今天專訪 — 李隆
李?。?/span>中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院 生態(tài)科學(xué)與工程系教授、博士生導(dǎo)師，中國(guó)生態(tài)學(xué)會(huì)農(nóng)業(yè)生態(tài)專業(yè)委員會(huì)委員兼秘書長(zhǎng)。
訪 談
李隆：是的。對(duì)間作套種的研究，我們已經(jīng)堅(jiān)持了30多年。合適的作物組合，通過(guò)各種生態(tài)學(xué)原理強(qiáng)化農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。我們研究間套作的目的，就是希望將其中的生態(tài)學(xué)原理挖掘和凝練出來(lái)，同時(shí)它也會(huì)促進(jìn)發(fā)展集約化生態(tài)農(nóng)業(yè)。
間套作實(shí)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(zhǎng)期內(nèi)，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(zhǎng)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(zhǎng)短不同。間作套種是我國(guó)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的精髓，由于至少兩種作物同時(shí)生長(zhǎng)在同一地塊，因此能夠有效地增加農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性。
從直觀上看，間套作至少兩種作物同時(shí)生長(zhǎng)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(guò)根系特性的不同，相關(guān)聯(lián)的土壤微生物和動(dòng)物不同，從而進(jìn)一步驅(qū)動(dòng)了土壤生物的多樣性。因此，我們說(shuō)間套作增加了農(nóng)田的生物多樣性。
間套作和單作最大的不同就是同一時(shí)間內(nèi)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(jìng)爭(zhēng)和種間促進(jìn)作用，而單作體系只有種內(nèi)個(gè)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(chǎn)和資源高效利用的關(guān)鍵，就在于如何協(xié)調(diào)這些作物之間的相互關(guān)系，也就是如何做到“合理”的間套作。
我們利用現(xiàn)代植物營(yíng)養(yǎng)學(xué)的最新研究進(jìn)展和手段，并與生態(tài)學(xué)最新理論密切結(jié)合，將作物種間的根系相互作用作為切入點(diǎn)，對(duì)間套作這一傳統(tǒng)種植模式在地下部養(yǎng)分資源利用的過(guò)程上進(jìn)行了一些分析，獲得了一些認(rèn)識(shí)和理解。
李隆：是的。最初，我們想用生物多樣性研究領(lǐng)域國(guó)際上最新進(jìn)展和理論來(lái)指導(dǎo)我們的間套作研究，以作物種間相互作用為切入點(diǎn)，認(rèn)識(shí)和理解間套作增產(chǎn)和養(yǎng)分資源高效利用的生態(tài)過(guò)程和機(jī)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(fā)現(xiàn)我們的研究結(jié)果不僅對(duì)于認(rèn)識(shí)農(nóng)業(yè)間套作體系生態(tài)過(guò)程具有一定的理解，而且對(duì)于生物多樣性科學(xué)植物物種共存和種間相互作用也具有借鑒意義，也是生態(tài)學(xué)家感興趣的。
綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵在于資源節(jié)約、環(huán)境友好、生態(tài)保育和好的產(chǎn)品質(zhì)量。間套作是一個(gè)典型的綠色農(nóng)業(yè)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(chǎn)量的同時(shí)，由于兩種作物對(duì)氮素需求的時(shí)間（不同時(shí)期）和空間上（深層和淺層）分異，相對(duì)于單作體系中作物個(gè)體氮素需求進(jìn)程基本相同的特點(diǎn)，間套作兩作物在時(shí)間和空間上互補(bǔ)利用土壤和肥料中的氮素，降低土壤中氮素殘留的同時(shí)，還能提高對(duì)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(bǔ)作用外，還可以發(fā)揮其生物固氮的潛力，進(jìn)一步降低氮肥用量，我們?cè)诟拭C的研究表明，蠶豆/玉米間作可以節(jié)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(fēng)險(xiǎn)，環(huán)境更為友好。在更長(zhǎng)的時(shí)間尺度上，間套作還能夠增加水穩(wěn)性團(tuán)聚體的含量，增加土壤有機(jī)質(zhì)和酶活性等，從而提高土壤肥力。這些結(jié)果為間套作作為綠色農(nóng)業(yè)的種植模式提供了理論依據(jù)。
在自然生態(tài)系統(tǒng)，生物多樣性增加生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力，生態(tài)學(xué)家認(rèn)為植物種間促進(jìn)作用（正的相互作用）可能是一個(gè)重要的機(jī)制。但是有關(guān)植物種間促進(jìn)作用的機(jī)理過(guò)程并不是很清楚。我們?cè)谛Q豆/玉米間作中發(fā)現(xiàn)，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(jìn)了玉米的生長(zhǎng)，對(duì)于蠶豆玉米的種間促進(jìn)作用提供了機(jī)理解釋。對(duì)于生態(tài)學(xué)研究領(lǐng)域植物多樣性提高生產(chǎn)力的理論解釋提供了證據(jù)。
李隆：今年歐盟啟動(dòng)了由法國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院（INRA）牽頭組織歐盟13個(gè)國(guó)家參與的一個(gè)大的研究與應(yīng)用項(xiàng)目—“基于間套混作重新設(shè)計(jì)歐洲的農(nóng)作系統(tǒng)(Redesigning European cropping systems based on species mixtures)”，主要針對(duì)歐洲農(nóng)作生產(chǎn)體系過(guò)于單一、過(guò)于依賴化學(xué)肥料和農(nóng)藥等外部投入的實(shí)際問(wèn)題，利用間套作的科學(xué)原理設(shè)計(jì)更多樣化、更有彈性的生態(tài)農(nóng)業(yè)種植體系。說(shuō)明發(fā)達(dá)國(guó)家也已認(rèn)識(shí)到間套作在發(fā)展可持續(xù)生態(tài)農(nóng)業(yè)中的重要性。
那么我們國(guó)家在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)越來(lái)越集約化的背景下，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中作物物種趨向越來(lái)越嚴(yán)重的單一化，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)也追求整齊劃一，造成了很多問(wèn)題，諸如病蟲(chóng)害泛濫、連作障礙、農(nóng)藥用量越來(lái)越多；土壤肥力下降，化肥用量越來(lái)越多，由此還造成農(nóng)業(yè)面源污染等問(wèn)題。如何在不降低糧食產(chǎn)量的同時(shí)增加農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性？做到用地和養(yǎng)地相結(jié)合？如何高效利用包括土地和養(yǎng)分在內(nèi)的有限的資源？都是眾所關(guān)注的重要問(wèn)題。過(guò)去大量的研究已經(jīng)表明間套作能夠在一定程度上解決部分問(wèn)題，因此間套作需要進(jìn)一步的研究和發(fā)揚(yáng)光大。
今后的研究重點(diǎn)可以劃分為兩類，一類為應(yīng)用基礎(chǔ)研究，另一類為應(yīng)用研究。這里我主要談?wù)勯g套作的應(yīng)用研究，我覺(jué)得主要有如下幾個(gè)方面：（1）在不降低主要糧食作物產(chǎn)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(fā)揮豆科作物生物固氮的和培肥土壤的潛力，實(shí)現(xiàn)綠色作物生產(chǎn)。（2）不同生態(tài)區(qū)間套作作物組合配置、及其適應(yīng)品種的篩選和選育。（3）間套作的農(nóng)藝措施全程機(jī)械化配套機(jī)械的研發(fā)，包括播種、施肥、除草和收獲等生產(chǎn)環(huán)節(jié)的農(nóng)業(yè)機(jī)械。（4）利用禾本科和豆科作物的間、套、混作發(fā)展飼草生產(chǎn)，提高飼草產(chǎn)量和品質(zhì)等；（5）利用間套作控制作物病蟲(chóng)害；（6）利用間套作緩解連作障礙等。
李?。阂鉀Q這些問(wèn)題，有一個(gè)大的前提就是必須要將間套作與現(xiàn)代集約化農(nóng)業(yè)發(fā)展結(jié)合起來(lái)進(jìn)行。那么在我們研究間套作的進(jìn)展中，在一定程度上解決了實(shí)現(xiàn)氮磷養(yǎng)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(guān)間套作用地和養(yǎng)地結(jié)合、以及是否增加土壤肥力和土壤生物多樣性的問(wèn)題也取得了一些進(jìn)展，但有待于我們進(jìn)一步歸納總結(jié)。
具體我們?cè)谘芯恐?，在植物種間互惠或者說(shuō)促進(jìn)作用方面取得了一些進(jìn)展。主要有三點(diǎn)。（1）作物種間磷吸收的促進(jìn)作用。磷在土壤中大多是以難溶性形態(tài)存在的，不同的植物物種對(duì)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(qiáng)的作物，而玉米的這種能力相對(duì)較弱，當(dāng)兩種作物間作到一起時(shí)，蠶豆促進(jìn)了玉米的磷吸收，主要的原因是蠶豆根系能夠分泌質(zhì)子和低分子量有機(jī)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(jī)制?，F(xiàn)代集約化農(nóng)業(yè)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(qiáng)化豆科作物的生物固氮，主要是相鄰的禾本科植物競(jìng)爭(zhēng)吸收土壤中的氮素，緩解這種 “氮阻遏”。我們近年來(lái)的研究還表明，玉米的根分泌物中的某些關(guān)鍵成分，對(duì)于蠶豆的結(jié)瘤固氮具有很好的促進(jìn)作用。（3）發(fā)現(xiàn)作物種間相互作用與根系分布密切相關(guān)，作物地上部的對(duì)稱性種間促進(jìn)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(jìng)爭(zhēng)是由于作物根系間不兼容。
圖片：小麥/玉米/蠶豆間作。當(dāng)玉米相鄰小麥時(shí)，生長(zhǎng)受到了抑制；而當(dāng)玉米以蠶豆相鄰的時(shí)候，玉米的生長(zhǎng)受到了促進(jìn)。
李隆：我們國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中間套作種植的模式和分布具有多樣性。通過(guò)中文數(shù)據(jù)庫(kù)(萬(wàn)方數(shù)據(jù)庫(kù))的檢索, 我們對(duì)中文期刊發(fā)表的相關(guān)間作套種的種類分省進(jìn)行了統(tǒng)計(jì), 發(fā)現(xiàn)間作套種遍布我國(guó)每一個(gè)省份和地區(qū)(缺臺(tái)灣、港澳等地區(qū)數(shù)據(jù))。全國(guó)間套作種類有200多種，總的特點(diǎn)是東部間套作種類多于西部, 南方高于北方。但目前我國(guó)還沒(méi)有有關(guān)間作套種種植面積的官方統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。
那么如何將間套作融入到現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系中，特別是如何在糧食主產(chǎn)區(qū)現(xiàn)代化大農(nóng)業(yè)中發(fā)揮重要作用？我認(rèn)為有兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題需要解決。一是科學(xué)技術(shù)的知識(shí)儲(chǔ)備，合理的間套作蘊(yùn)含了豐富的生態(tài)學(xué)原理，我們需要將這些科學(xué)原理挖掘出來(lái)，豐富生態(tài)學(xué)理論，同時(shí)根據(jù)不同生態(tài)區(qū)域的具體條件進(jìn)行種植模式的創(chuàng)新和生產(chǎn)過(guò)程全程配套機(jī)械的研發(fā)，做到農(nóng)藝措施和農(nóng)機(jī)的完全配套。二是需要我們?cè)谒枷肷辖o予這一種種植模式充分的重視，充分認(rèn)識(shí)到它的重要生態(tài)功能。無(wú)論是管理部門，還是農(nóng)業(yè)技術(shù)部門如果都能夠充分認(rèn)識(shí)到間套作在增加作物產(chǎn)量、高效利用資源、降低化肥農(nóng)藥用量和培肥土壤方面的重要功能，為農(nóng)民采用間套作種植模式提供各種政策上和技術(shù)上的支持，可能間套作研究與推廣應(yīng)用就有一個(gè)大的發(fā)展，就能在現(xiàn)代化大農(nóng)業(yè)中發(fā)揮更重要的作用了。
李隆：應(yīng)該說(shuō)這是目前應(yīng)用方面急需要解決的問(wèn)題。合適的作物種或者品種的組合可以強(qiáng)化作物之間正的種間相互作用, 降低作物之間的競(jìng)爭(zhēng)作用, 從而提高生產(chǎn)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(gè)互利互惠的體系。因此, 通過(guò)育種使作物具有某些有利于種間促進(jìn), 降低競(jìng)爭(zhēng)的作物特性, 則是一個(gè)值得重視的問(wèn)題?？梢酝ㄟ^(guò)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(duì)遮光是否敏感等來(lái)實(shí)現(xiàn)。
除此之外，間套作大面積的應(yīng)用還需要發(fā)展相關(guān)的配套機(jī)械，才能大面積推廣應(yīng)用。近年來(lái)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)楊文鈺教授團(tuán)隊(duì)在玉米/大豆間作的機(jī)械化播種和收獲方面取得了進(jìn)展，為間套作大面積推廣提供了經(jīng)驗(yàn)。
李隆：其實(shí)間套作高產(chǎn)的同時(shí), 作物通過(guò)根系向地下部的輸入的有機(jī)物質(zhì)也會(huì)相應(yīng)增加, 由于地上部植物多樣性產(chǎn)生的地下部土壤生物多樣性, 也可能對(duì)土壤肥力具有正的反饋?zhàn)饔?，特別是將公認(rèn)的養(yǎng)地的作物-豆科作物納入種植體系，對(duì)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(xué)問(wèn)題, 并且與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展密切相關(guān)。
我們?cè)谖鞅钡貐^(qū)灌溉土壤上持續(xù)進(jìn)行10多年的幾個(gè)長(zhǎng)期間套作定位田間試驗(yàn)，初步表明間套作相對(duì)于單作會(huì)提高土壤的肥力，包括土壤的物理性狀，化學(xué)性質(zhì)和酶的活性等。
李隆：我們的研究未來(lái)幾年主要是關(guān)注兩個(gè)方面的問(wèn)題：一是長(zhǎng)期間套作的可持續(xù)性問(wèn)題。具體來(lái)說(shuō)，間套作條件下農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力長(zhǎng)期變化的趨勢(shì)和穩(wěn)定性如何？長(zhǎng)期間套作條件下土壤肥力怎樣變化？以及這些變化的機(jī)制是什么？ 2014年我們有幸得到了國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目的資助，將與甘肅農(nóng)業(yè)科學(xué)院和寧夏農(nóng)林科學(xué)院同事一起，以甘肅和寧夏灌區(qū)已經(jīng)設(shè)置4個(gè)相對(duì)比較長(zhǎng)（9-15年）的田間定位試驗(yàn)為依托，回答問(wèn)題。
二是如何在我國(guó)的糧食主產(chǎn)區(qū)發(fā)揮豆科/禾本科間套作的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)玉米生產(chǎn)的綠色發(fā)展。也就是說(shuō)，如何在不減產(chǎn)的前提下，高效利用土壤和肥料中的養(yǎng)分，最大限度發(fā)揮豆科作物生物固氮潛力，實(shí)現(xiàn)化肥農(nóng)藥雙減，改善土壤肥力和農(nóng)田生物多樣性？在2016年啟動(dòng)的國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)專項(xiàng)“糧豐工程項(xiàng)目”的資助下，我們聯(lián)合東北農(nóng)業(yè)大學(xué)、吉林大學(xué)、遼寧農(nóng)科院、山東農(nóng)科院作物所、河南科技學(xué)院和四川農(nóng)業(yè)大學(xué)，正在進(jìn)行從東北到西南不同生態(tài)區(qū)域豆科/玉米間作的田間試驗(yàn)，分別在哈爾濱阿城、吉林長(zhǎng)春、吉林梨樹(shù)、遼寧阜新、山東濟(jì)南、河南新鄉(xiāng)和四川仁壽7個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行田間試驗(yàn)，旨在為北方糧食主產(chǎn)區(qū)間套作應(yīng)用提供一些科學(xué)和技術(shù)的儲(chǔ)備。
圖片：李隆團(tuán)隊(duì)—2017年在吉林梨樹(shù)-中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)梨樹(shù)試驗(yàn)站進(jìn)行的玉米/花生和玉米/大豆間作田間試驗(yàn)。是7個(gè)田間試驗(yàn)點(diǎn)中其中的一個(gè)。
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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(jī)制及長(zhǎng)期效應(yīng)的研究工作。
課題組負(fù)責(zé)人李隆先后主持6項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目，先后參與和主持國(guó)家重大基礎(chǔ)研究（973）項(xiàng)目課題和國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目課題等7項(xiàng)國(guó)家級(jí)課題，曾主持中德和歐盟等國(guó)際合作項(xiàng)目，曾任聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織農(nóng)業(yè)生態(tài)顧問(wèn)?，F(xiàn)主持國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目1項(xiàng)和國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)專項(xiàng)課題1項(xiàng)，兼任中國(guó)生態(tài)學(xué)會(huì)農(nóng)業(yè)生態(tài)專業(yè)委員會(huì)委員（兼秘書長(zhǎng)）。
李隆出版專著《間套作體系豆科作物固氮生態(tài)學(xué)原理與應(yīng)用》，發(fā)表文章150多篇，其中在《美國(guó)科學(xué)院院刊》（PNAS），F(xiàn)ield Crops Research, Plant and Soil, New Phytologist, Oecologia, Annals of Botany, Agriculture, Ecosystems and Environment 等SCI刊物上發(fā)表間套作提高土壤養(yǎng)分資源利用效率研究和綜述文章50多篇。應(yīng)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(chǎn)的機(jī)制。文章被國(guó)際引用1800多次（Web of Science Core Collection）。先后獲得省部級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)6項(xiàng)。2017年獲國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)（排名第4）。
圖片：李隆團(tuán)隊(duì)在甘肅武威進(jìn)行的一個(gè)長(zhǎng)期定位試驗(yàn)。團(tuán)隊(duì)成員與合作者合影。田間試驗(yàn)始于2003年，設(shè)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(tuán)隊(duì)在甘肅靖遠(yuǎn)的田間試驗(yàn)，團(tuán)隊(duì)成員與合作者合影。該試驗(yàn)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(yīng)的作物單作。
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