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在农业生态系统中，覆盖作物对生态系统服务意义重大，但性能差异大。研究人员开展 “覆盖作物功能性状可塑性响应土壤条件和种间相互作用” 研究。结果发现种内和种间性状变异同等重要。这为优化种植系统设计提供依据。
在农业的大舞台上，覆盖作物可是一群 “隐藏的英雄”。它们默默为生态系统服务贡献力量，比如增加土壤有机质（SOM）、减少养分流失、抑制杂草和害虫。农民们在挑选覆盖作物时，往往会根据不同物种间的功能差异，像选根系发达的草类来搜寻养分，选豆科植物通过生物固氮（BNF）提供氮素，选有大主根的芸苔属植物来减轻土壤压实。而且，现在越来越多农民把不同功能类型的物种组合成多物种混合物，期望获得更广泛的服务。
然而，就像每片树叶都有独特的脉络，每个物种内也存在着不容忽视的表型变异，也就是种内性状变异。虽然大家逐渐意识到它的存在，但对于种内性状变异相较于种间变异的重要性，以及它对哪些环境和管理因素最敏感，还知之甚少。而且，土壤健康状况对覆盖作物的性能影响很大，可目前能预测覆盖作物性能的土壤健康指标研究还很缺乏。此外，不同覆盖作物物种组合在一起时，种间相互作用会如何影响性状表达也有待探究。为了解开这些谜团，来自美国密歇根大学（University of Michigan）、国际玉米小麦改良中心（CIMMYT）和密歇根州立大学（Michigan State University）的研究人员踏上了探索之旅。
研究人员在美国密歇根州开展了一项为期两年的田间实验。他们在 8 个农场设置了 3 种覆盖作物处理，包括谷物黑麦（Secale cereale）、绛三叶（Trifolium incarnatum）、矮埃塞克斯油菜（Brassica napus）和燕麦（Avena sativa）的功能多样混合物，以及谷物黑麦和绛三叶的单一作物种植。实验田的土壤健康状况呈梯度变化，研究人员在实验开始时评估了一系列生物、化学和物理土壤健康指标。在实验过程中，测量了 9 个与植物获取、保存和影响资源可用性相关的功能性状，包括最大株高、比叶面积（SLA）、叶片和根系的氮（N）、磷（P）含量等。通过主成分分析（PCA）、计算变异系数（CV）和方差分解等统计方法，深入分析数据。
研究结果令人眼前一亮。在种间性状变异方面，3 种覆盖作物物种在功能性状上差异明显。PCA 分析显示，它们在多变量性状空间中占据不同区域，比如绛三叶的高叶和根 N 含量，与矮埃塞克斯油菜的高株高和高茎根 C:N 形成鲜明对比。而在种内性状变异上，其平均占总性状变异的 49.9%，对叶 P 和根冠比（root:shoot ratio，R:S）等性状尤为重要。不同物种的种内变异程度在一些性状上也有所不同，像绛三叶在与 N 相关的化学性状和叶 P 上变异较低，但根 P 变异最大。
土壤性质对覆盖作物性状变异影响显著。土壤健康指标中的颗粒有机 matter 氮（POM N）、土壤磷（如 Bray - 1 P）、pH 和高锰酸钾氧化碳（POXC）等是关键预测因子。不同物种对这些指标响应各异，绛三叶的性状变异与 POM N、土壤 P、pH 和 POXC 都有关系；黑麦主要受 POM N 和土壤 P 影响；矮埃塞克斯油菜则主要与 POM N 相关。例如，随着 POM N 增加，黑麦和矮埃塞克斯油菜与资源获取相关的性状提升，但黑麦株高降低，矮埃塞克斯油菜根冠比下降。
种间相互作用也对性状表达产生了影响。与单作相比，混作时黑麦和绛三叶的性状发生了显著变化。黑麦在混作时叶 N 和叶 P 升高，而绛三叶降低；黑麦比叶面积减小，绛三叶株高降低。而且，混作和单作时，黑麦和绛三叶地上部分性状与土壤性质的关系也有所不同。
这项研究意义非凡。它表明种内和种间性状变异对覆盖作物同等重要，测量这两种变异来源有助于更好地预测覆盖作物的生长结果。这一成果能为不同环境下的种植系统设计提供参考，根据土壤健康状况和种植目标选择合适的物种和种植方式，提高作物生长效果和生态系统功能。
研究人员为开展这项研究，主要用到了以下关键技术方法：首先是田间实验技术，在多个农场设置不同处理，种植覆盖作物；其次是土壤和植物样本采集技术，采集土壤样本分析各类土壤健康指标，采集植物样本测量功能性状；最后运用主成分分析（PCA）、方差分解等统计分析技术，探究性状变异规律和影响因素 。
总的来说，研究结论表明，覆盖作物种内性状变异受复杂的生物和非生物相互作用驱动，土壤健康指标和种间相互作用都起着重要作用。在讨论部分，研究进一步强调了这些发现对农业生态系统管理的重要意义，为后续研究和实际农业生产提供了宝贵的参考，有助于推动农业可持续发展。
