论文标题：前沿专辑：作物多样性与可持续农业

期刊：Frontiers of Agricultural Science & Engineering

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农业绿色发展（Agriculture Green Development，AGD）目标下绿色生产路径需要技术创新、技术落地、区域实现、政策支持四个方面协同，运用系统方法向全球分享数据与经验。作物多样性是实现绿色生产的重要途径，可以通过间作、轮作和覆盖作物来改善作物多样性。当作物种类适当组合时，作物多样性通过提高作物产量、稳定年际产量、有效利用资源、控制作物病虫害，以及增强其他生物类群的地上和地下生物多样性来增强农业生态系统功能。间作有利于人类粮食安全和农业可持续性。因此，如果在全球范围内广泛应用间作，将为实现联合国农业生产部门的可持续发展目标做出巨大贡献。

为了总结发展中国家和发达国家在作物多样性的研发和应用方面所取得的进展，我们特邀瓦格宁根大学Wopke van der Werf教授与中国农业大学李隆教授作为组稿人，组织了一期题为“作物多样性与可持续农业”的专辑，旨在总结该领域最新研究进展，展望今后研究与应用方面的重点，为农业绿色发展做贡献。

专辑介绍

作物多样性与可持续农业专辑由《农业科学与工程前沿》（英文简称FASE）期刊于2021年第3期出版，共邀请到10篇文章，作者主要是国际上在间套混种领域非常活跃的研究与应用方面的专家，分别来自比利时、中国、丹麦、法国、德国、希腊、意大利、荷兰、西班牙、瑞士、英国及墨西哥等国家。

目录

1. 中国多样化种植体系设计: 理论、方法与实施

2. 间套作: 养活更多的人并有利于农田生态系统的可持续性

3. 用4C法解读种间互作如何决定间作生产力

4. 十三代小麦复合杂交种群对病害和气候变化的响应

5. 多作物间作优势如何应对水分胁迫

6. 不同玉米种植密度对玉米/花生间作中光截获和光能利用率的影响

7. 非寄主植物根系和根系分泌物对烟草黑胫病菌侵染过程的干扰

8. 产业链多方合作促进物种混作研究成果的转化

9. 实现作物多样化以支持向更可持续的欧洲农业粮食系统过渡

10. 量化物种混作的优势

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1.中国多样化种植体系设计：理论、方法与实施

Designing diversified cropping systems in China: theory, approaches and implementation

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摘要：中国农业绿色转型需要重构种植体系。种植体系的设计需基于农田管理和生态学原理，并针对性增强生态系统服务来实现优化目标。实施作物种植多样化的关键是根据区域特征（自然资源与限制因素），以及社会和经济需求，针对性地提升和加强生态系统服务。总之，针对具体区域，作物多样化设计旨在同时协同实现安全、营养的粮食生产与环境保护。以华北平原为例，第一步通过采用间作和覆盖作物来优化冬小麦–夏玉米–春玉米轮作体系，进一步减少水与养分的投入，并减少损失；第二步引入长期轮作，以进一步加强养分循环和病虫害控制；第三步在景观尺度通过增加生物多样性（例如花带）来促进生态系统服务。

关键词：Agriculture Green Development, crop diversification, cropping system modeling, ecosystem services, sustainable agriculture

直播回放：https://www.koushare.com/video/videodetail/17599

2.间套作：养活更多的人并有利于农田生态系统的可持续性

Intercropping: feed more people and build more sustainable agroecosystems

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摘要：间作作为增加农田生态系统生物多样性的重要方式，能够提高农田生态系统产量和产量稳定性，充分利用资源，抑制病虫害，应对气候变化和降低土壤污染。间作体系两种作物对地上、地下资源吸收利用在时间和空间上的分异降低了种间资源竞争，提高光能截获和土壤资源的获取。间套作所能够通过时间生态位分离减少玉米对大豆的竞争效应并且增加大豆的籽粒产量。种间促进作用能够增加对土壤中的水、氮、磷和微量元素的利用。本文综述了间作在强化农田生态系统功能中的重要作用。充分理解间作作物多样性体系中蕴含的生态学原理，有助于我们更好的发展可持续农业。

关键词：agroecosystems, crop diversity, intercropping, interspecific interactions, sustainable agriculture

直播回放：https://www.koushare.com/video/videodetail/17110

3.用4C法解读种间互作如何决定间作生产力

The 4C approach as a way to understand species interactions determining intercropping productivity

摘要：现代农业需要向生态农业、有弹性和可持续的农业系统过渡。物种混作是复杂的，4C法能够表现出在整个种植周期内，竞争（Compensation）、互补（Competition）、合作（Complementarity）和补偿（Cooperation）在物种间同时和动态发生的联合效应。4C法可以通过了解非生物资源的使用情况，来评估间作与传统单作的性能。4C效应是理解作物整个生长周期同时发生的所有过程的最终净效应，4C法是解释作物间作性能的效应的一种教学和科学方法。4C法有助于分析和描述间作的功能，确定物种混作在获取和利用非生物资源方面最终表现的主导过程。本文认为这一概念可以应用于生物因素分析，以描述与杂草、病虫害互作的作物间作性能。

关键词：compensation, competition, complementarity, cooperation, interspecific interactions, land equivalent ratio, light, nutrients, species mixtures, water

直播回放：https://www.koushare.com/video/videodetail/19326

4.十三代小麦复合杂交种群对病害和气候变化的响应

Response of wheat composite cross populations to disease and climate variation over 13 generation

摘要：本文研究了三种不同的冬小麦品种组合在有机和常规两种管理方式下进行自然选择。品种混作（CCPs）对褐锈病、条锈病具有中等抗性，其差异主要取决于亲本遗传背景。有机管理模式下，由较老品种组成的CCPs能够在一定程度上与新品种竞争，代表了种质资源的高效利用。混播体系的农艺性状可与现代品种相媲美。群体的表现取决于亲本品种的选择（基因）。特定环境胁迫下CCPs有农艺优势。混作对于胁迫环境的适应能力更强。

关键词：evolutionary breeding, heterogeneous crop population, management system

5.多作物间作优势如何应对水分胁迫

How multispecies intercrop advantage responds to water stress: a yield-component ecological framework and its experimental application

摘要：在本研究中，提出了一个相对多作物抗性指数(relative multicrop resistance，RMR)，并通过微型温室试验数据比较不同作物之间的RMR及其组成，以了解多作物种植高产和土地利用效率之间的关系，以及不同高产情景的生态原因。实验数据表明，土壤湿度减少改变了不同作物、不同部位之间超产的平衡。与单作相比，低产物种在间作中表现更好。高互补性可以被选择效应来平衡，可能会对间作的超产产生负面影响，但互补效应对产量损失过度补偿时，也会发生相反的情况。数据还表明，间作的超产和抗性之间存在权衡。进一步研究这些效应与物种特征之间的关系，将有助于揭示如何构建能更好抵御环境胁迫的多物种间作体系。

关键词：agroecosystem sustainability, crop overyielding, intercrop drought resistance, overyield ecological components

6.不同玉米种植密度对玉米/花生间作中光截获和光能利用率的影响

Light interception and use efficiency differ with maize plant density in maize-peanut intercropping

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摘要：玉米–花生间作的光截获高于单作花生，但低于单作玉米。尽管玉米–花生间作中的玉米与单作玉米的光能利用率相似，但间作提高了花生的光能利用率。在本地区的间作系统中，光照并不是作物产量的限制因素，其对间作的产量贡献与单作相比没有显著性变化。间作增加了玉米的光截获量，但降低了花生的光截获量，进而使得间作系统中的光能截获处于一种平衡状态。该研究对理解间作中种内和种间竞争的机制、优化可持续农业生产体系统具有借鉴意义。

关键词：dryland agriculture, light interception, light use efficiency, maize-peanut intercropping, semiarid

7.非寄主植物根系和根系分泌物对烟草黑胫病菌侵染过程的干扰

Interference by non-host plant roots and root exudates in the infection processes of Phytophthora nicotianae

摘要：非寄主根系和病原体之间的相互作用可能是抑制作物轮作中土壤传播病原体的关键。该研究评估了茴香根际分泌物中的关键化合物对烟草黑胫病菌菌丝生长和游动孢子行为的影响。研究表明，非寄主根系和病原体之间的种间相互作用是茴香抑制烟草黑胫病菌侵染的重要因素。非宿主植物（茴香）产生的根系分泌物吸引了烟草黑胫病菌的游动孢子，并分泌了一系列杀死病原体的抗菌化合物，他们可以抑制烟草黑胫病菌的各种侵染过程。此外，活性氧（ROS）积累可能是茴香根抑制烟草黑胫病菌的主要机制。

关键词：fennel and tobacco rotation, infection behavior, Phytophthora nicotianae, reactive oxygen species, vanillin

8.产业链多方合作促进物种混作研究成果的转化

Translating the multiactor approach to research into practice using a workshop approach focusing on species mixtures

摘要：参与欧盟H2020项目“基于物种混作重新设计欧洲种植系统”的24个合作机构的63名项目参与者同时讨论了作物生产中生产者和理论研究者之间的合作方法，该研讨会促进了物种混作在生产中的应用，并建议在其他地区项目中采用类似的种植方式。本次研讨会得出的结论是，在农业生产实践中通过产业链多方合作可以更好的促进物种混作研究成果的转化，将理论研究和农业实践有效结合。在物种混作具体实施过程中需要完成既定目的、做出决定和计划需要基于相关人员的更加具体和灵活的理解和思考。将多方合作方法应用于农业领域时，减少对自然科学中定量数据的依赖可能是一个挑战。

关键词：agroecology, codesign, intercropping, knowledge sharing, participatory methods

9.实现作物多样化以支持向更可持续的欧洲农业粮食系统过渡

Enabling crop diversification to support transitions toward more sustainable European agrifood systems

摘要：欧洲的作物系统多以短期轮作和单一种植为特点，应用多样化措施有助于提高农业生物多样性，提供生态系统服务。欧盟资助的6个研究项目通过创建欧洲作物多样化集群（CDC）共同促进作物多样化，聚集各方合作，努力使欧洲相关利益方能够采取多样化措施。欧盟将提出重组农业粮食体系、改革农业政策和监管体系的主张，以促进和推动作物多样化进程。在欧洲范围内大规模实施适应当地情况的多样化种植策略，将是实现可持续粮食和饲料生产与环境保护的重大飞跃。

关键词：crop rotation, lock-in, intercropping, multiple cropping, networking

直播回放：https://www.koushare.com/video/videodetail/18782

10.量化物种混作的优势

Comparing performance of crop species mixtures and pure stands

摘要：间作在增加农田生态系统生物多样性的同时，能够提高产量和资源利用效率，减少农药化肥投入，抑制病虫害发生，控制杂草，促进土壤健康，因此成为发展可持续农业生产体系的重要方式。本文总结了一系列能够量化间作优势的指标和计算方法。对一些量化指标的背景、含义、限制，以及未来发展的方向进行了描述和预测，提出了更合理的评价方式，对间作未来的发展具有重要意义。

关键词：intercropping, species mixtures, metaanalysis, metrics, indicators

直播回放：https://www.koushare.com/video/videodetail/19638

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美编 | 冯晨晨

编辑 | 唐静月 李云舟

审稿 | 许建香

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《前沿》系列英文学术期刊

由教育部主管、高等教育出版社主办的《前沿》（Frontiers）系列英文学术期刊，于2006年正式创刊，以网络版和印刷版向全球发行。系列期刊包括基础科学、生命科学、工程技术和人文社会科学四个主题，是我国覆盖学科最广泛的英文学术期刊群，其中12种被SCI收录，其他也被A&HCI、Ei、MEDLINE或相应学科国际权威检索系统收录，具有一定的国际学术影响力。系列期刊采用在线优先出版方式，保证文章以最快速度发表。

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