全 文 ：第 6卷 第 3期
1 9 9 8年 9月
生 态 农 业 研 究
ECO—AGRICULTURE RESEARCH
@
Vol·6 No·3／
se p．I l 9
～ 斗 s> 争
果粮间作模式生态系统能量输入输出特征研究*
— — 以岷江上游干旱河谷试区为例
包维楷
(中国科学院成都生物研究所 成都 610041)
摘 要 研究了岷江上游3种代表性曲果粮闻作模式生态系统能量输入输出特征。由于
结构不合理 ，辅助能投入效率便 1．1s～1．52。3种模式光能利用率为0．661 ～1．205％，
较对照单作高，潜力较大。应采取果粮间作模式生志系统组分及其结构优化、辅助能投入
结构和木平 改善、非可食产品就地滞留还田及食物链循环年j用荨措施进行优化调控。
关键调 岷江上游 果粮问作模式 生态系统 能量投入效率 于军 可各
Characterlstks of energy input and output In fruit tree—grain cTop lntercropp．ng eeosys-
tem-A~ase study from dry valley region in the upper reaches ofthe MinJinng River．Bao
Weikai(Chengdu Institute of Biology．CAS，Chengdu 610041)，EARt1998，6(3)：50~ 54．
Abstract Characters of energy input and output for three typical fruit tree-graln crop
intercropping ecosystems in the upper reaches of the Minjiang River are studied．The re-
suits show that the eficiency of the supplementary energy input is only 1．1S～ 1．52 be-
cause of the irrational structure of the energy input．The light use eficiency for the three
systems are 0．661 ～ 1．205 ．which is h her than single planting．Optimal manage-
merit such as optimizing the components and structures of the system．improving the sup—
plemental energy input and level，returning non—edible products and utilizing food chain
cyclically should be carried Out．
Key words The upper reach of the Minjiang River，Fruit tree—grain crop intercropping
model，EcosystemtEfficiency of input energy
能量流动是生态系统最本质的特征之一，系统能量通过植物光合作用贮存，通过食物
链(网)流动。提高系统生产力途径一是提高初级生产力，即提高植物光能利用率{二是提
高能量利用和转移的生态效率。农林复合经营(Agro—forestry)已被证明是一条提高初级
生产力行之有效的途径。果粮间作是农林复合经营主要类型之一，主要通过不同植物多种
群、多层次和多功能间、混、套及轮作达到提高系统初级生产力的目的，改善农业环境 。
本文从能量效率角度分析了岷江上游干旱河谷区3种代表性的果粮间作模式生态系统能
量输入输出特征
· 八五 中国科学豌重点项目部分内窖
收稿la期r1997-06—16 改回日期 1997-07-14
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第 3期 包维楷 ：果粮间作模式生态系统能量输入输出特征研究 51
1 研究区域与研究方法
1．1 研究区域概况
岷江上游试区现有耕地面积 3．86万 hm ，其中干旱河谷耕地约占 65 ，果粮农林复
合经营面积达 7o 以上，集中分布于海拔1200~1800m。主要间作果树为苹果、花椒、李、
梨、核桃等 ，其中苹果种植面积达 5o ，花椒种植面积选 30 左右。主要套种作物有小麦、
玉米、马铃薯、大豆、苕子和多种蔬菜。农户种植模式类型有 2o余种，其中苹果+小麦／玉
米一蔬菜／苕子(A．)，苹果+小麦／大豆一苕子／蔬菜(A )，花掇+玉米／马铃薯(B )(+为
间作，／为套作，一为轮作)最具代表性(本文选择这 3种模式为研究对象)，苹果树龄为 l0
年，树高 3～5m，株行距 4m×5m，密度 490~500株／hm 。花椒树龄为 9年 ，株行距 4m×
5m，密度 490~500株／hm 。A 、A 模式主要分布于有灌溉条件的坡下部或沟谷平缓地；
B]模式分布于无灌溉条件、离村寨较远的坡中上部地。该区属半干旱温带气候类型，年均
气温 Ii．o℃，≥io oc积温 3261~，年均降水量 494．8ram，年均蒸发量 1355mra。全年干湿
季分明，5～10月为湿季，降水量占全年的85 ，l1月～翌年 4月为旱季，降水量约占全
年的 15 。降水分配极不均衡，雨季亦常出现不同程度干旱。该区年日照时数 1557h，作
物一年两熟不足，一熟有余。土壤为千枚岩、变质岩发育的褐土，N、P含量少，水分不足。
1．2 研究方法
调研了 3种模式单位面积的物质投入和输出能量，每种模式调查 3o个农户以上．并
选择典型农户跟踪实测。取其各模式物质投入产出均值，换算成单位面积的投入物质与输
出能量，分析氓江上游干旱河谷区各模式能量输入输出状况，以主要作物小麦(D )、玉米
(Dz)、马铃薯(D。)单作为对照。各物质按相应的折算系数换算成能量0]，其中有机肥折算
系数考虑岷江上游特殊状况取 l_4[3]。
2 结果与分析
2．1 光能利用宰
研究区域太阳总辐
射能为 42240 GJ／hm ，
3种果粮间作模式生态
系统与对照光能利用率
见表 1。一般作物地上
部分利用最大高度为
2A0cm(玉米)，地下部
分利用深度>40cm，利
用时间仅占全年的 2／5
左右。本项研究A 、A
模式地上部分利用高度
达 450~500cm，地下部
分 利用深度达 i00～
150cm，利用时间约 300
衰 1 3种果糖间作覆式生态系统与对照光健利用事
Tab．1 Solar energy utilization efficency(SEUE)of three
fruit tree—grain crop[ntercropping ecosystem and control
模式系爱 可食产品Edible p∞duc 总韧鳜产品Tot=i pdma~,products
要腮 要腮 En町 E En E
苹 皋Appk 37．Z8
小 麦 Wheat 59．明
^ 玉 章Corn 98．18
1^苕 子 sa 一
蘸 菜VegetabLe 32 00
音 计TotaL
苹 皋Appk 38．61
小 麦Wheat 68．47
^ 丈 豆Soybe~ 50．1 6
0苕 子 sa
蘸 菜Vegetable 37 65
台 计 Totat 一
花 椒Chinese pricke]y 9．53
D 玉 米Coat 61．99
D。马姑薯Potato 85．50
台 计 "Iota] L57．02
D1小麦单作O w} t 72．01
D2 单作Onty⋯ 138 85
Dl马斡薯单作Orlz Potato 91．20
0 088
n140
0．232
0 076
0．5 ’
0．0gl
0 162
0．121
—
0．089
0 583’
0．002
0．147
0 202
0．351‘
0．171
0．033
0．ZI6
—
1 65．98
259．79
51．30
34∞
5l1．04
—
124．22
104．5Z
51．如
37．65
一
一
163．09
ll6．27
279．36
198．55
308．73
125 54
n 393
0．61 5
0．121
0．077
1．Z05
0．294
0 247
0．12l
0．089
0．752
0 386
0．275
0．661
0．470
0．731
0．297
*未包括苹果或花橱．
~ 320d，因而资源利用率，尤其是光能利用率明显提高。研究结果表明作物系统地上空间
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52 生 态 农 业 研 究 第 6卷
利用高度越大，光能利用率越高。其中Bl模式出现异常主要因其处于坡上部，无灌溉条
件，水分缺乏制约了其他能量的有效利用，果粮间作中小麦、玉米、马铃薯光能利用率及可
食产品光能利用率均低，因此，进一步提高果粮间作模式生态系统作物光能利用和分配效
率是果粮间作模式生态系统优化调控及生产力提高的重要内容。
2．2 辅助能投人结构与水平
辅助能投入高低及其结构组成是区域农业生产经营特点和水乎高低的重要反映，3
种果粮间作模式生态系统辅助能投入结构与水乎见表 2。
衰 2 3种粟粮问作模式生志系统辅助健投人结构与水平
Tab．2 Structure and level of subsidiary energy inputs in three fruit tree—grain crop intereropping ecosystem
模式系境 有机能(GJ，hm )(hgBn energy 无机能(GJ，hm )InorgB~ energy 总 计
品 。 。 a计l 。i ze，叠 工T 台qo
苹 果Apple 67．50
小 麦硼 leac 2 2．50
玉 米Corn 33．75 。^
苕 子Visa 一
蘸 菜Vegetable 11．25
舍 计Total 135．00
革 果Apple 67．50
小 麦wheac 22．50
^ 太 豆Soybean 11．25
菪 fVisa 一
莲 椠Vegetable 11．25
合 计To tal 112．50
花 擞Ckm~e p~kdy 11．25
玉 米 Corn 27．00
马铃暮Potato 33．75
合 计 Total 72．00
0．50
0．50
0．50
0．50
0．50
2．50
0．50
0．50
0．50
0 50
0．50
2∞
0．25
1．51
1 51
3 27
无机能与有机能投入 由表 2可知，岷江上游果粮间作模式生态系统无机能投入水
乎远远高于西藏一江两河地区的 2 23GJ／hm 2[ 和河西走廊地区作物间作系统的27．93
GJ／hm 。无机能结构 以化肥和农药为主，分别占 A，、A 、B，3种模式无机能投入的
94．4o 、93．41 和 88．03 。有机能投入亦高于西藏一江两河地区 和河西走廊地区作
物间作系统[ ，其有机能组成以有机肥能和人畜力能为主。有机肥投入主要是松针、杂灌
叶、枯草及少量牲畜粪尿等农家肥，量大质劣，且积肥多在秋冬季 ，此时气温低，沤制时间
短．大多未充分腐烂熟化即施入农田，大量纤维物质未分解转化或转化效率低，因而投入
能量效果差。A。、A 、B。3种模式有机能量与无机能量之比分别为 1：1．278、1：1．248和
1：1_O7，表明无机能量与有机能量投入并重。
直接生理能与间接生理能投入 总辅助能中未经机械或人工中间转换直接影响光合
作用的化肥、有机肥、种子和农药等能量称直接生理能。据表 2计算可知，AnAz、B 3种
模式的直接生理能均较高，分别占总辅助能的 91．8 、93．7 和 9o．7 ；而须人工或机械
转换间接影响光合作用的问接生理能(包括人畜力、机具、燃料电力等)却较低。A A 、B
3种模式直接生理能与间接生理能之比分别为 11．20：1、l4．92：1和 9．03 t 1，表明其农
业投入能量效率低，根本原因在于其结构组成欠合理，优化潜力较大。
动力能投入 动力能投入结构和水平是衡量区域农业机械化程度的重要指标之一。
由表 2可知，A 、A 、B 3种模式动力能投入分别占总辅助能投入的 5．070 、2．626 和
3．770 ，属较低水平，其中工业能(农用工具和灌溉)投入更低 动力能主要为人工能，
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第 3期 包维楷：果粮间作模式生态系统能量输入输出特征研究 53
A ⋯A B 3种模式人工能绝对数量分别为 18．6GJ／hm 、74．8GJ／hm 和 63．9GJ／hm ，远
高于西藏一江两河地区和河西走廊地区，表明该区农业劳动强度大，主要原因是地处山
区，坡度大 ，不便于工业能投入。农业机械化程度低；其次作物间作、套作、果树修剪费工费
时，农机无法替代。因此，如何提高劳动生产率仍是该区现阶段首要解决的问题之一。
各模式总辅助能投入差异 从表 2可知，3种模式辅助能投入差异较大。A 、A 模式
位于坡下部或河谷平地，交通运输方便，可操作性好 ，是生产经营的重点区域．因而投入辅
助能较大；B 模式位于坡上部，农业可操作性差，因而投入辅助能较少，表明该区农业重
点仍是河谷区坝上农业生产。该区坡中上部面积占该区总面积的30 以上，农业增产增
收潜力较大，加强投入，增加产出是该区走出粮食困境的有效途径。
从各作物亚系统辅助能投入看，苹果辅助能投入最多，其次是玉米、小麦等粮食作物，
而经济价值较低的豆科作物苕子等投入尚不及苹果辅助能投入的4 ～10 ，既有作物
需求原因．亦反映了该区农业投入重果粮作物而轻豆科作物。豆科作物在提高土壤肥力，
改善农田生态环境，促进与其间作作物生长等方面具有重要的作用．加强豆科作物种植和
投入对该区农业稳 裹3 3种暴粮间作模式生态系统健■投^效率
产、高产和持续发 Tab·3 Eficiency ofinput energyfortheefruittree grain cropintercropping ecosystem
展具有重要作用。
2．3能量输出结构
与水平 一
A 、A2 B 3种
模式能量输出分别 A1
为 555．85GJ／hm 、 ‘
434．29GJ／hm。和
193．81GJ／hm 3
种模式显示出较高 A。
的生产能力，宜于
大力发展．输出能
量主要形式均为粮
食作物，分别占总 B1
输 出 能 量 的
76．59 、68．43
— —
侵 式 彖辄 髂 量 投 ^艘 翠 Output input
System 投入能 初级产品盹 可食产品能 不可食产品拒
Energy Primary output Energy in edible Energy in aon~tihie
mput energy product product
su e怠gy ．92 1 52 o．62 0．90
I tr 日 y ll_60 47．92 19．52 28．40
0毫 品 ． 3_4s z．o
5 ：} 。 s． ． s o．s o．。s
su i 怠gy ．93 1 52 o．68 0．84
I Ⅱ凿eh能ergy 1o．56 41．12 18．45 2．67
0有an y lz7．05 3．42 1．53 1．89
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稀蛊嚣 啪 。
和99．54 ·其中非可食生物量居多，分别占59．26 、55．20 和64．68 ，目前基本均移
出系统用作薪柴，少数用作牛羊饲料。从能量投入效率看(见表3)，3种模式能量投入效率
At>A >B1，表明系统能量投入多而产出亦高。同一模式中作物亚系统能量投入效率以
苕子最高为8．32~10．77；大豆为6．56，均高于粮食作物(小麦和玉米为2．1～2．7)。
3 小 结
岷江上游3种代表性的果粮间作模式生态系统光能利用率较高，在农业生产中优势
较大。但不同模式差异较大，模式中作物层次多，光能利用率高；各模式辅助能量投入水平
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54 生 态 农 业 研 究 第 6卷
和规模较高，无机能量与有机能量投入并重；各模式辅助能量投入差异大，重河谷坝上农
业，轻坡地旱作农业，重果粮作物，轻豆科作物}该区能量投入效率差，而豆科作物亚系统
能量投入效率较高，提高能量投入效率是增加农业生产力的关键}3种果粮间作模式均有
较大增产潜力，能量输入输出研究表明，应通过立体种植、扩大豆类作物面积等优化组合
阃作模式生态系统结构与组分，提高有机肥效、增加坡中上部灌溉能量投入等以改善辅助
能量投入结构与水平，非可食产品就地滞留还田和食物链循环利用等措施进行优化调控。
致谢 本文承蒙刘照光研究员指导，陈庆恒副研究员、孙二虎副编审指正，谨表谢意。
参 考 文 献
1 李文华．赣世登主编．中国农林复合经营．北京：科学出舨社，1994．
2 吕富保．一十农牧果系统的能流分析．生态农业研究，1994．2(3)：40~46．
3 中国农业科学院土壤肥料研究所．中国肥料．上海：上海科学技术出版杜．1994．
4 李发弟．河西走廊农户生态系统农田能量和糟流数量特征研究．生态学杂志，1993．12(6)；37~40．
5 王建韩．西藏一江两河地区农户生态系统农田匏流和糟流数量特征．生态学杂志，1995．14(5) 31~35．
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(长江流域瓷尊与环境是由中目科学院膏；毫环境科学与技术局和中圄科学院武汉文献情报中心主办耐艨奢性拳
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曩国内外江圩流域开发整治和环境母护的王奸成就t适于从事许叠t与环境研览、农、林、气象、能源、卡卅、土地蕾理、旅
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