研究人員發現，種植多種作物而不是單一作物，可以透過限制土壤病原體的生長來提高農業產量。這項研究強調了多樣化植物群落的生產力和穩定性，並建議將這些原則應用於家庭園藝。

堪薩斯大學的一項研究表明，多樣化作物種植可透過降低土壤病原體的有效性來提高產量，這對傳統的單一種植做法提出了挑戰，並提供了適用於家庭園藝的見解。發表在《自然通訊》（Nature Communications）雜誌上的一項研究以堪薩斯大學的田間和溫室實驗為基礎，展示了種植多樣化作物而非單一植物物種如何提高農業產量： 對植物有害的土壤病原體更難茁壯成長。

堪薩斯生物調查與生態研究中心的資深科學家、堪薩斯大學生態學與演化生物學基金會傑出教授詹姆斯-貝弗（James Bever）說：「人們普遍觀察到，隨著時間的推移，多樣化的植物群落會更俱生產力和穩定性。物種繁多的牧場會顯示出更高的生產力。但其中的原因一直是個謎”。

合著者佩吉-舒爾茨（Peggy Schultz）與本科生一起在地塊上收集數據。圖片來源：昆士蘭大學市場部

植物多樣性益處背後的機制

長期以來，輪作以及其他耕作和園藝實踐都反映了植物混合的益處，而新的研究則為觀察到的一個重要機制提供了確鑿的數據：土壤中食用植物的微生物數量。

貝弗說：”多樣化的農業群落有可能抑制病原體，從而提高產量。我們的研究表明，一個主要的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。這些病原體抑制了低多樣性群落的產量。牧場多樣性的一個重要優勢是病原體消耗的生物量較少，從而有更多的生物量可用於其他用途，如養牛。同樣的過程對農業生產也至關重要。”

詹姆斯-貝弗，堪薩斯州生物調查與生態研究中心資深科學家，堪薩斯大學生態學與演化生物學基金會特聘教授。圖片來源：堪薩斯大學市場部

方法與合作努力

新數據是堪薩斯大學透過在堪薩斯大學野外站（KU Field Station）進行的野外實驗、溫室試驗和使用電腦進行的回饋建模開發出來的。該計畫獲得了美國國家科學基金會（National Science Foundation）和美國農業部（US Department of Agriculture）對堪薩斯大學的大額合作資助。

贝弗说：”我们进行了一项实验，操纵地块中植物的数量和不同的降水量–我们在一个地块中种植了从一种到六种植物。然后，我们评估了土壤病原微生物群的组成。我们发现，单一栽培中病原体组成的变化可以显著预测组合栽培的产量。当存在不同的病原体群落时，混合种植会导致更多的病原体从邻居那里释放出来。最糟糕的情况是，相邻作物具有相同的病原体。在这种情况下，作物将经历双重密度的挑战，作物病原体和来自邻居作物的病原体”。

在昆士蘭大學田間站進行的這些田間試驗，以及溫室試驗和利用電腦進行的回饋建模，使研究人員發現植物物種的多樣性會提高農業產量。資料來源：昆士蘭大學行銷部

在昆士蘭大學，貝弗的合作者包括副專家佩吉-舒爾茨（Peggy Schultz）以及海莉-伯里爾（Haley Burrill）和勞拉-波茲科夫斯基（Laura Podzikowski），她們都在昆士蘭大學獲得了博士學位，現在分別在俄勒岡大學和昆士蘭大學從事博士後研究。第一作者王廣舟曾在昆士蘭大學從事博士後研究，現在隸屬於北京的中國農業大學，他與共同作者張福鎖和張峻嶺一起參與了這項調查。瑞士蘇黎世大學的Maarten Eppinga 也加入了他們的行列。

對單一栽培實踐的批判

根據貝弗的說法，這項研究反對在許多英畝土地上種植單一糧食作物的工業農業做法，這種做法通常被稱為”單一種植”。

他說：「關於單一栽培做法，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–在大片土地上種植單一作物的做法是由技術原因而非生物原因驅動的。種植和收穫的實用性促使人們採用這種方法。傳統的美洲原住民農業和熱帶地區的做法是多物種多栽培。在中國，出現了機械化多栽培生產運動，對美國占主導地位的單一栽培模式提出了挑戰。必須將單一栽培視為一種增加投入的成本效益模式，並探索輪作等替代方法來長期管理病原體。”

貝弗說，在不同地塊混合種植植物對家庭園藝師和其他種植植物的人都有好處。

他說：”從事園藝時，並不依賴機械種植和機械收穫。將作物混合種植–在地塊中異質混合種植–肯定對更有利，我們可以交替種植不同的作物。這樣做比你把許多行相同的作物挨在一起更能有效地控制病原體。如果你的後院有四塊不相連的地，不應當把所有西紅柿都種在一塊地裡，把所有南瓜都種在另一塊地裡，第三塊地裡種的是香草–把它們混在一起可以減少病原體。這是我們的數據所顯示的。

生物多樣性對病原體的影響

最後，貝弗說，他的團隊的研究結果表明，生物多樣性會抑制病原體的生長，但在植物王國之外，這種情況並不明顯。事實上，這一觀點在動物系統中仍存在爭議。

他說：「我們在植物界的明確結果與動物界這一文獻的複雜性形成了鮮明對比。在最近對病原體的關注（如COVID）背景下，生態學中對病原體的研究一直存在爭議。多樣性對病原體影響的影響，是增加或減少，一直存在爭議。”

“我們對植物的研究結果表明，人們更關心的是多樣性增加後病原體傳播的減少，而不是增加。在我們的研究中，對病原體，包括生活在土壤中的病原體進行了研究。在葉面病原體中也觀察到了類似的模式，這在即將發表的一篇論文中有詳細說明。爭議源於病原體對動物界和植物界影響的不同”。