玉米/大豆间作条件下的作物根系生长及水分吸收

通过田间试验研究了玉米/大豆条带间作群体的根系分布及土壤水分吸收规律.结果表明：水分充足条件下,土壤剖面内玉米和大豆根系的分布模式近似于三角形;玉米根系水平分布范围较大,侧向伸展长度约为58 cm,16～22 cm土层的玉米根系侧向伸展最远,玉米根系不仅分布于间作条带行间,而且生长到大豆条带的行间;大豆根系水平分布于相对有限的区域内,侧向伸展长度约为26 cm.作物根质量密度随着距作物行（玉米或大豆）距离的增加而减少,玉米行和边行大豆根质量密度的90%分布于0～30 cm土层.距玉米行10 cm处玉米的根质量密度高于大豆,距玉米行20 cm处大豆的根质量密度大于玉米,两种作物根质量密度的85%都分布于0～30 cm土层内.间作条带内水分变化主要集中在0～30 cm土层,水分变化量依次为：玉米区域>大豆区域>条带行间.表明在水分充足条件下,间作作物优先在自己的区域吸水,根系混合区吸水滞后发生.     

辽西北沙地苹果-大豆间作对土壤养分和微生物量分布的影响

为了解辽西北沙地果农间作系统中土壤养分及微生物量分布特征,选取研究区具有代表性的苹果(Malus pumila)-大豆(Glycine max)间作系统为研究对象,对间作系统0~60 cm土层、0~300 cm水平距离范围内的土壤养分和微生物量进行了测定,并与大豆单作、苹果单作进行对比。结果表明:辽西北沙地苹果与大豆间作系统中土壤养分十分匮乏,全氮、碱解氮、有效磷极缺乏;在水平方向上,随距苹果树距离的增加,间作系统中土壤有机质、碱解氮、全磷、有效磷总体上呈现先降低再升高后趋于平稳的变化规律;各养分竞争激烈区位于果树带区[0,100 cm);在垂直方向上,苹果与大豆间作系统各土壤养分均表现出表聚性,表土层(0~20 cm)土壤养分含量显著高于深土层(20~60 cm);土壤微生物量碳、氮在果树带区及表土层含量高,且在该区域细菌数量高;间作与单作各土壤养分、微生物量在表土层差异较大,差异性随土层加深而缩小,间作系统除碱解氮外对土壤养分表现为负效应,不能满足间作系统对土壤养分的需求,尤其对土壤氮素、磷素竞争需求量较大。综上所述,辽西北沙地苹果-大豆间作系统中存在明显的竞争关系,竞争激烈区域位于果树带区,应在此处加强氮肥和磷肥施加。     

核桃-小麦复合系统中细根生长动态及竞争策略

以核桃(Juglans regia)-小麦(Triticum aestivum)间作复合系统为研究对象,用微根窗和根钻相结合的方法采样,研究复合系统中核桃和小麦细根年内年际的生长动态和竞争适应策略,为农林复合系统的经营管理和竞争模型的建立提供理论依据和技术支持。结果表明,间作核桃和小麦根系均在上半年有一个大的生长高峰(5月和4月),在下半年有一个小的生长高峰(9月和11月),二者的竞争主要发生在上半年的大生长高峰期。在各年份各土层,间作核桃的根长密度均低于单作核桃,且在从第7年开始存在显著差异。在0—20 cm土层间作小麦根长密度在第3—7年间获得迅速提高,从第7年开始显著高于单作小麦,但在20 cm以下土层则相反。间作使核桃和小麦细根生态位实现了分离,11年的观察期内间作核桃比单作核桃细根的垂直分布中心下移了6.59 cm,间作小麦比单作小麦的上移了8.59 cm。在根系竞争策略方面,小麦根系是通过短期内的快速生长,迅速占据土壤空间获得竞争优势;而核桃根系是通过根系的逐年积累,逐步占据土壤空间从而获得竞争优势。可以干扰核桃根系积累过程的"竞争-干扰-再平衡"农林复合经营管理策略可以让复合系统中核桃和小麦保持各自竞争优势的情况下实现共存。在根系形态方面,自身细根直径较小者小麦在剧烈竞争区域以增加细根直径减小比根长来适应竞争,而自身细根直径较大者核桃则相反。     

油茶-鼠茅草复合系统细根空间分布及地下竞争

采用田间分层挖掘法和图像扫描分析法,研究油茶-鼠茅草复合系统中油茶与鼠茅草细根生物量及形态空间分布,并用Levins提出的生态位重叠公式计算了油茶与鼠茅草种间的地下竞争指数。结果表明:油茶和鼠茅草细根(≤1 mm)的平均生物量分别是0.52和0.38 mg·cm-3,油茶细根生物量是鼠茅草的1.37倍;在水平方向上,油茶细根生物量整体趋势随着距树干距离增加而下降,而油茶细根的根长密度与比根长随着距树干距离的增加而升高;鼠茅草的细根生物量整体趋势随着距树干距离增加先升高后下降,根长密度及比根长都分布比较均匀;不同水平距离鼠茅草的根长密度均大于油茶,除距树干90 cm外,油茶细根生物量与竞争指数均大于鼠茅草;在垂直方向上,油茶细根生物量是随着土层加深先升高再下降,根长密度随着土层的加深而升高,比根长分布均匀;鼠茅草的细根生物量及根长密度均随着土层的加深而下降,而比根长则随着土层深度增加而上升;除0~10 cm土层外,油茶细根生物量与竞争指数均大于鼠茅草。在油茶-鼠茅草复合系统中,油茶根系遭遇鼠茅草根系的竞争,作为生存策略,为了避开这种竞争,最大限度地获取土壤中的资源,其根系产生了各种可塑性反应。     

刺槐和侧柏人工林有效根系密度分布规律研究

通过分层分段挖掘法 ,对 13龄刺槐、侧柏人工林 ,根区有效根长密度和根重密度的空间分布进行了研究 .结果表明 ,尽管刺槐根系分布深度是侧柏的 2倍多 ,但平均有效根长密度只有侧柏的 4 4 .5 % .在垂直方向上 ,两树种有效根系主要分布在 0～ 6 0 cm土层内 ,然而最大有效根长密度却均位于距地表 0～ 30 cm以内 .其中 ,刺槐 0～30 cm区域内有效根长占总有效根长的 5 1.5 8% ,侧柏占 5 8.38% ;刺槐有效根干重占总有效根干重的 6 3.0 1% ,侧柏占 71.0 9% ;两树种根系密度分布均随土层深度增加而呈指数形式递减 .在水平方向上 ,刺槐有效根系密度呈二次抛物线型分布、最大有效根长或根密度以距树干 30～ 90 cm处最大 ;侧柏有效根系密度则随着距主干距离的增大而减小 .非线性参数拟合分析表明 ,采用 RD=EXP A+BX +CZ 函数模型 ,能较好地反映人工林根系密度的空间分布     

干旱区绿洲灌溉条件下不同树龄轮台白杏根系的空间分布

采用田间分层挖掘法和图像扫描分析法,研究了干旱区绿洲灌溉条件下不同树龄轮台白杏根系的空间分布特征.结果表明:轮台白杏的根系主要由细根(d≤1 mm)构成,中粗根(1＜d≤2 mm)和粗根(d＞2 mm)所占比例较小,树龄5 a、10 a和15 a轮台白杏细根长度分别占根系总长度的90.9％、88.4％和79.9％.随树龄延长,根长密度增加,不同径级根长密度均为15 a＞10 a＞5 a.在垂直方向上,轮台白杏的根长密度呈现出先增加后减小的分布趋势,且各土层根系干质量密度差异显著,树龄5a、10 a和15 a轮台白杏根系干质量密度分布较集中的区域分别为距离树干200 cm以内的30 ～ 80 cm、30～100 cm和30～100 cm深度土层,轮台白杏根系的水平分布特征为距离树干越远根系干质量密度越小,且距树干不同距离处的差异显著.从减小相邻树行间树体根系的交错重叠和降低水肥竞争的角度考虑,在干旱区绿洲灌溉条件下,轮台白杏的栽植行距应≥6 m.     

黄土高原不同演替阶段草地植被细根垂直分布特征与土壤环境的关系

研究了黄土区不同演替阶段草地植被细根垂直分布特征与土壤环境的关系,结果表明不同演替阶段草地植被细根生物量、根长密度、表面积、直径和比根长均具有明显的垂直分布特征。细根生物量、根长密度和细根表面积一般随土层加深而逐渐减少,且集中分布于0-40cm土层;随着演替的进行,除20a弃耕地外,0—80cm土层细根生物量、根长密度和细根表面积逐渐增加;除25a弃耕地外,细根直径随演替进行逐渐减小。0～100cm土层土壤含水量随演替进行而增加,不同演替阶段深层土壤水分较表层稳定。土壤容重的变化趋势为9〈4〈15〈20〈25a弃耕地,根系对表层土壤水分和容重的影响较大,而对深层土壤水分与容重影响较少。不同演替阶段细根各参数和土壤水分、容重差异均达到显著水平。各弃耕地细根参数之间,细根参数和土壤环境因子之间存在不同程度的相关关系,土壤含水量在草本植被的不同演替阶段均是影响其细根垂直分布的关键因素。土壤容重在演替早期对草本植被根系的影响较小,随着演替进行其影响作用进一步增强。     

梯田埂坎立地植物根系分布特征及其对土壤水分的影响

在标准株选择的基础上,采用整株挖掘法研究活性根的特征,采用旱季0～200cm土层土壤水分定点观测的方法观测土壤含水量,并籍此计算土壤水分相对亏缺值来描述梯田埂坎附近土壤水分的变化。研究显示,4个植物种在根系深度、生物量和根长分布、对土壤水分的影响方面具有不同的特征。柽柳根系深达757cm,根系生物量和根长在0～100cm土层范围内均匀减少。但粗根在整个根系中占支配地位,细根的生物量和根长主要集中在0～40cm土层中。杞柳根系分布在0～40cm土层中,占全部根系生物量的86．0％。但粗根占绝对优势。40cm以下土层中(杞柳根系分布的最大深度为305cm)根系生物量和根长逐渐下降,但细根长度超过粗根。杞柳的部分根系分布高于着生平面,而且这部分根系中细根占绝对优势。柠条的根系分布特征与杞柳相似,但粗根的比例大于杞柳。新疆杨根系分布较浅,最大深度仅为136cm。在0～40cm土层中,新疆杨根系生物量占总根系生物量的77．2％。60cm土层以下根系生物量急剧下降,根长在80cm以下同样急剧减少。在新疆杨的整个根系分布层中,虽然粗根在生物量上占优势,但细根长度远大于粗根。研究结果还显示,栽植不同植物种的埂坎附近水平范围内存在明显的土壤水分亏缺。柽柳埂坎、杞柳埂坎、拧条埂坎、新疆杨埂坎的水分亏缺范围分别为230cm,437cm,274cm和399cm。垂直范围内,在4个测点均有一个土壤水分从表层往下增加的土层,该层在30～70cm范围内变化,只是随距埂坎的距离和植物种不同而不同。增加层以下,土壤水分开始持续下降至70cm到200cm土层,具体的下降深度也因植物种和距埂坎的距离不同而不同。建议,(1)根系深、对土壤水分影响较小的柽柳是黄土高原地区较为理想的农林复合树种;(2)杞柳应栽植在梯田软硬埂的结合部,约在梯田埂坎高度的1／3到2／3处,并且采取及时平茬和秋粮作物配置的方法调控系统的竞争关系;(3)柠条可采取与杞柳相似的栽植和调控办法;(4)根系分布浅、对水分影响较大的新疆杨,除栽植在埂坎顶部外成活比较困难,不是合适的埂坎栽植树种。     

渭北旱塬不同龄苹果细根空间分布特征

以渭北旱塬3龄、10龄、15龄和20龄苹果树为对象,采用根钻法,沿3等分园半径方向(径向)、距树干1.0、1.5m和2 0m处设置采样点,研究了不同树龄的细根空间分布特征.结果表明,3龄苹果细根主要分布于径向1.5m以内和垂向0.5m以上,15龄和20龄苹果细根分布超出径向2.0m和垂向1.4m,10龄细根分布范围大于3龄,与15龄和20龄接近.在根系主要分布区内3龄和10龄细根分布稀疏,15龄和20龄细根分布密集;细根空间分布演化过程可分为3个阶段,即3～10龄为细根范围扩张阶段,10～15龄为细根密度扩张阶段,15～20龄为细根密度退化阶段;苹果细根空间分布无明显方向性差异;10龄、15龄和20龄苹果表层(0～20cm)平均根长密度低于下层(20～40cm),高峰值一般出现在40～80cm,此深度以下根长密度随深度递减,3龄苹果表层平均根长密度高于下层;在径向2.0m内随径向距离增大,3龄、15龄和20龄平均根长密度逐渐降低,而10龄根长密度逐渐增加.根长密度在径向变化上存在局部变异现象.     

农田向农林复合系统转变过程中土壤物理性质的变化

以渭北黄土区农林实践中被广泛采用的核桃-小麦间作复合模式为研究对象,以两物种的单作系统为对照,研究单作农田向农林复合系统转变对土壤物理性质的影响,为农林复合系统经营管理和模型的建立提供理论依据.结果表明: 核桃-小麦间作对土壤物理性质的改善作用主要发生在0～40 cm土层.核桃-小麦间作可以避免表层(0～20 cm)土壤容重升高,同时在20～40 cm土层对单作农田形成的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,在0～20 和20～40 cm土层与两单作系统相比存在显著差异,同时也能提高毛管空隙度的比例.农田向农林复合系统转变过程中对土壤容重、田间持水量、土壤孔隙度均有持续的改善作用,且对浅层土壤的改善作用强于深层土壤.     

Interspecific water use strategies of a Juglans regia and Isatis tinctoria/Senna tora agroforestry

Aims Understanding the interspecific water relations is important for designing agroforestry systems. The objective of this study was to determine the water use strategies of component species in a walnut (Juglans regia)-woad (Isatis tinctoria)/sicklepod (Senna tora) agroforestry system.Methods Water sources of component species in a walnut-woad/sicklepod agroforestry system were investigated with the technique of stable deuterium isotope tracing at a site of hilly area in Northern China during 2012-2013.Important findings Results showed that the soil water content in the agroforestry system was 26.74% and 7.93% greater than in the pure woad field in the first half year, and 17.39% and 13.65% greater than in the pure sicklepod field in the second half year (sicklepod growth period), in 2012 and 2013, respectively. The lowest water content was found in the middle of tree rows, and the highest water content was found in the northern side of tree rows or under the trees. In the soil layers measured, the pure woad and pure sicklepod systems had greater hydrogen stable isotope ratios (δ D value) of soil water than in the agroforestry system. During the period of woad growth, more than half of the water absorbed by walnut was from the deeper soil layer (30-80 cm). In contrast, the walnut trees mainly utilized shallow layer (0-30 cm) soil water during the period of sicklepod growth. These findings suggest that walnut has a two-state root system: during the period of woad growth, shallow roots of walnut are not active when soil is dry whereas the sicklepod growth occur in rainy season, and the shallow roots of walnut are active and utilize more shallow soil water supplemented by rainwater. More than 85% of water used by both the woad and the sicklepod were from the shallow layer soil. At the seedling stage, the roots of woad, cannot grow into the deeper soil layer, and the absorbed water is completely from the shallow layer in the pure woad system. However, 5.7% of the water absorbed by the intercropped woad was from the deeper soil layer in 2012, and the proportion increased further (9.7%) in the following year when there was less precipitation. The results confirmed that hydraulic lift effect of walnut occurred on shallow layer crop in dry season, and this effect become greater under drier conditions. Therefore, deeper roots of walnut improved water condition in the walnut- woad/sicklepod agroforestry systems compared to pure crop systems. The walnut mainly utilized water from the deeper layer to avoid water competition with the shallow layer. In the dry season, crops benefited from the water provided by walnut roots through hydraulic lift. Walnut and intercropped plants exhibited water facilitation in the agroforestry systems, suggesting that this configuration is a suitable practice in this area.     

华北低丘山区果药复合系统种间水分利用策略

了解林农复合系统的种间水分关系至关重要.该文通过稳定氘同位素研究了华北低丘山区核桃(Juglans regia)-菘蓝(Isatis tinctoria)/决明(Senna tora)复合系统各组分的水分来源, 试图明确该果药复合系统的种间水分利用策略, 为该区林农配置模式的选择提供理论依据.研究结果表明: 果药复合系统的土壤含水量明显高于单作菘蓝和单作决明地块, 在2012年,2013年上半年比单作菘蓝高26.74%和7.93%, 在下半年比单作决明高17.39%和13.65%.在果药复合系统内部, 土壤含水量以核桃树行中间位置的最低,树行北侧和树下最高.在各个土层深度, 单作系统的土壤水氢稳定同位素比率(δD值)均比复合系统的高.在菘蓝生长时期的春旱期, 复合系统中核桃的大部分水分来源于30-80 cm深层土壤水, 表明此时期核桃表层根系活性不高; 而决明生长时期正值雨季, 此时核桃优先利用雨水补充的0-30 cm浅层土壤水,表层根系活性增强.在任何生长时期, 菘蓝和决明85%以上的水分都来自浅层土壤水.在菘蓝苗期, 其根系尚未扎入深层土壤中, 单作菘蓝的水分完全来源于浅层土壤, 而在2012年间作菘蓝却有5.7%的水分来自于深层土壤, 在更为干旱的2013年该比例上升到9.7%, 该结果证实了核桃在旱季存在"水力提升"作用, 供浅根系作物吸收利用, 并且越干旱, 该水力提升作用越强.在华北低丘山区核桃-菘蓝/决明复合系统中, 深根性核桃改善了复合系统的土壤水分状况, 在旱季主要利用深层土壤水以避开与浅层作物的水分竞争,并能将深层土壤水提升至浅层土壤供菘蓝吸收利用, 核桃与两种药材表现为水分互利关系, 因而该模式适合在该地区发展.     

基于稳定碳同位素技术的华北低丘山区核桃-小麦复合系统种间水分利用研究

农林复合系统的林木和作物会充分利用水肥光热等资源、而在资源亏缺时也可能产生竞争,在华北低丘山区等水资源紧缺地区,种间水分竞争尤为突出。在冬小麦返青期、拔节期、灌浆期和成熟期4个生育期,测算了该地区核桃-小麦间作系统和单作小麦不同组分的稳定碳同位素组成(Stable carbon isotope ratio,δ13C)和核桃树干液流,结合生物量和气象数据资料计算出水分利用效率(water use efficiency,WUE)和耗水量(Water use,WU)。结果表明,间作核桃树、间作小麦和单作小麦的WUE分别为10.771—21.233、9.946—19.149和9.878—18.431 mmol C/mol H2O。单作小麦WUE在拔节期显著小于间作小麦。间作系统总耗水量为1755.19 t/hm2,比单作系统的2538.13 t/hm2少30.85%。核桃-小麦间作系统中,核桃耗水量占系统总耗水量的36.34%,在小麦的生长前期所占比例最多、在小麦旺盛生长期所占比重较小,而小麦越往生长后期需水越多。核桃与间作小麦的需水期错开,在时间上避免水分竞争。距离核桃树越近浅层土土壤含水量越高、而深层土越低,表明核桃主要吸收深层水,而间作小麦主要吸收浅层水,从位置上避免水分竞争。单作小麦产量、总生物量和总耗水量分别比核桃间作小麦的高26.79%、27.12%、36.30%(P=0.001、P=0.033、P=0.050)。间作核桃和单作核桃的单株果实产量平均分别为0.88和0.94 kg(P=0.829)。然而,核桃-小麦间作系统的产量土地当量比(Land equivalent ratio,LER)和产值水分利用效率(WUE ofeconomics,WUEe)却分别达到1.67和25.92元.mm-.1hm-2,比单作系统明显提高、水资源获得高效利用,同时具备生产优势和经济优势。     

基于森林调查数据的长白山天然林森林生物量相容性模型

森林生物量估算是进行陆地生态系统碳循环和碳动态分析的基础,但现有估测模型存在着总量与分量不相容的问题.本文以吉林省汪清天然林区为例,提出了基于森林调查的相容性森林生物量模型设计思想,并采用联立方程组为不同森林群落构造了一系列引入林分蓄积因子的相容性生物量模型,得到的预估精度较高.其中,针叶林、阔叶林和针阔混交林群落的森林生物量模型预估精度均在95%以上,基本上解决了森林生物量模型的相容性问题.     

贵州中部喀斯特山地不同植被生态系统细根生态特征及养分储量

为了解喀斯特生态系统退化过程中树木细根生物量和土壤养分的变化,选择贵州中部喀斯特山地乔木林、灌木林和灌草丛3种植被生态系统,比较分析不同深度(0～5 cm、5～10 cm和10～15 cm)土壤细根数量及其养分情况.结果表明:树木细根主要分布在0～10 cm土层,并随土层加深而减少.在0～10 cm土层中,乔木林、灌木林和灌草丛的活细根生物量分别占0～15 cm总细根生物量的42.78%、56.75%和53.38%,总活细根生物量的83.36%、86.91%和93.79%.不同植被下优势种植物细根生物量存在差异.0～5 cm土层乔木林活细根氮素和磷素储量均显著高于灌草丛和灌木林(P0.05),但灌木林和灌草丛间没有差异;5～10 cm土层乔木林活细根氮和磷储量显著高于灌草丛和灌木林(P0.05),灌木林下又显著高于灌草丛下(P0.05).0～10 cm土层的活细根生物量与植株地上部分生物量呈正相关,植物叶片氮、磷养分含量与细根比根长呈显著的负相关,说明细根的养分储量对地上生物量的建成和生态系统功能的发挥具有重要作用.     

传统农业生态系统中桤木改良土壤效应研究综述

桤木(Alnus nepalensis)是一种重要的非豆科固氮植物,广泛分布于喜马拉雅山脉东部地区。在东南亚地区的传统农业生态系统中,多用桤木作为休耕树种,或将其与农作物间作。桤木根瘤固氮量随季节和年龄而变化,在桤木-小豆蔻(Elettaria cardamomum)系统中15年达到高峰(155 kg·hm^-2);桤木通过共生固氮对系统产生的氮增加量在纯桤木林中7年达到高峰(117 kg·hm^-2)。桤木与农作物间作可显著提高农作物的产量,桤木-小豆蔻立地上小豆蔻的经济产量是在森林-小豆蔻立地上的2.2倍。桤木休闲地的休闲效果明显好于自然休闲地,其地上部分生物量在休闲6年后是自然休闲地的4倍,N蓄积量是自然休闲地的3倍,P、K蓄积量是自然休闲地的2倍。桤木根系特征似乎最适合混农林系统,其细根生物量(FRB)集中于土壤剖面上层10 cm范围内,在此范围内,FRB在“树+农作物”间作条件下比在“只有树”条件下高5%;在两种立地条件下,60%以上的细根都分布于树干周围0.5 m内,大部分木质根(直径>0.5 mm)都分布于土壤上层0~10 cm处,长度都不超过1 m。桤木可加速系统的养分循环。桤木凋落物降解速率比非固氮植物快,并且与其它植物凋落物混合后的降解速率与自身凋落物降解速率一样快。在传统刀耕火种系统中,用桤木替代自然林休闲在3~6年内即可恢复土壤肥力,改善土壤理化性质,显著缩短休闲周期。该文综述了近30年来桤木在传统农业生态系统中改良土壤效应的研究成果,以提高人们对桤木的生态作用的重视程度,使人们更好地将桤木利用到农业生态系统中,达到发展山区农业和保护生态环境双赢的目的。