全 文 ：茶稻间作系统的生态结构特征及生理特性研究*
黄义德* * 张玉屏 黄文江 程希武* * * (安徽农业大学农学系,合肥 230036)
摘要 茶稻间作系统叶面积指数高于单作茶园, 且上、下 2 层空间分布合理, 水稻生长前期形成上部茶冠和
下部水稻的生态边界层, 生长后期则形成上部水稻和下部茶冠的生态边界层, 有利于系统对光、热、水、气资源
的充分利用. 比之于单作茶园,茶稻间作系统内盛夏期相对光强减弱35 7% , 午后温度降低 0 9~ 1 9 ! ,相对湿
度增加 7% ,为茶树生长提供了较适宜的生态环境条件,新梢生长速率有所提高. 茶稻间作系统中的水稻比水田
水稻水分利用率高, 边际效应显著,有效穗数增加 ,结实率提高.
关键词 茶稻间作 生态结构 生理特性
Ecological structure and physiological characters of tearice intercropping system. Huang Y ide, Zhang Yuping ,
Huang Wenjiang and Cheng Xiw u ( Depar tment of Agronomy , A nhui Agr icultural University , H ef ei 230036) .
Chin . J . A pp l. Ecol . , 1999, 10(5) : 559~ 562.
The study on the tearice intercropping system in west Auhui mountainous region show ed that the leaf ar ea index of
this system was higher than that of the single tea garden, and the spatial distribution o f its upper and lower layers was
more rational. At the early gr owing stage of rice, the ecolog ical boundary layer was upper tea and low er r ice; w hile at
the later stag e, it was upper r ice and lower tea, w hich w as beneficial to the system to fully use light, heat, w ater and
gas r esources. Compared wit h single tea garden, in t he intercropping system in midsummer, the relative light intensity
reduced by 35. 7% , the temperature after the noon decreased by 0. 9~ 1. 9 ! , and t he relative humidity increased by
7% . All o f these provided with a suitable ecoenv ironmental condition for the grow th of tea trees, and incr eased the
grow ing speed rate of their new shoots. The water utilization efficiency of rice in the inter cropping system w as higher
than that in paddy field, and the edge effect was significant. T he number of effectiv e ears per unit area and the per
centag e of filled spikelets were incr eased.
Key words T earice intercropping, Ecological structure, Physiological characters.
* 安徽省∀ 九五#科技攻关项目( 9611027) .
* * 通讯联系人.
* * * 安徽省霍山县科委.
1998- 12- 03收稿, 1999- 01- 11接受.
1 引 言
前人对林茶间作系统进行过较多的研究,认为林
茶间作可改善茶树的生态环境, 提高茶叶的产量和品
质[ 1, 2] .但关于粮茶间作的报道不多, 皖西大别山区也
有在茶园隙地间种豆类等旱杂粮的习惯,但产量低,效
益差. 皖西大别山区人均耕地少, 粮食自给率仅有
790%,缺粮不仅严重影响山区人民的脱贫致富步伐,
制约山区经济的发展, 同时也会因毁林垦荒造成水土
流失, 破坏生态平衡.为了解决山区人民的吃粮问题,
自 1994 年始, 在研究水稻旱作技术的基础上[ 3, 5] , 利
用山区茶、林面积大,幼茶园及幼果园(如板栗园)隙地
多的优势,开展了水稻与旱地经济林间作技术的研究,
重点对茶稻间作技术及其经济效益进行了研究和分
析[ 4] ,本文以生态边界层理论为基础, 初步探讨茶稻
间作系统的生态结构特征及若干生态生理特性,为进
一步推广茶稻间作技术提供参考依据.
2 研究地概况与方法
2. 1 研究地概况
研究地点位于安徽省霍山县原种场, 海拔约 150m,土壤为
砂壤土, 呈微酸性. 茶园每畦宽 150cm, 畦中栽茶 2 行, 小行距
和株距均为 333cm, 大行距 116 7cm,品种为龙井 43 和福鼎大
白茶.
2. 2 试验方法
间作试验于 1995~ 1997 年进行, 在 1992 年秋季新辟的幼
龄茶园的大茶行内,于春茶采摘后间栽 2~ 3 行水稻( 1995 年 3
行, 1996~ 1997 年 2 行) ,水稻行距 30cm,株距 20cm, 每穴栽 2
株旱育带蘖壮秧. 5 月 20日前后在大茶行间施足肥料后浅翻或
深锄, 平整后覆盖地膜保湿, 然后打孔栽秧并浇定根水以利活
棵,活棵后旱管理至成熟. 由于地膜的保湿作用, 主要依靠天然
降水维持茶稻生长对水分的要求. 在水稻孕穗至开花期如遇
20d 以上的无雨天气, 则适当浇灌,以湿润土壤, 但不可积水, 以
免影响茶树生长.试验另设同龄单作茶园、同品种水田水稻和
旱作水稻(覆膜旱栽旱管) [ 3]作对照. 水稻品种均为杂交中籼汕
优 63.茶稻间作样地面积 02hm2,单作茶园 1 47hm2 .
2. 3 测定方法
在水稻苗高低于茶冠的分蘖期和高于茶冠的齐穗期进行
田间小气候测定,项目有空气湿度、温度、光照强度及土壤温湿
度等, 仪器有阿斯曼表、ZF2 型照度计、曲管地温表等. 用 LI
应 用 生 态 学 报 1999 年 10 月 第 10 卷 第 5 期
CH INESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY , Oct. 1999, 10( 5)∃559~ 562
1600 型稳态气孔计测定水稻叶片蒸腾速率 ( T r )、气孔导度
( Gs)、光量子通量密度 ( PFD) , GXH305 型红外线 CO 2 分析仪
测水稻叶片净同化率( Pn) [ 6] ,根据同一成熟叶片的 Pn 和 T r 的
各自日平均值( Pn/ T r )计算水分利用率. 生长量的测定用分层
切割法测定茶稻间作和单作茶园的叶面积垂直分布, 田间挂牌
测定茶树新梢生长速度, 2d 1 次,每次 50个新芽, 每隔 6d 1 批.
室内考察不同处理水稻单株成穗数、每穗总粒数、结实率和千
粒重,水稻按实收面积计产.
3 结果与分析
3. 1 两类茶园的叶面积垂直分布
图 1为水稻分蘖期和齐穗期测定的茶稻间作和单
作茶园的叶面积垂直分布.测定时两类茶园茶树的高
度( 783~ 815cm)、每畦树冠宽度( 745~ 867cm )和
茶行空间距( 633~ 755cm)没有明显差异, 间作茶园
的水稻实际占地面积为 40% ,测定时水稻分蘖期苗高
为 366cm,齐穗期为 1068cm. 由图 1可看出, 单作茶
园与间作茶园的茶树叶面积指数差异不大, 但间作茶
园不但总叶面积指数高于单作茶园, 而且水稻分蘖期
的叶面积分布于茶冠层下方,齐穗期则位于茶冠层上
方,其上、下两层分布具有明显界限,空间结构合理,形
成前期为上方茶冠下方水稻的生态边界层, 后期为上
方水稻下方茶冠的生态边界层,有利于系统对光、热、
水资源的充分利用. 此外,盛夏期( 8月)喜光作物的水
稻位于上方,可充分利用光能, 进行物质生产,发挥边
际效应优势,达到穗大粒多,且适当遮荫对茶树生长有
利.
图 1 茶稻间作系统中稻( a)、茶( b)和单作茶园( c)叶面积垂直分布
Fig. 1 Leaf area spread in th e intercropping system betw een rice( a) and
tea( b) and single tea garden( c) .
% 水稻分蘖期 Tillering stage of rice( 628) , & 水稻齐穗期 Earing
stage( 810) .
3. 2 两类茶园的田间小气候特征
3. 2. 1光照状况 茶稻间作系统叶面积垂直分布与单
作茶园不同,必然带来两类茶园不同垂直高度光照强
度的不同.表 1为茶稻间作系统与单作茶园在水稻分
蘖期( 6月 20日)和抽穗期( 8 月 10日)晴天中午的光
照强度.为了提高测定结果的可比性,表 1用相对光强
R( %)表示, 其表达式为 R= I / Io ∋ 100% ,式中 I 为
系统中某一高度测定的光强, Io 为裸地上测定的光
强,即自然光强.由表 1可看出, 早期( 6月 20日)茶稻
间作系统与单作茶园中、上部的光照强度无明显差异,
茶稻间作系统的下部因水稻生长的原因, 相对光强较
弱;后期( 8月 10 日)因水稻株高的迅速增加, 水稻对
茶树的遮荫作用显著,在 60cm 高度, 相对光强由单作
茶园的 68. 2%下降到间作茶园的 32. 5%, 在 90cm 高
度,则由 100%下降到 64. 2%, 分别下降了 35. 7%和
35. 8%.以往的研究表明,茶园的光照强度如超过 6. 0
∋ 104Lx, 茶树的净光合效率降低, 茶叶纤维素、多酚类
增加, 品质下降.而单作茶园夏季晴天光照强度超过 6
∋ 104Lx 时间长达 8h(d- 1, 故间作茶园水稻的适当遮
荫对茶树生长有利.
表 1 茶园不同高度相对光强(%)的比较
Table 1 Comparison of relative intensity of illumination at varying height
in the tea garden
日期
Date
间 作 Intercropping
30cm 60cm 90cm
单 作 Single culture
30cm 60cm 90cm
6. 20 33. 6 71. 3 100 47. 5 71. 9 100
8. 10 11. 2 32. 5 64. 2 36. 7 68. 2 100
3. 2. 2温度、湿度状况 表 2为7月 10日至 8月20日
盛夏期间两类茶园气温和相对湿度的平均值.由于拔
节以后的水稻植株高于茶树,夏季中午及下午水稻对
太阳辐射有衰减作用,故间作茶园中、下部中午以后的
气温明显低于单作茶园, 这使炎夏高温对茶树的影响
减小;而相对湿度间作茶园均高于单作茶园, 特别是中
午以后,由于水稻的蒸腾作用,使间作茶园的空气相对
湿度增加.茶树原系亚热带森林中的伴生树种,经过长
期的自然选择, 逐渐形成了耐荫、喜湿的特性,适当的
温度和较高的空气湿度对茶树生长和茶叶品质的提高
是非常有益的.
3. 2. 3 地温和土壤水分的变化情况 表 3为 7月 20
日( 雨后3d )、8月4日 ( 雨后7d ) 和8月1 9日 (雨后
表 2 茶园不同高度的气温、湿度情况比较
Table 2 Comparison of temperature and humidity at varying height in the
tea garden
时间
T ime
处 理
T reatment
气温 T emperature
( ! )
30cm 60cm 90cm
相对湿度 Humidity
( % )
30cm 60cm 90cm
8∃00 单作 Single 243 262 265 86 82 81
间作 Intercropping 243 260 265 88 83 83
差值 Dif ference 00 - 02 00 + 2 + 1 + 2
13∃00 单作 Single 292 305 315 65 60 51
间作 Intercropping 284 291 312 69 64 62
差值 Dif ference - 09 - 14 - 03 + 4 + 4 + 3
17∃00 单作 Single 292 291 301 71 65 59
间作 Intercropping 275 272 300 78 72 60
差值 Dif ference - 17 - 19 - 01 + 7 + 7 + 1
560 应 用 生 态 学 报 10卷
5d)的晴天中午所测的土壤温度和土壤含水量的平均
值.间作茶园由于水稻的遮荫作用, 0和 5cm 处的土壤
温度比单作茶园分别低 22 ! 和 07 ! , 而 5和 10cm
处的土壤含水量比单作茶园分别高 33%和 12% ,这
对茶树生长有利.
表 3 茶园不同深度的土温和土壤水分状况的比较
Table 3 Comparison of soil temperature and moisture at varying depth in
the tea garden
0cm
单作1) 间作2)
5cm
单作 间作
10cm
单作 间作
土温( ! ) 365 343 332 325 305 303
S oil temperature
土壤水分( % ) - - 190 223 221 233
S oil moisture
1) S ingle culture, 2) Intercropping.
3. 3 两类茶园的茶树生长状况
茶树生长过程中, 新梢生长速率呈现慢 ) 快 ) 慢
的变化规律,当环境条件变化时,其生长发生相应的起
伏波动.为便于分析, 定义新梢生长速率为 DL i = Li
+ 1- Li / ∗ t i ,式中 DLi 为 i 时新梢生长速率, L i + 1
和 L i 分别为前后两次测量的新梢长度, ∗ t i 为两次
测量的间隔天数.由图 2可以看出,由于茶稻间作系统
改善了茶树生长的环境条件,使茶树新梢生长速率较
单作茶园有所提高. 由于供试茶园以采摘春茶为主,夏
茶采摘极少,主要培育夏发枝条为插苗圃服务,故两类
茶园的茶叶产量不便比较.根据对全场茶树生长的观
察,尽管间作茶园对茶树生长有利,但茶叶产量的高低
和茶树生长状况主要取决于不同地块的土壤肥力和管
理水平.从理论上来看,间作茶园光照强度和温度的下
图 2 间作和单作茶园茶树新梢的生长速率
Fig. 2 Grow th rate of n ew shoots in the intercropping an d single tea gar
dens.
% .间作茶树 Intercropping tea tree, & .单作茶树 S ingle tea t ree.
降及相对湿度的增加,也有利于提高茶叶的品质. 但本
研究因时间和条件的限制,尚未对两类茶园的茶叶生
化成分进行分析.
3. 4 间作茶园水稻的若干生理特性
3. 4. 1 不同处理水稻的蒸腾速率、气孔导度和水分利
用率 由表 4可知, 水稻在茶园间作及旱作条件下蒸
腾速率( T r)一天中均低于水田栽培水稻的, 而且水田
水稻蒸腾速率最高时为中午前后, 与光照强度一致,而
间作及旱作水稻在中午光强最强时蒸腾速率下降, 说
明水稻在脱离水田环境以后有较强的自我调节能力.
气孔导度( Gs)间作和旱作水稻也远远低于水田水稻
的,说明前两者的抗旱性较水田栽培的强, 蒸腾作用
弱,有利于节约水分,这与表 5所示的水分利用率结果
一致.间作和旱作水稻水分利用率较水田水稻高, 这对
于水稻的节水栽培具有重要意义. 至于间作水稻和旱
作水稻之间,由于都在旱土条件下栽培,其蒸腾速率、
表 4 不同处理水稻剑叶蒸腾速率( Tr)和气孔导度( Gs)的日变化
Table 4 Diurnal fluctuation of Tr and Gs on rice flag leaf in di fferent treatments
项目 Item 处 理
Treatments
时 间 Time
8∃30 10∃00 11∃00 12∃00 1∃30 3∃00 4∃00
T r( m molH 2O(m2s1) 水田 Paddy field 16 34 42 40 35 26 24间作 Intercropping 15 25 19 18 24 20 24
旱作 Dry cult ivat ion 15 26 21 19 23 19 18
Gs( m mol(m2s1) 水田 Paddy field 168 185 176 153 107 89 78
间作 Intercropping 86 112 76 79 84 71 62
旱作 Dry cult ivat ion 89 110 84 77 80 75 74
气孔导度和水分利用率均差异不大.
3. 4. 2 不同处理水稻的穗粒结构 水稻在旱作条件
下,由于是地膜覆盖栽培, 土壤通气性好, 有利于根系
对养分的吸收, 分蘖增长快,故有效穗数较水田栽培的
多,但每穗总粒数、结实率和千粒重均比水田的少,这
表 5 不同处理水稻水分利用率(WUE)的比较
Table 5 Comparison of WUE in different treatments of rice
处 理
T reatments
水分利用率 WUE
( mol CO 2(m mol- 1H2O)
显著水平 Sign if icance
F005 F001
水田 Paddy f ield 1535 + 060 a A
间作 Intercropping 1944 + 040 b B
旱作 Dry cult ivat ion 2012 + 035 b B
与水分胁迫导致净光合生产量下降有关. 而茶稻间作
的水稻由于生育后期中上部高于茶冠层,光照、温度和
表 6 不同处理稻的穗粒结构
Table 6 Structure of ear and kernel of rice in different treatments
处 理
T reatment
有效穗数
Ef fective ear
number
( ∋ 104(hm - 2)
每穗总粒数
Grains
per ear
结实率
Grain
sett ing rate
( % )
千粒重
1000grain
weight
(g)
实收产量
Yield
( kg(hm- 2)
水田 1853 1497 852 279 64298
Paddy field
间作 2355 1454 861 278 81055
32422
*
Intercropping
旱作 2182 1332 804 268 63897
Dry cultivat ion
* 81055为按水稻实际栽培面积计产, 32422为按茶园面积计产.
5615 期 黄义德等:茶稻间作系统的生态结构特征及生理特性研究
通风等条件好, 有利于光合产物的生产和积累,其有效
穗数和结实率均高于水田栽培的, 每穗粒数和千粒重
与水田的相近, 以实际栽培面积计, 产量比水田增产
16857kg(hm- 2, 表现出显著的边际效应和边行优势.
以茶园面积计, 茶园实收稻谷也达 32422kg(hm- 2.
4 结 语
茶稻间作系统的生态结构对两种作物的生长均有
利,特别是水稻拔节以后,由于其中、上部高于茶冠层,
可得到充足的光照, 发挥喜光作物的边行优势,穗大粒
多,结实率高.而水稻的适当遮光, 对茶树的生长也是
有益的.茶稻间作应实行以茶为主的原则,根据经济效
益分析[ 4] ,新辟茶园可持续植稻年限一般为 5年, 5年
后茶行空间距如小于 25cm, 则不宜再间作水稻, 应建
设专业生产的高产茶园. 茶稻间作技术是在水稻地膜
覆盖旱作技术的基础上进行研究的, 它使水稻栽培彻
底脱离了水田栽培的束缚,可以在山区幼茶园、幼果园
等隙地进行间作,对于人均耕地少的缺粮山区发展粮
食生产,提高粮食自给率, 防止毁林种粮, 维护生态平
衡具有重要意义.本研究由于时间和条件的限制, 对于
茶稻间作系统病虫害及天敌变化的特点, 水稻的品种
与栽植密度及对茶叶品质的影响等均未作深入研究,
有待今后进一步探讨.
参考文献
1 丁瑞兴等. 1992. 茶园间植乌桕的气候生态效应.应用生态学报, 3
( 2) : 131~ 137.
2 唐荣南、汤兴陆. 1987.湿地松与茶树间作生态效应的研究.南京林
业大学学报, ( 2) : 35~ 44.
3 黄义德、李金才. 1997.水稻地膜覆盖旱作技术研究初报. 安徽农业
科学, 25( 3) : 208~ 210.
4 黄义德、方 利. 1998.皖西大别山区茶稻间作技术及效益分析. 安
徽农业大学学报, 25( 3) : 291~ 295.
5 黄义德、张自立、魏凤珍. 1999.水稻覆膜旱作的生态生理效应.应用
生态学报, 10( 3) : 305~ 308.
6 陶汉之、张承慧. 1986.遮荫茶树光合特性研究. 植物生理学通讯,
( 6) : 42~ 46.
作者简介 黄义德,男, 1951 年生,硕士, 副教授,主要从事水稻
生态生理研究,发表论文 6 篇. Email: aaupo@ mail. hf. aah. cn
562 应 用 生 态 学 报 10卷