渭北农林复合系统生产力及其土根响应

发布时间：2018-05-13 22:45

  本文选题：农林复合系统 + 细根　； 参考：《西北农林科技大学》2016年博士论文

【摘要】：农林复合经营是在综合考虑社会、经济和生态因素的前提下,将乔木、林果或灌木有机的结合于农牧生产系统中的一种土地利用方式,具有为社会提供粮食、饲料和其他林副产品等多种产出的优势。鉴于此,农林复合经营在渭北黄土区被广泛应用。然而,农林复合系统作为一种人工系统在本地区的稳定性和可持续性如何是亟需探讨的议题。土壤生态是植被系统可持续性的关键,特别是在水资源缺乏的黄土区更是如此。对农林复合系统土壤生态的研究,有助于理清其可持续性机制;同时也可以为经营可持续性强,产出稳定性高的农林复合系统提供理论指导。本研究以核桃(Juglans regia)-小麦(Triticum aestivum)间作复合系统为研究对象,分别以两者的单作系统为对照,讨论核桃-小麦间作对土壤水分入渗、土壤水分、浅层土壤温度、土壤理化性质及根系活动等土壤生态因子的影响;分析各土壤生态因子与系统可持续性和产出的关系。目的是阐明农林复合系统土壤和根系与生产力的关系,为农林复合系统科学管理提供理论依据。主要研究结果如下:核桃-小麦间作系统的年耗水量比两单作系统均高。但是核桃-小麦间作可以通过降低地表径流量,增加土壤水分入渗,在水分充裕月份年份使土壤水分亏缺得到迅速补充,从而防止土壤水分持续亏缺的发生,实现系统的可持续。核桃-小麦间作与两单作系统相比,可以有效降低夏季日内5、10和25 cm地温的峰值及高温时段的土壤温度。在整个生长季节(3~10月)复合系统5、10和25 cm月平均地温,均低于两单作系统且存在显著差异;特别是5 cm地温与两单作系统的差异最大。这有利于降低核桃-小麦间作系统内土壤水分的无效蒸发。三种土地利用方式的初始入渗速率和稳定入渗速率均为核桃-小麦间作�e小麦单作�e核桃单作。与两单作系统相比核桃-小麦间作在种植的第9年后就可以显著提高土壤的水分入渗速率,但其有效的影响深度约为40 cm。生长季内核桃-小麦间作的入渗速率均在7、8、9月达到高峰,与本地区降雨量的时间分布有良好的耦合关系。入渗速率的提高及其时间分布与降雨时间分布的耦合,可以让土壤在雨季留住更多的雨水,为农林复合系统的稳定和产出提供水分保证。核桃-小麦间作对土壤物理性质的改善作用主要在0~40 cm土层。核桃-小麦间作表层土壤(0~20 cm)可以避免因人畜踩踏和缺乏耕作等,造成的土壤容重迅速升高,同时在20~40 cm土层对犁底层也有显著的改善作用。核桃-小麦间作对各土层田间持水量均表现出持续的改善作用,除在20~40 cm土层略低于核桃单作外,其他从第5年开始均高于两单作系统。核桃-小麦间作对各土层土壤孔隙度均存在持续的改善作用,与两单作系统相比在0~20和20~40cm土层,存在显著差异。土壤孔隙度的改善是水分入渗性能得以提高的基础。核桃-小麦间作各土层土壤有机碳含量,随种植年限的增加,均呈现逐渐增加的趋势,从第7年开始与两单作系统均存在显著差异。随种植年限的增加,核桃-小麦间作各土层土壤有机碳含量的积累速度均呈现倒u形曲线趋势,在第7年左右达到最大值。核桃-小麦间作是通过向深层土壤积累更多的碳来实现1m深土层的土壤有机碳密度的增加,而核桃单作则是向浅土层积累更多的碳来实现这一过程。核桃-小麦间作有很大固碳潜力,且最大优势是将碳积累在较深土层,这对增加土壤碳汇具有重要意义。核桃-小麦间作系统中核桃和小麦根系均在上半年有一个大的生长高峰(5和4月),在下半年有一个小的生长高峰(9和11月);二者在大生长高峰期时间上重叠较多,根系竞争主要发生在上半年大生长高峰期。核桃-小麦间作和核桃单作的核桃细根根长密度,随种植年限的增加均呈现逐渐增加的趋势。在各土层各年份,核桃-小麦间作系统中核桃细根根长密度均低于核桃单作,且在第7年后存在显著的差异。核桃-小麦间作对各土层小麦根系的根长密度均有显著的影响,在浅层土壤(0~20cm)从第7年就可以显著增加小麦根系的根长密度;而在20cm以下土层从第7年开始则会降低小麦根系的根长密度。核桃-小麦间作和核桃单作中,核桃细根的垂直分布中心深度,随种植年限的增加,均呈越来越深的趋势,在11年的观察期内从20cm分别增大到38.85和35.26cm。间作系统中小麦根系的垂直分布中心深度,随种植年限的增加,呈越来越浅趋势,在11年的观察期内从27.15cm减小到16.75cm。核桃-小麦间作系统中,小麦根系是通过根系在短期内的快速生长迅速占据土壤空间获得竞争优势,而核桃树是通过根系的逐年积累占据土壤空间最终获得竞争优势。在间作系统中0~20cm土层由于土地翻耕干扰,让核桃根系无法完成逐年积累,这就为小麦根系竞争优势的发挥提供了机会,两物种才得以共存。农林复合系统中人工干扰下的竞争平衡(竞争-干扰-再平衡管理策略)也是系统可持续和实现生产力提高的重要因素。核桃-小麦间作提高了核桃树的生产力而降低了小麦的生产力,对核桃树生产力提高的原因来自土壤生态因子。从第5年开始核桃-小麦间作系统中核桃的产量显著高于核桃单作,到第11年时比核桃单作增产了15.47%。从第5年开始核桃-小麦间作系统中小麦的产量显著低于小麦单作,但在第7年后间作系统中小麦的产量比小麦单作的减产基本稳定在30%左右。核桃-小麦间作系统的经济收益从第3年开始就显著高于两单作系统,且与核桃单作相比没有经济收益降低的过程。在第11年时,核桃-小麦间作系统经济效益的水分利用效率(bwue)为111.50(元·ha 1·mm 1),分别是同年小麦单作和核桃单作的3.78和1.24倍。但籽粒总产量的水分利用效率(kg·ha-1·mm-1)则为小麦单作核桃-小麦间作核桃单作。在评价有多种农产品输出功能的农林复合系统水分利用效率时,更适合用BWUE,因其可以将产量和价值统一起来。总之,第一,农林复合系统的根系活动可以改善土壤的理化性质,从而改善土壤的水分入渗性能,提高土壤的持水能力,减少水土流失,改善土壤肥力,最终实现系统生产力在数量和质量上提高。第二,农林复合系统根系竞争让物种间根系生态位分离,实现对资源在时空上的多层次利用,提高资源的利用效率,进而提高农林复合系统的生产力。第三,对农林复合系统中种间竞争进行人为干扰的“竞争-干扰-再平衡”管理策略,也是系统可持续和实现生产力提高的重要因素。
[Abstract]:In this paper , the relationship between soil water infiltration , soil moisture , soil temperature , soil physical and chemical properties and root activity are discussed . 鍦ㄧ��7骞村乏鍙宠揪鍒版渶澶у，

本文编号：1885183