晋西黄土区苹果大豆间作系统果树遮阴强度的时空分布

农林复合是晋西黄土区重要的水保经济林经营方法,苹果大豆间作系统是其中最常见的一种,定量解析苹果大豆间作系统遮阴强度的时空动态分布特征及其规律,可以为基于光环境的果农间作系统配置模式提供一定的理论基础,为晋西黄土区水土保持工作与农业可持续发展做出贡献。本研究以晋西黄土区5年生苹果与大豆的间作系统为研究对象,通过定位监测和数学分析相结合的研究方法对间作系统中果树遮阴强度的时空分布及其对大豆的影响进行研究。根据光合有效辐射实测值绘出遮阴强度的单日变化图表和生长期变化图分析出遮阴强度的时空分布规律以及与大豆产量的相关程度。结果表明:1)苹果大豆间作系统内遮阴强度从果树中心位置向四周递减,树行北侧、南侧平均遮阴强度分别为0. 29和0. 22,果树西侧、东侧平均遮阴强度分别为0. 26和0. 24; 2)间作作物在结荚期、开花期及苗期等不同物候期的日平均遮阴强度分别为0. 28、0. 17和0. 14; 3)试验样区大豆生物量和产量分布也表现为从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光竞争,大豆应集中种植在间作系统的中心区域,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来增加大豆的产量。

晋西苹果＋大豆间作土壤水分分布及其对大豆生长的影响

果农间作是晋西黄土区农林复合的主要模式之一。采用定位监测方法,以4、6和8年生苹果与大豆间作系统为研究对象,分析其土壤水分空间分布及其对大豆生长的影响。结果表明:1)不同树龄苹果+大豆间作系统在垂直方向上土壤含水量随着土层深度增加而增高,在水平方向上土壤含水量随着距离果树距离的增大而增高;2)土壤含水量总体表现为8年生间作系统>4年生间作系统>6年生间作系统,8年生间作系统比4年生间作系统高3.13%,比6年生间作系统高10.38%;3)随着树龄的增长,间作大豆平均株高、生物量和产量均逐渐减小,其中8年生间作系统中,大豆生长受影响最严重。随着果树树龄的增长,建议增加果农界面的距离或适时停止复合经营。

核桃-大豆间作系统细根分布及地下竞争

以晋西黄土区核桃-大豆间作系统为研究对象,采用分层挖掘法对核桃-大豆间作系统细根分布特征及地下竞争状况进行研究,旨在为该地区果农间作系统的高效可持续经营提供科学依据。结果表明:核桃细根在垂直方向上主要分布在0～40cm土层内,水平方向上55.7%的细根集中分布在距树行0.5～1.5m区域中;间作物大豆的根系在垂直方向上集中分布在0～20cm土层内,水平方向上根干重随距树行距离的增加呈增加趋势;在水平方向上距树行1.0～2.5m的区域是核桃和大豆地下种间竞争主要发生区,其中以1.5～2.0m区域的竞争最为剧烈。

苹果-大豆间作系统细根分布变异及地下竞争

果农间作系统中各组分细根的空间分布决定了其对土壤水分和养分的竞争能力,细根的空间变异反映了间作系统各组分对地下资源的适应性策略,而细根的生态位重叠程度反映了因生态位重叠而产生的竞争关系。以晋西黄土区典型的苹果-大豆间作系统为对象,采用分层挖掘法对苹果树和大豆进行根系取样,定量研究间作系统各组分细根的空间分布变异及地下竞争。结果表明:水平方向苹果细根生物量集中分布在距苹果树行0.5～1.3 m区域,而大豆细根生物量随着距苹果树行距离的增大而逐渐增多;苹果细根生物量在20～40 cm土层分布最多,而大豆细根主要分布在0～20 cm的表土耕作层;与单作系统相比,间作抑制了苹果和大豆细根的生长,并促使间作苹果细根向深层土壤移动,间作大豆细根向上层土壤移动;距苹果树行0.5～2.1 m区域大豆的竞争能力强于苹果,且大豆对苹果的竞争作用在0～20 cm土层深度占绝对优势,而苹果对大豆的竞争作用在20～100 cm土层深度占据优势;随着距苹果树行距离的增加,苹果-大豆间作系统的竞争强度逐渐减弱,距苹果树行0.5～1.3 m区域间作系统对地下资源的竞争较为强烈。本研究为苹果-大豆间作系统种间关系调控及可持续经营提供了科学依据。

乔化稀植苹果树冠投影的理论模型研究

农林复合系统光分布决定着该系统的功能和效应,模型是研究该系统光分布的有效手段,但目前仍然缺少能够模拟果农复合系统光照时空尺度分布的模型研究。本研究以黄土高原典型农林复合系统中的苹果树为研究材料,针对自由纺锤形(4年生)和疏散分层形(6年生)2种冠形的苹果树,推导出了树冠上任一点投影至地面的坐标方程;并将树干投影边界模型分为卵圆形函数、卵圆形方程和圆形方程构成的分段函数、圆形函数3种情况,建立了单株苹果树冠的投影边界模型。在消除半影效应后,4年生和6年生苹果树的阴影边界模拟值与实测值之间的决定系数均大于0.76,树冠投影面积计算值与实测值决定系数均大于0.938,表明该模型可较精确地描述苹果树冠的地面投影。研究结果证明该模型能够用于树冠的林下光照分析,并可在稀植苹果园遮光邻体对林下光照时空分布的进一步研究中发挥作用,为林下太阳辐射强度预测和确定林下作物适宜种植区域提供理论依据。

果树树冠遮阴模型的改进

【目的】农林复合系统林下太阳辐射作为间作作物光合作用的能量来源,直接影响着间作作物的生态过程和生产力水平。研究果农间作系统内果树的遮阴范围和遮阴强度对果农间作系统配置及间作距离的确定具有重要的意义。【方法】遵循平行光线下的相似性原理,将果树按其树体缩小50倍,根据实测苹果树体形状制作不同龄级的苹果树3D模型,利用树体模型在研究区进行了果树遮阴范围的测定试验。将实测得到的树冠遮阴范围与依据太阳高度角和太阳方位角推算出的单株苹果树冠遮阴范围进行对比分析,对树冠遮阴范围表达式各参数进行优化。【结果】通过实测树冠遮阴范围与模型得出的树冠范围的对比分析,结果表明实测图与模型推算图相比,存在偏移和缩小。此现象主要是由于模型推算图仅考虑太阳方位角和太阳高度角对果树遮阴范围的影响,但是,当太阳光线接触果树冠层后会出现偏移未被考虑。因此,对现有的果树遮阴模型进行优化,经优化后的修正方位角和修正高度角推算得出的修正树冠遮阴范围,与实测遮阴范围的重合率均达到94%。【结论】改进后的树冠遮光数学模型能够较准确地模拟实际树冠的遮阴范围。