农林复合系统又称复合农林业(agroforestry)，是一种传统的土地利用和经营方式，其实践历史与古代农业基本平行，但其实践意义和理论价值长期以来未能得到足够重视，直至20世纪70年代，由于“人口剧增、粮食短缺、资源危机、环境恶化”等全球性问题的出现，才促使人们越来越深刻地意识到森林与21世纪可持续发展休戚相关的重大意义以及拯救森林的紧迫性。由于在短期内完全恢复森林状态，特别是在农区既不可能也无必要，因此人们才真正从科学的角度重视复合农林业。国内外农、林界学者大力提倡发展以防护林为主体结构的复合农林业系统，以增加森林覆盖率，使得复合农林业受到世界上众多国家和地区的普遍关注和广泛重视。但是由于国家之间在经济、社会、自然条件等方面存在差异，使得研究和实践方面侧重点有所不同。为促进各国实践经验和理论研究的交流，推动复合农林业的发展，“国际复合农林业研究中心”(ICRAF)于1976年在加拿大国际发展研究中心(IDRC)的资助下得到成立。

Agroforestry一词 最早出现于1977年由IDRC完成的《树木、粮食和人类》项目文件中。该词的出现引起了世界各国农林业专家的广泛关注，并予以各种各样的定义(King，1979； Nair，1985； Lundgren，1990； 蒋建平，1990； 李肇齐，1991； 熊文愈，1991； 谢京湘等，1988； 娄安如，1994； Leakey，1997)。为更好地适应资源与环境持续管理的复杂性，ICRAF主任Leakey于1996年对农林复合系统又做了如下解释： Agroforestry是一种动态的、以生态学为基础的自然资源管理系统，通过在农地及牧地上种植树木达到生产的多样性和持续发展，从而使不同层次的土地利用者获得更高的社会、经济和环境方面的效益(Leakey，1997)。

自然资源利用率是衡量农业生态系统健康稳定的重要指标之一。由于不同作物和树木在生长周期和空间分布上存在差别，从而表现在对光照、水分、养分以及土地等自然资源的利用方面存在差异(李文华等，1994)。农林复合系统时空结构的合理配置，打破了单一的农业生产模式，将林木与作物或牧草、药材等有机地结合在一起，形成一个多类型、多层次、多功能的立体复合种植系统，在提高资源利用率方面具有独特功能。自然资源利用率一直是农林复合系统的重要研究内容，对优化选择结构配置模式具有重要指导作用。本文将概述我国农林复合系统光能、水分、养分和土地等资源利用率的研究进展，以期为农林复合系统的发展提供科学依据，为进一步深入研究农林复合系统功能及效应提供参考。

光资源是作物生产的基本能源，光能利用率是计算林木与作物生产力的重要指标，是进一步研究农林生态系统能值与能流、生产力效应具有的基础数据。利用作物间生长期的长短及播种期的早晚，错开主要光竞争时期，解决茬口、季节矛盾，可保证前后季作物都有充足的生育期，从而获得高产。如进行冬小麦(Triticum aestivum)、夏玉米(Zea mays)、春玉米立体种植，可使田间高光合效率的旺长期延续交替，从而充分利用光能资源，提高光能利用率和增加光合产物。

黄淮海平原是我国重要农区，林网式杨农复合系统、杨树(Populus)防护林网内的梨(Pyurs communis)农间作系统(以下简称“杨梨农复合系统”)是该区海河平原普遍存在的农林复合系统。孟平等(1999)研究表明，对比单作作物系统，林网式杨农复合系统、杨梨农复合系统可使小麦光能利用率分别提高13.0%，7.5%，经加权平均计算后，二者系统总体光能利用率比单作小麦系统分别高18.9%，31.1%，可见复合系统内层次越多，结构越复杂，则总光能利用率越高，多层次立体复合系统可有利于充分利用光能资源； 吴刚等(1994)在黄淮海地区豫北平原研究发现，沙兰杨(Populus ×canadensis cv. ‘Sacrou 79’)-小麦/玉米复合系统、泡桐(Paulownia tomentosa)-小麦/玉米复合系统和苹果(Malus pumila)-小麦/花生(Arachis hypogaea)复合系统光能利用率分别为1.0%，1.047%和1.138%，比单作作物系统的0.729%分别提高37.2%，43.6%和56.1%； 方升佐等(2004)在黄淮海地区徐淮平原研究表明，6种不同株行距的7年生杨树-小麦间作模式的光能利用率比单作小麦提高18.8％～43.8％。

李文华(2003)也得出在杨-麦、杨-大豆(Glycine max)和杨-玉米间作系统中，光能利用率比对照分别提高35.32%，48.51和27.62%；泡桐作物复合系统中，受泡桐遮荫影响的也只是树冠下有限面积的作物，对于行间作物仍有明显的增产作用。

在渭北旱塬区，王忠林(1998)研究表明，小麦与花椒(Zanthoxylum bungeanum)、杨树、苹果、泡桐、杜仲(Eucommia ulmoides)间作系统内小麦光能利用率的平均值比单作小麦高52.6%，且提高幅度旱年高于丰水年。

在晋西黄土丘陵沟壑区，高峻等(2006)研究退耕还林地林草复合模式生态效应，对比侧柏(Platycladus orientalis)-杂草复合模式(CK)，侧柏-沙打旺(Astragalus adsurgens)复合模式、侧柏-草木犀(Melilotus officinalis)复合模式、侧柏-紫花苜蓿(Medicago sativa)复合模式可使牧草光能利用率提高49.1%～97.2%。

在四川盆地及浅丘农区，向成华(1996)研究表明，林农复合系统光能利用率比单作农地系统高9.8 %～14.1 %；费世民等(2000)研究指出，与农地系统相比，光能利用率可提高12.09%，具有较大的生产潜力。

在岷江上游干旱河谷地区，包维楷(1998)研究表明，苹果+小麦／玉米→蔬菜／苕子(Vicia villosa)复合模式、苹果+小麦／大豆→苕子／蔬菜复合模式、花椒+玉米／马铃薯(Solannum tuberosum)复合模式3种典型复合系统内的作物及蔬菜总光能利用率分别为1.205％，0.661%，0.752%，远高于单作系统的0.297%～0.731％。

由于不同作物和树木在生长周期和空间分布上存在差别，因此农林复合系统通过树木和作物配置，不仅能够协调农林用地矛盾，而且可以使复合系统中的各组分生态互补，更加高效地利用土壤中的水分与养分等资源。土壤水分是农林复合系统中各组分竞争的主要对象，很多研究表明农林复合模式能提高系统内的土壤含水量。如翟进升等(2005)对低丘红壤的南酸枣(Choerospondias axillaris)与花生复合系统、云雷(2008)对黄土区7种典型果农复合系统等的研究都表明复合系统土壤含水量均高于纯农地，从而大大提高系统的水分可利用率。

水分利用效率(water-use efficiency，WUE)是植物生理活动过程中消耗水形成有机物质的基本效率，是确定植物体生长发育所需要最佳水分供应的重要指标之一(Bohn et al., 2002)。WUE是表征与评价农林复合系统功能与效应的重要指标之一，是水资源紧缺地区农林复合系统结构与模式优化选择的重要评价之一。在黄淮海平原，陆光明等(1992)研究表明，对比单作作物系统，林网式杨农复合系统可使冬小麦、玉米WUE分别提高15.2%，16.1%。孟平等(1999)进一步研究证实该类复合模式可使冬小麦、玉米WUE提高7.4%，7.5%，经加权平均计算后，系统总体WUE比单作作物系统高5.3%。 樊巍(2000)研究表明，林网式农林复合系统可以使冬小麦日平均WUE提高6.33％，小麦WUE也存在着“午休”现象，林网可以有效地缓减这一现象。 张劲松等(2002)研究银杏(Ginkgo biloba)-小麦间作系统水热效应，结果发现，拔节-腊熟期，小麦叶片WUE比单作麦田高2.4%～5.3%，平均约高4.1％，其中，开花-灌浆期提高幅度最大，为5.3%。 孟平等(2004)研究多行带宽带距梨树-小麦间作系统资源利用特征，结果表明，在小麦拔节至乳熟期间，间作系统内小麦叶片WUE要高于单作小麦，平均约高8.7%，其中，在灌浆期提高幅度最大，为14.7%。

在太行山低山丘陵区，何春霞等(2012a)研究表明，对比单作小麦系统(MW)，石榴(Punica granatum)-小麦间作系统(MIW)在小麦返青期、拔节期、扬花期、灌浆期可使小麦叶片WUE提高4.29%，10.86%，3.01%和3.49%，核桃(Juglans regia)-小麦间作系统(WIW)在小麦拔节期可使小麦叶片WUE提高13.84%，而在其他3个物候期，WIW与MW之间的小麦WUE差异不显著。

在晋西黄土区，代巍等(2009)研究表明，苹果-绿豆(Vigna radiata)复合模式、核桃-绿豆复合模式内果树叶片WUE高于苹果-玉米、核桃-玉米复合模式内果树叶片水分利用率； 并认为，主要由于玉米对果树的遮荫使果树的光合速率偏低，而玉米对空气流动的阻碍作用又使得果树与玉米复合类型温度偏高，果树的蒸腾速率反而高，致使与玉米复合的果树水分利用率明显低于与矮秆农作物复合的果树。

养分利用效率反映了植物对养分环境的适应状况和利用状况，生产单位生物量需要从土壤中吸收的养分数量可以反映其对养分的利用效率，对养分的吸收量多表明其利用效率低，吸收量少表明其利用效率高，而不同养分之间的差异说明了植物对不同养分的需求特征(吴发启等，2003)。孟平等(2003)研究表明，豫东平原林网内农田的土壤养分较林外农田高；在太行山低丘山区，苹果-平菇(Pleurotus ostreatus)、苹果-沙打旺复合系统的土壤有机质、速效氮和速效钾含量可提高30%以上；南方丘陵山区柑橘(Citrus reticulata)-香根草(Vetiveria zizanioides)的土壤养分相比单作柑橘园也有明显提高。赵英(2006)研究发现，复合使得南酸枣能够利用施于花生区及淋失到60 cm深处的养分，提高养分的利用率，但同时也导致养分的竞争并影响花生的生长。

多数试验表明，豆科树种与间作农作物之间氮素竞争作用较弱，可能是豆科作物能够通过自身的生物固氮作用满足其氮素需求(Rowe et al., 1999)。农林间作引起光能分布差异也会影响养分利用、水分状况及生产力，且光能的竞争对产量的影响或许被养分、水分竞争影响所减弱或加强。戴晓琴(2006)研究发现，农林复合系统有效地利用了土壤氮素养分，减少氮的损失，从而降低了地下水硝态氮污染的风险；但农林复合系统由子树根的周转循环，显著增加了深层土壤全氮和有机碳含量，分别为24.0%～43.3%和28.9%～84.5%。

我国耕地资源紧缺，在平原及低丘农区尤其如此。农林复合系统通过采用不同方式配置树木和作物，使复合系统中各组分更加合理地利用土壤中的各种自然资源，提高土地利用率和总的生产力。研究、了解农林复合系统土地利用效应，对优化选择复合系统的结构配置具有重要指导意义。

在黄淮海平原农区，孟平等(2004)研究表明，对比单作麦田和清耕梨园，多行带宽带距梨树-小麦间作系统，土地利用率可提高19.0%，即在相同的管理条件下，间作所需要的土地面积是单作的1.19倍；并认为，在该研究区域适度这种宽带距多行带的果粮复合模式，农林“争地”不会太突出。 在东北平原农区，朱文旭等(2012)研究表明，2年生桑树(Morus alba)-谷子间作系统的土地当量比(LER)为1.153。 在太行山低山丘陵区，张劲松等(2001)研究发现，9年生、3 m×4 m 株行距苹果-生姜(Zingiber officinale)间作系统土地当量值可达1.64，对比单作系统，土地利用率可提高64%。何春霞等(2012b)研究表明，9年生、3 m×4 m核桃-小麦间作系统增产率达67%，土地利用率可提高67%。 在晋西黄土区，云雷等(2011)研究得出，10年生的核桃-花生、核桃-大豆、苹果-花生和苹果-大豆4 种典型果农间作模式可使土地利用效率提高 63%～78%，平均提高70%。

李文华等(1994)研究认为，以杨为主的间作，在第1，2年，杨树对小麦无影响，在第3，4年稍有影响，从第5年开始则对小麦有明显的抑制作用。尽管有抑制作用，但杨麦间作地林农总的经济效益却比单作作物的高，表明杨农间作系统的土地利用效率要高于单作作物。枣农间作系统中，枣树(Ziziphus jujuba)根系在地下空间与作物的矛盾很小，株行距为4 m×10 m的枣农间作系统，间作物的种植面积可达90%～97%，因此，枣树和作物不存在争地矛盾，在土壤管理上可以一举数得，具有省工、省时、效益高的优势。

Wu等(1991)研究证明，泡桐与小麦合理复合，小麦可增产10%～30%，土地利用效率大大提高。李文华(2003)得出，尽管泡桐林冠下对玉米的产量有所影响，但是无林冠遮荫的带间玉米产量与无林地相比则有较大幅度的提高，增减产相抵后，泡桐复合仍可使玉米增产20%。 在低山丘陵区，土地干旱瘠薄，种植农作物受益较低，特别是在大旱之年，但果药间作系统则能获得较高的经济效益，果树的土地利用面积不因间作药材而减少，果园所需的中耕除草等抚育工序基本上被中药材的经营管理所代替，降低了经营成本，促进了果树的生长，提高了土地利用率和经济效益。此外，对杉木(Cunninghamia lanceolata)和黄连木(Coptis chinensis)、毛竹(Phyllostachys edulis)和天麻(Gastrodia elata)以及杨树和药材的复合经营模式都能充分利用林地光能、水分和土地等自然资源，且比单作模式下的土地利用率有大幅度提高。但树木达到一定年龄阶段后，可能会对间作植物产量所有降低，此时可根据树木的遮荫程度，将行间林地划分成与树木行向平行的数条带状种植区域，分别种植不同耐荫程度的药用植物种类，以充分利用林地光、水、土地等自然资源，获得最佳经济效益(李文华，2003)。

就已有研究结果而言，农林复合系统具有提高光能、水分、养分及土地等自然资源利用率等重要作用，只是由于气候、树种林种及其密度和林龄、作物种类的差异，使得提高的幅度有所差异而已。但在研究尺度、研究内容、研究手段及方法等方面均需进一步深入和完善。

在时间尺度方面，已有研究仅局限于某一年度或主要生长季节，而林木生长周期长，各类农作物、林木及牧草等均存在物候期，并有一定的差异性，其生育过程不仅受气候因素的影响，而且还具有地域性，因此，加强长期性和动态性研究，以深入揭示复合农林业资源利用特征及其影响机制是十分必要的。在空间尺度方面，现有研究主要侧重林分尺度，应加强区域性尺度农林复合系统(特别是农田防护林系统)资源利用效率研究，为国家及地方政府林业发展战略的制定及实施提供宏观性的理论依据。

我国地域广阔，气候类型多样，农林复合系统类别及其配置模式多样，各模式管理技术也有所差异。在农林复合系统自然资源利用率方面，已有研究只是典型案例而已，并主要集中于单一管理模式下的林(果)农复合系统，因此有待进一步研究不同水肥及修枝等管理条件下的相关内容，并加强林(果)药、林(果)草等复合系统及其不同管理模式的自然资源利用率的研究工作。此外，机制性研究内容有待加强，如： 现有研究工作分析农林复合系统自然资源利用效率的影响机制时，主要侧重于小气候特征等。因此，应结合种间水分关系、水碳耦合等方面，进一步分析水分利用的影响机制； 应结合叶绿素及光谱成分等指标，进一步分析光能利用的影响机制； 应结合光能利用效率和水分利用效率，进一步分析土地利用的影响机制。

长期以来，我国农林复合系统自然资源利用率研究均为试验研究，并以人工观测为主。试验研究(特别是人工观测)虽可保证数据原始性和真实性，但受天气因素及植物自身物候期、人力物力等客观条件的限制，难以开展长期性、连续性、区域性的试验观测，制约了研究结果的普适性，影响了推广应用价值。模拟研究可弥补试验研究的局限性，如能试验与模拟研究相结合，可进一步提高农林复合系统自然资源利用率研究的深度与广度。

农林复合系统是一门边缘性交叉学科，因此其研究方式应注重多专业、多学科、多部门间的联合和渗透，以积极发挥整体研究优势，实现研究、教育、推广、生产一体化，将研究成果更好地应用于农林复合经营的生产实践。

总之，未来我国农林复合系统资源利用效应的研究尺度应更为综合，研究手段及方式应更为完善和先进，研究内容应更加丰富和深入。