《Applied Soil Ecology》：Mycorrhizal inoculation and crop rotation as soil sustainable management strategies to reduce fertilizer use and water consumption in horticultural crops
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本研究评估了四种园艺作物（大葱、西葫芦、白芸豆和芹菜）在最优和减半水肥条件下接种丛枝菌根真菌（R. irregulare BEG72）的响应，发现接种未改善农艺参数（产量、品质、叶养分及土壤指标），可能因土壤天然菌群已满足养分和水分需求。
Pablo Roberto Vargas Ribera | Amaia Nogales | Cinta Calvet | Amèlia Camprubí | Carmen Biel
IRTA（农业食品研究与技术研究所），可持续植物保护，08348，Cabrils，加泰罗尼亚，西班牙
摘要
轮作通过减少养分流失、提高土壤肥力和降低作物蒸散作用来增强农业生态系统的可持续性。丛枝菌根真菌（AMF）的接种进一步支持植物对养分和水分的吸收，有可能提高水分利用效率和土壤健康，同时减少施肥需求。然而，在不同的施肥制度下，不同作物对AMF接种的反应可能有所不同。本研究调查了四种园艺作物在最佳（100%）和不足（减少25%）水分及肥料供应条件下的AMF接种反应。在两年内连续种植了韭菜、西葫芦、白豆和芹菜，并在每个作物周期结束时测量了作物产量和质量以及叶片养分和土壤参数。无论在何种施肥条件下，菌根接种均未改善所研究作物的任何农艺参数。
引言
淡水短缺是一个日益严重的全球性问题，其原因是气候变化和人口增长带来的需求增加（Ingrao等人，2023年）。许多地区已经面临严重的水资源限制，这影响了人类健康、福祉和生态系统，主要是由于环境有害且耗水严重的做法（Pfister等人，2009年）。农业占用水量的约70%，在这一挑战中起着核心作用（联合国，2024年）。同时，有限的水资源供应限制了农业生产力，因为干旱和水分胁迫会损害植物生理机能，降低产量并威胁全球粮食安全（Zhang等人，2018a；Zhang等人，2018b；Batool等人，2019年）。
因此，优化农业用水对于在不进一步耗尽淡水资源的情况下维持粮食生产至关重要。迫切需要向更可持续的系统转变，强调能够提高水分利用效率的环境友好型做法。这些策略包括改进灌溉管理、节约用水以及废水处理和再利用用于灌溉（Pellegrini等人，2016年；Lo Giudice等人，2014年；Ingrao等人，2019年）。
轮作是一种公认的提高系统可持续性和抗逆性的做法，能够应对非生物和生物胁迫（Reckling等人，2016年；Li等人，2019年；Sanford等人，2021年）。通过在同一块田地上轮作不同的作物，可以保护土壤资源、抑制杂草和病原体、减少养分流失、提高土壤肥力，并增加微生物多样性和产量（Larkin，2015年；Jiang等人，2016年；Xie等人，2020年；Chamberlain等人，2020年）。多样化的轮作还有助于维持地下水位并减少年度作物蒸散作用（Yang等人，2021年）。
另一种受到关注的方法是菌根技术，它涉及将丛枝菌根真菌（AMF）接种到土壤-植物系统中以改善土壤和植物健康（Wahab等人，2023年）。AMF与70-80%的陆地植物根系形成共生关系，包括大多数作物（Smith和Read，2008年），从而提高养分（磷、氮、铁、锌、铜）和水分的吸收。它们的根外菌丝体增强了土壤团聚性和稳定性，调节水分保持和养分扩散（Delavaux等人，2017年）。
此外，AMF通过改善水分利用效率和气孔控制来帮助植物耐受水分不足（Augé等人，2015年；Quiroga等人，2019a；Huang等人，2020年），改变根系形态（Quiroga等人，2019b；Zhang等人，2019年），调节激素平衡（Begum等人，2020年；Rydlová和Püschel，2020年），并减轻氧化应激（Amiri等人，2015年）。因此，AMF在减少水资源供应的情况下恢复植物-土壤水分平衡和维持生产力方面可以发挥关键作用。
尽管大多数生态系统中都存在AMF（Davison等人，2015年），但传统的农业做法——包括土壤耕作、施肥和农药施用——以及单一种植，对菌根群落有负面影响。这些做法通常导致AMF的数量和多样性下降，使作物无法充分利用其提供的所有益处（Oehl等人，2003年；Lumini等人，2010年；Schnoor等人，2011年；Bouffaud等人，2016年；Van Geel等人，2017年；Edlinger等人，2022年）。因此，商业生产的AMF接种可以作为一种有效策略，恢复农业土壤的菌根潜力。
尽管菌根接种具有潜在的好处，但由于观察到的反应差异性，其在商业园艺中的使用仍然有限。这种差异性可能由多种因素引起，包括土壤特性（特别是磷浓度）、不同植物物种/基因型的菌根反应差异、所用菌根接种剂种类、以及特定的植物-真菌组合（Hoeksema等人，2010年；Verbruggen等人，2012年；Koch等人，2017年；Stahlhut等人，2023年）。因此，对园艺品种进行示范活动对于有效展示菌根接种的优势至关重要。
因此，本研究的总体目标是评估四种园艺作物在两年轮作系统中，接种AMF R. irregulare BEG72菌株后，在最佳和减少水分及肥料供应条件下的生长情况、产量、营养状况和品质以及土壤养分动态。
实验设置
所有实验均在IRTA（农业食品研究与技术研究所）Cabrils的生产区进行（北纬41.51度，西经2.36度），该地区的土壤为沙壤土。2020年10月至2022年6月期间，在同一块土地上轮作了四种作物：韭菜（Allium porrum L. 品种‘Lancelot’）、西葫芦（Cucurbita pepo L. 品种‘Black Beauty’）、白豆（Phaseoulus vulgaris L. 品种‘Ganxet Cabrera Cooperativa’）和芹菜（Apium graveolens L. 品种‘Gisel Elne’）。每种作物...
气候和灌溉
四种作物轮作周期内的温度、降雨量和蒸散量见表3。每种作物获得的总水量和大量营养素见表4和表5。
丛枝菌根真菌定殖
作物与菌根接种的相互作用对菌根定殖率有极显著的影响（P = 0.00005），其中作物的影响最大（χ2 = 148.9）。除了白豆外，所有接种了菌根的作物的根系定殖百分比均显著提高
讨论
本研究通过田间实验调查了菌根接种在四种菌根园艺作物轮作中的效果，并减少了25%的水分和肥料供应。据我们所知，这是首次在如此长的时间跨度内展示这种策略对提高植物生产力和土壤特性的影响。
结论
无论在何种施肥条件下，菌根接种均未改善所研究作物的任何农艺参数。因此，在含有天然菌根感染体的土壤中，它可能无法完全抵消施肥减少对园艺作物的影响。植物可能已经从天然菌根群落中获益于养分和水分的吸收，从而减少了接种对作物生长和产量的额外有益影响。
CRediT作者贡献声明
Pablo Roberto Vargas Ribera：写作 – 审稿与编辑，撰写原始草稿，可视化，数据分析。Amaia Nogales：写作 – 审稿与编辑。Cinta Calvet：写作 – 审稿与编辑，方法学，研究，数据管理，概念化。Amèlia Camprubí：写作 – 审稿与编辑，方法学，研究，概念化。Carmen Biel：写作 – 审稿与编辑，监督，资源管理，项目协调，方法学，研究，资金支持
资金支持
本研究由欧洲农业发展基金（EAFRD）和2014-2022年加泰罗尼亚农村发展计划的技术转让项目01.02.01资助，该项目由加泰罗尼亚政府的气候行动、食品与农村议程部门管理。
利益冲突声明
作者声明没有可能影响本文报告工作的竞争性财务利益或个人关系。
