【论文精选】晋西黄土区苹果大豆间作系统果树遮阴强度的时空分布

农林复合经营作为黄土高原地区广泛使用的一种土地利用模式，在控制水土流失、恢复生态平衡、提高土地利用率，协调农林用地矛盾和增加经济效益等方面具有显著的成效，在晋西黄土区，果树与农作物间作系统是重要的农林复合经营模式之一。在果树冠层郁闭之前，大豆、花生、玉米等农作物常作为间作作物种植在果树树行之间，达到充分利用水、肥、光、土地等自然资源以及长短期收益互补的经营目的。果农间作系统根据不同果树、作物以及自然资源的特征，因地制宜地确定不同的时间和空间配置模式以充分利用各种自然及人力资源，以求获得最大收益；然而果农间作系统中果树和间作作物之间同时存在着互补性和竞争性，基于减少种间竞争促进种间资源协同利用最大化的目的。果树和间作作物之间的竞争关系主要集中在对水分、养分以及光照的竞争之上。果树和间作作物之间对光照的竞争主要体现在果树对间作作物的遮阴之上，而果树遮阴的研究较为薄弱，光照对作物影响的研究严重制约着果农间作系统中基于水、肥、光等多因子耦合的种间关系研究，并成为果农间作系统种间关系调控的技术瓶颈。果树的遮阴范围和强度影响间作作物所能接收到的光合有效辐射(photosynthetically active radiation, PAR)，光合有效辐射控制着作物的净光合速率(P_n)，进而影响作物的生物量和产量。前人的研究受到实验仪器等限制，对果树遮阴的研究只研究到作物的行间差异，尚未深入间作区域内同一行植株间遮阴的差异性，对遮阴强度和范围的时间空间变化规律也停留在数学模型模拟阶段。

本试验以晋西黄土区具有代表性的苹果大豆间作系统为研究对象，通过定位监测与数学分析等试验手段，确定间作系统内各生长阶段各点果树遮阴强度实测值总结出苹果大豆间作系统中遮阴强度的时空变化规律，以期为当地果农间作系统配置模式的科学调控提供一定的理论基础，为晋西黄土区的水土保持和农业可持续发展做出贡献。

研究区位于山西省西南部的临汾市吉县，属于典型的黄土残垣沟壑区。吉县属暖温带大陆气候，年均降水量571mm，年平均气温9.9℃，年平均日照时间2563.8h，年平均太阳总辐射量5424MJ/m²，无霜期172d。该地区的主要土壤类型是黄土母质的褐土，土层深厚，适宜种植果树及农作物。果-农间作的果树树种主要为苹果(Malus pumila)、杏(Prunus armeniaca)、桃(Amygdalus persica)和核桃(Juglans rregia)，农作物主要有大豆(Glycine max)、玉米(Zea mays)和花生(Arachis hypogaea)。

将PAR传感器按照格网点分布排列，记录相关数据。得出以下结论：

苹果大豆间作系统内遮阴强度从果树位置向4棵果树中心递减，果树西侧上午受遮阴影响较大，果树东侧下午受遮阴影响较大，树行北侧平均遮阴强度0.29＞树行南侧平均遮阴强度0.22，果树西侧平均遮阴强度0.26＞东侧平均遮阴强度0.24。

各监测点光合有效辐射强度日变化曲线

结荚期日平均遮阴强度0.28＞开花期日平均遮阴强度0.17＞苗期日平均遮阴强度强度0.14。

不同生长期果树遮阴强度的空间二维分布

试验样区大豆生物量和产量分布也表现为从试验区4角果树位置向试验区中心位置递增。果树遮阴强度与大豆的生物量和产量显著负相关且结荚期遮阴强度对产量影响最大。为了有效缓解苹果-大豆间作系统的种间竞争，大豆应集中种植在间作系统的的中心区域，同时苹果树行的北侧和西侧的种植量应略小于苹果树行的南侧和东侧的种植量。此外，在大豆的结荚期可以采用铺设反光膜等增加林下光合有效辐射的农艺措施增加大豆的产量。

大豆生物量和产量与不同时期遮阴强度的相关系数

果农间作系统中果树与间作作物的光竞争主要体现在果树对间作作物的遮阴作用之上，而林下PAR强度是计算遮阴强度的重要指标，因此对林下PAR的准确测定是对果树遮阴强度研究的关键一步。现有的研究中，大多通过将间作作物划分为几行，对行内PAR进行平均的方法来分析不同行之间的遮阴强度差异，但实际上遮阴强度在行内也存在较大的差异。本研究依托于自动监测仪器，对林下PAR的定位监测可以从“样线法”再进一步到“网格法”，通过对试验样区内二维平面内PAR日变化的网格化监测，可以对果树遮阴有更加具体更加准确的分析。林下PAR日变化受到太阳辐射日变化和果树树荫随时间变化的共同作用，太阳辐射随时间呈“先增加后减少”的“单峰型”变化规律，而果树树荫在从果树西南方向以果树基部为中心顺时针随时间经过果树北侧移动到果树东南方向，5年生苹果树林分内的果树遮阴范围在南北方向上没有重叠，在东西方向上有一定重叠。因此，在试验样区内，树冠下几处传感器在全天都受到很强的遮阴作用，PAR日变化均值较低、起伏较小；树冠边缘几处PAR传感器在某一时段内受到较强的遮阴作用，其他时间受遮阴影响较小；试验样区北侧受到的遮阴影响较南侧更大；试验样区东侧在主要在上午受到遮阴影响，而试验区西侧主要在下午受到遮阴影响。分析认为由于一天中太阳辐射强度最强的时间位于12:00—14:00，试验样区西侧日平均PAR高于东侧，导致了实验样区西侧的日平均遮阴强度低于东侧。最终的PAR测定结果与许华森建立的苹果树下光合有效辐射传输模型的推导结果趋势一致；但可能由于果树冠型与标准冠型的差异，在具体的遮阴强度上尚存在一定差异。在大豆的几个生长季之间，试验样区内遮阴强度的二维分布发生了一定变化，分析认为这是由于在大豆苗期、开花期和结荚期之间太阳辐射强度和太阳高度角发生了一定变化，果树的遮阴强度和遮阴范围也随之发生了一定变化。总体上看，从苗期到结荚期，试验样区内受到的遮阴影响呈上升趋势，分析认为主要原因是在苗期(6月中旬)，太阳高度角较大，果树遮阴范围较小；在结荚期(9月中旬)，太阳高度角较小，果树遮阴范围较大。

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