全 文 ：第 8卷 第 3期
2 O 0 0年 9月
生 态 农 业 研 究
Eco—agriculture Research
Vo1．8
Sep ，
No．3
2 O 0 0
立体种植的理论基础 *
系
枉 明
郑 卅l 450002)
·
fg
摘 要 在多年调查和试验的基础上 ，应用生态学的观 阐进 了丑体种植 的概惫和群体组台厚则
以及空间结构配置理论依据 根据群 落内部受光规律 ，设计垂直蛄构；运用群体边 哥效应规律确定
水平结构 的幅置；按照种植计划、植物特性、土壤肥力和农机作 业幅宽配置 蒂宽。总结 出时间结构
的安排，并列举典型模 式加以验证。
关键 词 立体种植 群落 边际鼓应 空间结构 时间结构
The theoretical basis of stere oscopic planting．Du Xintian，Du M ing(Henan Agrlcu[tural U niversi—
ty，Zhengzhou 450002)，EAR，2000，8(3)：9～ 12
Abstract W ith the viewpoint of ecofogy we advanced the concept of stereoscopic planting and
principles of colony combination on the basis of investigation and experiment，discussed the the0
retica[basis of disposition in space structure，designed the vertica[structure in conformitv t。 the
law of sunlight acceptance，determined the belt breadth of horizontal structm ㈣ i the law of
colony edge effect·desposed the strip width according to planting plan，plant charaetars，fertility of
soil and working width of farm machinery and tools． The apportionment of time structure wss
sum med up．Furthermore，the typical patterns were listed for verification．
Key wolds Stereoscopic planting．Comm unity．Edge effect，space structure，Time structure
立体种植是指在一定面积的土地上，植物群落栽培种植的空间配置方式。研究立体种植的
理论对有效利用光、热 、水 、土等 自然资源 ，发展种植业 ，具有重要指导意义。
1 植物群落的群体组合
实行立体种植要根据植物形态特征和生理特性选配群体 ]，立体种植所选配的植物其生
态适应性在伴生期间要大体相 同，在适应的程度上又要有所差异，否则它们不可能种在一起 ；
或种在一起激烈争夺生活条件而相互影响 ，如玉米和水稻对水分的适应性大不相同，它们无法
生活在一起 f玉米与棉花同是旱生作物，它们均喜光、喜肥、耗水 ，同种一起相互竞争激 烈均生
长不 良；玉米和大豆生态适应性大体相同 ，且大豆耐旱耐瘠薄 ，与根瘤菌共生固 N 供 N，二者
匹配 ，成为大面积推广的立体种植标准模式(见表 1)。立体种植植物的形态特征和生理特性互
相补充 ，如植株高低搭配，株型紧凑松散互补，叶子大小圆尖对应，根群深浅疏密结合 ，生长期
长短前后交错 ，从而充分利用空间、时间、日光、水分和养料。小麦株低茎秆纤细、叶小根浅 ，生
· 国家 自然科学基盘项目(3917054)和河南省科委科研项 目l共同资助
收稿 日期 ：1999—05—28 改 回 日期 ：1999 08 10
维普资讯 http://www.cqvip.com
10 生 态 农 业 研 究 第 8卷
长于冬春夏季 ；泡桐株高树身粗大，叶大根深，生长于春夏秋季 ；玉米处其 中间，小麦玉米泡桐
套种年增产粮食 25 左右，增收木材 0．4～0．8m ／hm ，成为立体种植的典型模式 ；立体种植
按群体数 目多少可分为二元型如麦棉套种，三元型如小麦玉米大豆套种和四元型如菜蒜棉瓜
间作套种等 ，它们的比例可用株比和行比及种植面积 比来表示 。原则上群体间互惠因素多，互
克因素少，且生态条件优越的数 目可多些 ，主要的和高价的植物所占比例可大些 ，如在玉米产
区玉米大豆立体种植行 比采用 4：2或 2：2，大豆产区采用 2：6或 4：8；立体种植的综合效
衰 1 立体种植典型模式
Tab．1 The typical patterns of stereoscopic planting
％Ⅲp一 itm 悟宽 每悟铺 臣 带宽 棒高 高差 种植指齄， 件收时间 时阿指教 慷_皿。 *收凡 竞彘利脾，
c~ untq m K ＆It b K 【l仉 Disl~e Sai0 l~lant t P m _-reap Timeitdex Y U I咖 u ∞ n血
~ting aa b c珊 口 width l出 d1if㈣ cE Ⅲdtx d~lat n 口
⋯
0
太自辜 ．¨0 1R．0 1 0 】74．0 |0 0 ‘0．0 a6 0 168 0 11 95 0 3 85 5 2．】2
嚣 。 c
益包括经济效益、生态效益和社会效益 ，尤其注重经济效益 。某些模式的群体组合欠佳．但经济
效益高 ，人们也会采取积极措施 ，使之相互适应。根据多年多点试验 ，麦棉套种群落增加经济收
入49．49 。由于棉苗瘦弱多病 ，生产上则采用育苗移栽和地膜覆盖 ，以促进壮苗。目前，该种模
式在河 南省推 广累计 达 1050万 hm 。
2 田间结构配置
田间结构包括群体种植方式、空间结构和时间结构 。群体种植方式包括混作如芹菜小白菜
混作 ．间作如玉米红薯问作 ，叠种如天麻大豆叠种和套种如春马铃薯冬瓜套种等。群体种植方
式主要根据生态条件 、植物特性、技术水平和农机具等情况确定 ；立体种植的空间结构是指植
物群体在空间中的分布 ，包括垂直结构和水平结构 。垂直结构指植物群体在土地上的纵 向序列
和层次，纵向序列分地上序列和地下序列 ，前者按照株高由低到高、需光 由弱到强 、喜阳性植物
在上而耐阴性植物在下安排 ；而后者按照根深由浅到深的原则安排 。纵向层次由植物种类和数
目、株高(P )和根深 (RD)所决定 。不同株高或根深的群体 中有几个群体在地上或地下就有
几个层次·各群体株高之差为高差 ( D)．根深之差为深差 (DD)，最高群体的高度即群落高
度 ，根最深的群体根深即群落根深 ，其关系式为 ：
—、
PH =PH一 + 2_5HD， (1)
RD 一RD～+∑DD， (2)
维普资讯 http://www.cqvip.com
第 3期 杜心 田等 ：立体种植 的理论基础
群落高度和群体高差影响群落内部的受光时间与光照强度 群落根深和群体深差影响各
群体吸收水分与养料的范围及数量。据本试验表明，群落高度和群体高差愈大 ，群落内部受直
射光时间愈短 ．光照强度愈弱 。根据这一规律，立体种植的耐阴性植物应选择株高和高差大的
植物，喜 阳性植物应选择株低和高差小的植物与之搭配 ，以满足它们各 自生长的需要 ；水平结
构是指 植物群体在土地上横向分布和序列 ，包括排列顺序、株行距 、密度、幅宽、间距 、带宽、块
长和块宽 排列顺序是指在土地上各植物群体前后次序 ，不同植物种在一起 ，相互影响 故应
掌握互惠植物相距近些 ，互克植物相距远些 。耐阴性植物距高秆植物近些．喜 阳性植物距高秆
植物远些 ，且按照株高由低到高、再由高至低，呈波浪形排列为宜 ]．如甘薯芝麻玉米立体种
植，先甘薯、芝麻、玉米再芝麻 、甘薯。株行距即植物株距和行距 (R)，密度为单位面积上的株
数，植物群体的株距、行距和密度一般应本着“植株铺严地而不郁蔽”的原则来确定 ．幅宽(B J
是在带状和块状间套作时每幅植物群体所占地面的宽度 。条播时每幅两边行间的距离即幅宽 ，
Ⅳ 代表每幅群体的行数，则 ：
B— R(N 一 1) (3)
安排幅宽除考虑各群体种植面积外 ．还要根据植物群体边际效应来确定。边际效应是群体
边际部分植株生产量与中间部分植株生产量的差额 在有利的生态条件 F边际效应为正；在不
利的生态条件下边际效应为负，一般情况下边际效应的绝对值随边距递增而递 。因此 ，产
生正效应的群体其幅宽可小于边际效应递减范围的 2倍 ．以充分发挥其增产作用 ；发生负效应
的群体其幅宽应大于边际效应递减范围的 2倍 ，以减缓其减产的程度。如小麦的正边际效应可
达 3行 ，立体种植时幅宽应小于 6行 间距(J)是在带状或块状间套作时相邻两幅植物群体之
间边行的距离 ．这是植物群体争夺生活条件最激烈的地方 ，间距过窄加剧边际植株的矛盾，间
距过宽则浪费资源 ，应根据植物群体单作时的行距 1／2之和调整间距，生态条件优越可适当窄
些 ，反之则可适当宽些。其公式为
1-墨 (4)
带宽(Ⅳ)是在带状或块状间套作时各植物按顺序种植 1遍所占宽度。 ，它是各植物群体
的幅宽和间距之和 ，其公式为
Ⅳ一∑(口．+J．) (5)
植物群体的行数 、行距 、幅宽和间距都是在带宽之 内调整的，它决定植物群体整个水平结
构和各植物的 比例 确定带宽是比较复杂的问题 ．一般可根据种植计划、植物特性、土壤肥力和
农机具等设计 ，高秆植物种植面积大，低秆植物又不耐荫，肥力较高和农机具作业幅较宽，应加
宽带宽 {反之，则缩小 ，一般应用空间指数作为空间结构的评判指标，空间指数(sJ)为单位空
间的容积(c)与其中植物群体的体积( )之比值 ，其公式为：
(6)
空间指数在 O～1之间变动 ，指数愈大愈能充分利用空间。植物群体的植株体积不宜测定
时可用种植指数代表 。时间结构是指立体种植时间的分配和利用 ，立体种植的空间结构和时间
结构同时安排适当才能成功。1年之中立体种植时间的利用可分为种收时间、收种时间和休闲
时间．种收时间(了1P)是指植物播种～收获期时段 ．这一时间愈长则利用的时间愈多 ；收种时问
维普资讯 http://www.cqvip.com
12 生 态 农 业 研 究 第 8卷
(T )是指上季植物收获期到下季植物播种期时段 ，这一时间愈短则愈能节省时间；休闲时间
(7℃)是指不种植物的时段 ，土地愈不休 闲则利用时闻愈多。三者关系为 ：
∑TP．+∑m +∑TC,一365 (7)
时间利用的多少可采用时间指数作评判指标，1年之 中在一定面积的土地上 ，种收时间占
全年时间的百分比为时间指数(了1J)，即：
。％ ㈣
时间指数的大小表示立体种植时间利用的程度，时间指数愈大则时间利用的愈充分。采用
表 1立体种植典型模式的有关数据 ，可以验证以上立体种植的理论 。
参 考 文 献
1 杜心田，孙敦立等．立体种植的结构 发展中的河南立体农业．北京 ：中国科学技术 出版社 ，1991 231
2 杜心田，王同朝．作物群体边际藏应规律厦其应用．应用生态学报，1998，9(5)：475～480
3 杜心田，张根森等．棉田生态工程研究．中国棉花，1989，16(2)：21～23
《生态农业研究 》征稿启事
《生 态 农 业 研 究 》是由中国科学院石家庄农业现代化研究所和中国生态经
济学会主办的生态学与大农业相结合的学术期刊，中国科学院科学出版基金资
助、科学出版社出版，系中国科学引文数据库来源期刊和河北省优秀科技期刊。邮
发代号：18—158。本刊 旨在探索与研究生态农业的理论、方法、技术创新及其动态
等，推动学科发展，主要刊登生态学、生态经济学、农林牧 副渔及 资源与环境保护
等领域 创新的研 究学术论文 、研 究技 术报 告(包括理论 与应用研 究、农 业生 态工程
技术与实用生物技术、生物多样性保护、无公害农产品生产技术、农业环境污染防
治技术及农业可持续发展研究)、研究简报及综述、生态农业建设典型模式与典型
经验等，欢迎 国内外从事生态学、生态经济学、农林牧 副渔、资源与环境保护等领
域科技人员、教学和管理工作者以及基层从事生态农业建设的技术与管理人 员踊
跃投稿。来稿请按 国家标准GB7713-87《科学技术报告、学位论文和学术论文的编
写格式》撰写(投稿要求详见本刊 1999年第 2期封三)。来稿请注明科研项目来
源，本刊对国家自然科学基金资助项 目、省(部)级以上重大攻 关项 目和国家开放
实验室研究项 目等论文将优先发表，凡获省(部)级以上成果奖者请注明，并提供
获奖复印件及其单位证明。来稿请寄 ：河北省石家庄市槐 中路 286号中国科学院
《生 态 农 业 研 究 》编辑部；邮政编码：050021．电话：(0311)5818007。
，l
本刊编辑部
维普资讯 http://www.cqvip.com