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第1 9卷第3期
1999年5月
生 态 学 报
ACTA ECO I OGICA SIN ICA
V0l_19．No．3
M aY．1999
下垫面性状对农林系统微生态环境的影响
李全胜 吴建军 严力蛟
． ． ． ．． ．． ．． 。 ．． ． —～ - —- — -- - ．· -- ． ．． 一
(浙江尢学华家池校 农业生志研究所 杭 州
王兆骞 5／}／
摘要 在实地观测的基础 E．分析丁不同下垫面性状对农林系统 微生态环境的影响 ：结果表明 冬季覆盖有
利干提高农林系统的土壤温度，减轻冻害；春季桃 园套种黑麦草可减缓土壤和近地气层的温度波动；新垦桔
国套种有 利于减少土壤流戋．如黑麦草套种区平均 土壤侵蚀量是 自然裸露区的14 7 ，井提高光能利用率
n．89％～l 02 ；成龄桔目台理套种不仅提高光能利用率、改善土壤吧力，而且使柑桔 产量提高T 46 88
关键词 下垫面性状．农林系统，微生志环境 ：
EFFECTS OF PRoPERTIES oF UNDERLYING SURFACE
oN M ICRo—ECoLoGICAL—ENVIRoNM ENT oF
AGRo—FoRESTRY SYSTEM
IA Quan—Sheng WU Jian—Jun YAN Li—Jiao WANG Zhao—QJan
lAgrl卜Ec越。g Research Insti?gte，Zhejiang0⋯ ¨H ．~langzhou，310029，~ ina)
Abstract Based on site experiments．the effects of different underlying surfaces on the mi—
cro—ecological—environment of agro forestry systems were analyzed，The results revealed
that the winter cover was useful tO increase the soil temperature of agro—forestry system
and lighten frost injury．Temperature variation of soil and air in the rye grass intercropping
areas were lower than that of natural areas during early to medium active stage of peach
root(April and May)．Intercroppjng in the young citrus areas reduced soll erosion and en
hanced utilization rate of solar radiation，The average soil loss of areas intercropping rye
grass was 14．7 of that of areas without intercropping，and solar radiation utilization rate
increased by 0．82 ～ 1．02 ．Long—term intercropping Chinese milkvetch nto productive
citrus plantation could enhance utilization rate of solar radiation．improve soi1 fertility and
increase fruit yield by 46．88 ．
Key words properties of underlying surface，agro—forestry system ．m icro—ecological—envi
ronm ent．
下垫面(underlying surface)是与大气进行辐射 、能量、动量、水汽和其它物理量交换的表面叫，是土壤．
植物一大气连续系统中的 一个重要组 成部分．对整个生态环境起着举足轻重 的作用 ，是 采用台理农业技 术
* 浙江省自然科学基金和 FAO项目的资助
收稿日期：1996 11·25，修葭稿收到Et期：1997 05—95
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330 生 志 学 报 1 9卷
与生态对策的作用面和着眼点。对农林系统而言 ，下垫面不仅与能量循环 、水分循环和养分循环相偶联 ，而
且也受人类活动一尤其是农业生产活动的影响。一方面通过合理的农业措施，可改变下垫面性状 ，达到改善
生态环境，趋利避害 ，营造一个适宜于农业生物生长发育的条件 ，使人类得 持续地 获取初级生产力；另一
方面，不适当地改变下垫面性状或利用不当，则会破坏和恶化生态 环境 ．导致水土流失 ]，地 力下降“ ’．
使 自然资源的利用效益不理想 。本文分析 了不同下垫面对南方红壤坡地农林系统微生态环境的影响。
1 试验设计和数据采集
本研究 为了取得不同下垫面农林系统的试验数据 ，选择 了3种南方典型的坡地 农林 系统进行实地试
验 ，即早 园竹林地、桃树 园和柑桔园，以分析不同下垫 面条件下的水热状 况、土壤侵蚀 、土壤肥力和光能利
用率的变化。
①本研究试验点设在浙江省德清县三桥镇 ．该地区属北亚热带 选择3块土壤质地 、地上立竹量(75支／
lOOm。)和栽种年限比较一致的竹林 ，其下垫面处理分别为自然裸露状态 (对照区)、尼龙薄膜覆盖和稻草覆
盖区 ，并在3小区分别安装了土壤温度表 ，自1991一ll—lOb1992—03—10，每天2次(8：30，14：30)连续观测5~m、
loom、15cm 和20cm深处的土壤温度，并同时记载不同下垫面的出笋 日期。通过该试验 旨在揭示 F垫面不
同覆盖条件对农林 系统冬季土壤热状况的影响。
②该试验点设在浙江省金华市北 山生态农场 ．该地 区唇 中亚热带。将土壤质地和坡度基本一致、面积
为160×66 ．77m 左右的桃园分成两十区块 ，即 自然裸露状态下的对照区和黑麦草套种 区。在桃树越冬后，
根系开始旺长的4～5月份选择不同的典型天气对不同下垫面的桃 园小气候和土壤理 化性状进 行测定。两
观测点相距60m，主要观测项 目有：地 上20cm、120cm 和200cm 高度的空气温度(用干湿球温度测 定)}地表
和5cm、lOcm、15cm、20cm深度的土壤温度，观测时间为8：O0到次 日8：O0，每次观测时间间隔2h，与此同时，
每隔4h测定土壤5cm和15cm探度处的土壤湿度、土壤容重等．通过该试验研究 旨在揭示下垫面套种对经
济林果关键生育时段水热状况的影响。
③该试验点设在浙江省金华市北 山生态农场，试验区域为1992年春季定植的坡地蛐林柑桔园 ，1992—09
下旬 设4个小 区，小区面积为30m ，坡度8．8。．各试验小区下垫面处理分别为紫云奠 (I)、套种(混播)黑麦
草和紫云英(I)、自然状况 (I)、套种黑麦草(Ⅳ)。各小区之间用双层0．08mmPVC农膜隔离(地 下深度约
70cm，地面高 出约30cm．并砌砖保护 隔离) 小区底边做成 120 角形成 出水 口，接水池为lm 。同步观测降雨
量和各小区土壤流失量
④该试验点设在浙江省金华市竹 马乡．对两个同时承包同一片柑桔 目的农户(其中一户于 1986年开始
套种紫云英 )进行调查访问，记载 1992年 的栽培管理措施 ，测定产量并对柑桔进行品质分析；紫云英翻埋前
取洋测定生物量 ，并 覆盖率折算成单位面积产量 ，在 1992一l1分别对套种和不套种柑桔 园取土样测定土
壤化肥性状 ， 分析下垫面套种紫云英对光能利用率和土壤肥力等的影响
2 结果与分析
2．1 下垫面对土壤热状况的影响
由于下垫面性状的不同，直接影响了辐射平衡 ，进而使土壤热状况发 生变化
2．1．1 下垫面性状对冬季竹园土壤热状况的影响
2．1．1．1 不同下垫面的竹园土壤温度 从表1可以看 出，就不同下垫面冬季竹园土壤温度而言，稻草覆盖
区最高 ，尼龙薄膜覆盖区次之 ，自然裸露状态最低。可见 ，稻草覆盖具有较好的土壤保温效果 ，并且在低温
条件下尤为明显 例如 12月、1月和2月上午 自然裸露状 态下5~20cm土层的平均温度分别为7．1 C、4．2 C
和5．0C．稻草覆盖区则分别为9．5℃、6．7℃和7．1C，经稻草覆盖后 比对 照分别高出2．4C、2．j℃和2．Lc；
而在下午则分别高 出2．1℃、2．3℃和1．1C。另外，无论是上午还是下午 ，均是平均土壤温度 最低 的1月份 ．
覆盖增温效果最明显。
2．1．1．2 不同下垫 面竹园土壤积温 表2为不同下垫面竹 园的土壤积温变化，显然，在试验观测期间 ，稻
草覆盖区的土壤积温最大 ，尼龙薄膜覆盖区次之 ，自然裸 露状态最小 且土壤上层 比土壤 下层更明显，从稻
草 覆盖区和 自然裸露 区比较来看 ，上午 5cm探 址稻 草覆盖 区比 自然裸露 区绝对 高 出27]．6C，相对 高 出
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3期 李全胜等 ：下垫面性状对农林系统微生志环境的影响 331
41 8 ．1Ocm 深处分别为306．9c和39．9 ，15cm深处分别为221．9c和23．9 ，20cm 处分别 为214．4 C和
23 3 。下 午的变化规律和上午完全一致
表1 不同下垫面竹园的土壤温度(c)
Table 1 Soil temperature 0f different undedyjng surfaces in the bamboa gardel
表2 不同下垫面竹园的土壤积温 (C，1991—11-10～1992—02—29)
Table 2 Soil accumulated temperature of different ander ng$ltrface$ in the bam boo garden
2，1．1．3 不同下垫面土壤温度统计相关分析 为了进一步探讨下垫面覆盖区域和 自然裸露对照区土壤
温度的统计相关规律 ，分别统计计算 了对照区和覆盖 区同探度处 的土壤温度相关关系和估算方程 (表3)，
结果表明存在显著的线性相关关系。
2．1．2 下垫面性状对春季桃园土壤热状况的影响
2．1．2．1 对桃园土壤热特性的影响 土壤容积热容量和土壤导温率是反映土壤热特性的两个重要指标 ．
据试验设计@的测定，在同样的天气条件下．下垫面为黑麦草套种区的橇园土壤容积热容量及其日变幅均
太于自然裸露区域．尤以晴天更为明显。例如，在阴天条件下，对照区和套种区容积热容量日平均值分别为
2．5 3J／cm ·℃和2．54J／cm ·℃，而在晴天条件下则分别 为2．6O和2．93J／cm C。又据 台站规范方法⋯，计算
了不同天气条件下和不同下垫面的土壤上层(O～2ocm)的平均导温系数 ．阴天 自然裸露对照区的平均导温
系数为10．40cm ／h．黑麦草套种区为16．9ocm ／h‘晴天则分别为5．80和16．30cm ／h。
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生 态 学 报 l9卷
表3 薄膜覆盖医竹园土壤温度估算方程
Table 3 Evaluation modeIs of bamboo garde n
soil tem perature in the area with film cover
注：(1 稻草覆盖区略；(2 3T．代表薄膜疆盖区 icm
深度的估算值 表示 自然裸露对照区 深度的宴}劓值
2．1．2．2 对桃园土壤平均温度的影响 表4为不同
天气条件下不同深 度桃园土壤 平均温度 的实测值
(全天 13趺观测的平均值)。显然 ，在相同天气条 件
下，黑麦草套种 区的土壤 温度均 小于 自然裸露的对
照区。据报道 ，在 春末夏初 ．尤其在桃树根系第一次
旺长的5月份，土壤最适温度 为l7～20c ，土壤温
度过高不利于根 系生长，可见，下垫面套种黑麦草有
利于适当降低土壤温度，促进报系生长。
2 1．2．3 对桃园土壤热通量的影响 经实测和计
算表明．无论 是晴天还是阴天 ．无论下垫 面性状 如
何，土壤 天净热通量均大于零 ．这是导致誊季1 壤
上层温度开始回升的主要原因。在相同的天气 条件
下，自然裸露对照 区的全天能量净收入大于黑麦草
套 种 医。倒 如，阴 天 分 别 为 167．60J／cm ．d 和
136．60J／em 。d，晴天分 别为85．2O和8o．40=但瘦 间
土壤能量净支出则是黑麦草套种区明显小于 自然裸露对照区。
表4 不同天气和下垫面条件下撬园土壤平均温度(c)
Table 4 Soil average temperature of peach plantation in the different weathers and underlying $urfa~es
2．2 下垫面对桃园近地层空气温度与湿度的影响
2．2．1 对桃园近地层空气温度的影响
据试验②的测定和分析 ，从 日最高气温来看 ，自然 裸露 区均 一致大于同高度的黑麦草套种区，并 且在
晴天条件下更为明显 。即农林系统 F垫面套种对降低夏季林冠 温度的作用是非常 明显的 ，l从而可在一定程
度上防治南方红壤区域夏季高温对果实 生长的不 蛊影响 再从空气温度 日较差来看(表5)t自然裸露区明
显大于黑麦草套种区，并且树冠附近的气温 日较差大于贴地气层，说明树冠是热量吸收和放出的作用面，
温度变化 比较剧烈，对果树 开花结果的影响也最大 ，也说明了下垫面植草对空气温度变化具有缓冲作用。
2．2．2 对桃园近地层空气湿度的影响
反映空气湿度的指标主要有两十 ，一是空气相对湿度 ，另一个是水汽压 。就空气湿度要素平均值而言 ，
在 同一天气条件下 ．20cm 高度处的水汽压和相对湿度均是黑麦草套种 区大于 自然裸露区，亦即下垫面植
草 区存在较 为强烈的水汽源，但随离地 面高度 的增加，这种差异迅速减小。
2．3 下垫面对新垦坡地桔园土壤侵蚀 的影响
表6为试验③条件下 获得的不 同时段不同下垫面新垦坡地桔 园的降雨量和土壤侵蚀量 。可以看出，在
同一降雨过程 中，以自然裸露 区的土壤 侵蚀量最太 ．紫云英区次之 ．紫云英和黑麦草混播区再次之，黑麦草
套种 区的侵蚀量最小。事实上，这是 由于下垫面覆盖度的不同而引起的，试验结果表明，在坡度和土壤质地
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3期 李全胜等：下垫面性牲对农林 系统微生恋环境的影响 333
基本一敦的条件 F， 垫面植草和覆盖度的提高将会显著减少 t壤流失
表5 不同天气和下垫面条件下桃园空气温度日较差 (C)
Table 5 Daily variation of air temperature 0f peach plantation in the different weathers
and underlying Surfaces
表6 不同下垫面的土壤侵蚀量和降雨量(1993年)
Table 6 Sell】oss and rainfall under different underlying surface
* l代表紫云英套种区域 Imercropping Chinesemi[kvetch are。；I代表紫云英 和黑麦草混播 区域 Intercropp[ng
Chinese milkveteh and rye grass㈣ ；I代表自然裸露区域 Natural Rrea FⅣ代表黑壹草套种区域 Intercropplng
rye grass area
表6还可以看出，即使在同一 试验区域，土壤侵蚀量和降雨量之间并非呈线性关系，单位降雨侵蚀量随
降雨次数的增加而呈指数规律 F降 究其缘由是韧冬翻耕播种后，土层相对松散，具体表现为单位降雨侵
蚀量较大(圉1)．怛鞋曹降雨欢数的增加。抡散土层被逼渐侵蚀，使单位降雨的侵蚀量减少，因此+扶某种意
义上 为了 土壤侵蚀量 ，在坡地 开发利用过程中应尽可能减少土壤翻耕次数一甚至免耕。有的学者提
最 岁耕作法 l 进一步分析表明，对同一试验区域而言 ，一次翻耕后，随降雨次数的增 加，单位降雨侵
蚀蟹将渐趋稳定 ，这就为在容许的土壤侵蚀量范 围由，确定台理的翻耕时间提供了科学依据 。
2．4 下垫而对光能利用率和土壤肥力的影响
2．4．1 对光能l利用率的影响
蚰龄桔园套种黑麦草或黑麦草和紫云英混播 ，
第1年收割 鲜草 63t／hm。左右 ，第 z#-为72t／hm 左
右，以每公顷收割60～75t计算，套种桔园可 比不套
种桔囤多固定1 73．22～216．53×109J的太阳能，使
套种期间的光能利用率提高0．82 ～1．02 ，或使
全年的光能干Ⅱ用率 提高 0．36 ～0．45 。此 外，由
于套种牧草用于生态农场的养鱼喂猪 ，不但促进 了
农牧结合，而且使葬殖成车降低
成龄桔园 套种 紫云英 ．每公 顷鲜草也 能达 到
3ot左右 +折 合能量达71．6×lo9J=因此 ，仅套种 一
项就可 比不套种播园的光能利用率提高0 34 (套
图1 单位降雨侵蚀量随降雨次序变化
Fw 1 Variation of soil loss of unit rainfall with rain order
(¨ IntereroppiJlg Chinese mi Lkvetch ㈣ -(2)|ntercropping
Chinese milkvetch and rye glas~area r(3)Natu ral a (4)
lntercroppin~ rye gras~aTea
种期间)或使皇年提高o．15 。此外 ，据实地 1剜定 ．套种桔园的柑桔 产量较不套种 桔园提 高46．88}《， 此
柑桔的光能干li用率也较 不套种桔园高得多。这和其他学者的研究结 果是一致的 。
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生 志 学 报 19卷
2．4．2 对土壤肥力的影响
通过对幼龄桔园下垫面套种后的土壤肥力测定，发现其有机质、全 N、速效 P、有效 K，CEC含量和 pH
值的变化不明显，这可能与套种年限较短 ，且收割 的黑麦草和紫云英全部用于养鱼喂猪而减少l旧还土壤量
有 关 。
通过对连续6a套种的成龄桔园土样分析表明，长期合理套种具有 良好的培肥效果(表 7)，并使柑桔 产
量大大提高 ，达到32t／hm ，比对 照增 产46．88 。从表7中可以看出，长期套种紫云英 的成龄桔园土壤有机
质 、全 、速效 P、CEC含量和 pH值分别 比未套种 的对照区域提高12．99“、21．67％、207 35 、6．57 和
2．07 可 见，成龄桔园较长时间套种紫云英 (全部翻人土 中作绿肥)，使土壤肥力状况得到 一定的改善 。
但套种桔园的有效 K含量却较未套种桔园低34．85 ，这可能 与套种桔 园的柑桔产量高而吸收较 多的土壤
有效 K有关，因此 ，需要进行合理施肥 ，以保持养分平衡。
表7 成龄桔匠套种紫云英对土壤肥力的髟响
Table 7 The effects of intercropping Chinese milkvetch into productive citrus plantation on soil fertility
①lnte~cropping area ②Without inrercropping
3 结语 与讨论
通过试验研究可以看出，下垫面性状对农林系统的微生态环境具有很大的影响 。冬季的台理覆盖有利
于提高土壤温度 ，减轻经济作物的冻害；在桃树根 系旺长的春束夏初季节，合理套种可减缓土壤和近地气
层的温度波动 ，提高近地层空气湿度{对于南方红壤新垦坡地而言，下垫面性状 与其土壤侵蚀关系密切 ，在
本研 究中，黑麦草套种区域的土壤侵蚀量仅为 自然裸露对照区的14 70 同时提高了光能利用率 ，生态效
益明显 成 龄桔园长期套种紫云英有 利于改善土壤肥力 ，并提高柑桔．‘量。但是 ，对红壤 坡地农林 系统而
言，治理土壤侵蚀的途径不仅仅是下垫面的合理套种和增加覆盖，亦即必须困恐刺亩 例如 ，选用合理的种
植制度，进行合理轮作 ；选用合理的土壤耕作法 ；选用合理的种 植方式 ，避 免顺坡种植 ，推 等高种植和
梯形种植等 。另外 ，农林系统下垫面套种的成效如何 ，很大程度上取决于对套种作物的管理，在南方红壤
丘陵地 区柑桔 目套种紫云英或黑麦草 ，应抓住适时拌肥播种 ，及时收割施肥和适时适量 归还土壤3个管理
要 点0 ，以保持土壤养分平衡 ，实现资源 的持续利用。
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