平原區農田林網內光量分布及對小麥生物量的影響

摘 要：對平原區農田林網光量分布、作物截獲光量和生物量進行了研究，結果表明：林網內小麥各時期的光量均呈現隨距林帶距離增加而增高的趨勢，時期不同各點之間差異較大；遮陰影響依次是成熟期>灌漿期>開花期>苗期；小麥各點葉面積指數均呈現隨時期推延先增高后降低的趨勢，在開花期達到最高，隨著距林帶距離的增加各點LAI呈現出增大趨勢；各時期截獲光量依次是灌漿期>開花期>成熟期>苗期，成熟期各點之間差異最大；小麥生物量各時期均呈現出離林帶越遠產量越高的趨勢，開花期生物量增加迅速，成熟期生物量達到最大；各時期生物量與截獲光量均呈現出正相關關系，其中灌漿期關系最密切，R2達到0.9217。

關鍵詞：農田林網；光量分布；LAI；截獲光量；小麥生物量

中圖分類號：S512.1；S344.2 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2012）10-0040-05

我國人口眾多，土地資源緊張，建立多功能、低投入、高效益、高產出的農林復合系統可以更好地利用生態空間、深度挖掘生物資源潛力，提高土地利用效率[1]。農林復合系統（Agro-forestry）又稱為農用林業、復合農林業或混農林業，是一種多功能的土地利用方式[2]。目前，農林復合系統的研究已成為一門新興的邊緣性學科，為農業和林業可持續發展提供了新的思維和新的領域[3]。

然而，復合農林系統中的作物與林木之間存在多方面的相互競爭，包括光照、土壤養分、水分等，其中林木的競爭優勢遠遠大于林下作物[4～8]，尤其林木對林下作物的遮陰影響會造成林下作物的生長不良、產量嚴重下降等情況[9～11]，因此需要從多方面進行農林系統優化。目前，我國山東、河南等多省平原地區種植了大面積楊樹林，涌現出許多農林復合模式，但目前仍舊面臨著3年以上樹齡林下作物嚴重減產、生產缺乏理論指導等諸多問題。因此，研究優化復合農林系統的技術措施對生產指導具有重大意義。

長期以來，相關研究對復合農林系統內生態因子的變化缺乏長期定位觀測，本試驗對典型平原區楊樹林網內光合有效輻射進行定位觀測，并對間作小麥的葉面積指數和生物量進行測定，旨在為農田林網的合理規劃與可持續發展提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗在河南省長葛市董天龍村進行。地理坐標34°11′N，114°01′E，屬中原腹地，土壤肥沃，為暖溫帶大陸性季風氣候，四季分明，雨熱同季，年平均氣溫14.3℃，年平均降雨量689.7 mm，年平均日照時數1 883 h。該地區農田林網格局規整，楊樹品種為107楊（P. ×euramericana cv.‘107’），2003年種植，樹齡7年。試驗地為林網格局中一個方格，長寬320 m×640 m，四周被林帶包圍。林帶由三行楊樹組成，楊樹株行距2 m×3 m，平均高度15 m，平均胸徑15 cm，平均枝下高4.5 m，東西冠幅平均約5.5 m。試驗地內種植小麥，品種為矮抗58。

1.2 試驗設計

在試驗地東邊，南北走向林帶西側設置2條平行觀測線，觀測線按照距離南北走向林帶自東向西0.1H、0.5H、1H、2.6H、3.6H布置測試點（H為樹高），分別標記為第1點到第5點，第5點為對照；2條測線相距15 m。測試點平行范圍內設置取樣區域，樣方面積為1 m2。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 光合有效輻射的測定 每個測試點設置1個光量子傳感器，觀測記錄各測點PAR變化。傳感器支架高3 m，10個傳感器均由CR1000數據采集器每1 min記錄數據1次。

1.3.2 葉面積指數的測定 采用LAI-2000冠層分析儀測定各測試點小麥葉面積指數，每個生長階段測定1次。

1.3.3 生物量的測定 在取樣區域內將1 m2 樣方內的小麥全部取出，稱其鮮重，后于實驗室內80℃下連續烘干，至恒重，稱其干重，計算含水量，求出測點單位面積生物量干重。每個生長階段測定1次。

1.4 數據處理

數據處理采用Excel 2003和SPSS 13.0軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 農田林網對入射光量的影響

農田林網內小麥各生育期入射光量均呈現出離林帶越遠光量越高的趨勢（表1），林下遮陰明顯，至1倍樹高范圍外林帶遮陰影響不再明顯，生長時期不同測試點之間差異較大。

林網對小麥苗期遮陰較輕，各測試點入射光量變化差異不明顯，從林下第1點到第5點入射光量呈現出升高趨勢，趨勢較平緩，第1點與對照比值為0.858，第2點達到0.966。開花期各點入射光量變化明顯，從第1點到第3點出現明顯的升高趨勢，比值從第1點的0.629上升到第3點的0.968，第3點后變化平緩，平均比值達到0.988。灌漿期和成熟期變化趨勢一致，灌漿期第1點到第3點入射光量迅速升高，與對照比值由0.538上升到0.974，第3點后變化平緩。小麥成熟期林帶遮陰影響最大，冠下第1點和第2點入射光量與對照比值只達到0.480和0.805。

林帶對作物的遮陰影響程度依次是成熟期>灌漿期>開花期>苗期，距離林帶最近的第1點遮陰最明顯，四個生育時期第1點入射光量與對照比值依次是0.480、0.538、0.629、0.858。同處于林冠下的第2點遮陰較明顯，入射光量與對照比值從苗期的0.966降到成熟期的0.805。處于1倍樹高位置的第3點遮陰效應影響很小，入射光量與對照比值差異甚微，整個生育期比值始終保持在0.96以上。

林網內小麥不同生育時期的入射光量中，灌漿期入射光量最大，這與該時期的太陽輻射強度及氣象條件有關，這對于小麥產量收獲有利；成熟期光量僅次于灌漿期；苗期光量略高于開花期，這與兩個時期林帶遮陰程度關系密切。

2.2 農田林網對小麥葉面積指數的影響

葉面積指數（LAI）是一個重要的植物學參數和評價指標，并在農業、林業以及生態學等領域得到廣泛應用[12～14]。圖1顯示，林網內小麥葉面積指數在距離林帶最近的第1點始終最低，隨著與林帶距離的增加各點LAI呈現出增大趨勢，到距離林帶最遠的第5點處達到最大。林網內小麥各點葉面積指數均呈現出隨生育時期延后先增高后降低的趨勢，開花期達到最高，后逐漸降低，成熟期降到最低。

2.3 農田林網對小麥截獲光量的影響

作物所截獲的光量決定于入射光量、作物的葉面積指數以及入射光方向的夾角[15，16]。林網內小麥各時期均是離林帶越遠截獲光量越大（表2），由于受葉面積指數的影響，各點之間的差異更加明顯。從苗期開始，林下第1點截獲光量就受到林帶較大影響，與對照比值低于0.7，到成熟期低至0.35；第2點在灌漿期與對照比值僅達到0.782，第3點與對照比值在開花期和灌漿期低于0.9。各點截獲光量與對照比值隨生育時期推延基本呈現出降低趨勢。在成熟期，第2點和第3點與對照比值比灌漿期略高，這可能與林帶遮陰使作物延遲衰老有關。

林網內不同生育期小麥截獲光量差異很明顯，小麥苗期時入射光量與葉面積指數都較低，該時期截獲光量最少，最大值只達到262.01 mol/m2；其次是成熟期，小麥進入成熟期后生長基本停止，葉面積指數達到最低；灌漿期小麥截獲光量最大，這與該時期入射光量充足關系密切；開花期小麥因其較高的葉面積指數，截獲光量僅次于灌漿期。林網內各時期截獲光量依次是灌漿期>開花期>成熟期>苗期。

2.4 農田林網對小麥生物量的影響

作物干物重一直是農林科學研究的重點[17，18]，是農田林網研究的目標之一。圖2顯示，林網內小麥生物量各時期均呈現出離林帶越遠生物量越高的趨勢，苗期時各點生物量干重變化不大，該時期楊樹林帶遮陰不明顯，并且小麥生長緩慢。從開花期開始，小麥生物量迅速增加，林網對小麥生物量的影響加劇，各點呈現出隨離林帶距離增加而遞增的趨勢。開花期干物質積累各點出現明顯差異，最小值出現在林下第1 點，隨后一直增加。灌漿期變化趨勢與開花期基本一致。成熟期小麥基本停止生長，灌漿結束，臨近林帶的小麥干物質積累十分緩慢，從第3點開始，干物質

積累增加明顯，第4點后基本保持不變，對照點達到最大值。

2.5 小麥生物量與截獲光量的關系

有研究表明，作物截獲光量與產量關系十分密切[5]，通過分析（圖3），林網內小麥生物量與截獲光量相關性密切，各時期均呈現出較強的正相關性，不同時期生物量與截獲光量之間的緊密性差異較明顯，其中，相關性最緊密的是灌漿期，R2達到0.9217，該時期是小麥生長發育的關鍵時期；苗期的緊密性最差，R2只有0.6042，這與該時期林帶遮陰較輕及作物生長緩慢有關；開花期和成熟期關系較緊密，R2分別達到0.8837和0.865。

3 結論

農田林網內林帶的存在致使不同測試點入射光量變化明顯，小麥各生育時期均呈現出離林帶越遠光量越大的趨勢，林下第1點光量始終最低，最大值出現在距離林帶最遠的第5點。不同時期遮陰影響大小依次是成熟期>灌漿期>開花期>苗期。

林帶對小麥葉面積指數影響較大，葉面積指數隨著與林帶距離的增加呈現出增大趨勢，林冠下第1點葉面積指數最低，離林帶最遠的第5點最高。在不同生育時期之間，小麥葉面積指數隨時期推延呈現出先增高后降低的趨勢，開花期最高，成熟期最低。

林網內小麥各時期均是離林帶越遠截獲光量越大，在遮陰最嚴重的成熟期，

林下第1點截獲光量只占對照點的35%；不同時期截獲光量依次是灌漿期>開花期>成熟期>苗期，截獲光量受到入射光量和葉面積指數的影響，灌漿期小麥截獲光量最大，這與該時期入射光量充足關系密切；開花期小麥因其有較高的葉面積指數，截獲光量僅次于灌漿期；苗期和成熟期截獲光量較低，與其葉面積指數較低有關。

林網內小麥生物量各時期均呈現出隨距林帶距離增加而增大的趨勢。苗期因生長緩慢，各點差異不大；苗期到開花期生物量積累迅速，各點差異明顯；開花期到成熟期生物量積累緩慢，這與該時期作物主要進行生殖生長有關。受到林帶遮陰影響，林冠下第1點生物量積累始終很緩慢。

通過分析得知小麥生物量與截獲光量相關性密切，各時期均呈現出較強的正相關。其中，灌漿期生物量與截獲光量關系最密切，R2達到0.9217；苗期緊密性最差，開花期和成熟期R2分別達到0.8837和0.865。可以看出，林帶對作物生物量的影響主要通過影響入射光量和作物葉面積指數進而影響作物截獲光量來實現的。參 考 文 獻：

[1] 孫尚偉，夏新莉，劉曉東，等. 修枝對復合農林系統內作物光合特性及生長的影響[J]. 生態學報，2008， 28（7）：3186-3192.

[2]盧 琦. 農用林業研究的回顧與展望[J]. 世界林業研究， 1996， 5（2）：39-47.

[3]孟 平，張勁松，樊 巍，等.農林復合生態系統研究[M].北京：科學出版社，2004，5-25.

[4]趙興征，盧劍波.農林系統研究進展[J].生態學雜志，2004，23（2）：127-132.

[5]李芳東，王保平，傅大立. 桐麥間作系統內光量分布及其對小麥產量的影響[J].北京林業大學學報，1998，20 （3）：101-107.

[6]翟進升，王明珠，張 斌，等. 低丘紅壤南酸棗與花生復合系統種間水肥光競爭的研究[J].中國生態農業學報，2006，14（2）：82-84.

[7]Willey R W， Reddy M S. A field technique for separating above and below-ground interactions in intercropping： an experiment with pearl millet/groundnut[J]. Exper. Agric.，1981，17：257-264.

[8]李芳東，傅大立，王保平. 桐麥間作系統輻射光譜成分變化規律的研究[J].生態學報， 2000，20（1）：109-117.

[9]王興祥，張 斌，王明珠，等.低丘紅壤復合農林系統光能競爭與生產力[J].生態學雜志， 2002，21（4）：1-5.

[10]吳正峰，劉俊華，萬書波，等. 遮光持續時間對花生莢果產量和品質的影響[J].山東農業科學，2011，2：30-33.

[11]裴保華，袁玉欣，王 穎. 模擬林木遮光對小麥生育和產量的影響[J].河北農業大學學報，1998，21（1）：1-5.

[12]張曉艷，王麗麗，封文杰，等.花生紅邊特征及其葉面積指數的高光譜估算模型[J].山東農業科學，2010，3：11-15，19.

[13]吳 彤，倪紹祥，李云梅，等.由冠層孔隙度反演植被葉面積指數的算法比較[J].南京師范大學學報（自然科學版），2006，29（1）：111-115.

[14]劉建平，陳永杰，韓京峰，等.三種肥料不同供氮水平對濰縣蘿卜葉面積的影響[J].山東農業科學，2010，9：60-62.

[15]Anderson M.Stand structure and light penetration.Ⅱ.A theoretical analysis[J].Journal of Applied Ecology，1966，3：41-54.

[16]Fisher R A. Number of kernels in wheat crops and the influence of solar radiation and temperature[J]. Journal of Agriculture Science （Cambridge）， 1985，105：447-661.

[17]樊廷安，李 順，劉鳳洲.噴施植物生長調節劑對小麥生長發育的影響[J].山東農業科學，2010，6：89-90.

[18]張 潔，葛紅根，游延軍，等. 豫東沙壤土不同施氮量對小麥群體動態和產量的影響[J].山東農業科學，2011，12：84-85. 山 東 農 業 科 學 2012，44（10）：48～50