西北山地花椒-農(nóng)作物復(fù)合種植的生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益研究

羅廣元，李鴻杰，楊 斌

(1.甘肅林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 天水 741020； 2.甘肅省林業(yè)科學(xué)技術(shù)推廣總站，甘肅 蘭州 730046)

西北山地花椒-農(nóng)作物復(fù)合種植的生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益研究

羅廣元1，李鴻杰1，楊 斌2

(1.甘肅林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 天水 741020； 2.甘肅省林業(yè)科學(xué)技術(shù)推廣總站，甘肅 蘭州 730046)

花椒；農(nóng)作物；復(fù)合種植；生態(tài)效益；經(jīng)濟(jì)效益；西北山地

為了掌握西北山地花椒園復(fù)合種植農(nóng)作物的生態(tài)與經(jīng)濟(jì)效益，為花椒生態(tài)栽培業(yè)提供理論指導(dǎo)，以花椒清耕園為對(duì)照，選擇馬鈴薯、荏、大豆3種低稈農(nóng)作物分別與花椒復(fù)合種植，經(jīng)過(guò)4年的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)測(cè)量，結(jié)果表明：①花椒與3種作物復(fù)合種植均有助于降低園地空氣溫度和土壤溫度，提高空氣濕度，改善園內(nèi)小氣候；②復(fù)合種植園土壤含水量、孔隙度均大于對(duì)照，土壤速效氮、磷、鉀和有機(jī)質(zhì)含量較對(duì)照均有提高，種植大豆土壤速效氮含量最高，種植馬鈴薯有機(jī)質(zhì)增量最??；③相對(duì)于傳統(tǒng)清耕園，復(fù)合種植園徑流量減少了39.4%～44.2%，土壤侵蝕量減少了35.9%～42.6%；④年降水量500 mm左右且降水分布較均勻時(shí)，花椒園套種低稈農(nóng)作物對(duì)花椒產(chǎn)量與品質(zhì)無(wú)明顯影響，套種馬鈴薯增益為15 300元/hm2，荏為9 800元/hm2，大豆為5 800元/hm2。

花椒(ZanthoxylumbungeanumMaxim.)為蕓香科花椒屬植物，是傳統(tǒng)上等調(diào)味香料樹(shù)種，也是藥用樹(shù)種和油料樹(shù)種，在我國(guó)已有3 000多年的栽培歷史[1]。據(jù)《齊民要述》引春秋時(shí)期的《范子計(jì)然》記載，“蜀椒出武都，秦椒出天水”[2]。目前花椒在西北黃土高原區(qū)栽培廣泛，位于甘肅東南部的天水市2013年花椒總面積達(dá)3.06萬(wàn)hm2，總產(chǎn)值達(dá)42 164.49萬(wàn)元，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。然而花椒的大規(guī)模種植也不可避免地產(chǎn)生了一些生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，包括出現(xiàn)了群落結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、土地退化、生物多樣性減少、水土流失較重等現(xiàn)象，坡地水土流失嚴(yán)重的地方會(huì)造成須根甚至側(cè)根裸露，樹(shù)體生長(zhǎng)發(fā)育不良，樹(shù)勢(shì)過(guò)早衰退，產(chǎn)量下降。因此，開(kāi)展花椒復(fù)合經(jīng)營(yíng)研究，解決大面積栽培出現(xiàn)的負(fù)面效應(yīng)，對(duì)維護(hù)良好的園地生態(tài)環(huán)境、實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。本研究以花椒清耕園為對(duì)照，分析評(píng)價(jià)花椒與幾種農(nóng)作物復(fù)合種植的生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益，旨在為花椒園的生態(tài)經(jīng)營(yíng)及其可持續(xù)發(fā)展提供指導(dǎo)。

1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于甘肅省東南部的秦安縣王窯鄉(xiāng)，屬隴中黃土高原地帶，大陸性氣候特征明顯，為暖溫帶半濕潤(rùn)半干旱氣候的過(guò)渡地帶，年均溫10.6～11.1 ℃，絕對(duì)最低溫度-18.9 ℃，絕對(duì)最高溫度37.9 ℃，年平均相對(duì)濕度66%，年平均降水量450～500 mm，夏季降水集中，年際變化較大，無(wú)霜期170～186 d，試驗(yàn)地海拔1 590 m。

2 試驗(yàn)方法與內(nèi)容

2.1 試驗(yàn)設(shè)置

試驗(yàn)地為8年生大紅袍花椒盛果期園地，平均坡度8°，栽植密度3 m×4 m，樹(shù)形采用低干簡(jiǎn)化自然開(kāi)心形。在花椒園地中選擇低稈、便于花椒采摘又不易踩踏的3種一年生農(nóng)作物馬鈴薯、荏(蘇子)、大豆分別與花椒套種，以花椒清耕園為對(duì)照，共設(shè)置4個(gè)處理：花椒+馬鈴薯(A)，花椒+荏(B)，花椒+大豆(C)，花椒+清耕(CK)。

各處理中，花椒樹(shù)均做半徑1 m的樹(shù)盤，采用相同的修剪、病蟲(chóng)害防治、秋季施肥等管理技術(shù)，農(nóng)作物在花椒樹(shù)盤外種植。馬鈴薯于4月中旬種植，種植密度40 cm×40 cm，待出苗整齊、約15 cm高時(shí)，采用傳統(tǒng)培土方式起壟。荏于4月上旬種植，出苗后間苗，留苗密度30 cm×30 cm。大豆于4月上旬種植，出苗后間苗，株距約15 cm。10月份作物采收后，進(jìn)行全園翻耕埋枯落物并在樹(shù)盤范圍穴施花椒基肥。

2.2 試驗(yàn)內(nèi)容

2.2.1 地表徑流和土壤侵蝕量的測(cè)定

2012年3月完成CK、A、B、C處理的徑流場(chǎng)建設(shè)工作。徑流場(chǎng)設(shè)在每個(gè)處理的園地中部，面積100 m2(20 m×5 m)，其短邊與等高線水平，下坡一邊建容積為1.5 m3的鋪塑料膜簡(jiǎn)易集水池，其他三邊筑高出地表約15 cm的擋水墻。在試驗(yàn)地附近空曠地安裝雨量筒。2012—2015年4年間，在5—10月測(cè)定各處理徑流場(chǎng)集水池中的水量、水樣含沙量和池底淤泥量，計(jì)算出各處理的地表徑流量和土壤侵蝕量。

2.2.2 生態(tài)效益指標(biāo)的測(cè)定

于2015年8月選擇3天晴朗天氣，在6:00、12:00及18:00測(cè)定各處理園地空氣濕度、氣溫及土壤溫度，計(jì)算均值。

于2015年10月，在4個(gè)處理園地的上部、下部各選取2處共4個(gè)采樣點(diǎn)，每個(gè)采樣點(diǎn)在0～40 cm深度分層取3個(gè)土樣，同處理土樣混合后在實(shí)驗(yàn)室分析。采用堿解-擴(kuò)散法測(cè)定土壤水解氮，氟化銨-鹽酸-鉬銻抗比色法測(cè)定土壤速效磷，中性乙酸銨浸提-火焰光度計(jì)法測(cè)定土壤速效鉀，環(huán)刀法測(cè)定土壤容重，烘干法測(cè)定土壤含水量，外加熱重鉻酸鉀氧化-容量法測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)，通過(guò)土壤容重計(jì)算土壤孔隙度。

2.2.3 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的測(cè)定

經(jīng)濟(jì)指標(biāo)采用全園測(cè)定。在試驗(yàn)?zāi)攴?，分處理園地采摘椒果，烘干、稱量；秋季農(nóng)作物收獲后，測(cè)定馬鈴薯、荏籽、大豆的產(chǎn)量。

3 結(jié)果與分析

3.1 生態(tài)效益

農(nóng)作物與花椒復(fù)合種植形成了較為復(fù)雜的人工生態(tài)系統(tǒng)?；ń穲@經(jīng)營(yíng)中采取整形修剪措施，園地花椒郁閉度保持在70%左右。樹(shù)盤外的園地覆蓋度A處理約為90%，B處理與C處理達(dá)100%。復(fù)合種植提高了園地的生物多樣性，增加了太陽(yáng)能的利用率；農(nóng)作物的根系、落葉增加了土壤有機(jī)質(zhì)含量；種植農(nóng)作物后的耕作及作物根系的活動(dòng)改善了土壤的結(jié)構(gòu)。

3.1.1 小氣候效應(yīng)

森林小氣候是植物群落與環(huán)境相互作用的結(jié)果?；ń穲@4個(gè)處理的小氣候氣象指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 不同處理小氣候指標(biāo)比較

從表1數(shù)據(jù)可知，花椒園套種農(nóng)作物有助于降低空氣溫度和土壤溫度，提高空氣濕度，改善園內(nèi)小氣候。對(duì)照花椒園內(nèi)空氣溫度比空曠地低1.1 ℃，套種農(nóng)作物后園內(nèi)溫度均比對(duì)照?qǐng)@有所下降，其中種植馬鈴薯與種植大豆的降幅基本相同，約為0.1 ℃，而種植荏的空氣溫度相對(duì)CK降低0.2 ℃。對(duì)照花椒園內(nèi)空氣相對(duì)濕度比空曠地增加1.2百分點(diǎn)，園內(nèi)種植馬鈴薯、荏、大豆后，空氣濕度又分別增加0.2、0.6、0.2百分點(diǎn)，以種植荏的花椒園內(nèi)空氣濕度最大，比空曠地增加1.8百分點(diǎn)，初步判斷是荏枝葉繁茂、蒸發(fā)量大，園內(nèi)空氣流動(dòng)相對(duì)緩慢的效應(yīng)。對(duì)照花椒園的平均土壤溫度較空曠地低1.8 ℃，而種植農(nóng)作物后5、10、15 cm深度處3種處理的平均土溫分別比對(duì)照低0.2、0.2、0.3 ℃，并且以種植荏的花椒園土壤溫度降幅最大，不同深度土壤的平均降幅為0.4 ℃，這與荏植株相對(duì)高大、總蓋度高有關(guān)。綜合來(lái)看，花椒與農(nóng)作物復(fù)合種植能進(jìn)一步降低園內(nèi)空氣和土壤溫度，提高園內(nèi)空氣濕度，改善園地小氣候。

3.1.2 土壤改良效應(yīng)

土壤的孔隙度及含水量反映了土壤的持水能力和供水能力[3]。從表2的土壤分析結(jié)果可知，花椒園套種3種農(nóng)作物后土壤含水量、孔隙度均大于園地清耕模式，土壤更為疏松且持水能力增強(qiáng)，水源涵養(yǎng)能力提高。主要原因是植物的根系可以改善土壤的結(jié)構(gòu)，增加孔隙度和通透性，有助于土壤形成團(tuán)粒結(jié)構(gòu)。同時(shí)，作物枯落物及根系腐爛、半腐爛后，增加了土壤的持水能力，減小了容重，提高了孔隙度。種植3種農(nóng)作物的花椒園地土壤含水量及孔隙度間的差別不大，以種植大豆的園地土壤含水量最大，這與其覆蓋度高而蒸騰量相對(duì)較小有關(guān)；土壤孔隙度以種植荏的園地最大，這與其根量大、枯落物量大有關(guān)。

種植農(nóng)作物后土壤速效氮、磷、鉀和有機(jī)質(zhì)含量較清耕均有提高(表2)。從速效氮含量看，以種植大豆的園地最高；速效磷、速效鉀的含量3種種植農(nóng)作物的處理差別不明顯；土壤有機(jī)質(zhì)含量3種種植農(nóng)作物的園地差異較小，但以種植馬鈴薯的增量最小，這與馬鈴薯殘留根量小、枯落物少有關(guān)。不同種植處理的土壤均呈堿性，pH值沒(méi)有明顯差異。

表2 不同處理的土壤理化性狀

3.1.3 水土保持效應(yīng)

測(cè)定每年5—10月的降雨量，測(cè)量徑流小區(qū)集水池中的水量、水樣含沙量和池底淤泥量，計(jì)算出各處理徑流小區(qū)的地表徑流量和土壤侵蝕量，見(jiàn)表3。

表3 不同處理水土保持指標(biāo)

按照表3監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算4年間各處理的平均徑流量與平均土壤侵蝕量，結(jié)果見(jiàn)表4。從表4可見(jiàn)，花椒園套種3種作物后徑流量減少了39.4%～44.2%，土壤侵蝕量減小了35.9%～42.6%，表明花椒園套種作物能有效截留降雨，增加雨水的入滲，減少地表徑流量，減輕雨水對(duì)地表的沖刷，具有明顯的水土保持效應(yīng)。其中以種植荏的處理減流減蝕作用最強(qiáng)，其次為大豆、馬鈴薯，其減流減蝕作用與枝葉量、地面覆蓋度的大小密切相關(guān)。在實(shí)際觀測(cè)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)降雨強(qiáng)度為中雨以下時(shí)，雖然馬鈴薯種植時(shí)的地面覆蓋度相對(duì)較低，但由于培土起壟的作用，對(duì)徑流量、土壤侵蝕量的減量效應(yīng)比種植荏、大豆更好。

表4 不同處理4年平均水保指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

3.2 經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)

試驗(yàn)?zāi)攴?，?duì)花椒試驗(yàn)園中干花椒產(chǎn)量和套種作物產(chǎn)量進(jìn)行測(cè)量，計(jì)算4年產(chǎn)量均值，采用2015年當(dāng)?shù)厥召?gòu)價(jià)格(花椒96元/kg，荏籽8.5元/kg，大豆4元/kg，馬鈴薯1.5元/kg)計(jì)算投入與收益值(不計(jì)人工費(fèi))，結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 不同處理的經(jīng)濟(jì)效益

試驗(yàn)園為西北旱地，試驗(yàn)?zāi)攴莸慕邓炕緷M足花椒及農(nóng)作物生長(zhǎng)的需求。試驗(yàn)地花椒樹(shù)管理采用樹(shù)盤秋施基肥、春施追肥等常規(guī)管理措施，在有較好的降雨情況下，產(chǎn)量與對(duì)照?qǐng)@無(wú)顯著差異，因此不做增益核算，試驗(yàn)園的經(jīng)濟(jì)增益為作物凈收益。作物種植于樹(shù)盤外，產(chǎn)出面積約為園地的1/2，在不計(jì)人工費(fèi)用的情況下，其投入主要是種子費(fèi)。為了進(jìn)行對(duì)比分析，試驗(yàn)?zāi)攴輰?duì)作物未進(jìn)行施肥管理，因而作物產(chǎn)量較農(nóng)田種植低，從凈收益看，A>B>C，即馬鈴薯經(jīng)濟(jì)收益最高，荏其次，大豆最低。

花椒與農(nóng)作物復(fù)合種植，能實(shí)現(xiàn)溫、光、水、土、空間等自然資源的立體利用，提高生態(tài)效益與經(jīng)濟(jì)效益?；ń穲@復(fù)合種植雖可形成良好的園內(nèi)生態(tài)環(huán)境，有利于花椒生長(zhǎng)，但在干旱年份、月份，作物對(duì)水分的消耗會(huì)對(duì)花椒生長(zhǎng)起限制作用，因此，復(fù)合種植需要較好的降水保障。

4 結(jié)論與討論

(1)在栽植密度3 m×4 m的花椒園半徑1 m的樹(shù)盤外種植農(nóng)作物，有助于降低空氣溫度和土壤溫度，提高空氣濕度，改善園內(nèi)小氣候。種植馬鈴薯與大豆的花椒園氣溫降幅基本相同，較對(duì)照?qǐng)@降低約0.1 ℃，種植荏降低約0.2 ℃。園內(nèi)種植馬鈴薯、荏、大豆后，空氣濕度較對(duì)照分別增加0.2、0.6、0.2百分點(diǎn)。種植農(nóng)作物后土壤溫度均低于對(duì)照花椒園，5、10、15 cm三個(gè)深度上分別低0.2、0.2、0.3 ℃，種植荏土壤平均溫度降幅為0.4 ℃。綜合來(lái)看，3種作物中，荏植株相對(duì)高大、枝葉繁茂、蒸發(fā)量大、總蓋度高，種植荏的花椒園內(nèi)空氣溫度、土壤溫度降幅最大，園內(nèi)空氣濕度最大。

(2)花椒園套種馬鈴薯、荏、大豆后土壤含水量、孔隙度均大于花椒清耕園地，表明作物枯落物及根系腐爛、半腐爛后，增加了土壤的持水能力，減小了土壤容重，提高了土壤孔隙度?；ń穲@種植農(nóng)作物后，土壤速效氮、磷、鉀和有機(jī)質(zhì)含量較清耕均有提高，速效氮含量以種植大豆的園地最高，速效磷、速效鉀的含量各處理差別不明顯。試驗(yàn)地未全園施有機(jī)肥，如同森林土壤一樣，有機(jī)質(zhì)主要來(lái)自枯枝落葉的氧化分解[4-5]，種植3種農(nóng)作物的園地土壤有機(jī)質(zhì)含量差異較小，其中馬鈴薯殘留根量小、枯落物少，有機(jī)質(zhì)增量最小。

(3)花椒園種植馬鈴薯、荏、大豆后，相對(duì)于傳統(tǒng)清耕園，徑流量減少了39.4%～44.2%，土壤侵蝕量減小了35.9%～42.6%，表明花椒園套種作物能有效截留降雨，增加雨水的入滲，減少地表徑流量及雨水對(duì)地表的沖刷，有明顯的水土保持效應(yīng)。以種植荏的減流減蝕作用最強(qiáng)，其次為大豆、馬鈴薯，但當(dāng)無(wú)強(qiáng)降雨時(shí)，采用培土起壟種植馬鈴薯對(duì)徑流量、土壤侵蝕量的減量效應(yīng)比種植荏、大豆更好。

(4)在西北黃土高原地區(qū)，當(dāng)年降水量在500 mm左右且降水年內(nèi)分布較均勻時(shí)，花椒園套種低稈農(nóng)作物對(duì)花椒產(chǎn)量與品質(zhì)無(wú)明顯影響，且可獲得額外的作物收益。在試驗(yàn)作物種類中，馬鈴薯收益為15 300元/hm2，荏為9 800元/hm2，大豆為5 800元/hm2。

總體來(lái)看，花椒與馬鈴薯、荏、大豆復(fù)合種植，可增加園地植物多樣性，立體利用光、水、土、空間等自然資源，改善園內(nèi)小氣候，顯著提高生態(tài)效益與經(jīng)濟(jì)效益。馬鈴薯、荏、大豆的旺盛生長(zhǎng)期與花椒果的主要生長(zhǎng)期交錯(cuò)，減輕了對(duì)土壤養(yǎng)分、水分、光能的競(jìng)爭(zhēng)。作為人工經(jīng)濟(jì)林環(huán)境，全園補(bǔ)施有機(jī)肥，合理追施氮、磷、鉀肥，補(bǔ)施鋅、硼、鉬等微量元素肥，增設(shè)補(bǔ)水設(shè)施，會(huì)進(jìn)一步改善土壤養(yǎng)分狀況，改善園地生態(tài)環(huán)境并提高經(jīng)濟(jì)效益。在試驗(yàn)的3種作物中，荏的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)綜合效益好，可在20°以下緩坡、斜坡地種植；馬鈴薯的經(jīng)濟(jì)效益好，在緩坡至平地可選擇種植；大豆可選擇在平地、緩坡地種植。

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(責(zé)任編輯 徐素霞)

中央財(cái)政林業(yè)科技推廣示范資金項(xiàng)目(〔2015〕ZYTG14號(hào))

S792.39

A

1000-0941(2017)04-0031-04

羅廣元(1973—)，男，甘肅平?jīng)鍪腥?，教授，碩士，主要從事水土保持專業(yè)的教學(xué)與研究工作；通信作者李鴻杰(1972—)，男，甘肅天水市人，教授，碩士，主要從事經(jīng)濟(jì)林栽培方面的教學(xué)與研究工作。

2016-05-19