《Trees, Forests and People》：Tree shade mitigates stress and enhances chickpea productivity: Insights from an Emblica officinalis-based agroforestry system in semi-arid shallow Basaltic Deccan Plateau, India
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本研究针对半干旱浅层玄武岩德干高原退化土壤环境中树木遮荫是胁迫因子还是杠杆因子这一关键问题，通过评估9年生余甘子(Emblica officinalis)遮荫对间作鹰嘴豆微气候调节及生理生化性状的影响，发现20%-50%遮荫能延迟开花成熟、提高相对含水量(RWC)6-9%、降低冠层温度3-5°C、增加生物量36-72%，最终使鹰嘴豆产量提升33-70%（以50%遮荫下1.55 Mg ha?1为最高）。研究创立的作物状态指数(CSI)与产量显著相关，证实树木遮荫可通过缓冲高温强光胁迫成为退化环境下的气候适应策略，为构建可持续农林系统提供理论依据。
在全球气候变化加剧的背景下，极端天气事件频发，对农业生产构成了严峻挑战。根据IPCC第六次评估报告，近90%的耕地受到 abiotic stress（非生物胁迫）影响，主要粮食作物产量因高温、干旱等环境胁迫而减产高达70%。在这种背景下，寻找可持续的农业实践方式变得尤为重要。农林复合系统（Agroforestry）作为一种自然解决方案，因其具有结构多样性、深根树种和微气候调节能力而展现出增强农业系统韧性的潜力。然而，树木与作物之间对光资源的竞争，尤其是遮荫效应，常常被视为导致作物减产的主要因素。但另一方面，在干旱半干旱地区，树木遮荫能否通过改善微环境来缓解作物的水分和热胁迫，反而成为提高产量的杠杆因子？这个问题在退化土壤环境中尤为关键。
为了回答这个问题，研究人员在印度半干旱浅层玄武岩德干高原进行了一项实地研究，相关论文发表在《Trees, Forests and People》上。研究聚焦于一个以余甘子（Emblica officinalis，俗称Aonla）为基础的农林系统，旨在探究不同梯度的树木遮荫（20%、30%、40%、50%）对两种常见鹰嘴豆品种（Vijay 和 Digvijay）生长、生理生化特性及最终产量的影响。研究人员假设，树木遮荫并非单纯的胁迫源，而是通过调节局部微气候和土壤-植物相互作用，改善作物的生理和生化性状，从而带来产量优势。
研究的关键技术方法主要包括：利用数码照度计（Lux meter）量化自然遮荫梯度，并将其转换为光合有效辐射（PAR）进行计算；采用随机区组设计（RBD）进行田间试验；运用叶绿素荧光成像系统（Fluorcam）测定光系统II（PSII）的最大量子产量（QY_max）；使用手持式作物传感器（Green Seeker）获取归一化植被指数（NDVI）；通过红外测温仪记录冠层温度（CT）；并运用一系列标准生化分析方法（如测定脯氨酸、抗坏血酸、丙二醛MDA、超氧化物歧化酶SOD、过氧化物酶POD活性等）来评估植物的胁迫生理状态。此外，研究还通过主成分分析（PCA）构建了作物状态指数（CSI），以综合评估作物健康状况。
3.1. 植物物候
研究结果显示，遮荫显著延迟了鹰嘴豆的生长发育。与露天条件（0%遮荫）相比，50%遮荫下的鹰嘴豆开花延迟了约16天，结荚延迟了9天，生理成熟延迟了9天。这种延迟可能使作物有更长的光能捕获时间，有利于同化产物的积累。
3.2. 生长、生物量及生物量分配
遮荫处理提高了植物的总生物量干重（36%-72%）、生殖部分（豆荚和花）干重以及叶茎干重比。其中，30%遮荫下的总生物量最高。这表明在适度遮荫下，作物能将更多资源分配给地上部生长。品种间比较发现，Digvijay 品种在主要茎干重、分枝干重、根干重、叶干重和总生物量干重上均显著高于 Vijay 品种。
3.3. 植物生理参数
遮荫显著改善了鹰嘴豆的生理状态。所有遮荫处理下的相对含水量（RWC）比露天高6-9%。叶绿素a（Chl a）、叶绿素b（Chl b）、总叶绿素和类胡萝卜素（Crt）含量在遮荫下也显著高于露天，尤其是叶绿素a含量是露天的5.6倍，这有助于植物在弱光下更有效地捕获光能。光系统II的最大量子产量（QY_max）和归一化植被指数（NDVI）在遮荫下分别比露天高11%和62%，表明遮荫下植物的光合效率和生长活力更强。相反，冠层温度（CT）在遮荫下比露天低3-5°C，有效缓解了高温胁迫。
3.4. 鹰嘴豆品种的生物化学参数
在生化指标上，代表氧化胁迫的脯氨酸和抗坏血酸含量在露天条件下最高，而随着遮荫程度的增加，这些胁迫指标以及脂质过氧化产物丙二醛（MDA）的含量显著降低。这表明遮荫有效缓解了作物在退化土壤环境中面临的高温和水分胁迫。Digvijay 品种表现出更高的抗坏血酸含量和膜稳定性指数（MSI），显示出比 Vijay 品种更强的胁迫耐受性。
3.5. 鹰嘴豆的产量及产量构成因素
最关键的发现是，遮荫并没有导致鹰嘴豆减产，反而显著提高了产量。50%遮荫下的种子产量最高，达到1.55 Mg ha?1，比露天（0.89 Mg ha?1）高出70%。即使在20%-40%的遮荫下，产量也比露天高出33%-60%。Digvijay 品种的表现尤为突出，其平均产量（1.46 Mg ha?1）显著高于 Vijay 品种（1.03 Mg ha?1）。这表明 Digvijay 是一个更具遮荫耐受性的品种。
3.6. 生理生化属性与种子产量的关系
相关性分析表明，植物生物量、种子产量与NDVI、QY_max、叶绿素含量等健康指标呈显著正相关，而与冠层温度、MDA、脯氨酸等胁迫指标呈负相关。这证实了维持较高的光合效率和减轻氧化胁迫对于提高产量至关重要。
3.7. 作物状态指数（CSI）
通过主成分分析构建的作物状态指数（CSI）成功捕捉了不同遮荫水平下作物的健康状况变化。CSI在遮荫处理下显著高于露天，并且与种子产量呈强正相关（R2 = 0.8368），说明CSI可以作为一个有效的指标来评估和预测作物在农林复合系统中的表现。
研究的讨论部分进一步阐释了这些发现的深层意义。遮荫导致的物候延迟可能为作物提供了更长的生长期以积累生物量。遮荫下植物的形态适应（如株高增加、叶茎比提高）是典型的避荫综合征（shade avoidance syndrome）表现，有助于争取更多光照。生理和生化指标的改善则直接归因于树木冠层对微气候的调节作用，包括降低温度、减少水分蒸发（土壤湿度在50%遮荫下比露天高出约84%）、缓冲强光辐射胁迫等。这种“缓冲效应”在退化土壤和半干旱气候条件下显得尤为宝贵。
综上所述，这项研究有力地推翻了树木遮荫必然导致鹰嘴豆减产的传统观点。相反，在印度半干旱浅层玄武岩德干高原的退化环境中，高达50%的树木遮荫非但不是胁迫因子，反而通过改善微气候（降温、保墒）成为提升鹰嘴豆生产力的重要杠杆因子。研究筛选出的 Digvijay 鹰嘴豆品种展现出更好的遮荫适应性。研究所创立的作物状态指数（CSI）为量化评估作物在复合系统中的健康状况提供了实用工具。这些发现为在面临气候变化的退化土地上推广以余甘子等果树为基础的农林复合系统提供了坚实的科学依据，指明了一条通过自然解决方案增强农业系统韧性和生产力的可持续途径。
