条桑(也称地桑、桑墩、桑朴子)是桑属(Morus)植物栽培种的通称，有着悠久的栽培历史。桑粮间作是冀东沙区重要的经营模式，以滦河下游的迁安市和滦县最为常见，仅迁安市就有条桑1 960 hm²，其中梯田桑坝414 hm²。它把多年生的灌木和1年生的作物结合起来，不仅起到了很好的生态防护作用，而且有利于作物稳产高产(刘金柱等，2004a;2004b;范国明，2006;张俊娥等，2007a;2007b)。目前，关于农林复合系统生物量及养分循环的研究很多，而关于桑粮间作复合系统生物量及其养分积累的研究还未见报道。为此，本文对2种立地条件下的白桑(Morus alba)和花生(Arachis hypogaea)间作系统的生物量、生产力和养分积累量进行初步探讨，为桑粮间作复合模式的结构和功能研究及系统的合理经营提供依据。

1 试验区概况

试验区位于河北省迁安市(39°51′—40°51′ N，118°29′—118°56′ E)的平原地安新庄和丘陵地北高庄，属暖温带大陆性季风气候，年日照时数2 675.3 h，年均气温10.1℃，最高气温38.9 ℃，最低气温-28.2 ℃，年有效积温3 854℃，全年无霜期168 d，年降雨量722 mm。平原地土壤为沙土，地块平整，白桑和花生相间栽培，桑行南北走向，株距0.4 m，桑行距10~15 m，其中以12 m间距为代表; 丘陵地多在坡度为10~25°的坡耕地上沿等高线修成水平梯田，田面宽度为12.5 m，田坎高度为1 m，田坎侧坡为60~70°，地边埂高10~20 cm，宽为30 cm左右。条桑主要栽植在埂坎上，向侧坡压条，形成护坡即“桑坝”。梯田为壤土，土层较薄，约为50 cm，土层下为花岗岩; 调查地条桑均为栽植50年的白桑，田面间作花生。每年春播花生，同时进行桑行锄草和施肥，秋收后砍条平茬，统一经营管理。在这里需要说明的是，试验地花生品种均为双花20，另外该系统目前未开展养蚕业，而且人们在收获桑条时没有把桑叶带走。

2 试验方法 2.1 白桑地上部分生物量测定及凋落物收集

在踏查基础上，以立地条件、桑行走向、条带宽度、桑行距为依据。在平原沙地和丘陵梯田分别设置6块20 m×50 m的标准地。白桑为丛状灌木，标准地调查以墩为单位，每块标准地有白桑200墩，花生面积为0.092 hm²，分别调查每墩白桑的冠幅、条数量、条的长度、基径(条为1年生，一般在作物收获后即收割地上部枝条)，然后求出每块标准地的平均数，再根据平均数找出每块标准地的标准株，2种立地下共选择标准株12个。用收割法将各标准株地上部齐地面割倒，将每株分别按枝和叶分开烘干称重，计算全墩生物量。白桑落叶期为10月上旬，此前并无太多枯枝落叶，故选择10月份在每块标准地内设置1 m×1 m的样方3个，收集样方中的全部凋落物，烘干称重后推算单位面积凋落物总量，近似年凋落物量。

2.2 花生生物量调查

花生生物量调查采用样方收获法，于10月初测定，在每块标准地的桑行间各设置1 m×1 m的样方3个。按花生的根、茎、叶、果实分别收获，称其鲜质量，然后全部带回实验室，烘干称质量。

2.3 土壤样品采集与土壤性质测定

按对角线5点取样法在间作田表层土壤0~10 cm处取样，2种立地下各取3份，每份质量1 kg，进行养分测定。沿桑行方向的根基中心设调查线，不同立地下各挖土壤剖面6个，对0~10及30~40 cm的土层用环刀法取原状土样，测定土壤密度、水分常数等物理性状。

2.4 营养元素的测定

采用重铬酸钾容量法-稀释热法测定有机质含量，碱解扩散法测定碱解氮含量，N用半微量凯氏法，P用钼蓝比色法测定，K、Ca、Mg用原子吸收仪测定(鲍士旦，2002)。

2.5 营养元素净吸收量测定

白桑地上部和花生的营养元素净吸收量采用下列公式计算：

式中：ΔP_N为平均净吸收量(kg·hm^-2a^-1)，W为生物量(t·hm^-2)，a为年龄，c为营养元素含量(g·kg^-1)。桑条、桑叶及花生各器官都是1年生，故其年龄都取1。

3 结果与分析 3.1 土壤理化性质

不同立地条件下桑粮间作田土壤主要理化性质见表 1和2。2样地的土壤密度、孔隙度、水分常数以及养分含量都明显不同，0~10 cm土层的土壤密度为平原沙地大于丘陵梯田，田间持水量、毛管持水量、饱和含水量、土壤总空隙度以及养分含量则小于丘陵梯田，而30~40 cm土层的物理性状恰恰相反。这表明平原沙地表层土壤不如丘陵梯田，但深层土壤疏松多孔，透气性好，持水力强，更利于条桑根系的伸展。

3.2 生物量 3.2.1 白桑生长特征及地上部生物量

样地标准株的地上部生长及生物量结构见表 3。在平原沙地，白桑的平均冠幅3.75 m，平均枝条长158.48 cm，平均基茎0.84 cm，平均枝条数62.33根，地上部总生物量干质量2.65 kg，其中：条1.81 kg，叶0.84 kg。而丘陵梯田条桑的生长明显差于平原沙地，分别为平原沙地白桑的80.00%(平均冠幅)、70.85%(平均条长)、76.19%(平均基茎)、68.46%(平均条数)、67.75%(地上部总生物量)、56.55%(条生物量)及77.17%(叶生物量)。上述结果表明，沙地白桑的生长明显优于桑坝，可能与不同立地的土壤理化性质密切相关。

从表 3中还可以看出，不同立地条件下，白桑地上部分生物量分配有所不同，平原沙地白桑合成物质更多地分配于枝条部分，而桑坝白桑叶的生物量所占比例相对较大。这可能与白桑根系生长的空间分布格局有关，据张俊娥等(2007b)的研究，沙地白桑的根系分布较深、根量大，而桑坝白桑根系水平分布纵横交错明显，桑丛间生长竞争相对较大，较多的叶更有利于其进行物质合成。另外，沙地桑丛具有较大密度的枝条能够起到很好的防风固沙作用，这也可能是长期适应自然环境的结果。

3.2.2 花生生物量

表 4反映了不同立地条件下桑粮间作生态系统中花生生物量的构成，无论是平原沙地还是丘陵梯田，均表现为果实所占比例最大，根的比例最小。但平原沙地花生生物量明显高于丘陵梯田。

3.2.3 桑粮间作生态系统生物量

表 5反映了不同立地条件下整个桑粮间作生态系统生物量(不包括条桑多年生根)的构成，从表 5可以看出，平原沙地桑粮间作系统中，白桑生物量占总生物量的47.84%，花生占52.16%。丘陵梯田系统中，白桑生物量占总生物量的54.69%，花生占45.31%。可见在该间作模式下，白桑和花生均为有机物的主要生产者。就桑粮间作系统而言，总生物量以平原沙地较大，达到10.64 t·hm^-2，为丘陵梯田的1.88倍之多。

3.3 生产力 3.3.1 白桑地上部净生产力

生产力是指单位时间单位面积上的生物产量，它是光合作用每年生产的有机质减掉呼吸消耗所剩的部分(樊巍等，2000)。由表 6可以看出，无论是平原沙地还是丘陵梯田，白桑地上部生产力构成中，桑条所占的比重都大于桑叶。平原沙地白桑的地上部总生产力为丘陵梯田的1.69倍，其中条为1.84倍，叶为1.35倍。

3.3.2 间作系统生产力

白桑-花生间作系统生产力(不包括条桑多年生根)由白桑地上部净生产量和花生净生产量2部分组成。从表 7中可以看出，在平原沙地间作系统中，白桑生产力占总生产力的50.06%，稍大于花生所占比例，而丘陵梯田系统中白桑生产力占总生产力的56.21%，明显大于花生所占比例。另外，平原沙地间作系统生产力为11.11 t·hm^-2a^-1，为丘陵梯田的1.90倍。从生态位特征看，白桑与花生间作，能充分分享一定的养分和生境资源，在地下部分，前者根系主要集中于20~40 cm土层，后者根系分布较浅，主要分布于0~20 cm土层(张俊娥等，2007b)。立地条件较好的平原沙地间作系统更有利于在保证生态效益的基础上实现经济效益，对于立地条件较差的丘陵梯田，应在进一步提高粮食生产的基础上，有效开展桑蚕业，从而提高收益。

3.4 营养元素的积累 3.4.1 营养元素含量

不同立地条件下间作系统不同组分的营养元素含量见表 8。从表 8可以看出，同化器官桑叶和营养体花生果实的营养元素含量均较高，桑条中营养元素含量最低。2种立地条件下，白桑中除了N元素含量明显低于花生外，P、K、Ca、Mg各元素含量都高于花生，但5种营养元素在白桑中的总含量低于花生。从各营养元素总含量来看，平原沙地系统中除了P之外，N、K、Ca、Mg的含量都高于丘陵梯田系统。

3.4.2 营养元素的积累量

不同立地下白桑、花生的5种营养元素的积累量见表 9。由表 9可以看出，平原沙地桑粮间作系统营养元素的积累即总净吸收量为281.98 kg·hm^-2，其中白桑占37.03%，花生占62.97%。丘陵梯田桑粮间作系统营养元素总净吸收量为140.80 kg·hm^-2，白桑占45.22%，花生占54.78%。从各营养元素净吸收量分布来看，平原沙地系统中白桑对N和Mg的净吸收量小于花生，而对P、K、Ca的净吸收量大于花生，丘陵梯田系统中条桑除了对N的净吸收量小于花生外，对其他4种元素的净吸收量都大于花生。另外，2种立地下5种营养元素的净吸收量有着相似的分布规律，即分布次序为N＞K＞Mg＞Ca＞P。

3.4.3 营养元素的取走量与归还量

不同立地条件下，桑粮间作生态系统从土壤和空气中净吸收或固定的营养元素量是不同的，而这些元素并非在收获时被完全取走，因为桑条和农产品是主要收获对象，而其他各器官所含的养分均随凋落物及收获残留物归还给桑粮间作生态系统。

由表 10可以看出，2种立地下各营养元素的归还率均为Ca＞K＞Mg＞P＞N。另外，2种立地桑粮间作系统中，5种营养元素总量的归还率有明显差别，丘陵梯田桑粮间作生态系统的营养元素总量归还率比平原沙地高23.23%，从而增加了营养元素的利用率。但是无论是取走量还是归还量，平原沙地桑粮间作系统都要大于丘陵梯田，这与平原沙地桑粮间作系统的营养元素年净吸收量高于丘陵梯田有关。

4 结论与讨论

不同立地桑粮间作系统中，条桑对5种营养元素的净吸收量分别占系统总净吸收量的37.03%和45.22%，均小于花生所占比例，这样的营养元素分配结构有助于桑粮间作系统农业和桑蚕业经济效益最大化。从整个系统来看，平原沙地P元素含量虽低于丘陵梯田，但各元素的积累量及总量均表现为平原沙地大于丘陵梯田，这主要是因为平原沙地的生产力大于丘陵梯田，同时也说明营养元素积累随立地质量降低而降低，这与一些人工林相似(聂道平，1993;肖祥希，2000)。

2种立地条件下，桑粮间作系统中各营养元素归还率均为Ca＞K＞Mg＞P＞N，丘陵梯田桑粮间作生态系统中5种营养元素总量的归还率比平原沙地高23.23%，从而更有利于营养元素的利用。但是就整个系统而言，平原沙地桑粮间作系统的营养元素年净吸收量高于丘陵梯田，所以，平原沙地每年得到的养分回归量要高于丘陵梯田。同时也应注意到，无论是平原沙地还是丘陵梯田桑粮间作生态系统的养分归还率并不是太高，特别是N和P较低，这主要是由于人们收获了桑条及农作物秸秆，若再开展桑蚕业，则会使养分归还量更少。因此，必须适时合理增施有机肥料，尤其应加大对氮肥和磷肥的施用，增加产量并保证生态系统的养分平衡(Fu et al., 1995;Jasper et al., 2005)，从而增加生态系统的稳定性、促进系统物质的良性循环(Conway，1987)。

目前关于农林复合生态系统养分循环(Raddad et al., 2006;Sharma et al., 2002;Sharma et al., 1994)的研究已有很多，今后应加强养分循环在农林复合系统经营管理方面尤其是养分优化配置上的利用，应用计算机、数学模型(Liu et al., 1991;Groot et al., 2003)来研究养分元素在生态系统中的动态变化，预测农林复合生态系统的发展趋势。