全 文 ： 第 vy卷 第 w期u s s s年 z 月
林 业 科 学
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农林复合系统的林网对冬小麦水分
利用效率影响的研究
樊 巍
k河南省林业科学研究所 郑州 wxsss{l
摘 要 } 本文研究了林网式农林复合系统对冬小麦水分利用效率k • ˜∞l的影响 ∀结果表明 o农林复合系统可
以提高冬小麦的水分利用效率 o其日平均水分利用效率较对照提高了 y1vv h ∀小麦水分利用效率也存在着/午
休0现象 o林网可以有效地缓减这一现象 ∀应用主成份分析证明林网提高小麦水分利用效率的主要原因是影响
了空气温度 !叶温 !饱和差和光合强度 ∀
关键词 } 农林复合系统 o小麦 o水分利用效率
收稿日期 }t|||2s|2s| ∀
基金项目 }国家/八五0科技攻关专题/农林复合生态系统结构与功能研究0的一部分 ∀
Α ΣΤΥ∆Ψ ΟΝ ΩΑΤΕΡ ΥΣΕ ΕΦΦΙΧΙΕΝΧΨ ΟΦ ΩΗΕΑΤ ΙΝ ΑΓΡ ΟΦΟΡΕΣΤΡΨ ΣΨΣΤΕ Μ
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( Ηεναν Ινστιτυτε οφ Φορεστρψ Ζηενγζηου wxsss{)
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Κεψ ωορδσ: „ªµ²©²µ¨¶·µ¼ ¶¼¶·¨° o • «¨ ¤·o • ¤·¨µ∏¶¨ ©¨©¬¦¬¨±¦¼
植物在吸收 ≤ ’u进行光合作用的同时 o通过蒸腾作用释放一定量的水分 ∀通常把光合强度与蒸腾
强度之比叫做水分利用效率k • ¤·¨µ ˜¶¨ ∞©©¬¦¬¨±¦¼ o即 • ˜∞lk北京农业大学 ot|{w ~高伟刚 ot|{yl ∀
• ˜∞越高说明消耗单位重量的水分所生产的干物质越多 o用水越经济 ∀这在干旱地区更有意义 ∀因
此 o如何提高水分利用效率一直是微气象学 !栽培学研究的重要内容之一 ∀已经有一部分文献讨论了
防护林和风障对水分利用效率的影响k曹新孙 ot|{v ~‘11 罗森保 ot|{u ~…µ²º±® ετ αλ. ,t|ztl o一般认
为林带可以提高水分利用效率 ∀但这些文献多是一些理论分析 o缺乏令人信服的数据 ∀为此 o我们在
河南省博爱县进行了观测研究 o以期为进一步研究农林复合系统的增产机制和优化模式提供依据 ∀
t 试验地概况
本试验在河南省博爱县孝敬乡留村进行 ∀它位于河南省西北部太行山南侧的平原上 ∀年平均温
度 tw ε o年平均降雨量 x|z1t °° o年平均太阳辐射 w|x1vv Žr¦°u ∀观测点设在村东北一个面积约为
y «°u的小型林网式农林复合系统内 o主要树种为毛白杨k Ποπυλυσ τοµεντοσα ≤¤µµql !旱柳k Σαλιξ µ ατ2
συδανα Ž²¬§½ql !白榆k Υλµ υσ πυ µιλα ql其规格见表 t ∀
对照点设在距观测点 v ®°的开阔地中 o可保证周围 t ®°的空旷区 ∀林网内和对照点土壤均为潮
垆土 o质地中壤 ∀
表 1 观测林网规格表
Ταβ .1 Τρεεσπαχινγ ανδ γροωτη σιτυατιον οφ τηεσηελτερβελτ νετωορκ
林带
≥«¨ ·¯¨µ¥¨ ·¯
树种
×µ¨¨¶³¨¦¬¨¶
行数
• ²º¶
株行距
≥³¤¦¬±ªk°l
平均高
 ¤¨± «¨¬ª«·k°l
平均胸径
 ¤¨± ⁄…‹k¦°l
疏透度
⁄¨ ±¶¬·¼
东林带
∞¤¶· 毛白杨 Π. τοµεντοσα ≤¤µµq u u ≅ x us t|1{ s1x
西林带
• ¶¨·
毛白杨 Π. τοµεντοσα ≤¤µµq
柳树 Σ . µ ατσυδανα Ž²¬§½q x
u ≅ x
u ≅ v
us
ts1w
uu1s
uv1s s1v
南林带
≥²∏·«
毛白杨 Π. τοµεντοσα ≤¤µµq
白榆 Υ . πυ µιλᏠu u ≅ x
ut
tz
us1s
t{1s s1w
北林带
‘²µ·«
毛白杨 Π. τοµεντοσα ≤¤µµq
白榆 Υ . πυ µιλα  u u ≅ x
ut
tz
uu1x
vs1s s1w
u 材料和方法
供试小麦品种为豫麦 u号 o于 t||w p ts p st在林网内和对照点的试验小区和大田同时播种 o统一
播量 o并制定了统一的田间管理措施 o专人负责管理 ∀为了减少林网和对照点以及林网内不同位置土
壤的差异性对小麦生长的影响 o我们在麦播前 o对林网内外的试验小区进行了换土 ∀换土小区的规格
是 {s¦° ≅ {s¦° o周围设 xs¦°的保护行 o每点 v次重复 ∀具体做法是 o前茬k玉米l收获后 o立即把林网
内和对照点试验小区的土按要求取出 o再填入取自同一块土地并经过充分混合的土壤 o雨后k或灌水
后l再覆土一次 o使其尽量和原来的耕作面保持一致 o并在小区四周打桩标记 ∀
播种后 o定期观测记载林网内外小麦的物候期和个体 !群体发育情况k范 濂等 ot|{wl ∀从 x月初小
麦开花开始 o选择典型天气 o采用 Œp tyss型稳态气孔计测定小麦的蒸腾强度 o采用特制叶室和采样
器田间采样 o室内利用 ƒ ± • 型红外线 ≤ ’u 分析仪测定小麦光合强度k中国农科院作物所生理室 o
t|{tl ∀由于仪器较少 o只能在林网防护效能中心点k距南林带 x倍树高处 o简称 ≥x Η处l和对照点各
设一个观测点 ∀在测定光合作用和蒸腾作用的同时 o用天空辐射表测定地面 t1x °高处的太阳辐射 ~
用阿斯曼和风速表测定植株 urv高处和距地面 t1x ° !u °高处的空气温度 !湿度和风速 ~用曲管地温
表测定 s¦° !x¦° !ts¦° !和 tx¦°深度的土壤温度 ~用烘干法测定 s ∗ us¦°土层的土壤湿度 ∀
v 结果与分析
311 林网对小麦蒸腾速率的影响
我们对不同天气状况下林网内外小麦的蒸腾速率进行了多次观测 o结果发现林网对蒸腾速率的影
响十分复杂 ∀总的趋势是可以降低小麦的蒸腾速率 o但有时也不明显 o有时甚至会增加 ∀表 u是林网
对日平均蒸腾速率的影响 o从平均值来看林网减少了小麦的叶面蒸腾 o平均减少 s1ux Λªq¦°u q¶∀这和
土壤的水分供应状况有关 ox月 ts日和 ty日水分状况较好 o林网内外蒸腾速率的差异较小 o而 x月 uw
日 !u|日气温较高 o土壤水分状况差 o林网内外蒸腾速率的差异较大k如表 ul ∀
表 2 林网内外小麦的日平均蒸腾速率
Ταβ .2 Τηε αϖεραγε τρανσπιρατιον ρατε οφ ωηεατ ιν αγροφορεστρψσψστεµσ ανδ οπεν φιελδσ kΛªr¦°u q≥l
日期 ⁄¤·¨ x1ts x1ty x1ut x1uw x1u| 平均 „√ µ¨¤ª¨
林网内 „ªµ²©²µ¨¶·µ¼ ¶¼¶·¨°k„≥l w1|y w1z| x1st x1|z y1sy x1vy
≤Ž x1tx w1{t w1zy y1uv z1ts x1yt
≤Žp „≥ s1t| s1su p s1ux s1uy w1sw s1ux
从林网内外小麦蒸腾速率的日变化来看 o一般都是早上 sy时最小 o以后逐渐增加 otv ∗ tx时左右
达到最大 o然后下降 ∀不同生育期林网内外小麦蒸腾速率的日变化也不同 o灌浆初期 o一般蒸腾速率最
大值出现在 tu ∗ tw时k如 x月 ts日l o而后灌浆后期 o蒸腾速率的最大值出现在 tv ∗ tx时 o这是由于后
期干热的气候造成的 ∀林网改变了小麦蒸腾速率的日变型 o一般林网内蒸腾速率的最大值较林外晚 t
∗ u «∀林网内外蒸腾速率的差值是正午以前较小 o正午以后较大k如图 tl ∀
312 林网对小麦光合强度的影响
观测表明 o林网内小麦旗叶的光合强度略高于林外 o日平均光合速率多次观测值平均提高 t1s{ °ª
≤ ’ur§°u1«o如表 v ∀
zt w期 樊 巍 }农林复合系统的林网对冬小麦水分利用效率影响的研究
图 t 林网内外小麦的蒸腾速率日变化k¤p前期 o¥p后期l
ƒ¬ªqt ⁄¤¬¯¼ ¦²∏µ¶¨ ²©·µ¤±¶³¬µ¤·¬²±µ¤·¨ ²© º«¨ ¤·¬± ¤ªµ²©²µ¨¶·µ¼¶¼¶·¨°¶¤±§²³¨ ± ©¬¨ §¯¶qk¤p Œ±¬·¬¤¯ ¶·¤ª¨ o¥p ƒ¬±¤¯ ¶·¤ª¨ l
) σ ) 林网内 „≥ op p p ω p p p ≤Žq
表 3 林网内外小麦日平均光合强度
Ταβ .3 Τηε αϖεραγε πηοτοσψντηεσισ ρατε οφ ωηεατ ιν αγροφοροετρψσψστεµσ ανδ οπεν φιελδσ k°ª ≤ ’ur§°u q«l
日期 ⁄¤·¨ x1ts x1ty x1ut x1uw x1u| 平均 „√ µ¨¤ª¨
林网内
„ªµ²©²µ¨¶·µ¼ ¶¼¶·¨° vt1| vs1w u{1{ vt1t uw1t u|1uy
≤Ž vu1x u|1y uz1z u|1z ut1w u{1t{
„≥ p ≤Ž p s1y s1{ t1t t1w u1z t1s{
图 u 林网内外小麦旗叶光合强度日变程 ¤p前期 o¥p后期
ƒ¬ªqu ⁄¤¬¯¼ ¦²∏µ¶¨ ²©³«²·²¶¼±·«¨¶¬¶µ¤·¨ ²© º«¨¤·¬± ¤ªµ²©²µ¨¶·µ¼¶¼¶·¨°¶
¤±§²³¨ ± ©¬¨ §¯¶qk¤p Œ±¬·¬¤¯ ¶·¤ª¨ o¥p ƒ¬±¤¯ ¶·¤ª¨ l
) σ ) 林网内 „≥ op p p ω p p p ≤Žq
林网对小麦光合强度的日
变化也有一定的影响 ∀小麦光
合强度的日变化有 u种 o一种是
灌浆初期 o水分条件较好 o林网
内外小麦光合强度的最高点都
出现在上午 tt时 o所谓光合作
用的/午休0现象不明显 o而且林
网内外小麦光合强度的差别很
小k如图 u p ¤l ∀第二种是灌浆
后期 o由于空气温度高 o湿度低 o
植株水分供应紧张 o特别是在正
午时间 o这就使林网内外小麦的
光合作用存在着明显的/午休0
现象 o即光合强度在正午 tu ∗
tv时出现一个低谷 o这时林网
内小麦仍保持较强的光合能力 o
这说明林网可以有效地缓解小麦光合作用的/午休0现象 ∀k如图 u p ¥l ∀
313 林网内外小麦水分利用效率的日变化
图 v是林网内外小麦水分利用效率的日变化 o其中 ¤代表水分条件较好的灌浆前期 o¥代表后期 ∀
从图上可以看出 o不论是林网内还是林网外 o前期还是后期 o一天中小麦的水分利用效率最高点都出现
在上午 ts ∗ tu时 o最低点都出现在下午 tw ∗ ty时 ∀和小麦光合作用一样 o也存在着一定的/午休0现
象 ∀这是由于正午以后光合强度较低而蒸腾强度较高的缘故 o林网有利于减缓这一现象 o特别是在小
麦生育后期 o一天中林网内小麦的水分利用率都略高于林网外 o但林网内外的差异随着时间的不同而
不同 o一般在上午开始时k{ ∗ |时l o林网内外水分利用效率差别不大 o甚至林外略高于林内 o而在正午
前后kts ∗ tz时l林网内小麦水分利用效率则明显高于林外 o而且在后期k图 ¥l更为明显 o这显然是后
期林网可以更有效地促进小麦光合作用的缘故 ∀
{t 林 业 科 学 vy卷
图 v 林网内外小麦水分利用效率k¤p前期 o¥p后期l
ƒ¬ªqv ⁄¤¬¯¼ ¦²∏µ¶¨ ²© • ˜∞ ²© º«¨ ¤·¬± ¤ªµ²©²µ¨¶·µ¼ ¶¼¶·¨°¶¤±§²³¨ ± ©¬¨ §¯¶qk¤p Œ±¬·¬¤¯ ¶·¤ª¨ o¥p ƒ¬±¤¯ ¶·¤ª¨ l
) σ ) 林网内 „≥ op p p ω p p p ≤Žq
314 林网对小麦日平均水分利用效率的影响
表 w是林网内外小麦日平均水分利用效率多次观测的平均值 o从表中可以看出林网可以高小麦的
日平均水分利用效率 ∀x天的观测值平均提高 y1vv h o仅有 t天略有降低 ∀从表 w还可以看出 o林网
内外小麦日平均水分利用率的差值是水分条件较差的生长后期大于水分条件较好的生长前期 ∀
表 4 林网内外小麦的日平均水分利用效率
Ταβ .4 Τηε αϖεραγε ΩΥΕ περ δαψ οφ ωηεατ ιν αγροφορεστρψσψστεµσ ανδ οπεν φιελδσ k°ªrªl
日期 ⁄¤·¨ x1ts x1ty x1ut x1uw x1u| 平均 „√ µ¨¤ª¨
林网内
„ªµ²©²µ¨¶·µ¼ ¶¼¶·¨° tz1{y tz1yu tx1|y tw1wz tt1sw tx1v|
≤Ž tz1xu tz1s{ ty1ty tv1uw {1vz tw1w{
„≥ p ≤Ž s1vw s1xw p s1u t1uv u1yz s1|t
315 影响林网内外小麦水分利用效率的因子分析
影响小麦水分利用效率的因子很多 o大概可以分成两部分 }一是环境因子 o包括空气温度 !湿度 !太
阳辐射 !风速 !土壤含水量等 ~二是小麦本身的生理状况 o包括气孔 !水分供应 !叶温 !光合强度 !蒸腾强
度等 ∀这些因子又相互影响 o错综复杂 ∀如生理因子归根结底也受环境因子制约 o对于农林复合系统
来说 o这些因子中 o有些可以使水分利用效率提高 o如降低风速 o降低气温 o提高空气湿度 ∀但有些因子
又可以使蒸腾增加 o从而降低水分利用效率 ∀如林网可以减小气孔阻抗 o这一因子的变化既可以增加
光合 o又可以增大蒸腾 ∀为了综合分析影响小麦水分利用效率的因子 o我们对几天来的观测资料进行
了主成份分析 o参加主成份分析的因子有 }气孔阻抗k Ρ≥l !叶温k ԏl !光合速率( Π) !蒸腾速率( Ε) !太
阳辐射强度( Θ) !空气温度( Τ¤) !空气饱和差( δ) !和风速( ς)共 {个因子 ,其结果见表 x ∀
表 5 主成份分析结果表
פ¥qx • ¶¨∏¯·¶²©³µ¬±¦¬³¤¯ ¤±¤¯¼¶¬¶
因子
ƒ¤¦·²µ¶
第 t主成份
° µ¨¦¨±·¤ª¨¶²© °≤ ´
第 u主成份
° µ¨¦¨±·¤ª¨¶²© °≤ µ
第 v主成份
° µ¨¦¨±·¤ª¨¶²© °≤ ¶ η
u
Ρ¶ p s1usus p s1zs|x s1yvzv s1|xsv
ԏ s1|uzs p s1su|{ s1usuv s1|stt
° s1s|{w s1{tsy s1xswv s1|utt
∞ s1zvt| s1vwux p s1xuuu s1|uxz
± s1xvwt s1y{xt s1v|us s1|s{v
Τ¤ s1|wyu p s1utsx p s1suzv s1|wsv
§ s1|sws p s1vzvt s1sxuv s1|x|u
∂ s1yyzy p s1wtu| s1sywv s1yusv
特征值kΚl Πρινχιπαλ ϖαλυεσ v1{{{| u1tsut t1tvxw (z1tuyw)
贡献率 Χοντριβυτιον ρατε( %) w{1yts| uy1uzyw tw1t|uv ({|1s{ss)
|t w期 樊 巍 }农林复合系统的林网对冬小麦水分利用效率影响的研究
从表 x可以看出 o对第 t主成份影响最大的是空气温度 !叶温和饱和差 o也即是温湿因子 ~对第 u
主成份影响最大的是光合强度 ~对第 v主成份影响最大的是气孔阻抗 o这些反映了生理状况 o前 v个主
成份的累计贡献率达 {|1s{ h o基本可以反映出绝大部分信息 ∀
由此可以基本看出 o在影响小麦水分利用效率的诸多因子中 o以空气温度 !叶温和空气饱和差为最
重要 o其次是光合强度和气孔阻抗 ∀对所观测的资料进行回归分析 o表明水分利用效率和叶温呈负相
关kρ€ p s .{ss) ,和光合强度呈正相关(ρ€ p s .|tw) ∀
w 小结
林网可以提高小麦的水分利用效率 o其日平均水分利用效率的多次平均值林内较林外提高 y1vv h ∀
林网内外小麦水分利用效率有明显的日变化和/午休0现象 o林网可以有效地减缓这一现象 ∀
林网内外小麦的水分利用效率也随小麦的生育期和水分供应状况而变化 o在灌浆前期和水分供应
良好的情况下 o水分利用效率较高 o后期则较低 ∀而且林网对小麦水分利用效率的影响也随着这一变
化而变化 o对后期的影响大于前期 ∀
应用主成份分析的方法对影响林网内外小麦水分利用效率的因子进行了综合分析 o结果表明对第
t主成份贡献最大的是空气温度 !叶温和饱和差 o对第 u和第 v主成份影响最大的是光合强度和气孔阻
抗 ∀回归分析结果表明小麦水分利用效率和叶温呈负相关 o和光合强度呈正相关 ∀
参 考 文 献
北京农业大学农业气象专业 q农业气象学 q北京 }科学出版社 ot|{w otss ∗ twx
曹新孙 q农田防护林学 q北京 }中国林业出版社 ot|{v
范 濂 o胡廷积 q小麦试验研究方法 q河南 }河南科学技术出版社 ot|{w
高伟刚 q冬小麦水分利用效率日变化及其与气象条件的关系 q干旱地区农业研究 ot|{y ou }t{ ∗ uw
中国农科院作物所生理室 q简易测定光合速率法 q农业科技通讯 ot|{t okwl }u
‘11罗森保 q小气候 ) 生物环境k中译本l q北京 }科学出版社 ot|{u
…µ²º± Ž • o• ²¶¨±¥¨µª ‘q×∏µ¥∏¯ ±¨··µ¤±¶³²µ·¤±§ ±¨¨ µª¼ ¥¤¯¤±¦¨ ¤¶¤©©¨ ¦·¨§¥¼ ¤ º¬±§¥µ¨¤®¬± ¤±¬µµ¬ª¤·¨§¶∏ª¤µ¥¨ ·¨¶q„ªµ²± qqt|zt oyv }
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