发表在《Nature Communications》上的一项基于堪萨斯大学田间和温室实验的研究表明，农业产量的提高如何来自于种植多种作物，而不仅仅是一种植物。对植物有害的土壤病原体很难茁壮成长。

“人们普遍观察到，随着时间的推移，不同的植物群落可以更有生产力和更稳定，”通讯作者堪萨斯生物调查和生态研究中心的高级科学家James Bever说。“拥有众多物种的牧场可以提高生产力。但其原因一直是个谜。”

虽然作物轮作和其他农业和园艺实践长期以来一直反映出植物混合的好处，但这项新研究为支持这一观察的一个重要机制提供了确凿的数据:土壤中以植物为食的微生物数量。

Bever说:“多样化的农业社区有可能阻止病原体，从而提高产量。我们的研究表明，主要驱动因素是病原体的专业化，特别是那些针对不同植物物种的病原体。这些病原体抑制低多样性群落的产量。牧场多样性的一个显著优势是，较少的生物质被病原体消耗，从而使更多的生物质用于其他用途，如养牛。同样的过程对农业生产也至关重要。”

这些新数据是由堪萨斯大学利用堪萨斯野外站的实地实验，以及温室分析和使用计算机的反馈模型开发的。该项目得到了美国国家科学基金会和美国农业部对堪萨斯大学的大量合作资助。

Bever说:“我们进行了一项实验，控制了一块土地上植物的数量和不同的降水水平——一块土地上有一到六种植物。然后，我们评估了土壤病原体微生物组的组成。我们发现，在单一栽培中，病原体组成的变化显著地预测了组合时的产量。当有不同的病原体群落时，它们混合在一起会导致更多的病原体从你的邻居那里释放出来。最糟糕的情况是邻近的作物有相同的病原体。在这种情况下，你会经历双重密度——你的作物病原体和邻居作物的病原体。”

在堪萨斯大学，Bever的合作者包括副专家Peggy Schultz以及Haley Burrill和Laura Podzikowski，她们都在堪萨斯大学获得博士学位，现在分别是俄勒冈大学和堪萨斯大学的博士后研究员。第一作者Guangzhou Wang曾在堪萨斯大学担任博士后研究员，现在隶属于中国农业大学。

根据Bever的说法，这项研究反对在许多英亩土地上种植单一粮食作物的工农业实践，通常被称为“单一栽培”。

他说:“关于单一栽培的做法，促进植物多样性的理念似乎与流行的做法背道而驰。单一栽培——在大片地区种植单一作物——是由技术原因而不是生物原因驱动的。种植和收获的实际方面推动了这种方法。传统的美洲土著农业和热带地区的实践涉及多种物种的多元文化。在中国，有一种向机械化多元文化生产的运动，挑战了美国占主导地位的单一文化模式。必须将单一栽培视为增加投入的成本效益模式，并探索作物轮作等替代方法来长期管理病原体。”

在不同的地块混合种植植物对家庭园丁和其他种植植物的人有益。

“当你在园艺时，你不依赖于机械种植和机械收获，”Bever说。“混合作物绝对对你有利，在土地上以异质混合种植它们。为了方便，我们可以交替种植不同的作物。这比把同一种作物一排排地种在一起更能控制病原体。如果你的后院有四块分开的地，你不会想把所有的西红柿放在一块地，把所有的南瓜放在另一块地，第三块地放香草——你会想把它们混合在一起。这样做可以减少病原体。这就是我们的数据所显示的。”

最后，Bever说，他的研究小组的发现表明，生物多样性阻止了病原体的生长，但在植物界之外，这一发现并不明确。事实上，这个想法在莱姆病等动物系统中是有争议的。

他说:“我们在植物界的明确结果与动物界的复杂文献形成了鲜明对比。在最近对病原体的关注(如COVID)的背景下，生态学中病原体的研究一直存在争议。多样性对病原体影响的影响，是增加还是减少，一直存在争议。我们对植物的研究结果表明，更大的担忧是随着多样性的增加而减少病原体的传播，而不是增加。在我们的研究中，病原体，包括居住在土壤中的病原体，都进行了检查。在即将发表的一篇论文中，也观察到了叶面病原体的类似模式。这一争议源于病原体对动物和植物的影响方式的差异。”