全 文 ：第 11卷 第 2期
2 0 0 3年 4月
中 国 生 态 农 业 学 报
Chinese Journal of Eco—Agriculture
VO1．11 NO．2
April， 2003
农林问作系统林木遮荫及其对产量的影响*
王 颖 崔建州 袁玉欣
(河北农 业大学林 学院 保定 071000)
商海华 杨 宝臣
(河北省 丰宁县林 业局 丰宁 068300)
摘 要 试 验研 究华北平原农 区杨 粮间作 系统 毛 白杨 对农 田遮 荫结果 表 明，毛 白杨 幼林 (株 行距 3m×2m×18m)
1～7年生遮荫指数为 1．3％～67．8％，遮荫程度为0．3％～16．5％。中龄林一成林(株行距 4m×30m)10～14年生遮
荫指数为 51．3％-76．0％，遮荫程度为22．8％-28．1％，指出 10％的遮荫程度是田间可接受的最大遮荫程度，且
为保持作物产量，杨树成林后行距应保持在 30m 以上。
关键词 杨粮 间作 遮荫 程度 遮荫 指数 毛 白杨 作物产量
The shading and its effect on crop yield under poplar-crop intercropping system．W ANG Ying，CUI Jian—Zhou，YUAN
Yu—Xin(Colege of Forestry，Hebei Agricultural University，tModing 071000)，SHANG Hal—Hua，YANG Bao-Chen
(Forestry Bureau of Fengning Co unty，Hebei Province，Fengning 068300)，CJEA，2003，11(2)：107～110
Abstract The poplar(Populus tomentosa Carr．)shading on farm field is reported under poplar—crop intercropping sys—
tam in Northern China farm region．The results show that the young poplar with a space of 3m ×2m ×18m brings a shad—
ing index of 1．3％ ～67．8％ and a shading degree of 0．3％ ～ 16．5％ on farm field when the stand ages are 1～7 years，
and middle-mature poplar with a space of 4m ×30m results in a shading index of 5 1．3％ ～76．0％ and a shading degree of
22．8％ -28．1％ when the stand ages 10— 14 years as wel1．The study shows that the shading degree of 10％ is the max—
imum shading degree that can be accepted in farm field，and the trees with a space of 30m between rows can keep the crop
yield steady when poplar is entering mature stage．
Key words Poplar—crop intercropping，Shading degree，Shading index，Populus tomentosa Carr．，Crop yield
农林间作系统中林木对农作物遮荫作用被称为“光胁地” ，是作物产量减产的主要因素。目前对林分
树冠阴影移动规律 、测定某处作物受光量或受光时 间等研究报道较 多 ，而对林木遮荫面积 、遮荫程度及
其对作物产量的影响研究报道较少 。本试验研究 了华北 平原农区毛 白杨 (Populus tomentosa Cart．)间作系
统中林木遮荫及其对农作物的影响 ，为有效提高农林间作产量提供理论依据。
l 研究地概况与研究方法
试验于 1991～1997年在河北省毛白杨栽培面积较大的大名县和定州市进行，大名县位于河北省南部，
东经 114。43 ～115。28 ，北纬 36。03 ～36。30 。定州市位于河北省中部 ，东经 114。48 ～115。15 ，北纬 38。14 ～
38。40 。间作地设在河流故道 、沙荒地和次耕地 ，土壤理化性质和养分状况较差。大名县试验区在南李庄乡
西村 ，试验地总面积 33hm ，1985年种植 ，测定时为中龄林 ，林木株行距 为 4m×30m。定州市试验 区在高蓬
乡钮店，试验地总面积为 50hm2，1991年定植 ，测定时为幼林 ，株行距为 3m×2m×18m。以上间作地块林木
行向均为南北走向。
林木生长指标测定采用常规方法，于每年秋季林木生长停止时对毛白杨树高、胸径、冠幅、枝下高进行测
定，林木阴影和全光下光照强度测定选择晴朗天气分别在幼林和成林林木阴影顶部、中部和底部用棒状照度
计测定光照强度，并测定全光下光照强度。林木遮荫面积计算采用笔者推导的计算公式，散生状林木遮荫面
积计算公式为：
S= ldcos arctg(d／ltgh)(1一sin h)“ sinh+nd ／4一nd [90一arctg(d／ltgh)]／720 (1)
S，= NS (2)
* 河北省 自然科学基金项 目“杨粮 间作的生理生态学基础 研究”和河北省林业厅项 目“河 北省平原农区混农速生 丰产林 生态系统结 构 、功能
和经 济效益的研究(9516102)”共 同资助
收稿 日期 ：2002-05—16 改 回日期 ：2002-07-06
维普资讯 http://www.cqvip.com
108 中 国 生 态 农 业 学 报 第 11卷
式 中，S、S，分别为平均单株毛白杨遮荫面积和单位面积林木遮荫面积 ，z、d分别为毛白杨冠长和冠 幅，h为
太阳高度角 ，N 为单位面积林木株数 。林木行 内郁闭后林木遮荫面积计算式为 ：
S= lT (1一sin h) ／ ／sin h×sinA +dT (3)
式中，T 为林木株距 ，即林木行内郁闭后平均单株遮荫面积近似成矩形，同时矩形的一个边变为林木株距 ，
A 为太阳方位角 ，其他同上。若林木行间充分郁闭，中午时分平均单株遮荫面积为 ：
S = dT (4)
2 结果与分析
2．1 幼林遮荫面积计算
表 1 定州市钮店 3mX 2mX 18m 幼林部分测树 因子年生长状 况
Tab．1 Some poplar annual growth factors of young growth in Niudian
Vilage of Dingzhou City．spacing 3m ×2m ×18m
林木间作最初几年基本呈散生状态 ，
遮荫面积计算采用式 (1)。以后 随林木冠
幅的增加 ，行 内株间进入郁 闭状态 ，遮荫
面积的变化 主要 由冠长所 致 ，采用式 (3)
计算。式(1)中林木遮荫面积的计算与有
关测树因子有关 ，且是时间的函数。林木
全年平均遮 荫面积应为生 长季每天每 时
刻遮荫面积 的平均 ，这就需对 式(1)进行
微分计算 ，故从 1年 中 4～8月选择几 个
典型 日期进行遮 荫计算。林木遮荫 与林
木生长有关 ，其测树因子生长状况见表 1。由表 1可知林木栽植采用 2m和 18m 2种行距交替方式 ，间作最
初 2年林木基本为散生状态，以后林木小行间(指 2m小行距)和株间逐渐郁闭，故计算时应将郁闭部分视为
整体 ，其冠长不变 ，但其单株平均冠幅变成 ：
平均冠幅 = (小行距 +平均冠幅 )÷2 (5)
因林木生长指标测定于每年生长结束后进行，考虑到树冠逐步生长，故计算树冠指标平均值时采用：
平均冠幅或冠长 = (上年数据 +当年数据 )÷2 (6)
由此计算的结果超过林木株距或林木小行距则把郁闭部分视作整体计算 ，据式 (1)、(3)、(5)和(6)对农
历谷雨～处暑期林木有叶时间内毛白杨平均单株遮荫面积进行计算。毛白杨不同季节不同时刻平均单株遮
4 5 6 7 8
月 份
1 2 3 4 5 6 7
间作年／0
图 1 足州市钮盾 3m×2m×18m幼林 平均单株遮荫 面积的变化
Fig．1 The poplar crown shadow area in the stage of youlag growth in Niudian Vilage of Dingzhou City，spacing 3m×2m×18m
荫面积变化见图 1。图 1显示林木遮荫面积 1d中不同时刻(见 图 1a)和不 同季节(见图 1b)的变化 ，1～3年林
木树冠可无任何限制地生长 ，其遮荫面积 以散生林木计算 ，4～7年林木株间和小行距已呈郁 闭状 ，其平均单
株遮荫面积以林木郁闭后公式计算，因采用双行配置林木平均单株遮荫面积增长相对缓慢(见图 1c)，故在
确定单位面积株数基础上采用小株距 、大行距或双行配置较科学。图 1中林木遮荫 面积 (y)增长与 间作年
限( )的关系较密切 ，以下式表示 ：
y = 3．1437x一0．7387 (r=0．9756) (7)
单株所占面积的林木遮荫指数(sJ)计算式为：
SI= TSa／La×100％ (8)
维普资讯 http://www.cqvip.com
第 2期 王 颖等 ：农林 间作 系统林木遮 荫及其对产 量的影响 109
式中，丁S口为林木实际遮荫面积，L口为林木平均单株所占面积。由式(8)计算定州市钮店3m×2m×18m幼
林遮 荫 指数 结 果 为 间作 年 份 为 1 表2 定州市钮店3mx 2mx 18m幼林阴影中光照强度日变化
年的其遮荫指数为 1．3％，2年 的为
17．3％，3年的为 37．5％，4年 的为
43．9％，5年的为 50．5％，6年 的为
57．9％，7年 的为 67．8％，这 表 明
间作进 行第 5年时林 木 遮荫 指 数
已 >50％，表 明遮 荫 程 度 已很 严
重。但 林 木遮 荫范 围 内林 木遮 荫
程度与树冠 阴影处 透光率有关 ，林
Tab．2 The daily radiation intensity under the poplar crown shadow in the stage
of young growth in Niudian Vilage of Dingzhou City，spacing 3m ×2m ×18m
阴影部位 不同时间阴影中光照强度 xRadiationintensity underthre-year s e／own shadowin diferenttimes
Shadow space 7：O0 8：O0 9：00 10：O0 11：O0 12：O0
木阴影不同位置透光率变化状况见表 2。表 2表明上午每间隔 1h毛白杨幼林阴影部分相对光照强度变化
过程 ，下午的变化与之基本对称。利用表2可估计出幼林不同间作年限遮荫程度，林木阴影部分相对光照强
度与间作年限成反比，利用某年中某 1天测定数据计算间作各年林木遮荫程度精度尚不高，但可用其表示一
种大致趋势，其计算式为 ：
SD = S (1一R，)×100％ (9)
表 3 定 州市钮店 3mx 2mx 18m 幼林林木平均 遮荫程度与作 物产 量
Tab．3 The po plar average shading degree and crop yield in the stage of young
growth in Niudian Vilage of Dingzhou County，spacing 3m ×2m ×18m
式中，SD 为遮 荫程度，
R，为林 木阴影 中相对 光
照强度 ，利用 式 (9)计 算
结果见表 3。由表 3可知
林木 遮 荫程 度 随 间作 年
限的推移而逐渐加 大，至
间作 第 4年 时林 木遮 荫
程度 已 >10％。小 麦 产
量与间作年限关系呈低一高一低现象。其原因主要因间作农田是河滩地，林木生长逐步改善了农田小气候，使
小麦生长处于有利环境，小麦是 C3植物，轻微遮荫有利于其产量提高，但若遮荫程度过大时则影响其产量，
使产量下降。而玉米是 Cd植物，任何遮荫均会产生胁迫造成产量下降。有研究表明，在无地下根系竞争时
遮荫程度达 25％并不影响小麦产量 。但由表 3可知，当遮荫程度>12．3％时小麦产量下降就较大，其产
生原因一是计算时利用的阴影光照强度数据为间作第 3年数据，使间作第 4年以后计算的遮荫程度偏小；二
是随间作林木的生长 ，根系对农作物生长已有不 同程度负作用 ，影响农作物产量。故间作条件下造成农作物
产量下降的遮荫程度低于 25％遮荫程度，试验结果表明 10％的遮荫程度是可接受的田间最高遮荫上限。
2．2 成林遮荫面积计算
成林与幼林计算过程相似 ，但成林行 内早已郁闭 ，故用式(3)计算 ，林木生长状况见表 4。利用表 4计算
出不 同年份林木平均单株遮荫面积 ，不同季节和 1天中不同时刻平均单株 阴影面积的变化规律见图 2。
表 4 大名县西 村 4mx 30m成林
部分测树 因子年生长 状况
Tab．4 Some po plar annual growth factors
of mature stand in Xieun Vilage of
Darning County，spacing 4m ×30m
同作年限／o 平均柑高 平均冠幅 平均棱下高^n
In~ png Height Crwn Bc
time diameter h~ght
10 16．5 6．9 5．0
11 17．2 7．4 5．0
12 17．4 7．5 5．0
13 18．7 7．7 5．2
14 19．5 7．8 5．2
罂
簧
9。
毒80
70
憾
善60
50
8 8 量 8 8 量 4
卜 = 2 =
时 间
5 6 7
月 份
图 2 大名县西村 4mX 30m成林平 均单株遮荫面 积的变化
Fig．2 The poplar crowl shadow arefl in Xicun Vilage of Darning County。spacing 4rex 30m
∞ ∞ 加 ∞ 舳 ∞ ∞ 加
m n h 一5 2 4 5 3 账
维普资讯 http://www.cqvip.com
110 中 国 生 态 农 业 学 报 第 11卷
由图2可知成林与幼林遮荫面积变化趋势相似，且数值更大。成林树冠阴影透光率与幼林比较见表5。利
表 5 大 名县西村 1天 中全光与林木 遮荫下光 照强度(1996-05-26)
Tab．5 The radiation intensities under tree shadow and sunshine in Xicun Village of Daming County on M ay 26，1996
用表 4和表 5中有关林木阴影相对光照强度可计算出林木遮荫指数和遮荫程度(见表 6)。由表 6可知该间
作模式下从间作第 10年始以后遮荫指数已>50％，且呈逐年增大趋势，其遮荫程度也>20％并呈逐年增大
趋势，在此遮荫下农作物因光照强度不足而减产，加之杨树成林较强大的根系与农作物竞争水肥造成作物减
产 ，小麦或花生随间作年限的增加而产量下降较快 ，且表 6与表 3相 比，同样为 50％遮荫指数但成林 实际遮
荫程度高许多，表明成林树冠比幼林浓密，用遮荫程度描述林木遮荫更符合实际，成林 30m的行距难以保持
作物产量稳定。
表 6 大名县 西村 4m×30m 成林遮 荫指数与遮 荫程度
Tab．6 The shading index and shading degree of mature stand in Xicun Village of Darning Co unty，spacing 4m ×30m
3 小 结
通过计算 ，幼林 (3m×2m×18m)1～7年平均 遮荫面积指数 为 1．3％～67．8％，遮 荫程度 为 0．3％～
16．5％。小麦可接受的最高遮荫程度为 12％，总产量可接受 的最高遮荫程度 为 10％。中龄林一成林(4m×
30m)10～14年平均遮荫面积指数为 51．3％-76．0％，而遮荫程度为 22．8％～28．1％，成林对作物的影响更
大，若保持作物产量，林木行距为30m以上为宜。
参 考 文 献
吴力立，周本琳，王宗淳．农林间作系统树冠遮荫面积的探讨．中国农林复合经营研究与实践．南京：江苏科学技术出版社，1994．40
王汉杰 ．混农林业 系统 内部的光能分布 ．生态学杂志 ，1991，10(1)：27～32
李树人，赵 勇．树冠遮光数学模型的研究 河南农业大学学报，1994，28(4)：361～366
袁玉欣，裴保华，王九龄．国外农林间作研究进展．世界林业研究，1998，11(5)：26～31
Qusada F．Simulation of tree shadow in agmforestry systems．Meteorology and Agroforestry．Nairobi：ICRAF，1989．157～ 161
Satterlund D．R Forestry shadows：how much shelter in a shelterwood? Forest Eco1
． and Management，1983，5：27～37
维普资讯 http://www.cqvip.com