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紫花苜蓿-燕麦连续间作下根系及土壤养分时空变化特征

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应用生态学报 2023年第10期34卷 2683-2692页

作者：汪雪刘晓静王静童长春吴勇甘肃农业大学草业学院/草业生态系统教育部重点实验室/甘肃省草业工程实验室/中-美草地畜牧业可持续发展研究中心兰州730070

本试验采用田间框栽土培法,以紫花苜蓿单作和燕麦单作为参照,对紫花苜蓿和燕麦连续间作下不同时空根系特征、土壤养分特性以及高产年份中根系变化与土壤养分内在联系进行分析。结果表明:与单作相比,间作降低了燕麦0~10 cm土层内的根重... 详细信息

本试验采用田间框栽土培法,以紫花苜蓿单作和燕麦单作为参照,对紫花苜蓿和燕麦连续间作下不同时空根系特征、土壤养分特性以及高产年份中根系变化与土壤养分内在联系进行分析。结果表明:与单作相比,间作降低了燕麦0~10 cm土层内的根重和总根长占比,显著提高了燕麦在20~30 cm土层内的根重和根表面积,显著增加了紫花苜蓿在10~20 cm土层内的根长和根长密度,并大幅度提高了间作系统中0~40 cm土层内的有效磷和有机质含量。随着种植年限的增长,间作下紫花苜蓿总根长、根重、根表面积及其在0~20 cm土层内的根重和根长占比均逐渐增加,燕麦根重、总根长、根表面积和根平均直径明显提高,尤其是20~30 cm土层内燕麦的根重和根表面积,而各土层速效养分含量降低。因此,在紫花苜蓿与燕麦间作体系内,连续间作可促进紫花苜蓿10~20 cm土层内总根长显著增加,有效改善燕麦20~40 cm土层(尤其20~30 cm土层)内根重和根表面积;且随着种植年份的增长,间作使紫花苜蓿与燕麦根系对0~40 cm土层内速效养分的吸收和竞争加剧,从而降低了速效养分在土壤中的累积。

关键词：紫花苜蓿燕麦连续间作根系土壤养分时空特征

不同紫花苜蓿品种的氮效率比较及差异机制研究

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草地学报 2022年第4期30卷 889-900页

作者：王静刘晓静童长春汪雪甘肃农业大学草业学院草业生态系统教育部重点实验室甘肃省草业工程实验室中-美草地畜牧业可持续发展研究中心甘肃兰州730070

为探讨紫花苜蓿氮效率差异及其差异机制,以8个紫花苜蓿品种(‘LW6010’、‘甘农5号’、‘甘农3号’、‘新牧1号’、‘甘农7号’和‘龙牧801’、‘陇东’苜蓿和‘金皇后’)为试验材料,采用营养液砂培法,设3个氮水平(21 mg·L^(-1),210 mg... 详细信息

为探讨紫花苜蓿氮效率差异及其差异机制,以8个紫花苜蓿品种(‘LW6010’、‘甘农5号’、‘甘农3号’、‘新牧1号’、‘甘农7号’和‘龙牧801’、‘陇东’苜蓿和‘金皇后’)为试验材料,采用营养液砂培法,设3个氮水平(21 mg·L^(-1),210 mg·L^(-1),420 mg·L^(-1)),测定其生长特性和氮素固定、吸收及转化特性相关指标,并采用主成分分析法来探讨以上特性对氮效率的影响。结果表明:低氮、适宜氮和高氮下,氮高效型紫花苜蓿(‘LW6010’、‘甘农5号’)的生长特性和氮素固定、吸收、转化特性均优于氮低效型紫花苜蓿(‘陇东’苜蓿和‘金皇后’),而氮常效型紫花苜蓿(‘甘农3号’和‘新牧1号’)和氮反效性紫花苜蓿(‘甘农7号’、‘龙牧801’)则介于二者之间,且在不同氮水平下表现相反;又根据隶属函数综合评价,‘LW6010’和‘甘农5号’的隶属函数综合值达到最大;主成分分析表明,根瘤数和根瘤重对紫花苜蓿的氮效率贡献率最大,分别达到了8.82%和8.43%。

关键词：紫花苜蓿氮效率差异机制

内源异黄酮对紫花苜蓿结瘤固氮及氮效率的调控研究

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草业学报 2022年第3期31卷 124-135页

作者：童长春刘晓静吴勇赵雅姣王静甘肃农业大学草业学院草业生态系统教育部重点实验室甘肃省草业工程实验室中-美草地畜牧业可持续发展研究中心甘肃兰州730070

为探究紫花苜蓿体内异黄酮与结瘤固氮及氮效率的关系,以紫花苜蓿品种中氮高效的"LW6010"和氮低效的陇东苜蓿为材料,采用室内营养液砂培,设5个氮素水平,研究了不同氮效率紫花苜蓿的异黄酮含量和固氮特性以及异黄酮合酶(IFS)和结瘤信号传... 详细信息

为探究紫花苜蓿体内异黄酮与结瘤固氮及氮效率的关系,以紫花苜蓿品种中氮高效的"LW6010"和氮低效的陇东苜蓿为材料,采用室内营养液砂培,设5个氮素水平,研究了不同氮效率紫花苜蓿的异黄酮含量和固氮特性以及异黄酮合酶(IFS)和结瘤信号传递通路基因(nod)的表达。结果表明:紫花苜蓿的异黄酮含量与根瘤数、单株总根瘤重以及单株固氮潜力的相关性显著,并且在低氮胁迫时紫花苜蓿的异黄酮含量以及根瘤数、单株总根瘤重和单株固氮潜力均显著上升。另外,还发现:氮高效的"LW6010"紫花苜蓿在氮胁迫时,茎叶和根系中上调的IFS基因数量和上调幅度均大于氮低效的陇东苜蓿,因此促进了nod基因的高表达,最终提高了氮效率。综上所述,1)紫花苜蓿的结瘤固氮与异黄酮含量显著正相关,在外源氮素浓度改变时,紫花苜蓿能通过茎叶和根系中不同IFS基因的表达提高体内异黄酮含量,从而刺激nod基因表达来促进结瘤和提高单株固氮潜力;2)紫花苜蓿体内异黄酮含量的差异是决定其氮效率高低的重要原因,氮高效紫花苜蓿在氮胁迫时通过多个IFS基因的高表达促进异黄酮合成,进而刺激结瘤固氮,从而表现出氮高效。

关键词：异黄酮紫花苜蓿结瘤固氮氮效率调控

基于产量效应的间作紫花苜蓿/禾本科牧草光能利用特征

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应用生态学报 2020年第9期31卷 2963-2976页

作者：蔺芳刘晓静童长春吴勇甘肃农业大学草业学院兰州730070 新乡学院生命科学技术学院河南新乡453000

为探究紫花苜蓿/禾本科牧草间作下光能利用特性、光能利用诸因素的产量效应及其调控机理,通过2017—2019年3年田间试验,以紫花苜蓿、饲用小黑麦(C3植物)、饲用玉米(C4植物)3种单作模式为对照,研究了紫花苜蓿/小黑麦和紫花苜蓿/玉米两种... 详细信息

为探究紫花苜蓿/禾本科牧草间作下光能利用特性、光能利用诸因素的产量效应及其调控机理,通过2017—2019年3年田间试验,以紫花苜蓿、饲用小黑麦(C3植物)、饲用玉米(C4植物)3种单作模式为对照,研究了紫花苜蓿/小黑麦和紫花苜蓿/玉米两种间作模式下的产量效应、光能利用各因子对产量形成的影响、光能利用特征差异及机理。结果表明:两种间作模式的土地当量比均大于1,表明两种间作模式的土地利用率都高于单作,均有高于单作的产量效益,且增产潜力较大的是紫花苜蓿/小黑麦间作模式。光能利用各因子对产量的贡献依次是:叶面积指数(1.531)>净光合速率(0.882)>胞间CO_2浓度(0.282)>蒸腾速率(-0.229)>冠层开度(-0.291)>光合有效辐射截获率(-0.681)>气孔导度(-0.751)。其中,叶面积指数不仅是表征光合能力的重要指标之一,更是以收获营养体为目标的牧草作物产量的重要构成因子,光合特性诸因素中净光合速率是影响产量的主要因子。与单作相比,间作下紫花苜蓿、小黑麦、玉米的净光合速率均存在差异,且表现为相同的规律。间作下净光合速率提高的主要途径为:小黑麦和玉米通过增强CO_2的羧化固定能力,提高对强光的利用能力,从而提高净光合速率,促进产量增加;而紫花苜蓿则是通过提高功能叶的叶绿素b含量,改变叶绿素构成,增强对光能的收集和传递,从而提高净光合速率,促进其在弱光下光合能力的提高和正常生长。

关键词：紫花苜蓿禾本科牧草间作产量效应光能利用

间作对不同类型饲料作物光能利用特征及生产能力的影响

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应用生态学报 2019年第10期30卷 3452-3462页

作者：蔺芳刘晓静童长春吴勇甘肃农业大学草业学院兰州730070 新乡学院生命科学技术学院河南新乡453000

为探究豆-禾间作模式中的光能利用特征及产量效应,本研究以苜蓿、小黑麦、燕麦、玉米、甜高粱5种单作模式为参照,对苜蓿-小黑麦、苜蓿-燕麦、苜蓿-玉米和苜蓿-甜高粱4种间作模式开展田间试验,研究其光能利用特征和生产能力,并采用通径... 详细信息

为探究豆-禾间作模式中的光能利用特征及产量效应,本研究以苜蓿、小黑麦、燕麦、玉米、甜高粱5种单作模式为参照,对苜蓿-小黑麦、苜蓿-燕麦、苜蓿-玉米和苜蓿-甜高粱4种间作模式开展田间试验,研究其光能利用特征和生产能力,并采用通径分析法探讨光能利用各指标对产量形成的贡献程度.结果表明:光能利用各指标对产量的贡献由大到小依次是叶面积指数(LAI,1.236)、净光合速率(Pn,0.519)、冠层开度(DIFN,0.302)、胞间CO2浓度(Ci,-0.026)、气孔导度(gs,-0.116)、蒸腾速率(Tr,-0.188)、光合有效辐射(PAR)截获率(FIPAR,-1.708);光能利用率(LUE)作为光能利用各指标的综合体现,其数值最大(1.367).与单作相比,间作提高了4种禾本科牧草的LAI、Pn、gs、Tr和FIPAR,降低了DIFN和Ci,而苜蓿则呈相反的变化趋势.4种禾本科牧草间作下LUE与单作相比均显著提高,其中,小黑麦和燕麦的平均增幅(35.2%和30.4%)高于玉米和甜高粱(28.7%和26.3%),且与小黑麦、燕麦间作的苜蓿其LUE的平均降幅(6.1%和8.3%)明显低于与玉米、甜高粱间作(21.8%和24.5%).4种间作模式的土地当量比(LER)均大于1,其中,苜蓿-小黑麦和苜蓿-燕麦的LER值显著大于苜蓿-玉米和苜蓿-甜高粱.LAI对产量的直接贡献最大,其次是Pn.4种间作模式中,苜蓿-小黑麦和苜蓿-燕麦的光能利用提升潜力和增产潜力更大.

关键词：豆-禾间作光能利用产量效应土地当量比紫花苜蓿

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紫花苜蓿氮效率特征及其调控机制研究

紫花苜蓿氮效率特征及其调控机制研究

作者：童长春甘肃农业大学

学位级别：硕士

随着我国畜牧业的蓬勃发展,作为优质蛋白饲草的紫花苜蓿（Medicago sativa）,其重要性日益突显。然而紫花苜蓿品种多样,其对氮素的反应也有不同表现,氮高效型紫花苜蓿可以达到低肥高产、节约资源、保护环境的效果。因此,为探究紫花苜蓿... 详细信息

随着我国畜牧业的蓬勃发展,作为优质蛋白饲草的紫花苜蓿（Medicago sativa）,其重要性日益突显。然而紫花苜蓿品种多样,其对氮素的反应也有不同表现,氮高效型紫花苜蓿可以达到低肥高产、节约资源、保护环境的效果。因此,为探究紫花苜蓿氮效率的调控机制,本研究依据团队前期对紫花苜蓿氮素利用的研究成果选取8个紫花苜蓿品种为代表,通过对其氮素吸收、固定以及氮转化能力的研究,筛选氮高效型紫花苜蓿品种并且探讨紫花苜蓿氮效率差异的主要影响因素。同时,本研究又通过研究木犀草素、染料木素、大豆苷元和刺芒柄花素4种异黄酮与不同氮效率紫花苜蓿结瘤固氮的相关性以及异黄酮合酶（IFS）及结瘤信号传递通路（nod）相关基因的表达,从而揭示异黄酮对紫花苜蓿氮效率的调控机制,所得研究结果如下:1.紫花苜蓿氮效率差异及其影响因素紫花苜蓿氮效率差异:紫花苜蓿的生长特性、氮素固定特性、氮素吸收特性以及对氮素的转化能力在品种间均具有差异,本研究所选8个紫花苜蓿品种在低氮、适宜氮、高氮处理下氮效率隶属函数综合值的变异系数分别达到了54.66%、49.44%、43.22%。其中,“甘农5号”的氮效率最高,其次是“LW6010”,其平均氮效率隶属函数综合值分别达到0.671和0.665。“甘农5号”和“LW6010”紫花苜蓿在低氮和高氮环境中均能够利用自身特性达到高产的效果。紫花苜蓿氮效率类型的划分:通过聚类分析结合氮效率隶属函数综合值将供试的8个紫花苜蓿品种划分为4个不同的氮效率类型:“LW6010”和“甘农5号”在不同氮素水平下都有较高的氮效率综合值,将其划分为氮高效型;“甘农3号”和“新牧1号”在低氮下氮效率综合值较低,而随着氮素水平的升高,表现出先上升后下降的趋势,将其划分为常效型;“甘农7号”和“龙牧801”在低氮水平下具有较高的氮效率综合值,而随着氮素水平的升高氮效率综合值也下降,因此将其划分为反效型;“陇东苜蓿”和“金皇后”在不同氮素水平下的氮效率综合值都较低,将其划分为低效型。紫花苜蓿氮效率的影响因素:通过主成分分析对紫花苜蓿氮效率相关的21个指标赋权,并对权重进行归一化处理,得出各影响因素对紫花苜蓿氮效率的具体贡献率。对于紫花苜蓿而言,氮素转化能力对其氮效率的贡献率最大,其次是氮素固定特性;各影响因素中,紫花苜蓿的根瘤数和根瘤重作为影响其氮效率的决定因素对紫花苜蓿氮效率的贡献率分别达到了9.49%和9.47%,位居第一和第二。2.异黄酮对紫花苜蓿氮效率的调控紫花苜蓿的结瘤固氮与异黄酮含量:紫花苜蓿的结瘤固氮与异黄酮含量显著正相关,在外源氮素浓度改变时,紫花苜蓿能通过提高茎叶和根系中木犀草素、染料木素、大豆苷元、刺芒柄花素以及总异黄酮含量,从而促进结瘤来提高单株固氮潜力。异黄酮对不同氮效率紫花苜蓿结瘤固氮的调控:异黄酮对紫花苜蓿结瘤固氮的调控在不同氮效率品种间具有差异,氮高效型紫花苜蓿在氮胁迫时通过IFS基因表达的协同上调从而提高异黄酮含量来促进结瘤固氮;氮低效型紫花苜蓿在氮胁迫时只有部分IFS基因上调,因此其结瘤固氮能力较低。异黄酮对紫花苜蓿氮效率的调控机制:紫花苜蓿主要通过茎叶中IFS基因和根系中IFS-1、IFS-2基因的表达合成异黄酮,进而刺激茎叶中nod-1、nod-2以及根系中nod-1基因表达来促进结瘤固氮,从而对紫花苜蓿的氮效率进行调控。氮高效型紫花苜蓿是因为在氮胁迫时IFS基因的高表达合成更多异黄酮,进而刺激nod基因高表达来促进结瘤固氮,从而提高氮效率。因此,科学家可以通过操控异黄酮合成途径中IFS基因的表达来提高紫花苜蓿的氮效率,从而改善其农艺性状、提高经济效益。

关键词：紫花苜蓿氮效率异黄酮结瘤固氮

河西荒漠灌区紫花苜蓿施肥效应及其基于数据包络分析法的经济效益研究

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草业学报 2020年第9期29卷 94-105页

作者：吴勇刘晓静蔺芳童长春甘肃农业大学草业学院草业生态系统教育部重点实验室甘肃省草业工程实验室中-美草地畜牧业可持续发展研究中心甘肃兰州730070

为科学准确地评判河西走廊苜蓿主产区紫花苜蓿饲草生产中施肥措施对其产品质量及生产收益的影响,本研究以“甘农3号”紫花苜蓿为材料,通过2016、2017年2年田间试验,以该区域紫花苜蓿饲草生产的平衡施肥推荐方案(N 103.5 kg·hm^-2、P2O5... 详细信息

为科学准确地评判河西走廊苜蓿主产区紫花苜蓿饲草生产中施肥措施对其产品质量及生产收益的影响,本研究以“甘农3号”紫花苜蓿为材料,通过2016、2017年2年田间试验,以该区域紫花苜蓿饲草生产的平衡施肥推荐方案(N 103.5 kg·hm^-2、P2O5105 kg·hm^-2、K2O 90 kg·hm^-2)为对照,探讨了不施肥及3种不完全施肥(缺氮偏施、缺磷偏施、缺钾偏施)处理下紫花苜蓿的生产性能,并采用数据包络分析法(DEA)对其经济效益进行分析。结果表明:与不施肥相比,施肥措施各处理均显著提高紫花苜蓿产量、蛋白总量,降低其酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维,提高了相对饲用价值,从而改善了紫花苜蓿品质,并有效增加了经济效益;与氮、磷、钾平衡施肥相比,各偏肥处理的紫花苜蓿产量和品质均显著低于平衡施肥,尤以缺磷偏施的降幅最大,2016、2017年2年的产量和蛋白总量降幅分别达到25.9%、25.7%和33.4%、33.1%。因此,磷是河西荒漠灌区紫花苜蓿饲草生产的养分限制因子,氮、磷、钾对该地区紫花苜蓿生产性能影响顺序为:磷>氮>钾。运用数据包络分析法(DEA)分析出河西荒漠灌区紫花苜蓿的施肥效应为氮、磷、钾平衡施肥的经济效益最优,为DEA有效;不完全施肥的3个评价单元及不施肥评价单元为DEA无效,其中,不施肥经济效益最低,3个不完全施肥评价单元中的缺磷偏肥的紫花苜蓿经济效益比缺氮偏肥和缺钾偏肥更低;另外还以DEA模型推算出不同施肥措施下紫花苜蓿饲草生产经济效益改进的具体方案,其中,不施肥的紫花苜蓿饲草生产需调整的幅度最大,调整额度达10678.88 CNY·hm^-2,各施肥措施需调整的幅度排序为:不施肥>缺磷偏施>缺氮偏施>缺钾偏施。

关键词：河西荒漠灌区紫花苜蓿施肥效应数据包络分析经济效益

西北半干旱区紫花苜蓿-小黑麦间作对根际土壤养分和细菌群落的影响

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应用生态学报 2020年第5期31卷 1645-1652页

作者：赵雅姣刘晓静吴勇童长春蔺芳甘肃农业大学草业学院兰州730070

我国西北半干旱区土地贫瘠,土壤pH和碳酸盐含量高,容易形成盐碱地,抑制土壤微生物活性,导致土壤养分匮乏。为了改善西北干旱地区土壤健康状况,本研究通过连续3年田间试验,探讨了紫花苜蓿-小黑麦间作对根际土壤养分和根际土壤细菌群落结... 详细信息

我国西北半干旱区土地贫瘠,土壤pH和碳酸盐含量高,容易形成盐碱地,抑制土壤微生物活性,导致土壤养分匮乏。为了改善西北干旱地区土壤健康状况,本研究通过连续3年田间试验,探讨了紫花苜蓿-小黑麦间作对根际土壤养分和根际土壤细菌群落结构的影响。结果表明:根际土壤中,间作紫花苜蓿有机质含量显著大于单作紫花苜蓿,而pH及速效钾含量显著低于单作紫花苜蓿;间作小黑麦有机质、碱解氮、有效磷及速效钾含量均显著大于单作小黑麦。细菌序列数、种群分类单元(OTU)、丰富度和多样性均表现为间作大于单作。在门水平上,变形菌门和拟杆菌门分别占总分类单元的31.1%~33.4%和22.4%~32.2%,且间作下拟杆菌门比例高于单作。放线菌门数量在单作下显著大于间作,酸杆菌门数量在小黑麦间作下显著大于单作,疣微菌门数量在紫花苜蓿间作下显著大于单作。在属水平上,噬冷菌属、黄杆菌属、Gp6和Chryseolinea数量均表现为单作大于间作,纤维弧菌属相反。相关性分析表明,变形菌门、拟杆菌门与pH呈显著负相关,拟杆菌门与有机质、全氮、碱解氮呈显著正相关;而绿弯菌门、浮霉菌、酸杆菌门、疣微菌门和芽单胞菌门与有机质和碱解氮呈显著负相关。紫花苜蓿-小黑麦间作是改善西北半干旱区土壤的一种有效措施。

关键词：紫花苜蓿//小黑麦间作西北半干旱区根际营养细菌群落

4种间作模式下牧草根系特性及其碳、氮代谢特征研究

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草业学报 2019年第9期28卷 45-54页

作者：蔺芳刘晓静童长春吴勇甘肃农业大学草业学院甘肃兰州730070 新乡学院生命科学技术学院河南新乡453000

为探究间作对牧草根系生长特性和碳、氮代谢特征的影响,通过田间试验,以紫花苜蓿、小黑麦、燕麦、玉米、甜高粱5种单作模式为参照,对紫花苜蓿/小黑麦、紫花苜蓿/燕麦、紫花苜蓿/玉米和紫花苜蓿/甜高粱4种间作模式进行了研究,采用目前先... 详细信息

为探究间作对牧草根系生长特性和碳、氮代谢特征的影响,通过田间试验,以紫花苜蓿、小黑麦、燕麦、玉米、甜高粱5种单作模式为参照,对紫花苜蓿/小黑麦、紫花苜蓿/燕麦、紫花苜蓿/玉米和紫花苜蓿/甜高粱4种间作模式进行了研究,采用目前先进的微根管观测系统并结合计算机成像技术对紫花苜蓿和4种禾本科牧草单作及间作下根系的生长状况进行了原位观测,并且对4种间作模式下碳、氮代谢关键酶及产物进行了研究。结果表明,无论单作还是间作,根系参数与碳、氮代谢各指标均呈正相关关系,其中根长、根表面积均与核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶(RuBPCase)和硝酸还原酶(NR)活性呈极显著正相关(P<0.01),与蔗糖磷酸合成酶(SPS)和谷氨酰胺合成酶(GS)活性呈显著正相关(P<0.05),表明根系特性与碳、氮代谢具有一致性;4种间作模式下禾本科牧草的根长、根表面积等根系参数明显优化,而紫花苜蓿根系特性与单作相比表现不一,与玉米和甜高粱间作的紫花苜蓿其根系特性受到了明显地抑制(显著低于单作),表现为竞争弱势,而与小黑麦和燕麦间作的紫花苜蓿则未受影响;4种间作模式下禾本科牧草功能叶RuBPCase和NR活性与单作比均显著性增加,而紫花苜蓿功能叶RuBPCase和NR活性与单作相比趋势不尽相同,与玉米和甜高粱间作的紫花苜蓿其RuBPCase和NR活性显著低于单作,而与小黑麦和燕麦间作的紫花苜蓿则差异不显著。由此可见,供试牧草根系特性和碳、氮代谢特征表现趋势一致;在4种间作模式下根系特性和碳、氮代谢特征均表现为禾本科牧草优于豆科牧草;紫花苜蓿/小黑麦和紫花苜蓿/燕麦这2种间作模式下综合表现最佳。

关键词：间作模式微根管法根系特性碳代谢氮代谢