全 文 ：林业科学研究!"#$%!"&"%#$# &
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!!文章编号!$##$($)*&""#$%##%(##(#*
豫东平原 B 种模式杨树U小麦复合系统
水分利用效率的研究
何春霞$!"! 张劲松$!"! 黄!辉$!"! 孟!平$!"!! 樊!巍,
"$2中国林业科学研究院林业研究所!国家林业局林木培育重点实验室!北京!$###*$*"2南京林业大学南方现代林业协同创新中心!
江苏 南京!"$##,+* ,2河南省林业科学研究院!河南 郑州!)%###&#
收稿日期$ "#$)(#*(#$
基金项目$ 国家自然科学基金项目",$$+#)#*!,$$##,"$#*中央级公益性科研院所基本科研业务费专项"0N^"#$, J#&#
作者简介$ 何春霞!博士!助理研究员2主要研究方向$复合农林学2电话$#$# J"&&*&23(457$@P=@W9Y65#&<$"2=>4
!
通讯作者$ 研究员23(4567$ 4P9:U69:<=5Q25=2=9
摘要!农林复合系统的林木和作物会充分利用水肥光热等资源!但搭配不合理也可能产生资源竞争!其中!种间水分
竞争尤为突出( 本文在冬小麦 ) 个生育期内采用稳定碳同位素技术研究了豫东平原 " 年生 年生和 $% 年生 , 个
间作模式的杨树(小麦复合系统的水分利用状况( 结果表明$, 种间作模式杨树和小麦的
1
$,
E"稳定碳同位素比率#
和9CM"水分利用效率#均总体表现为小麦拔节期最高( 在整个小麦生育期"拔节期除外#!" 年生杨树的
1
$,
E和
9CM都显著高于 年生和 $% 年生杨树( 在小麦返青期!相比其他模式!" 年生杨树间作小麦的
1
$,
E和9CM最高*
在拔节期开花期和成熟期则均为单作小麦显著高于 , 种间作模式小麦( 单作小麦的耗水量比与 " 年生杨树间作
的小麦低 "%2+$g!但分别是与 年生和 $% 年生杨树间作小麦耗水量的 "2+& 和 $2&& 倍( , 种林龄杨树(小麦间作
模式总体都表现为树行中间和西侧的小麦 9CM和耗水量大于树行东侧( " 年生杨树间作小麦的株高;J7"比叶
重#产量总生物量总耗水量和 ;M"土地当量#均高于单作小麦和其他模式间作小麦*但单作小麦的千粒质量
收获指数和产量水分利用效率则最大( " 年生杨树(小麦间作模式的产量和土地利用率最高!但随着杨树的长大!间
作模式内不再适合种植小麦!可替代种植一些耐荫作物(
关键词!农林复合*
1
$,
E*水分利用效率*耗水量*产量
中图分类号!M+*"2$$, 文献标识码!.
M+1%$V&%!..8%)8- (.2H$%%C(#,+$UMH%+10)1%$8$(##)3 6-&1%I&)
W5/()3 C,+)(.R%.)+)C$(J)8%
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E@69PDP.=5RP4T>Q^>BPDOBT! -P6;69:!$###*$! E@695* "2E>75A>B5O6VP(N99>V5O6>9 EP9OPB>QMWDO5695A7P^ >BPDOBT69 M>WO@PB9 E@695!
159;69:^ >BPDOBT_96VPBD6OT! 159;69:!"$##,+! k659:DW! E@695* ,2ZP.959 .=5RP4T>Q^>BPDOBT! h@P9:?@>W!)%###&! ZP.959! E@695#
*7&1$+81$N9 5:B>Q>BPDOBTDTDOP4! OBPPD59R =B>UD=59 45ePO@PAPDOWDP>QBPD>WB=PD! DW=@ 5D85OPB! 9WOB6P9O! 6B5(
R659=P59R D>>92Z>8PVPB! =>4UPO6O6>9! U5BO6=W75B7TO@P85OPB=>4UPO6O6>9! 45T>==WB8@P9 O@PDUP=6PD=>9Q6:WB5(
O6>9 6D9>O5UUB>UB65OP2F@P85OPBWDP>Q"(! (! 59R $%(TP5B(>7R U>U75B(8@P5O69OPB=B>UU69:DTDOP4D5OQ>WB:B>8O@
UPB6>R >Q869OPB8@P5O69 fWR>9:G7569 5BP5>QZP.959 GB>V69=P85DDOWR6PR ATWD69:DO5A7P=5BA>9 6D>O>UPOP=@(
96XWP2F@P85OPBWDPPQ6=6P9=T"9CM# 59R 85OPBWDPXW59O6OT"9C# 8PBP=57=W75OPR ATWD69:O@PDO5A7P=5BA>9 6(
D>O>UPB5O6>"
1
$,
E#! A6>45DD59R 4POP>B>7>:6=57R5O52F@PBPDW7ODD@>8PR O@5OO@P
1
$,
E59R 9CM>QA>O@ U>U75B
59R 8@P5OQB>457O@PDTDOP4DD@>8PR O@P@6:@PDOV57WPD5OO@P;>69O69:DO5:PD>Q8@P5O2F8>(TP5B(>7R U>U75B@5R
O@P@6:@PDO
1
$,
E59R 9CMV57WPD54>9:O@PO@BPP69OPB=B>UU69:DTDOP4DRWB69:O@P8@>7P8@P5O:B>8O@ UPB6>R "PY(
第 % 期 何春霞!等$豫东平原 , 种模式杨树(小麦复合系统水分利用效率的研究
=PUOO@P;>69O69:DO5:P#2F@P
1
$,
E59R 9CM>Q8@P5OQB>4"(TP5B(>7R U>U75B(8@P5O69OPB=B>UU69:85DO@P@6:@PDO5(
4>9:57O@PQ>WBDTDOP4D5OO@PDPPR769:PDO5A76D@4P9ODO5:PD! 8@67PO@5O>QD>7P8@P5O8PBPO@P@6:@PDORWB69:O@P
Q>7>869::B>8O@ UPB6>RD69 ;>69O69:! Q7>8PB69:(Q6769:59R 45OWB69:2F@P85OPBWDP>QD>7P8@P5O85D"%2+$g 7PDD
O@59 O@5O>Q"(TP5B(>7R U>U75B69OPB=B>UUPR 86O@ 8@P5O! AWO85D"2+& 59R $2&& O64PDO@5O>Q(TP5B(>7R 59R $%(TP5B(
>7R U>U75B69OPB=B>UUPR 86O@ 8@P5O! BPDUP=O6VP7T2F@P9CM59R d_>Q8@P5O69 57O@PO@BPP69OPB=B>UU69:DTDOP4D
:P9PB57TPY@6A6OPR @6:@PBV57WPD5OO@P46RR7P59R 8PDO>QO@POBPPB>8DO@59 5OO@PP5DO2F@P8@P5O@P6:@O! 7P5Q
45DDUPB5BP5! :B569 T6P7R! O>O57A6>45DD! 85OPBWDPXW59O6OT59R 759R PXW6V57P9OB5O6>>Q"(TP5B(>7R U>U75B69OPB(
=B>UUPR 86O@ 8@P5O8PBP@6:@PBO@59 A>O@ D>7P8@P5O59R 8@P5OQB>4O@P>O@PBO8>69OPB=B>UU69:DTDOP4D2Z>8PVPB!
O@P8P6:@OUPBO@>WD59R :B569! @5BVPDO69RPY59R T6P7R 85OPBWDPPQ6=6P9=T>QD>7P8@P5O85DO@P@6:@PDO2F@P5A>VP
BPDW7ODD@>8PR O@5O"(TP5B(>7R U>U75B(8@P5O69OPB=B>UU69:DTDOP4@5R O@P:BP5OPDOT6P7R 59R @6:@PDO759R WDPPQ6=6P9(
=T2Z>8PVPB! 86O@ O@P:B>869:WU >QU>U75BOBPPD! 8@P5O6D9>O5UUB>UB65OPO>:B>8W9RPBO@PU>U75B! 59R D>4P
D@5RPO>7PB59O=B>U =59 APU759OPR 69DOP5R2
9%- :($/&$5:B>Q>BPDOBT*
1
$,
E* 9CM* 85OPBWDP* :B569 T6P7R
农林复合系统通过林木和作物配置!能使物种
充分利用水肥光热等资源!提高系统的生态及经济
效益*但随着林木根系和冠幅增大!各植物组分之间
也存在资源竞争!导致作物减产!尤其在温带半干旱
地区水分竞争更为突出,$- *而采用合理的配置模式
能降低林木和作物间的水分养分等竞争( 豫东平
原是我国小麦的主产区之一!仅商丘地区小麦产量
就占国内总小麦产量的 "2%g,"- !而杨树是该区栽
培面积最大木材产量最高的经济林树种( 杨麦间
作模式是该区最为常见的林农复合模式( 该区季节
性干旱严重!特别是在春季!水资源短缺是影响冬小
麦生长和结实的重要限制因子( 研究能获得最大效
益的杨麦复合模式配置对该区发展节水高效持续
稳定的现代农林业具有重要指导意义(
植物水分利用效率"9CM#是评价植物水分利
用和抗旱特性一个重要指标,,- ( 已有很多研究,) J%-
证实!植物在轻度和中度干旱胁迫下!9CM显著增
大( 稳定碳同位素效应能反映植物的碳和水分关
系!由于植物组织的碳是在一段时间"如整个生长
期#内累积起来的!其稳定碳同位素组成"
1
$,
E#具有
指示植物长期水分供应利用和适应状况的独特优
势,% J*- ( 本文在冬小麦不同生育期内采用稳定碳同
位素技术研究了株行距分别为 , 4 &` 4, 4 &` 4
和 , 4 ,`" 4的 " 年生 年生和 $% 年生青杨"0"G<
424%%,+"@,E5B#(小麦"T#,&,)4+($%&,I4+H2#复合系
统和单作小麦的植物组分的
1
$,
E值!结合生物量和
气象数据资料计算不同模式中植物组分的 9CM和
耗水量"9C#!以期为豫东平原杨树(小麦复合系统
的水分管理提供依据(
$!试验地概况
试验地设在河南省商丘市民权县林场内",)o
,$I1!$$*o)*I3#!试验区地处华北平原南部豫东平
原东北部!属暖温带大陆性季风气候( 年平均气温
$)2$K!平均降水量 +) 44!主要分布在 J* 月份
"占全年的 &2,g#!无霜期 "$, R(
研究对象为单作小麦和株行距分别为 , 4 &`
4!, 4 &` 4和 , 4 ,`" 4的 " 年生 年生和 $% 年
生杨树(小麦间作模式( , 种间作模式中种植的杨树
均为青杨!林带行向为南北向!杨树的株高冠幅地
径等情况见表 $( 小麦品种为濮麦 * 号!于 "##* 年
$# 月中旬播种!播种量 ,+% e:+@4J"!"#$# 年 月
初收获!整个生育期无灌溉补水措施( 小麦与杨树
行向一致!行距 "# =4!根据冠幅情况!小麦播种距离
" 年生杨树南北侧树行 %# =4距离 年生杨树南北
侧树行 $## =4距离 $% 年生杨树南北侧树行 ##
=4范围外( 单作小麦位于 , 个复合模式附近的地
块中!与间作小麦的管理措施相同(
表 ;间作模式的树龄\5 株行距\"4 4`# 树高\4 胸径\=4 枝下高\4 南北冠幅\4 东西冠幅\4
" , &` 2$, q#2$% +2# q#2," "2$# q#2$# ,2*# q#2$+ ,2,, q#2"*
, &` $)2+ q#2%& $+2#* q"2)+ "2*+ q#2# )2%# q#2+$ 2"% q#2,%
$% , ,`" ,$2## q#2&+ ,*2# q"2$+ "2# q#2$# %2$+ q#2"* $$2&# q$2,%
$
林!业!科!学!研!究 第 "& 卷
"!研究方法
>2;<试验小区布置
在 , 个间作模式中!分别在 " 年生杨树(小麦间
作模式中距离杨树东侧 %#"##%## 和 +%# =4位置
"分别记为$3%#3"##3%##3+%## 年生杨树(小
麦间作模式中距离杨树东侧 $##"%#)## 和 +## =4
位置"分别记为$3$##3"%#3)##3+###$% 年生
杨树(小麦间作模式中距离杨树东侧 ## *##
$ )##$ *##" ## =4位置"分别记为$3##3*##
3$)##3$*##3"###处的行间设置取样点对小麦
进行取样!每个间作模式距树行不同位置处各设 ,
个重复(
>2><气象因子观测
小气候自动观测系统位于 , 个间作模式和单作
小麦中间位置 $ 4高度处!连续观测空气温度"T#
和相对湿度">#等气象数据!所采用的传感器为
ZCG)%E" 0Cf>W9:公司! 美国#!数据采集器为
E0$#j" E54UAP7公司! 美国#(
>=B<稳定碳同位素的测定和水分利用率效"AB@#
的计算
!!于小麦返青期拔节期开花期成熟期对 , 个
间作模式的杨树和小麦取样!用于测定各植物组分
的
1
$,
E值和计算 9CM( 稳定碳同位素法计算的
9CM"光合同化的毫摩尔碳与所消耗的摩尔水的比
值#比传统的收获法"生长季内植物收获干质量与
田间耗水量的比值来表示 9CM#更准确,$#- 快速
简便和破坏性小,$$- *克服了常规的光合仪法"以光
合和蒸腾之比来表示 9CM#只能进行短期及瞬时
9CM研究!很难与植物的最终生产力和田间 9CM
联系起来的缺点,+!$"- ( 杨树分东南西北 ) 个方位取
样!每个方位取 % & 片叶!在小麦返青期杨树树液
刚开始流动但还未发芽时取 $ 年生去皮枝条!而在
小麦拔节期杨树刚长叶时取嫩叶*小麦按照 $2"2"
中布置的采样点取样"取旗叶#!每个样品为 $% 株小
麦的混合样( 样品在 +#K烘箱中烘干)& @!粉碎过
&# 目筛!在中国林科院稳定同位素比率质谱实验室
分析!取处理好的样品 , % 4:在元素分析仪
"F@PB4>M=6P9O6Q6= 7^5D@$$$" ZF!美国#中高温氧化
还原为Eb
"
!质谱仪"/3HF.m.RV59O5:PND>O>UP05(
O6>C5DDMUP=OB>4POPB#检测 Eb
"
中的 E得到样品中
1
$,
E值!测定精度为 #2$w*同时!用小气泵取单作
和间作模式中 #2% 4高度的空气样品装入气体采样
袋中用于分析空气的 Eb
"
浓度和
1
$,
E值!每样品 ,
个重复( 空气Eb
"
浓度在中国农业大学资源与环境
学院气象系仪器与小气候实验室采用气相色谱仪
".:67P9O&"##火焰离子化检测器" N^/#测定!分析
精度为 %w*空气
1
$,
E值在中科院地质与地球物理
研究所稳定同位素地球化学实验室用质谱仪
"C.F"%,#采用高温燃烧法测定( 植物和空气
1
$,
E
值的测定以G/-为标准!根据下面公式计算,- $
1
$,
E]
"
$,
E$"
E#
M54U7P
J"
$,
E$"
E#
G/-
"
$,
E$"
E#
G/-
"$#
!!式中$
1
$,
E表示样品$,E\$"E与标准样品偏离的
千分率!" $,E\$"E#
M54U7P
和" $,E\$"E#
G/-
分别表示样品
和标准物质G/-的$,E\$"E(
根据 5^BXW@5B, J+-的研究计算水分利用效率
"9CM! 44>7+4>7
J$
#(
9CM]
"$ _
"
#8
(
"5_
1
5
a
1
U
#
"5_(#$Re0D
""#
!!式中$E
5
为大气Eb
"
浓度*
1
5
和
1
U
分别为空气
和植物材料的
1
$,
E值*数值 $2 为水蒸汽和Eb
"
在
空气中的扩散比率*(5分别为 Eb
"
扩散和羧化过
程中的同位素分馏系数!其中!( ])2)w!5]"+w*
"
为植物整个生长期叶片夜间呼吸和其他器官呼吸
消耗掉的碳的比率!取
"
]#2,
,$,-
*叶片内外蒸汽压
差"e0D!eG5#根据植物生长过程中取样日期前一段
的平均白日 " +$ ## J$+$ ,# # 气象数据计算
得出,$) J$%- $
e0D]#R$$ $^#
$+2%#"F\"")#2*+aF#
"`$ _># ",#
!!式中$T为气温!>为大气相对湿度*#R$$ 为
&]#K时纯水平面上的饱和水汽压(
同时!9CM又是植物在一段时间内同化的总碳
量与总耗水量"9C!e:+4J"#的比值!可根据各个
器官的生物量干质量"DJ!:#和含碳率"88!4:+
:
J$
!质谱仪法随同样品
1
$,
E值同时测出#计算出干
物质碳含量!即$
9CM]
DJ^88
9C
")#
!!将""#式中 9CM的单位 44>7+4>7J$换算成
4:+:
J$
!代入公式")#即计算出单位面积小麦的耗
水量"9C#(
>2E<小麦生物量$产量调查
小麦成熟后!在 $2"2" 中布置的每个取样点各
选取 %# =4 `%# =4调查小麦生物量产量收获指
数>Q"产量和生物量的比值#千粒质量株高密度
"
第 % 期 何春霞!等$豫东平原 , 种模式杨树(小麦复合系统水分利用效率的研究
和比叶重"单位面积的叶片干质量!;J7#等!并计算
产量土地当量";M#$
;M]E
$
PE
$f
bE
"
PE
"
f "%#
!!式中$E
$
和E
"
分别为间作模式中小麦和杨树的
单位面积产量* E
$
f和 E
"
f为单作小麦和单作杨树单
位面积的产量( 调查发现!, 个模式单作杨树和间
作杨树的树高和胸径的差异均不显著!比值计为 $(
>2F<数据分析
采用 MGMM$&2# 统计软件对不同间作模式间以
及间作模式内距离杨树不同位置小麦的
1
$,
E9CM
耗水量收获指标和季节变异以及不同间作模式杨
树的
1
$,
E9CM及其季节变化和方位变异等数据进
行方差分析和多重比较(
,!结果与分析
B2;<不同间作模式水分利用差异
,2$2$!不同间作模式杨树水分利用差异及方位变
异!图 $ 所示$, 种间作模式杨树的
1
$,
E和9CM分
别为 J"*2)*w J"2)#+w和 +2##, $)2)&&
44>7+4>7
J$
( 年生杨树的
1
$,
E和9CM的季节变
图 $!, 种间作模式杨树
1
$,
E和9CM的差异及季节变化
"误差线为标准差 M/#
化最大!分别为 "2&"%w和 2%"" 44>7+4>7J$*" 年
生杨树的
1
$,
E值季节变化最小"#c*"%w#$% 年生
杨树的 9CM季节变化也较大 " %2,%+ 44>7+
4>7
J$
#( , 种间作模式杨树的
1
$,
E表现为在小麦拔
节期最高!并显著高于其他 , 个生育期 "0i
#c##$#*9CM则表现为在小麦返青期和拔节期显著
高于其他 " 个生育期"0i#2##$#(
在小麦拔节期! 年生杨树的
1
$,
E和9CM显著
高于 " 年生和 $% 年生杨树"均为0i#2#$#*在小麦
返青期开花期和成熟期!则表现为 " 年生杨树的
1
$,
E和d_3显著高于 年生和 $% 年生杨树"均为
0i#2##$#(
图 " 显示$" 年生杨树在各个时期不同方位间
叶片的
1
$,
E差异均不显著!这与冠幅较小受光相
对均匀有关*而 年生杨树方位间
1
$,
E在小麦返青
期差异显著!表现为北侧最高南侧最低 "0i
#c#%#!因为在小麦返青期杨树尚未发芽!所取为枝
条!这反映的是上一年同化物的分配情况*其他 , 个
时期差异不显著*$% 年生杨树方位间叶片
1
$,
E则在
成熟期差异显著!表现为西侧最高而北侧最低"0i
#2#$#!其他时期也差异不显著( 对于杨树的不同方
位间叶片的
1
$,
E!就取样代表性来分析!, 个年龄段
杨树大都表现为树冠南侧叶片的
1
$,
E值最接近平
均值!表明取杨树南侧样品即可代表一株树的平均
水平(
图 "!不同间作模式杨树
1
$,
E值的时空差异
,2$2"!不同间作模式小麦水分利用的差异!小麦
的平均
1
$,
E和 9CM分别为 J"*2#& J",2&*&w
和 &2*&* $%2)") 44>7+4>7J$( 由图 , 可知$在
小麦返青期!" 年生杨树间作小麦的
1
$,
E和9CM均
最高!单作小麦次之!$% 年生杨树间作小麦则均最
,
林!业!科!学!研!究 第 "& 卷
小*" 年生杨树间作小麦和单作小麦的
1
$,
E和 9CM
均显著比 年生杨树间作小麦的高!$% 年生杨树间
作小麦的
1
$,
E和 9CM则显著低于其他 , 个模式
"均为 0i#2##$#!且分别比对照" 年生杨树和
年生杨树间作小麦的
1
$,
E低 %2)&g 2$#g和
$c",g!9CM低 $%2"g$2$g和 )c#)g! 年生
杨树间作小麦的
1
$,
E和 9CM则分别比对照小麦和
" 年生杨树间作小麦的低 )2"#g)2&$g!$$c*g
和 $,2$#g(
拔节期开花期和成熟期单作小麦的
1
$,
E和
9CM均显著比 , 个间作模式的高 "均为 0i
#c##$#( 在拔节期!单作小麦的
1
$,
E和 9CM分别
比 " 年生 年生 $% 年生杨树间作小麦的高
c+$g +2#*g +2#g! $,2,g $)2)$g 和
$)c,)g*在开花期高 2**g %2)g &2",g!
$%c#,g$"2$"g和 $+2+#g*在成熟期高 $#2"*g
$"2,g$,2$%g!$&2)g""2&+g和 ",2&$g( 在
, 个间作模式中!$% 年生杨树间作小麦的
1
$,
E和
9CM均最小!但与 " 年生和 年生杨树间作小麦的
差异不显著(
图 ,!不同间作模式不同生育期小麦的
1
$,
E和
9CM的差异"ES表示单作小麦#
间作小麦的
1
$,
E值总体为拔节期和成熟期 n
开花期n返青期!单作小麦在成熟期最高!且显著高
于开花期和返青期!返青期则显著低于其他时期"0
i#c##$#*" 年生杨树间作小麦为拔节期和成熟期
最高!且显著高于开花期和返青期"0i#2##$#* 年
生杨树间作小麦为返青期显著低于其他 , 个时期
"0i#2##$#*$% 年生杨树间作小麦为拔节期n成熟
期 n开花期 n返青期!且两两差异显著 "0i
#2##$#( 间作小麦的9CM为返青期n拔节期n成熟
期n开花期!单作小麦和 "年生间作小麦为返青期n
拔节期n成熟期 n开花期!且两两差异显著"0i#2
##$#*年生和 $%年生杨树间作小麦为返青期n拔节
期n成熟期

开花期!且差异显著"0i#2##$#(
对不同间作模式小麦在整个生育期的总耗水量
进行估算!结果"表 "#表明$" 年生杨树间作小麦耗
水量最大",)#2&* 44#*单作小麦的次之""%,c")
44#! 年生杨树间作小麦的最少"*$c#% 44#!且两
两差异显著"0i#2##$#( 单作小麦的耗水量比 "
年生杨树间作小麦的低 "%2+$g!但分别是 年生和
$% 年生杨树间作小麦的耗水的 "2+& 和 $2&& 倍(
B2><不同间作模式中距离杨树不同位置小麦的水
分利用差异
,2"2$!" 年生杨树(小麦间作模式中小麦的水分利
用!图 ) 所示$除了在拔节期距离树行不同位置的
小麦的
1
$,
E和9CM差异不显著"0n#2#%#外!在另
, 个生育期均差异显著!其中!在返青期树行东侧
"3%# 和3"###间作小麦的
1
$,
E和9CM显著高于树
行中间以及树行西侧"3%## 和3+%##"0i#2#$#*在
开花期则相反!即树行中间"3%###和西侧"3+%##显
著高于树行东侧"0i#2#$#*在成熟期也是树行西
侧"3+%##最高!树行东侧"3%##最低!且差异显著
"0i#2#$#(
在 " 年生杨树(小麦间作模式中!离树行越近小
麦的耗水量越多!且树行西侧的小麦耗水量总体多
于树行东侧"图 +#(
,2"2"! 年生杨树(小麦间作模式中小麦的水分利
用!图 % 表明$在返青期和成熟期距离树行不同位
置的小麦的
1
$,
E和9CM差异均不显著"0n#2#%#*
在拔节期树行中间"3)###间作小麦的
1
$,
E和 9CM
显著高于树行两侧"3$### "0i#2#$#*在开花期则
树行东侧 "%# =4"3"%##处最高!树行西侧 $## =4
处"3+###最低!且差异显著"0i#2#$#(
图 + 显示$在 年生杨树(小麦间作模式中!离
树行越近小麦的耗水量越少!即树行中间的小麦耗
水量最多!且与 " 年生杨树间作小麦的相似!树行西
侧的小麦耗水量总体多于树行东侧(
,2"2,!$% 年生杨树(小麦间作模式中小麦的水分利
用!图 表明$距离树行不同位置的小麦的
1
$,
E和
)
第 % 期 何春霞!等$豫东平原 , 种模式杨树(小麦复合系统水分利用效率的研究
图 )!" 年生杨树(小麦间作模式中小麦的
1
$,
E和9CM的差异
图 %! 年生杨树(小麦间作模式中小麦的
1
$,
E和9CM的差异
9CM在 ) 个生育期差异均显著( 返青期和拔节期
树行中部"3$*###最高!树行最西侧"3"###则显著
低于树行东侧和中间部位*在开花期越接近树行位
置间作小麦的
1
$,
E和9CM越高!且显著高于3$)##
位置处"0i#R#$#*在成熟期则 M## 处最高!显著
图 !$% 年生杨树(小麦间作模式中小麦的
1
$,
E和9CM的差异
图 +!间作模式内距离树行不同位置小麦的耗水量差异
高于其他位置"0i#2#$#(
在 $% 年生杨树(小麦间作模式中!与 年生杨
树间作小麦的相似!即离树行越近小麦的耗水量越
少树行中间的小麦耗水量最多!且树行西侧的小麦
耗水量也总体多于树行东侧"图 +#(
B2B表 " 显示$株高比叶重产量总生物量耗水
%
林!业!科!学!研!究 第 "& 卷
量及产量土地当量均为 " 年生杨树间作小麦高于单
作小麦和其他模式间作小麦"0]#R###0]#R*)$
0]#c##$0]#c#,,0]#2####( " 年生杨树间作
小麦的产量与单作小麦的差异不显著!但分别是
年生和 $% 年生杨树间作小麦产量的 &2&% 和 %2$
倍*单作小麦的产量分别是 年生和 $% 年生杨树间
作小麦产量的 &2+, 和 %2#* 倍( " 年生杨树间作小
麦的耗水量最大",)#2&* 44#!分别是单作小麦
年生和 $% 年生杨树间作小麦的 $2,%,2+) 和 "2%,
倍( " 年生杨树间作小麦株高产量生物量产量
土地当量和耗水量均最大!但单作小麦的千粒质量
收获指数则最大"均为0i#2#%#(
间作模式的千粒质量均为 " 年生杨树间作小麦
n$% 年生杨树间作小麦n 年生杨树间作小麦( 单
作小麦的千粒质量显著高于 , 种模式间作小麦的
"0]#2###( 单作小麦比间作小麦的>Q"产量和生
物量的比值#要高!但与 " 年生杨树间作小麦的差异
不显著!与另 " 种模式的>Q则差异显著(
表 ><不同间作模式小麦产量和总耗水量等的差异
间作模式
产量"e:+@4
J"
#
千粒质量
\:
总生物量":+4
J"
#
麦株高
\=4
比叶重
\":+=4
J"
#
收获
指数
耗水量
\44
产量土
地当量
单作小麦 %""2+% q"#2)+5 ,*2,$ q"2#5 "2"# q#2#,5 %+2$$ q$2")A ),2%& q$2#*5 #2") q#2#$5 "%,2") q&2,#A $2##
" 年生杨树间作 %"*2&# q,$2&*5 ,%2$+ q$2,"A "2, q#2$,5 +2*% q$2$*5 )%2*# q,2#,5 #2"# q#2#"5 ,)#2&* q"$2+5 "2#$
年生杨树间作 %*2&+ q#2)= 2&) q$2$$= #2& q#2,%A %"2#, q"2#,= )"2)* q"2$)5 #2#* q#2#$A *$2#% q"$2&+R $2$$
$% 年生杨树间作 $#"2* q#2"*A $)2&, q$2,)= #2* q#2")A %)2*+ q"2"+A=,*2&% q$2%)5 #2$$ q#2#$A $,)2&# q$2##= $2"#
显著性 #2##$ #2## #2#,, #2### #2*)$ #2##& #2### J
将各间作模式小麦的收获指标与 9CM分别进
行相关分析!结果"表 ,#表明$除了株高与 9CM!比
叶重与9CM及收获指数相关性不显著外!其他收获
指标!包括产量株高千粒质量比叶重生物量水
分利用效率耗水量和收获指数等指标间两两相关
性显著!且均成显著的正相关关系"表 ,#( 相关性
结果表明$在 , 种间作模式中!种植密度株高千粒
质量比叶重生物量9CM以及耗水量越大的小麦
的产量和收获指数都较高(
表 B<收获指标之间的相关性分析
指标 产量 株高 千粒质量 比叶重 生物量 水分利用效率 耗水量
产量 $2###
株高
#2&"#
!!
$2###
千粒质量
#2*&#
!!
#2&"$
!!
$2###
比叶重
#2%#&
!
#2)+)
!
#2)*"
!
$2###
生物量
#2*%%
!!
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!!
#2*"
!!
#2%))
!!
$2###
水分利用效率
#2%&
!!
#2,*#
#2%,&
!!
#2,&+
#2%#&
!
$2###
耗水量
#2*)
!!
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!!
#2*$&
!!
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!!
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!
$2###
收获指数
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!!
#2*$
!!
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#2+)%
!!
#2)*&
!
#2+,)
!!
!!注$
!!
和
!
分别表示相关性极显著"0i#R#$#和显著"0i#2#%#水平下相关性显著(
)!结论与讨论
E2;<不同间作模式水分利用的季节变化
植物在水分亏缺条件下会提高水分利用效率
,%!*-
( , 种间作模式杨树和小麦的
1
$,
E和水分利用
效率均在小麦拔节期较高!表明此阶段水分亏缺程
度较其他时期大!杨树与小麦在拔节期的水分竞争
因而较为激烈( 由于此时期杨树尚未到达旺盛生长
期!竞争应该是因小麦在拔节期生长旺盛对水分的
需求量较大造成的( 此外!这段时间正处于春旱期
雨水也较少!加剧了复合系统内部的水分亏缺( 王
玉涛等,$-的研究表明!乔灌草叶片的
1
$,
E均是春季
明显大于夏季!并认为这是春季干旱造成的(
杨树和小麦叶片在返青期的
1
$,
E较小!但9CM
却最大!这是气象因子如温度湿度和叶片内外蒸汽
压差"e0D#的季节变化造成的!返青期的 e0D较
小!所以9CM较大(
E2><不同间作模式水分利用的差异
间作系统的树冠遮荫有效减少了地表水分散
失增加空气湿度降低叶温气温以及e0D!改善了
间作系统的小气候和土壤水分状况!这些都将减轻
水分亏缺对林冠下作物的影响,$+ J$&- ( 在返青期!由
于 年生和 $% 年生杨树较大的树冠遮阴减少了土
壤蒸发!而此时期小麦还未完全覆盖住地面!因而受

第 % 期 何春霞!等$豫东平原 , 种模式杨树(小麦复合系统水分利用效率的研究
杨树遮阴较少的 " 年生杨树间作小麦和单作小麦的
土壤水分状况较后者差!其9CM也因而提高( 对于
无树冠遮阴的单作小麦!在小麦拔节期开花期和成
熟期也是如此!单作小麦的土壤蒸发大于 , 个杨树<
小麦间作模式!再加上自身蒸腾耗水也较多!其在生
长后期的水分状况较差9CM也一直显著高于间作
模式小麦!而冠幅最大的 $% 年生杨树间作小麦则
9CM最低(
在小麦的大部分生育期!由于 " 年生杨树间作
小麦的生长状况最好水分消耗量也最多!因而相对
多年生杨树!间作小麦对 " 年生杨树的水分竞争作
用也最大!造成 " 年生杨树的
1
$,
E和 9CM均显著
高于 年生和 $% 年生杨树( 另外!由于 " 年生杨树
的适度遮阴作用降低了土壤水分蒸发保持了土壤
水分!使 " 年生杨树间作小麦的耗水量比单作小麦
的多*并且 " 年生杨树的根系尚不发达需水量也比
多年生杨树的少!与间作小麦的水分竞争作用稍弱(
处于旺盛生长期的 年生杨树需水多!树冠几乎郁
闭!遮阴作用对间作小麦影响较大!因而 年生杨
树(小麦间作模式的水分和光的竞争最激烈!并且光
竞争可能占主导作用( $% 年生杨树(小麦间作模式!
距离树行 4种植小麦!树荫下几乎没种植小麦!间
作系统内光竞争不激烈!根系对水分的竞争是小麦
耗水量和长势等下降的主要原因( 总的来说!" 年
生杨树(小麦间作系统为小麦占竞争优势!而 年生
和 $% 年生杨树(小麦间作系统则为杨树占竞争
优势(
E2B<不同间作模式内距离杨树不同位置小麦的水
分利用差异
!!, 种杨树(小麦间作模式中大都为树行中间的
9CM和耗水量最高!而树行西侧小麦的
1
$,
E9CM
和耗水量均高于东侧!由于树行西侧小麦受到的光
照较好!因而!树行西侧的土壤水分蒸发和小麦蒸腾
作用都比树行东侧的大!小麦水分消耗多造成土壤
水分状况较差!相应此处的小麦9CM增高(
" 年生杨树的适度遮阴提高了树行两侧土壤的
含水量!并且杨树幼苗的冠幅和根系都较少蒸腾耗
水和需水量也少!与小麦的水分竞争较小!因而!距
离树行越近的小麦水分状况越好耗水量也高*而
年生和 $% 年杨树间作小麦则由于多年生杨树处于
旺盛生长期!冠幅大!叶片蒸腾耗水较多!所以越接
近树行的小麦与杨树的水分竞争越激烈!水分亏缺
越严重(
E2E<不同间作模式小麦收获指标的差异
" 年生杨树间作系统中!杨树与小麦的水分竞
争最弱!小麦的株高比叶重产量总生物量耗水
量和产量土地当量均高于单作小麦和其他间作模式
的!而单作小麦的千粒质量和收获指数则最大!表明
单作小麦的结实品质最好!也是单作小麦接受的光
照更充足所致( MWR4PTPB,$*-等认为!光合有效辐射
与小麦产量呈正相关!而遮阴会延缓小麦和大麦等
作物的生育期减慢其生长及影响小麦灌浆和籽粒
饱满!减小麦粒质量和小麦产量( 年生杨树间作
小麦的株高产量生物量和耗水量则最小( 尽管如
此!, 种杨树(小麦间作模式的产量土地当量均大于
$!表明复合模式的土地利用效率要高于单作模式(
各收获指标与 9CM和耗水量的两两相关分析
结果表明!在几种间作模式中株高千粒质量比叶
重生物量9CM以及耗水量大的小麦产量和收获
指数都较高( 耗水量与 9CM呈显著负相关9CM
越高耗水量越少,&!"# J"$- ( 本研究中!单作小麦的水
分利用效率提高也造成耗水量减少和绝对产量"生
物量#减少*但本研究对间作模式中不同位置小麦的
耗水量和9CM的关系却得出相反的结论!即小麦的
水分利用效率高耗水量也高!这可能是由于耗水量
高引起土壤含水量减少相对水分亏缺进而引起植
物9CM提高的缘故(
总的来说!在冬小麦拔节期!杨树(小麦间作模
式中水分竞争最激烈!此时期应注意补充水分以不
影响小麦生长( 与单作小麦相比!" 年生杨树(小麦
间作系统的产量和土地利用率最高*但 年生杨树
和 $% 年生杨树间作小麦的产量则明显下降!杨树与
小麦的竞争较强烈!特别是 年生杨树(小麦间作系
统!树冠几乎郁闭!对小麦的光照产生了严重影响(
尽管郁闭后对 $% 年生杨树进行了间伐!但间作小麦
依然减产严重( 因此!在实际操作中要注意!幼龄杨
树"如 $ ) 年生杨树#可与小麦等作物间作!以最
大限度的利用土地资源和提高农民的经济收入( 但
由于杨树生长迅速!在其生长 % 年生以后已经不适
合与小麦等喜光的作物间作!此时!应该考虑修枝
间伐增大林内透光率以及种植一些耐阴作物或者进
行林下养殖等措施!以最大限度的提高生态和经济
效益(
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