全 文 ：收稿日期: 20030718
基金项目: 国家自然科学基金项目( 39770624)、国家林业局森林培育重点实验室资助项目的部分研究内容
作者简介: 孟平( 1961 ) ,男,辽宁新宾人,研究员.
林业科学研究 2004, 17( 2) : 167~ 171
Forest Research
文章编号: 10011498( 2004) 02016705
梨麦间作系统水分效应与土地利用效应的研究
孟 平, 张劲松
(中国林业科学研究院林业研究所,北京 100091)
摘要: 对黄淮海平原农区宽带距多行带梨麦间作系统水分效应、产量效应与土地利用效应进行了研
究。结果表明: 小麦拔节 乳熟期间, 间作系统内小麦日蒸腾耗水比单作麦田低 216% ;距梨树 0 0
~ 70 m,为土壤水分的降低区, 7 0~ 250 m 为土壤水分提高区,间作系统总体上使麦田 0~ 200 cm 土
壤贮水量提高 11 81% ; 间作系统内小麦水分利用率比单作麦田约高 87% ;间作系统小麦单产量比
单作麦田高 6 6% ,土地当量值可达1 19。就水分效应和土地利用效应而言, 在黄淮海平原农区发展
这种宽带距多行带梨麦间作模式具有一定的可行性。
关键词: 梨麦间作系统;水分效应;产量效应; 土地利用率
中图分类号: S72724 文献标识码: A
农林复合系统在改善农田生态环境、提高自然资源利用率、增加农民收入、促进生态与经
济协调发展等方面具有重要的理论与实践意义[ 1~ 5]。果粮间作是农林复合系统的主要模式之
一, 在我国黄淮海平原农区较为普遍。特别是近十几年来,由于果树具有相对较高的经济效
益,果粮间作较受农民欢迎,但本地区人均耕地面积不多,又地处半干旱气候区,故将果树引入
农田生态系统, 势必与作物发生 争地、争水!等方面的矛盾,协调这一矛盾是农林复合系统研
究的重要课题。为此,于 20世纪 90年代初期, 在黄淮海平原农区 农林复合系统!综合试验区
内,建立宽带距多行带梨粮间作试验模式,梨树现已进入盛果期。本文将对其水分效应、产量
效应和土地利用率进行分析与评价,旨在为该地区农林复合系统的发展提供一定的理论依据。
1 试区概况与试验研究方法
11 试区概况
试区位于河北省饶阳县大官亭乡农林复合系统试验区内( 115∀33# E, 38∀20# N) , 属温带大
陆性季风气候,年降水量为534 mm, 年平均气温为122 ∃ , 年平均蒸发量为1 9707 mm。地下
水位 8~ 10 m。地势平坦,地貌类型为滹沱河决口淤积平原, 土壤为砂壤质潮土。试区始建于
1983年,占地面积849 hm2,现已形成一个以农田防护林网为主体,辅以林粮间作及成片用材林
与经济林等多种类型的农林复合生态系统试验样板区,林木覆盖率达 224%( 1996年)。在试
验区中部选择一种宽带距多行带的梨粮间作模式为研究对象, 其结构配置为: 梨树 1带 4行,
南北行向,带长 215 m、带距 50 m, 带内梨树株行距均为 3 m % 5 m。间作系统中,冬小麦和梨树
的实际占地面积分别为 130、40 hm2。梨树于 1990 年秋季定植, 品种: 河北鸭梨 ( Pyrus
hopeiensis Y)。现树高 35 m, 冠幅 36 m, 胸径 193 cm。间作冬小麦( Triticum aestivum Linn)
品种为冀麦 26!。另设单作麦田和清耕梨园作对照点(分别记为CK1和 CK2) ,梨树株行距为 3
m % 5 m,种植时间同间作系统。
12 测点布置与主要观测项目
121 小气候观测 在间作系统中部, 在梨树林带南北中心线上,距梨树林带 10、40、80、
160、250 m处活动面上 05 m 及 20 m 处用通风干湿表和轻便风速表进行温度、湿度及风速
的梯度观测。观测时间: 19950410~ 0608, 正处小麦拔节 乳熟期, 选择典型天气于当日
7: 00~ 19: 00, 每 1 h观测 1次,共观测 21 d。
122 小麦光合及蒸腾速率测定 在间作系统中部,梨树林带南北中心线上,距梨树带 10、
40、80、120、160、200和 250 m 处, 采用 LI6200光合分析仪测定小麦叶片光合及蒸腾速
率。观测日期同 121,每 1 h观测 1次。
123 土壤水分测定 距离梨树带 05、10、20、40、60、80、100、120、140、160、180、
200和250 m处采用中子仪测定土壤含水量。测定深度为0~ 200 cm, 取样步长 10 cm。测定
时间:每 10 d测定 1次, 降雨及灌溉后加测。
与此同时, 在 CK1 点进行小气候、土壤水分观测和生物量测定; 在 CK2点进行产量调查。
13 主要计算方法
131 小麦群体蒸腾速率( TR plant )
TR plant= LAI % TR leaf ( 1)
式1中, LAI : 小麦叶面积指数; TR :小麦叶片蒸腾速率。
132 小麦叶片水分利用效率( WUE ) WUE 是指一定时期内光合强度( & PH )与同时期的
蒸腾( &TR ) (本文用 7: 00~ 19: 00白天日总量计算)之比, 即:
WUE (mmolCO2∋mol- 1H2O) = & PH / & TR ( 2)
133 土地当量( LER)计算
LER= 间作系统果树单位面积产量清耕果园果树单位面积产量+ 间作系统小麦单位面积产量单作麦田小麦单位面积产量 ( 3)
134 动力摩擦速度( V * )和湍流系数( K )的计算式[ 6]
V * =
V( z ) B
ln
Z - d
Z0
(- 001 < R i < 001)
V( z ) B
ln
Z - d
Z0
- ( Ri < - 001或 Ri > 001)
(4)
K = BV* ( Z - d) (5)
式( 4)、( 5)中, d :零平面位移( d = 063 H , H :植株高度) , B :卡曼常数( B= 04) ; V( z ) : Z 高度
处的风速; Z0:粗糙度( Z0= 013H ) ; Ri : 理查逊数, 可用式( 6)计算得到; 调节参数, 可用式
( 7)计算得到。
R i= g ( T 2- T 1)
T( V 1- V2)
ln
Z2- d
Z1- d
( Z1- d ) ( Z2- d) ( 6)
168 林 业 科 学 研 究 第17卷
式( 6) 中, g 为动力加速度, T 1、T 2、V 1、V2 为相应高度上的温度和风速, T 为 Z ( Z =
( Z1- d ) ( Z2- d) )高度上的风速;本研究取 Z1- d = 05 m, Z2- d = 20 m。
=
- 5R i
2ln
1 + X
2 + ln
1+ X
2
2 - 2tg
- 1
X +
2
(- 001 < R i < 001)
( Ri < - 001或 Ri > 001) (7)
式( 7)中: X= ( 1- 15R i ) 025 ( 8)
2 结果与分析
21 间作系统小麦蒸腾效应
拔节至乳熟期间( 0410~ 0608) , 梨麦间
作系统日蒸腾耗水量比单作麦田低 216% ,
可见,这种宽带距多行带的梨麦间作模式具有
明显地降低小麦蒸腾的作用。间作系统内小
麦蒸腾耗水量的降低与间作系统动力效应有
一定的关系。作物蒸腾是农田蒸散的主要组
成部分,就防护林影响农田蒸散机制问题, Nu
berg 曾剖析 Penmanmonteith公式指出,影响蒸
散的关键因子是植被冠层导度,它同时出现在
蒸散的能量驱动项和扩散驱动项,
表 1 梨麦间作系统对小麦蒸腾耗水量的影响
时段(月日) 系统小麦蒸腾强度
( TR ) /mm
单作小麦
( TR CK1) /mm
( TRTR CK1) /
TR CK1/ %
0410 0419 198 307 - 355
0420 0429 253 332 - 283
0430 0509 374 447 - 163
0510 0519 400 505 - 208
0520 0529 283 362 - 218
0530 0608 210 234 - 103
合计 1718 2187 - 214
日平均 286 365 - 216
而又制约于风速[ 7]。本研究计算表明: 对照单作麦田, 间作系统的动力摩擦速度及湍流系统比
单作麦田分别低 204%和 214%, 即具有显著的动力效应。
22 间作系统麦地土壤水分效应
对小麦拔节至乳熟期间作系统内各测点 0~ 200 cm 土壤贮水量平均值( W )和带距( X )进
行统计拟合得到:
W= 52623+ 1155X - 023X 198( 0< X< 50,相关系数 r= 0901 2) ( 9)
式( 9)表明: W随X 的增加呈抛物线状分布趋势。对该式进行求解,当 X= 2536m 时, 即间作
麦地的中心位置左右, W达最高值 67122 mm。
梨树间作系统中梨树对麦地土壤水分的影响程度( E ) ,即间作系统的土壤水分效应, 计算
公式为:
E= ( W- WCK1) / WCK1 % 100% ( 10)
式( 10)中, WCK1分别为单作系统麦地 0~ 200 cm 土壤贮水量平均值。经实测, WCK1= 59581
mm,则:
E= 012- 002X+ 386 % 10- 4X 198 % 100% ( 11)
对式( 11)进行求解, 当 X= 70 m时,即约在 2倍树高处, E= 00。在 X< 7 m 范围内,土
壤水分效应为负值, 将此范围称为间作系统的负效应区;在 X> 7 m区域内, 土壤水分效应为
正值, 称正效应区。对式( 11)进行积分可求得, 在 0~ 50 m 内, 间作系统土壤水分总体效应为
1181%。即,在拔节至乳熟期间, 梨麦间作系统可使麦地 0~ 200 cm 土壤贮水量总体提高
1181%。正效应的存在,是由于梨麦间作系统的动力效应和小麦蒸腾效应等小气候效应的综
169第 2 期 孟平等: 梨麦间作系统水分效应与土地利用效应的研究
合作用。负效应的出现, 说明这种小气候的综合作用还不能足以抵消梨树根系的吸水作用。
23 梨麦间作系统水分利用率
研究表明(表 2) : 拔节至乳熟
期间 ( 4 月 10 日 6 月 8 日) , 系统
内小麦水分利用率要高于单作麦田
(CK1) , 平均约高 87%。小麦水分
利用率的提高与间作系统小麦蒸腾
降低效应和土壤水分增加效应
有关。
表 2 间作系统对小麦水分利用率的影响
生育期 间作系统( WUE ) /
( mmolCO2∋mol- 1H2O)
单作麦田( WUE CK1) /
(mmolCO2∋mol- 1H2O)
( WUEWUECK1) /
( WUECK1) / %
拔节期 147 140 50
扬花期 256 235 89
灌浆期 179 156 147
乳熟期 138 130 62
平 均 180 170 87
24 产量效应与土地利用效应
产量分析表明(表 3) : 间作系
统中, 在距离梨树行带 00~ 40 m
范围内,因果树遮荫及梨麦对水肥
的竞争, 小麦单产比单作麦田
( CK1 ) 低 140% , 二者分别为 4
8349 kg∋hm- 2、5 6220 kg∋hm- 2;
40~ 70 m范围, 产量为 5 5980
表 3 间作系统产量效应和土地利用效率
配置模式
梨产量
株数/
(株∋hm- 2)
产量/
(kg∋hm- 2)
小麦产量/
( kg∋hm- 2) 土地当量
间作系统 205 21 6070 4 5840 119
单作麦田 5 6220 10
清耕梨园 667 59 7632 10
kg∋hm- 2,与 CK1 点差别不大; 70~ 250 m 范围平均产量为 6 7633 kg∋hm- 2, 比 CK1 约高
203%。系统内小麦平均产量为 5 9944 kg∋hm- 2,比单作麦田高 66%。这种增产效应, 对弥
补果树占农地所带来的产量损失, 具有重要的作用。若将间作系统中的小麦产量折合成系统
总面积水平上的单产量, 其值为4 5840 kg∋hm- 2,比对照点低 1 058 kg∋hm- 2,这是梨树占用麦
田所导致的产量损失。
经计算,土地当量可达 119。对比单作麦田和清耕梨园, 土地利用率可提高 190%, 即,
在相同的管理条件下,单作所需要的土地面积是间作的 119倍。基于间作所产生的产量效应
和土地利用效应,可以认为,在黄淮海平原农区适度配置这种宽带距多行带的果粮间作模式,
农林 争地!矛盾不会太突出。
4 小结
黄淮海平原农区宽带距多行带梨麦间作系统小麦日蒸腾速率比单作麦地低 216%; 梨麦
间作系统内麦地土壤贮水量随距梨树带距离的增加呈抛物线状分布趋势。对比单作麦田,距
梨树带距离00~ 70 m、70~ 250m 分别为土壤水分的降低区、提高区,总体上使麦地 0~ 200
cm 土壤贮水量提高了 1181%。梨麦间作系统小麦叶片水分利用率比单作麦田高87% ;梨麦
间作系统可使小麦单产量提高 66%, 土地当量值可达 119。从水分效应、产量效应和土地利
用效应方面,在黄淮海平原农区发展多行带宽带距的果粮间作模式完全可行。该模式对促进
经济与环境的持续协调发展具有重要的现实意义。
170 林 业 科 学 研 究 第17卷
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41: 3~ 34
Effects of PearWheat Intercropping on Water and
Land Utilization Efficiency
MENG Ping, ZHANG Jinsong
( Research Institute of Forestry, CAF, Beijing 100091)
Abstract: The effects of PearWheat intercropping with big spacing and several rows on water, yields and land
utilization in theHuangHuaiHai Plain, were studied in this paper. The results indicated that the wheat transpi
ration in intercropping decreased by 216% compared to sole wheat field ( CK1) . The soil water content in the
range of 00~ 30 m away from the pear rows decreased but increased away from 60~ 250 m. In general, the
soil water capacity of 0~ 200 cm depth and water ut ilization efficiency by wheat in the intercropping increased
by 181% and 87% compared to CK1 repectively. The wheat yields in intercropping increased by 66%
compared to CK1. The land equivalent ration( LER ) was 119. So, it is feasible that this kind of intercropping
will be developed in the HuangHuaiHai Plain as for the abovementioned results.
Key words:PearWheat intercropping; water ecological effects; field effects; land utilization effects
171第 2 期 孟平等: 梨麦间作系统水分效应与土地利用效应的研究