平原區(qū)農(nóng)田林網(wǎng)內(nèi)光量分布及對小麥生物量的影響

摘 要：對平原區(qū)農(nóng)田林網(wǎng)光量分布、作物截獲光量和生物量進行了研究，結(jié)果表明：林網(wǎng)內(nèi)小麥各時期的光量均呈現(xiàn)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(shù)均呈現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)出離林帶越遠產(chǎn)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(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系，其中灌漿期關(guān)系最密切，R2達到0.9217。

關(guān)鍵詞：農(nóng)田林網(wǎng)；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(chǎn)出的農(nóng)林復合系統(tǒng)可以更好地利用生態(tài)空間、深度挖掘生物資源潛力，提高土地利用效率[1]。農(nóng)林復合系統(tǒng)（Agro-forestry）又稱為農(nóng)用林業(yè)、復合農(nóng)林業(yè)或混農(nóng)林業(yè)，是一種多功能的土地利用方式[2]。目前，農(nóng)林復合系統(tǒng)的研究已成為一門新興的邊緣性學科，為農(nóng)業(yè)和林業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供了新的思維和新的領(lǐng)域[3]。

然而，復合農(nóng)林系統(tǒng)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(yǎng)分、水分等，其中林木的競爭優(yōu)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(chǎn)量嚴重下降等情況[9～11]，因此需要從多方面進行農(nóng)林系統(tǒng)優(yōu)化。目前，我國山東、河南等多省平原地區(qū)種植了大面積楊樹林，涌現(xiàn)出許多農(nóng)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(chǎn)、生產(chǎn)缺乏理論指導等諸多問題。因此，研究優(yōu)化復合農(nóng)林系統(tǒng)的技術(shù)措施對生產(chǎn)指導具有重大意義。

長期以來，相關(guān)研究對復合農(nóng)林系統(tǒng)內(nèi)生態(tài)因子的變化缺乏長期定位觀測，本試驗對典型平原區(qū)楊樹林網(wǎng)內(nèi)光合有效輻射進行定位觀測，并對間作小麥的葉面積指數(shù)和生物量進行測定，旨在為農(nóng)田林網(wǎng)的合理規(guī)劃與可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。

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(shù)1 883 h。該地區(qū)農(nóng)田林網(wǎng)格局規(guī)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(wǎng)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(nèi)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(cè)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(nèi)設置取樣區(qū)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(shù)據(jù)采集器每1 min記錄數(shù)據(jù)1次。

1.3.2 葉面積指數(shù)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(shù)，每個生長階段測定1次。

1.3.3 生物量的測定 在取樣區(qū)域內(nèi)將1 m2 樣方內(nèi)的小麥全部取出，稱其鮮重，后于實驗室內(nèi)80℃下連續(xù)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(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理采用Excel 2003和SPSS 13.0軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 農(nóng)田林網(wǎng)對入射光量的影響

農(nóng)田林網(wǎng)內(nèi)小麥各生育期入射光量均呈現(xiàn)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(wǎng)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(xiàn)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(xiàn)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(wǎng)內(nèi)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(guān)，這對于小麥產(chǎn)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(guān)系密切。

2.2 農(nóng)田林網(wǎng)對小麥葉面積指數(shù)的影響

葉面積指數(shù)（LAI）是一個重要的植物學參數(shù)和評價指標，并在農(nóng)業(yè)、林業(yè)以及生態(tài)學等領(lǐng)域得到廣泛應用[12～14]。圖1顯示，林網(wǎng)內(nèi)小麥葉面積指數(shù)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(xiàn)出增大趨勢，到距離林帶最遠的第5點處達到最大。林網(wǎng)內(nèi)小麥各點葉面積指數(shù)均呈現(xiàn)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(nóng)田林網(wǎng)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(shù)以及入射光方向的夾角[15，16]。林網(wǎng)內(nèi)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(shù)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(xiàn)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(guān)。

林網(wǎng)內(nèi)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(shù)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(shù)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(guān)系密切；開花期小麥因其較高的葉面積指數(shù)，截獲光量僅次于灌漿期。林網(wǎng)內(nèi)各時期截獲光量依次是灌漿期>開花期>成熟期>苗期。

2.4 農(nóng)田林網(wǎng)對小麥生物量的影響

作物干物重一直是農(nóng)林科學研究的重點[17，18]，是農(nóng)田林網(wǎng)研究的目標之一。圖2顯示，林網(wǎng)內(nèi)小麥生物量各時期均呈現(xiàn)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(wǎng)對小麥生物量的影響加劇，各點呈現(xiàn)出隨離林帶距離增加而遞增的趨勢。開花期干物質(zhì)積累各點出現(xiàn)明顯差異，最小值出現(xiàn)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(jié)束，臨近林帶的小麥干物質(zhì)積累十分緩慢，從第3點開始，干物質(zhì)

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(guān)系

有研究表明，作物截獲光量與產(chǎn)量關(guān)系十分密切[5]，通過分析（圖3），林網(wǎng)內(nèi)小麥生物量與截獲光量相關(guān)性密切，各時期均呈現(xiàn)出較強的正相關(guān)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(guān)性最緊密的是灌漿期，R2達到0.9217，該時期是小麥生長發(fā)育的關(guān)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(guān)；開花期和成熟期關(guān)系較緊密，R2分別達到0.8837和0.865。

3 結(jié)論

農(nóng)田林網(wǎng)內(nèi)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(xiàn)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(xiàn)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(shù)影響較大，葉面積指數(shù)隨著與林帶距離的增加呈現(xiàn)出增大趨勢，林冠下第1點葉面積指數(shù)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(shù)隨時期推延呈現(xiàn)出先增高后降低的趨勢，開花期最高，成熟期最低。

林網(wǎng)內(nèi)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(shù)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(guān)系密切；開花期小麥因其有較高的葉面積指數(shù)，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(shù)較低有關(guān)。

林網(wǎng)內(nèi)小麥生物量各時期均呈現(xiàn)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(guān)。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(guān)性密切，各時期均呈現(xiàn)出較強的正相關(guān)。其中，灌漿期生物量與截獲光量關(guān)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?？梢钥闯?，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(shù)進而影響作物截獲光量來實現(xiàn)的。參 考 文 獻：

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