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基于耗水特征的农林复合模式研究

【摘要】: 河北平山退耕区农业基本是雨养农业,水分是当地植被恢复的限制性因子,结合该地区退耕还林工程,建设节水型农林业格局已成为发展趋势。为此,本论文以河北平山退耕区几种主要的农林复合模式为研究对象,从核桃、冬枣、杏等8种经济树种苗木的盆栽试验、退耕地土壤水分时空变化、根系分布特征、耗水特征等方面展开研究,在此基础上通过退耕农户、相关专家问卷调查,运用层次分析法对现有模式和拟扩展模式进行初步评价分析,以筛选出能够被当地农民接受的节水型农林复合模式,为当地林种布局、树种选择、林分结构配置及水分管理等提供科学依据。 本论文取得的主要结果: (1)不同土壤水分条件下各树种蒸腾速率规律表现不同。在水分充足条件下,各树种蒸腾速率由小到大的顺序为:婆枣、冬枣、核桃、花椒、杏、黄冠梨、绿宝石梨、火炬树,各树种蒸腾速率日变化均呈单峰形,光照强度、空气温度和相对湿度与蒸腾速率均表现出良好的相关性;在水分胁迫条件下,蒸腾速率日变化则呈现双峰形或不明显的单峰形曲线,峰值的出现时间有所提前,上述气象因子与蒸腾速率的相关性较差。 (2)土壤水分呈现明显的时空变化规律。一年中土壤水分变化分为3个时期:土壤水分消耗期(4月初-7月中旬)、土壤水分补充期(7月下旬-9月末)和土壤水分稳定期(10月初-翌年3月末);土壤水分垂直分布分为3个层次:0-30 cm为速变层,40-100 cm为活跃层,100 cm以下为相对稳定层;土壤水分水平分布呈现离林带越近,土壤含水量越低的变化规律。 (3)不同农林复合模式下土壤水分特征存在一定差异。花椒×花生模式土壤水分0-50 cm低于核桃×黄芩和核桃×苜蓿模式,50 cm以下高于核桃×黄芩和核桃×苜蓿模式;核桃×苜蓿模式的土壤水分含量,雨季0-40 cm较低,旱季0-60 cm较低,核桃×黄芩模式0-100 cm土层土壤含水量差异不显著;单作比间作土壤水分条件好,说明间作对土壤水有一定影响。 (4)揭示了不同模式根系的空间分布规律。垂直方向上,花椒、单作核桃、黄芩、苜蓿的根长密度均呈负指数型,间作核桃的根长密度以二次多项式拟合效果较好,花椒、单作核桃、间作核桃的比根长均呈负指数型,黄芩和苜蓿的比根长垂直变化则呈正指数型和二次多项式型;水平方向上,花椒的根长密度呈负指数型,单作核桃和间作核桃的根长密度呈二次多项式型,黄芩和苜蓿的根长密度呈现正指数型,而比根长的水平分布则均以二次或三次多项式拟合效果较好。 (5)间作对林带根系分布有一定程度的影响。核桃根长密度和生物量密度在单作条件下比间作条件下大,比根长比间作条件下小,分别是间作模式下对应指标的1.84、2.29、0.90倍;并且间作促使林带根系向更深层次发展,单作条件下核桃根系垂直方向主要分布在10~60 cm,间作条件下则主要分布在20~70 cm。 (6)根系空间分布与土壤水分、养分的空间分布存在一定程度的关联。土壤水分垂直、水平变化比较活跃的范围和根系的主要分布范围基本一致,土壤水分含量和根长密度、比根长存在显著性或极显著性负相关;N元素、K元素、有机质与根长密度和比根长存在显著性或极显著性正相关。 (7)揭示了核桃树干液流的时间变化规律,论述了树干液流速率、液流通量、日累积量与地径的关系。核桃树干液流具有明显的昼夜变化规律,液流通量、日累积量与地径之间关系较好,液流速率与地径之间关系相对较差,。 (8)估算了各个模式的耗水量。核桃×黄芩(沟谷)、核桃×苜蓿(沟谷)、核桃×苜蓿(坡下位梯田)、核桃×黄芩(坡下位梯田)、核桃单作和花椒×花生模式的生长季耗水量分别为329.7、319.8、340.4、372.0、360.3、292.6 mm。 (9)通过层次分析法对6种农林复合模式的耗水特征进行了简单评价,评价值由大到小依次为:花椒×花生、核桃×黄芩(沟谷)、核桃×苜蓿(沟谷)、核桃单作、核桃×苜蓿(坡下位梯田)、核桃×黄芩(坡下位梯田),与核桃相比,花椒的耗水量较小,较为节水,而间作物黄芩、苜蓿的耗水量要大于花生和空白,因此从节水角度看,宜发展花椒×花生模式。 (10)从经济效益、生态效益和社会效益方面对退耕区拟扩展的10种农林复合模式进行了评价,核桃×红薯、冬枣×花生和核桃×花生三种农林复合模式表现较好,核桃单作和核桃×谷子模式表现较差。在对各种模式的“引进”或推广时,同时必须考虑三种效益之间的关系,更重要是考虑建立复合系统的目的。

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