复合农林业(Agroforestry), 又称农林复合系统, 或农用林业, 是一种传统的土地利用和经营方式, 自本世纪70年代中期以来, 由于“人口剧增、粮食短缺、资源危机与环境恶化”这一全球性问题的日益严重, 使之得到了世界上众多的国家和地区, 特别是发展中国家的高度重视。研究表明(庞爱权, 1997; 杨修, 1996; Shulte, 1997; Young, 1997) :复合农林业, 在解决农林“争地”矛盾、改善农业生态环境、提高自然资源利用率、增加农民收入、缓解农村就业压力、促进生态和经济协调发展等方面具有重要的作用与意义。因此, 复合农林业可为农业和农村可持续发展的研究提供一种新的思维和新的领域。

在生态环境较为脆弱、农民收入水平并不很高的太行山低山丘陵区, 发展复合农林业, 无疑具有重要的现实意义。针对生姜生育前期不耐高温、后期喜凉的生理特性, 利用果园的小气候环境, 发展苹果生姜间作经营, 其生理生态学原理明确。苹果是当地农民的重要经济来源, 生姜是一种经济价值较高的调味品, 随着人们生活水平的提高, 市场前景较好。

基于以上认识, 本文将对太行山低山丘陵区苹果生姜间作系统的生态效应、生理效应、产量效应和土地利用率进行试验研究, 旨在为该地区苹——姜复合经营提供理论依据。

1 试验区概况

试验地设在河南省济源市裴村“太行山低山丘陵区复合农林业综合研究”试验区内(35°11′N, 112°03′E)。试验区内各类农林复合经营模式总面积达160 hm²。

试验区地处太行山南段南麓, 属温带大陆性季风气候。全年日照时数为2367.7 h, 年日照率为54%, 总辐射量为118.2 kcal/cm², 稳定通过0℃的多年平均积温为5282℃, 大于等于10℃的多年平均积温达4847℃, 可满足一年两熟耕作制度。历年平均降水量641.7 mm, 基本上能满足作物生长的需要, 但由于受季风气候的影响, 年内季节性分布不均匀。6~9月份多年平均降水量为438.0 mm, 占全年68.3 %, 尤其集中在7~8月份, 占全年的44.3 %。这种冬、春雨雪少, 夏季雨量过于集中的局面, 易造成春旱和夏涝。

试验区土壤以石灰岩风化母质淋溶性褐土为主, 土层厚度:50~80 cm; pH值:6.8~8.5;石砾含量为10%~18%, 有机质含量在1.0%左右。速效氮21.4~80 mg/kg, 速效磷5.4~16 mg/kg, 速效钾50~103 mg/kg。

2 试验设计 2.1 种植方式与果园基本情况

试验于1999年4月~10月在间作果园进行。果园立地:水平梯田, 梯田南北宽度36 m, 东西长度200 m。土壤质地:轻壤-中壤, 土层厚度为60 cm, 面积为0.72 hm², 有灌溉条件。苹果树栽植于1992年, 品种为新红星, 株行距为3 m×4 m, 东西行向。平均树高为2.2 m, 南北冠幅3.2 m, 果园郁闭度为80% (1999年)。在东西方向上, 将果园分成面积相等的两部分, 分别用于间作生姜和清耕(作为对照, CK₁)。生姜品种为莱芜大姜, 4月5日催芽, 5月10日种植于果园行间(留1.2 m直径树盘), 生姜株行距为20 cm×40 cm。另设单作姜园为对照点(CK₂)。清耕果园生产管理与间作果园相同。单作姜园用带叶树枝遮阴, 其它管理条件与间作生姜基本一致。

2.2 主要的观测项目及方法 2.2.1 小气候观测

于果树行间中部(距离果树带2 m)生姜活动面上0.5 m处, 采用通风干湿球表和轻便风速表进行温、湿度和风速的观测。采用ER-2008红外测温仪于水平方向上每隔2行测定生姜冠层叶温。测定时期:5月20日以后, 每隔20d左右选择典型天气日进行观测。测定时刻:7:00~19:00, 每隔1h观测1次。

2.2.2 土壤水分测定

采用烘干法测定0~50 cm土层含水量, 每隔10 cm测定; 测定时期:与小气候观测同步, 雨后或灌溉后加测。

2.2.3 叶绿素含量测定

逐行取生姜叶片, 采用721分光光度计测定叶绿素含量, 取平均值为最后测定值。

2.2.4 光合速率测定

用Li-6200光合仪测定苹果树冠层中部叶片的光合速率。测定时刻:7:00~19:00, 每隔2h测定1次。

2.2.5 叶片蒸腾速率测定

用Li-6200光合仪测定苹果和生姜叶片。测定时刻:7:00~19:00, 每隔2h测定一次。

2.2.6 苹果、生姜产量测定 2.2.7 土地当量(LER)计算:

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3 结果与分析 3.1 生态效应 3.1.1 对生姜冠层叶温和相对湿度的影响

间作系统中, 由于树冠的遮荫作用, 使得系统中生姜冠层叶温明显低于单作姜园、相对湿度高于单作姜园(见表 1), 平均可使生姜冠层叶温降低2.5℃, 冠层空气相对湿度提高25%。在7月上旬~8月上旬, 间作果园的郁闭度已达80%左右, 此时正值天气炎热时期, 所以, 温度的降低和湿度的提高幅度均较大, 分别可达3.0℃~3.5 ℃和30%~40%。

3.1.2 对土壤水分的影响

从表 2可知, 间作系统内0~50cm土层土壤含水量高于清耕果园, 平均可高15%左右。这是由于行间种植生姜后, 增加了地面覆盖度, 减少了土壤蒸发量, 而生姜又是一种低蒸腾耗水量的作物。试验测定表明:5月下旬~8月下旬期间, 清耕果园土壤蒸发日平均值为1.9 mm, 而间作姜园蒸腾量却只有1.1 mm, 生姜蒸腾量低于土壤蒸发量, 所以使得间作果园土壤含水量高于清耕果园。因此, 从土壤水分效应的角度来说, 在半干旱地带的太行山低山丘陵区, 生姜是一种比较适合于实行果农间作的作物。

但间作系统内0~50 cm土层土壤含水量又低于单作姜园。其主要原因是, 苹果蒸腾耗水强度相对较强, 而生姜则相对较弱, 从而影响了土壤水分状况。本研究测定结果表明, 5月20~8月20日, 间作系统中一棵苹果树日平均蒸腾耗水达4.2 mm, 而单作姜园生姜日蒸腾耗水只有1.44 mm, 仅为苹果的30.0%。所以, 在干旱时期, 还需适度加强间作姜园的水分管理。

3.1.3 对土壤容重的影响

生姜收获后20天(10月22日)分别测定清耕果园和间作果园内0~50 cm土壤容重, 结果表明:间作果园的土壤容重(1.337 g/cm³)比清耕果园(1.365 g/cm³)低2.1%。土壤容重的降低, 则说明了间作生姜后, 可起到提高土壤孔隙度, 改良土壤物理结构的作用。

3.2 生理效应 3.2.1 对生姜叶片叶绿素含量的影响

由上文可知, 果园间作生姜, 可起到不同程度地降低生姜冠层叶温, 提高空气相对湿度等作用, 所以将会影响到生姜生理活动。叶片叶绿素含量是一个重要的生理指标, 研究表明(见表 3):间作系统内生姜叶片的叶绿素含量明显高于单作姜园, 可提高8.4~20.7%, 平均可达16.6%。

3.2.2 对苹果光合速率的影响

从表 4可知, 对比清耕果园, 间作系统可使苹果叶片净光合速率提高5.0~16.2%, 平均可提高10%左右, 这主要是由于间作系统的土壤水分效应所致。水分是苹果树体内含量最多的物质, 果实和叶片的水分含量分别可达83~92%和55~64% (杨振伟, 1996), 而土壤水分, 则是其主要直接来源, 它与苹果的生长发育有着密切的关系(陈尚谟, 1988)。土壤水分含量, 可通过叶片水分状况或改变根系向叶片供应内源激素水平而直接影响果树光合作用。试验发现(程来亮, 1990) :土壤水分不足, 会导致苹果叶片CO₂的同化量显著降低。因此, 本试验结果可以说明:在光温资源充足而土壤水资源紧缺的丘陵山区, 实行苹果生姜间作, 在提高土壤湿度、增加果树光合生产能力等方面具有切实可行的生产意义。

3.3 产量效应与土地利用率

由于果园间作系统的生态效应和生理效应, 从而为生姜和苹果的增产奠定了良好的基础。从表 5可知:间作系统可使生姜单位面积产量提高3.13%, 苹果单位面积产量提高2.0%。土地当量(LER)可达1.64, 对比清耕果园和单作姜园, 间作系统可使土地利用率提高64.0%, 所以说, 间作系统所产生的产量和土地利用效应, 对耕地资源比较紧张的低山丘陵区来说, 无疑具有重要的现实意义。

4 结论与讨论

苹果间作生姜系统, 具有降低生姜冠层温度、提高空气湿度与土壤湿度等生态作用; 由于生态效应的存在, 使得生姜叶片叶绿素含量比单作姜园高16.6%;苹果叶片光合速率比清耕果园苹果叶片高10.0%;在生态效应和生理效应的作用下, 间作系统可使生姜和苹果单产量分别提高3.13%和2.0%, 故产量效应比较明显; 间作系统的土地当量值可达1.64, 对比清耕果园和单作姜园, 土地利用率可提高64%。