需要我們在思想上給予這一種種植模式充分的重視，充分認識到它的重要生態功能。無論是管理部門，還是農業技術部門如果都能夠充分認識到間套作在增加作物產量、高效利用資源、降低化肥農藥用量和培肥土壤方面的重要功能，為農民采用間套作種植模式提供各種政策上和技術上的支持，可能間套作研究與推廣應用就有一個大的發展，就能在現代化大農業中發揮更重要的作用了。
李隆：應該說這是目前應用方面急需要解決的問題。合適的作物種或者品種的組合可以強化作物之間正的種間相互作用, 降低作物之間的競爭作用, 從而提高生產力。例如，蠶豆比較耐遮陰，能夠活化磷、還具有生物固氮特性，和玉米間作后二者都獲利，是一個互利互惠的體系。因此, 通過育種使作物具有某些有利于種間促進, 降低競爭的作物特性, 則是一個值得重視的問題。可以通過定向育種培育適宜的作物生育期, 根系大小和深淺,作物地上部高度及對遮光是否敏感等來實現。 除此之外，間套作大面積的應用還需要發展相關的配套機械，才能大面積推廣應用。近年來四川農業大學楊文鈺教授團隊在玉米/大豆間作的機械化播種和收獲方面取得了進展，為間套作大面積推廣提供了經驗。
李隆：其實間套作高產的同時, 作物通過根系向地下部的輸入的有機物質也會相應增加, 由于地上部植物多樣性產生的地下部土壤生物多樣性, 也可能對土壤肥力具有正的反饋作用，特別是將公認的養地的作物-豆科作物納入種植體系，對培肥地力，降低土傳病害，具有重要意義，也是值得研究的科學問題, 并且與農業可持續發展密切相關。 我們在西北地區灌溉土壤上持續進行10多年的幾個長期間套作定位田間試驗，初步表明間套作相對于單作會提高土壤的肥力，包括土壤的物理性狀，化學性質和酶的活性等。
李隆：我們的研究未來幾年主要是關注兩個方面的問題：一是長期間套作的可持續性問題。具體來說，間套作條件下農田生態系統生產力長期變化的趨勢和穩定性如何？長期間套作條件下土壤肥力怎樣變化？以及這些變化的機制是什么？ 2014年我們有幸得到了國家自然科學基金重點項目的資助，將與甘肅農業科學院和寧夏農林科學院同事一起，以甘肅和寧夏灌區已經設置4個相對比較長（9-15年）的田間定位試驗為依托，回答問題。 二是如何在我國的糧食主產區發揮豆科/禾本科間套作的優勢，實現玉米生產的綠色發展。也就是說，如何在不減產的前提下，高效利用土壤和肥料中的養分，最大限度發揮豆科作物生物固氮潛力，實現化肥農藥雙減，改善土壤肥力和農田生物多樣性？在2016年啟動的國家重點研發專項“糧豐工程項目”的資助下，我們聯合東北農業大學、吉林大學、遼寧農科院、山東農科院作物所、河南科技學院和四川農業大學，正在進行從東北到西南不同生態區域豆科/玉米間作的田間試驗，分別在哈爾濱阿城、吉林長春、吉林梨樹、遼寧阜新、山東濟南、河南新鄉和四川仁壽7個試驗點進行田間試驗，旨在為北方糧食主產區間套作應用提供一些科學和技術的儲備。
圖片：李隆團隊—2017年在吉林梨樹-中國農業大學梨樹試驗站進行的玉米/花生和玉米/大豆間作田間試驗。是7個田間試驗點中其中的一個。 .................................. 李隆課題組： 課題組名稱：生物多樣性與資源利用。課題組研究方向：從事間套作體系資源高效利用的機制及長期效應的研究工作。
課題組負責人李隆先后主持6項國家自然科學基金資助項目，先后參與和主持國家重大基礎研究（973）項目課題和國家科技支撐計劃項目課題等7項國家級課題，曾主持中德和歐盟等國際合作項目，曾任聯合國糧農組織農業生態顧問。現主持國家自然科學基金重點項目1項和國家重點研發專項課題1項，兼任中國生態學會農業生態專業委員會委員（兼秘書長）。 李隆出版專著《間套作體系豆科作物固氮生態學原理與應用》，發表文章150多篇，其中在《美國科學院院刊》（PNAS），Field Crops Research, Plant and Soil, New Phytologist, Oecologia, Annals of Botany, Agriculture, Ecosystems and Environment 等SCI刊物上發表間套作提高土壤養分資源利用效率研究和綜述文章50多篇。應邀在2013年出版的《Encyclopedia of Biodiversity (2nd edition)》撰寫一章專門介紹作物間套作及其增產的機制。文章被國際引用1800多次（Web of Science Core Collection）。先后獲得省部級獎勵6項。2017年獲國家科技進步二等獎（排名第4）。
圖片：李隆團隊在甘肅武威進行的一個長期定位試驗。團隊成員與合作者合影。田間試驗始于2003年，設置了小麥/蠶豆，小麥玉米和玉米蠶豆的間作，輪作和連作等處理。
圖片：李隆團隊在甘肅靖遠的田間試驗，團隊成員與合作者合影。該試驗始于2009年，處理包括蠶豆、大豆、鷹嘴豆和油菜等作物與玉米的間作，以及相應的作物單作。 |
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