發表在《Nature Communications》上的一項基於堪薩斯大學田間和溫室實驗的研究表明，農業產量的提高如何來自於種植多種作物，而不僅僅是一種植物。對植物有害的土壤病原體很難茁壯成長。

「人們普遍觀察到，隨著時間的推移，不同的植物群落可以更有生產力和更穩定，」通訊作者堪薩斯生物調查和生態研究中心的高級科學家James Bever說。“擁有眾多物種的牧場可以提高生產力。但原因一直是個謎。”

雖然作物輪作和其他農業和園藝實踐長期以來一直反映出植物混合的好處，但這項新研究為支持這一觀察的一個重要機制提供了確鑿的數據:土壤中以植物為食的微生物數量。

Bever說:「多樣化的農業社區有可能阻止病原體，從而提高產量。我們的研究表明，主要驅動因素是病原體的專業化，特別是那些針對不同植物物種的病原體。這些病原體抑制低多樣性群落的產量。牧場多樣性的一個顯著優勢是，較少的生物質被病原體消耗，從而使更多的生物質用於其他用途，如養牛。同樣的過程對農業生產也至關重要。”

這些新數據是由堪薩斯大學利用堪薩斯野外站的實地實驗，以及溫室分析和使用電腦的回饋模型所開發的。該計畫得到了美國國家科學基金會和美國農業部對堪薩斯大學的大量合作資助。

Bever說:「我們進行了一項實驗，控制了一塊土地上植物的數量和不同的降水水平——一塊土地上有一到六種植物。然後，我們評估了土壤病原體微生物組的組成。我們發現，在單一栽培中，病原體組成的變化顯著地預測了組合時的產量。當有不同的病原體群落時，它們混合在一起會導致更多的病原體從你的鄰居那裡釋放出來。最糟糕的情況是鄰近的作物有相同的病原體。在這種情況下，你會經歷雙重密度——你的作物病原體和鄰居作物的病原體。”

在堪薩斯大學，Bever的合作者包括副專家Peggy Schultz以及Haley Burrill和Laura Podzikowski，她們都在堪薩斯大學獲得博士學位，現在分別是俄勒岡大學和堪薩斯大學的博士後研究員。第一作者Guangzhou Wang曾在堪薩斯大學擔任博士後研究員，現隸屬於中國農業大學。

根據Bever的說法，這項研究反對在許多英畝土地上種植單一糧食作物的工農業實踐，通常被稱為「單一栽培」。

他說：「關於單一栽培的做法，促進植物多樣性的理念似乎與流行的做法背道而馳。單一栽培——在大片地區種植單一作物——是由技術原因而不是生物原因驅動的。種植和收穫的實際方面推動了這種方法。傳統的美洲原住民農業和熱帶地區的實踐涉及多種物種的多元文化。在中國，有一種向機械化多元文化生產的運動，挑戰了美國占主導地位的單一文化模式。必須將單一栽培視為增加投入的成本效益模式，並探索作物輪作等替代方法來長期管理病原體。”

在不同的地塊混合種植植物對家庭園丁和其他種植植物的人有益。

「當你在園藝時，你不依賴機械種植和機械收穫，」Bever說。「混合作物絕對對你有利，在土地上以異質混合種植它們。為了方便，我們可以交替種植不同的作物。這比把同一種作物一排排地種在一起更能控制病原體。如果你的後院有四塊分開的地，你不會想把所有的西紅柿放在一塊地，把所有的南瓜放在另一塊地，第三塊地放香草——你會想把它們混合在一起。這樣做可以減少病原體。這就是我們的數據所顯示的。”

最後，Bever說，他的研究小組的發現表明，生物多樣性阻止了病原體的生長，但在植物界之外，這項發現並不明確。事實上，這個想法在萊姆病等動物系統中是有爭議的。

他說:「我們在植物界的明確結果與動物界的複雜文獻形成了鮮明對比。在最近對病原體的關注(如COVID)的背景下，生態學中病原體的研究一直存在爭議。多樣性對病原體影響的影響，是增加還是減少，一直存在爭議。我們對植物的研究結果表明，更大的擔憂是隨著多樣性的增加而減少病原體的傳播，而不是增加。在我們的研究中，病原體，包括居住在土壤中的病原體，都進行了檢查。在即將發表的一篇論文中，也觀察到了葉面病原體的類似模式。這一爭議源於病原體對動物和植物的影響方式的差異。”