彭瑞東， 畢華興，2，3?，郭孟霞， 孫于卜，段航旗，王晶晶

(1．北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院，100083，北京；2.山西吉縣森林生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站，100083，北京；3.北京林果業(yè)生態(tài)環(huán)境功能提升協(xié)同創(chuàng)新中心，102206，北京； 4.北京水保生態(tài)工程咨詢有限公司，100055，北京)

農(nóng)林復(fù)合經(jīng)營(yíng)作為黃土高原地區(qū)廣泛使用的一種土地利用模式，在控制水土流失、恢復(fù)生態(tài)平衡、提高土地利用率，協(xié)調(diào)農(nóng)林用地矛盾和增加經(jīng)濟(jì)效益等方面具有顯著的成效[1-2]，在晉西黃土區(qū)，果樹(shù)與農(nóng)作物間作系統(tǒng)是重要的農(nóng)林復(fù)合經(jīng)營(yíng)模式之一。在果樹(shù)冠層郁閉之前，大豆、花生、玉米等農(nóng)作物常作為間作作物種植在果樹(shù)樹(shù)行之間，達(dá)到充分利用水、肥、光、土地等自然資源以及長(zhǎng)短期收益互補(bǔ)的經(jīng)營(yíng)目的。果農(nóng)間作系統(tǒng)根據(jù)不同果樹(shù)、作物以及自然資源的特征，因地制宜地確定不同的時(shí)間和空間配置模式以充分利用各種自然及人力資源，以求獲得最大收益；然而果農(nóng)間作系統(tǒng)中果樹(shù)和間作作物之間同時(shí)存在著互補(bǔ)性和競(jìng)爭(zhēng)性，基于減少種間競(jìng)爭(zhēng)促進(jìn)種間資源協(xié)同利用最大化的目的[3]。果樹(shù)和間作作物之間的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系主要集中在對(duì)水分、養(yǎng)分以及光照的競(jìng)爭(zhēng)之上[4-5]。果樹(shù)和間作作物之間對(duì)光照的競(jìng)爭(zhēng)主要體現(xiàn)在果樹(shù)對(duì)間作作物的遮陰之上，而果樹(shù)遮陰的研究較為薄弱，光照對(duì)作物影響的研究嚴(yán)重制約著果農(nóng)間作系統(tǒng)中基于水、肥、光等多因子耦合的種間關(guān)系研究，并成為果農(nóng)間作系統(tǒng)種間關(guān)系調(diào)控的技術(shù)瓶頸[6]。果樹(shù)的遮陰范圍和強(qiáng)度影響間作作物所能接收到的光合有效輻射(photosynthetically active radiation, PAR)，光合有效輻射控制著作物的凈光合速率(Pn)，進(jìn)而影響作物的生物量和產(chǎn)量[7]。鮑彪[8]通過(guò)對(duì)大豆模擬遮陰的研究確定遮陰對(duì)大豆生長(zhǎng)的影響，蔡智才等[9]通過(guò)花生的光響應(yīng)曲線確定遮陰對(duì)花生生長(zhǎng)的影響；但是前人的研究受到實(shí)驗(yàn)儀器等限制，對(duì)果樹(shù)遮陰的研究只研究到作物的行間差異，尚未深入間作區(qū)域內(nèi)同一行植株間遮陰的差異性，對(duì)遮陰強(qiáng)度和范圍的時(shí)間空間變化規(guī)律也停留在數(shù)學(xué)模型模擬階段。

本試驗(yàn)以晉西黃土區(qū)具有代表性的蘋果大豆間作系統(tǒng)為研究對(duì)象，通過(guò)定位監(jiān)測(cè)與數(shù)學(xué)分析等試驗(yàn)手段，確定間作系統(tǒng)內(nèi)各生長(zhǎng)階段各點(diǎn)果樹(shù)遮陰強(qiáng)度實(shí)測(cè)值總結(jié)出蘋果大豆間作系統(tǒng)中遮陰強(qiáng)度的時(shí)空變化規(guī)律，以期為當(dāng)?shù)毓r(nóng)間作系統(tǒng)配置模式的科學(xué)調(diào)控提供一定的理論基礎(chǔ)，為晉西黃土區(qū)的水土保持和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于山西省西南部的臨汾市吉縣，屬于典型的黃土殘?jiān)珳羡謪^(qū)[10]。吉縣屬暖溫帶大陸氣候，年均降水量571 mm，年平均氣溫9.9 ℃，年平均日照時(shí)間2 563.8 h，年平均太陽(yáng)總輻射量5 424 MJ/m2，無(wú)霜期172 d[11]。該地區(qū)的主要土壤類型是黃土母質(zhì)的褐土，土層深厚，適宜種植果樹(shù)及農(nóng)作物。果-農(nóng)間作的果樹(shù)樹(shù)種主要為蘋果(Maluspumila)、杏(Prunusarmeniaca) 、桃(Amygdaluspersica)和核桃(Juglansrregia)，農(nóng)作物主要有大豆(Glycinemax)、玉米(Zeamays)和花生(Arachishypogaea)。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)材料

根據(jù)研究區(qū)果農(nóng)間作特點(diǎn)與當(dāng)?shù)貙?shí)際種植經(jīng)營(yíng)情況，在山西省吉縣中垛鄉(xiāng)南坪村果農(nóng)間作示范區(qū)(E 110°43′46″，N 36°01′07″)，選擇5年生蘋果和大豆間作系統(tǒng)為試驗(yàn)對(duì)象。果樹(shù)品種為矮化中間砧富士，樹(shù)行東西走向平行對(duì)稱排列，株行距4 m×5 m，果樹(shù)特征值見(jiàn)表1。大豆品種為晉豆37號(hào)，行向與樹(shù)行方向一致(東西走向)，株行距為0.33 m×0.33 m，于2017年4月中旬播種。

表1 試驗(yàn)區(qū)蘋果樹(shù)特征Tab.1 Characteristic value ofMalus pumilain the plot area

注：—表示此項(xiàng)沒(méi)有計(jì)算。Notes：— indicates that this item is not calculated.

2.2 試驗(yàn)區(qū)設(shè)計(jì)

在蘋果大豆間作系統(tǒng)內(nèi)，有3個(gè)相同試驗(yàn)區(qū)。每個(gè)試驗(yàn)區(qū)布設(shè)如圖1所示，由4棵相鄰蘋果樹(shù)圍成的試驗(yàn)區(qū)(南北長(zhǎng)5 m，東西寬4 m)，在大豆播種前在距樹(shù)行0.9 m處布設(shè)1 m深的厚質(zhì)不透水塑料布作為根障，以阻斷果樹(shù)和大豆地下部分水分、養(yǎng)分、根系的影響。間作系統(tǒng)內(nèi)大豆種植行與樹(shù)干基部距離為1 m，試驗(yàn)區(qū)內(nèi)采用相同的農(nóng)藝管理措施。在試驗(yàn)區(qū)旁按相同株行距種植單作大豆作為對(duì)照。

2.3 試驗(yàn)方法

2.3.1 PAR的監(jiān)測(cè) 果農(nóng)間作系統(tǒng)中間作作物由于受到果樹(shù)遮陰的影響，林下不同位置的PAR強(qiáng)度也各不相同，本試驗(yàn)以間作系統(tǒng)內(nèi)不同位置的大豆種植點(diǎn)分析果樹(shù)遮陰條件下PAR的時(shí)空分布狀況。PAR傳感器在樹(shù)行間作物種植區(qū)域以間作作物方向按0.66 m×0.75 m的間距布設(shè)，從南向北編為1、2、3、4、5行，從東向西編為A、B、C、D、E、F、G列，每個(gè)傳感器命名以列號(hào)在前、行號(hào)在后組成，布設(shè)情況如圖1。在大豆的3個(gè)主要生長(zhǎng)期苗期(6月上旬)、花期(7月中旬)和結(jié)莢期(9月上旬)，選擇天空無(wú)云的晴天，從08:00到18:00，全部的35個(gè)傳感器進(jìn)行連續(xù)不間斷的實(shí)時(shí)PAR監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集，采集間隔設(shè)為1 min，每個(gè)試驗(yàn)區(qū)每個(gè)生長(zhǎng)期測(cè)定3 d，3個(gè)試驗(yàn)區(qū)按固定順序在每個(gè)生長(zhǎng)期內(nèi)依次進(jìn)行PAR數(shù)據(jù)采集，每個(gè)傳感器采集的PAR數(shù)據(jù)按照傳感器編號(hào)記為Pxy(PA1、PA2、PA3,…,PG5)。在單作大豆試驗(yàn)區(qū)內(nèi)隨機(jī)選取3個(gè)點(diǎn)做同一時(shí)間段且相同采集間隔的實(shí)時(shí)PAR監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)(PK)的采集，作為間作系統(tǒng)林冠上PAR監(jiān)測(cè)值。

RXY中X表示PAR傳感器所處南北方向列的序號(hào)，由東向西命名為A…G; Y表示PAR傳感器所處東西方向行的序號(hào)，由南向北命名為1…5。The X in RXY denotes the sequence number of the north-south direction of the PAR sensor, named as A to G from the east to west, and the Y denotes the sequence number of the east-west direction of the PAR sensor, named as 1 to 5 from the south to north. The same below.圖1 蘋果大豆間作系統(tǒng)試驗(yàn)樣區(qū)布設(shè)示意圖Fig.1 Plot design sketch of apple-soybean intercropping system

2.3.2 遮陰強(qiáng)度的計(jì)算 對(duì)不同位置的傳感器，若無(wú)果樹(shù)影響，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度日變化應(yīng)是基本一致的(傳感器間最大距離只有5 m)。某一時(shí)刻t監(jiān)測(cè)點(diǎn)RXY處林冠下PAR值為Pxyt, 該時(shí)刻間作系統(tǒng)內(nèi)林下的遮陰強(qiáng)度Sxyt由林冠上該時(shí)刻的PAR監(jiān)測(cè)值(PKt)與Pxyt按照式(1)計(jì)算得出。該位置的某1小時(shí)T的遮陰強(qiáng)度(Txy)由該位置該小時(shí)內(nèi)林冠上PAR值與林冠下PAR值按照式(2)計(jì)算得出，該小時(shí)PAR值由整點(diǎn)前后半小時(shí)每分鐘監(jiān)測(cè)值做算術(shù)平均得出。該位置的日平均遮陰強(qiáng)度(Dxy)由當(dāng)日監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)林冠上日平均PAR值與林冠下日平均PAR值按照式(3)計(jì)算得出，PAR的日平均值由每天從08:00到18:00 每分鐘的監(jiān)測(cè)值做算術(shù)平均得出。

(1)

(2)

(3)

3 結(jié)果

3.1 各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的林下PAR單日時(shí)空分布

蘋果大豆間作系統(tǒng)及大豆單作系統(tǒng)PAR日變化(圖2)顯示:不同位置PAR隨時(shí)間變化情況各不相同，按照試驗(yàn)方法中對(duì)試驗(yàn)樣區(qū)內(nèi)不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)的命名進(jìn)行分析(從南向北編為1、2、3、4、5行，從東向西編為A、B、C、D、E、F、G列)。

圖2 各監(jiān)測(cè)點(diǎn)光合有效輻射強(qiáng)度日變化曲線Fig.2 Diurnal variation of photosynthetically active radiation at monitoring points

在試驗(yàn)樣區(qū)最東側(cè)的A列中，RA4處的PAR變化表現(xiàn)為先增加后減少的“單峰型”，峰值大約出現(xiàn)在13:00；RA3處PAR變化基本為先增加后減少的“單峰型”，但在13:00附近達(dá)到峰值后快速下跌近40%；RA2處PAR變化變現(xiàn)為“多峰型”，在10:00、13:00、16:00分別達(dá)到1次峰值；RA1和RA5處PAR變化則沒(méi)有明顯的峰值，同時(shí)變化幅度較其他小得多，最大值與同列峰值相差近60%。A列內(nèi)RA1、RA2處在10:00—16:00受遮陰影響較大，RA3處在13:00后受到的遮陰影響較大，RA4、RA5處受到的遮陰影響較小，日平均遮陰強(qiáng)度順序?yàn)镈A1≈DA5>DA2>DA3>DA4。

在A列西側(cè)0.67 m的B列中，RB3、RB4和RB5處的PAR變化均為先增加后減少的“單峰型”，峰值大約出現(xiàn)在12:00, 其中RB5在上午時(shí)間段內(nèi)PAR較小，RB3在下午時(shí)間段內(nèi)PAR較小；RB1、RB2處PAR變化表現(xiàn)為“多峰型”，RB2在11:00、16:00分別達(dá)到1次極大值,2次極大值相近，RB1在10:00、13:00和16:00分別達(dá)到1次極大值，其中10:00極大值大約只占其他2個(gè)極大值的40%。B列內(nèi)RB1、RB5處在08:00—11:00受遮陰影響較大，RB2處在12:00—15:00受到的遮陰影響較大，RB3處在13:00—15:00受到一定遮陰影響、RB4處受到的遮陰影響較小，日平均遮陰強(qiáng)度順序?yàn)镈B1≈DB2>DB3>DB5>DB4。

B列西側(cè)0.67 m的C列中，RC3和RC4處的PAR變化基本一致，均為先增加后減少的“單峰型”，峰值大約出現(xiàn)在13:00；RC1處PAR變化也表現(xiàn)為先增加后減少的“單峰型”,峰值同樣出現(xiàn)在13:00，但在08:00—13:00之間變化幅度逐漸增大；RC2、RC5處PAR變化變現(xiàn)為“多峰型”，RC2在10:00、14:00分別達(dá)到1次極大值,2次極大值相近，RC5在10:00和13:00分別達(dá)到1次極大值，其中10:00極大值大約只占13:00極大值的65%。C列內(nèi)RC1、RC5處在08:00—13:00受遮陰影響較大，RC2處在10:00—14:00受到的遮陰影響較大，RC3和RC4處受到的遮陰影響較小，日平均遮陰強(qiáng)度順序?yàn)镈C1≈DC2>DC5>DC4≈DC3。

試驗(yàn)樣區(qū)內(nèi)東西方向中心線的D列中，RD2、RD3和RD4處的PAR變化基本一致，均為先增加后減少的“單峰型”，峰值大約出現(xiàn)在13:00；RD1和RD5處PAR變化也表現(xiàn)為先增加后減少的“單峰型”，峰值也大約出現(xiàn)在13:00，但在08:00—12:00之間變化幅度逐漸增大。 D列內(nèi)RD1、RD5處在08:00—12:00受遮陰影響較大，RD2、RD3和RD4處受到的遮陰影響較小，日平均遮陰強(qiáng)度順序?yàn)镈D1>DD5>DD2≈DD3>DD4。

D列西側(cè)0.67 m處的E列中，RE1、RE2、RE3、RE4和RE5處的PAR整體變化趨勢(shì)都相似，均為先增加后減少的“單峰型”，其中RE2和RE3處的峰值大約出現(xiàn)在12:00，而RE1、RE4和RE5處的峰值大約出現(xiàn)在13:00。 E列內(nèi)RE1、RE5在08:00—11:00受一定遮陰影響，RE2和RE3處15:00—17:00受一定遮陰影響，RE4處受到的遮陰影響較小，日平均遮陰強(qiáng)度順序?yàn)镈E5≈DE2≈DE1≈DE3>DE4。

E列西側(cè)0.67 m的F列中，RF1、RF2和RF3處的PAR變化總體趨勢(shì)均為先增加后減少的“單峰型”，峰值大約出現(xiàn)在12:00，在13:00后均出現(xiàn)不同程度減少，其中RF2減少幅度最大，2 h內(nèi)PAR減少了近80%，RF3處PAR在16:00時(shí)出現(xiàn)了小幅度的增加；RF4處PAR變化也表現(xiàn)為先增加后減少的“單峰型”,峰值出現(xiàn)在13:00，但在08:00起始值較低，在10:00—12:00之間PAR快速增加；RF5處PAR變化變現(xiàn)為“多峰型”，在10:00、13:00、16:00分別達(dá)到1次極大值，但變化幅度較其他小得多，最大值與同列峰值相差近40%。F列內(nèi)RF4處在08:00—12:00受遮陰影響較大，RF1、RF2和RF3處在13:00—16:00受到的遮陰影響較大，RF5處全天受到的遮陰影響都較大，日平均遮陰強(qiáng)度順序?yàn)镈F5>DF2≈DF4>DF1>DF3。

試驗(yàn)樣區(qū)最西側(cè)的G列中，RG3和RG4處的PAR變化基本一致，均為先增加后減少的“單峰型”，峰值大約出現(xiàn)在13:00； RG2處PAR變化變現(xiàn)為“多峰型”，在10:00、13:00、16:00分別達(dá)到1次極大值；RG1和RG5處PAR變化則沒(méi)有明顯的峰值，同時(shí)變化幅度較其他小得多，最大值與同列峰值相差近55%。G列內(nèi)RG1、RG2處在09:00—16:00受遮陰影響較大，其中RG1處受到的影響更大，RG3處在13:00—16:00受到一定的遮陰影響，RG4、RG5處受到的遮陰影響較小，日平均遮陰強(qiáng)度順序?yàn)镈G1>DG5>DG2>DG3>DG4。

將蘋果大豆間作系統(tǒng)及大豆單作系統(tǒng)PAR日變化按照不同時(shí)刻分成二維圖(圖3)，在圖3中可以更為直觀地對(duì)比單日內(nèi)不同時(shí)刻光合有效輻射強(qiáng)度的空間分布。

3.2 日平均遮陰強(qiáng)度的空間分布

日平均遮陰強(qiáng)度的空間分布如圖4所示。不同位置處PAR單日內(nèi)隨時(shí)間的變化是太陽(yáng)輻射強(qiáng)度隨時(shí)間變化、果樹(shù)遮陰范圍隨時(shí)間變化和果樹(shù)遮陰強(qiáng)度隨時(shí)間變化3者共同作用下的結(jié)果。對(duì)不同監(jiān)測(cè)行間進(jìn)行對(duì)比，日平均遮陰強(qiáng)度順序?yàn)镈第1行>D第5行>D第2行>D第4行>D第3行， 第1行受到的遮陰影響最大，其次是第5行， 第2行也受到較強(qiáng)的遮陰影響，而第3行、第4行受到的遮陰影響較小。在第1行和第5行中，RE1、RF1處受到的遮陰影響較弱(0.25左右)，RA1、RG1處受到遮陰影響較強(qiáng)(0.55左右)其他幾處均受到中等程度的遮陰影響(0.35左右)。在第2行中，RD2、RE2、RF2處受到的遮陰影響較弱，RA2、RB2、RC2、RG2處受到中等程度的遮陰影響。在第3行和第4行中，RB3、RC3、RD3、RE3、RF3、RB4、RC4、RD4、RE4、RF4處受到的遮陰影響很弱(0.1左右)，RA3、RG3、RA4、RG4處受到遮陰影響較弱。

圖3 不同時(shí)刻光合有效輻射強(qiáng)度二維分布Fig.3 2-dimension distribution of photosynthetically active radiation in the different times of a day

沿試驗(yàn)區(qū)內(nèi)第3行(圖1)所在直線將試驗(yàn)區(qū)分為南北兩部分區(qū)域，在試驗(yàn)區(qū)中試驗(yàn)區(qū)南半部分同時(shí)也是南側(cè)蘋果樹(shù)行的北側(cè)，而試驗(yàn)區(qū)北半部分同時(shí)也是北側(cè)蘋果樹(shù)行的南側(cè)，樹(shù)行北側(cè)平均遮陰強(qiáng)度0.29>樹(shù)行南側(cè)平均遮陰強(qiáng)度0.22。沿試驗(yàn)區(qū)內(nèi)D列(圖1)所在直線將試驗(yàn)區(qū)分為東西2部分區(qū)域，則試驗(yàn)樣區(qū)東側(cè)平均遮陰強(qiáng)度0.26>西側(cè)平均遮陰強(qiáng)度0.24。

3.3 遮陰強(qiáng)度在3個(gè)生長(zhǎng)期的變化

由果農(nóng)間作系統(tǒng)試驗(yàn)樣區(qū)內(nèi)苗期、開(kāi)花期、結(jié)莢期日平均遮陰強(qiáng)度空間二維分布狀況(圖5)可知：不同生長(zhǎng)季果農(nóng)間作系統(tǒng)遮陰強(qiáng)度分布具有一定相似性，遮陰度從試驗(yàn)樣區(qū)中心向4角的果樹(shù)位置遞增，在二維平面上與果樹(shù)間距離越大，遮陰強(qiáng)度等值線的值越小，而遮陰強(qiáng)度等值線密度也由4角向中心遞減，與果樹(shù)距離越小，遮陰強(qiáng)度等值線越密集。這表明距離果樹(shù)越近遮陰強(qiáng)度越大，遮陰強(qiáng)度變化幅度也越大。而在苗期、開(kāi)花期和結(jié)莢期之間，遮陰強(qiáng)度總體呈現(xiàn)遞增趨勢(shì)，同一位置遮陰強(qiáng)度均有一定程度的增大，根據(jù)各遮陰強(qiáng)度等值線圖中計(jì)算得到的遮陰強(qiáng)度幾何平均數(shù)—苗期0.14<開(kāi)花期0.17<結(jié)莢期0.28。在遮陰強(qiáng)度逐步增加的同時(shí)，樹(shù)行北側(cè)的遮陰強(qiáng)度較南側(cè)顯著增加，樹(shù)行北側(cè)遮陰強(qiáng)度為0.20的等值線由距樹(shù)行2 m處逐漸移動(dòng)到距樹(shù)行3 m處，而南側(cè)0.20遮陰強(qiáng)度等值線則基本保持在距樹(shù)行1.5 m左右。此外試驗(yàn)樣區(qū)西側(cè)遮陰強(qiáng)度較東側(cè)更低，而遮陰強(qiáng)度的最小值在試驗(yàn)樣區(qū)內(nèi)出現(xiàn)的位置隨著時(shí)間逐步向北移動(dòng)近1 m。

3.4 遮陰強(qiáng)度對(duì)大豆生物量和產(chǎn)量的影響

為了厘清遮陰強(qiáng)度對(duì)大豆生物量和產(chǎn)量的影響，將果農(nóng)間作系統(tǒng)試驗(yàn)樣區(qū)中大豆生物量和產(chǎn)量分別與不同生長(zhǎng)季遮陰強(qiáng)度進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果如表2所示。由表2可知，大豆單株生物量和不同生長(zhǎng)季遮陰強(qiáng)度的相關(guān)系數(shù)都近似于-0.7，大豆單株產(chǎn)量與苗期和開(kāi)花期遮陰強(qiáng)度間的相關(guān)系數(shù)也可近似于-0.7，而大豆單株產(chǎn)量與結(jié)莢期遮陰強(qiáng)度的相關(guān)系數(shù)為-0.882。這一結(jié)果表明大豆的生物量和產(chǎn)量與各生長(zhǎng)季遮陰強(qiáng)度都有一定相關(guān)性，而其中大豆產(chǎn)量和結(jié)莢期遮陰強(qiáng)度的相關(guān)性更強(qiáng)。

圖4 日平均遮陰強(qiáng)度的空間二維分布Fig.4 2-dimension spatial distribution of the average daily shade intensity

4 分析

果農(nóng)間作系統(tǒng)中果樹(shù)與間作作物的光競(jìng)爭(zhēng)主要體現(xiàn)在果樹(shù)對(duì)間作作物的遮陰作用之上，而林下PAR強(qiáng)度是計(jì)算遮陰強(qiáng)度的重要指標(biāo)，因此對(duì)林下PAR的準(zhǔn)確測(cè)定是對(duì)果樹(shù)遮陰強(qiáng)度研究的關(guān)鍵一步。現(xiàn)有的研究中，大多通過(guò)將間作作物劃分為幾行，對(duì)行內(nèi)PAR進(jìn)行平均的方法來(lái)分析不同行之間的遮陰強(qiáng)度差異，但實(shí)際上遮陰強(qiáng)度在行內(nèi)也存在較大的差異。本研究依托于自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器，對(duì)林下PAR的定位監(jiān)測(cè)可以從“樣線法”再進(jìn)一步到“網(wǎng)格法”，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)樣區(qū)內(nèi)二維平面內(nèi)PAR日變化的網(wǎng)格化監(jiān)測(cè)，可以對(duì)果樹(shù)遮陰有更加具體更加準(zhǔn)確的分析。林下PAR日變化受到太陽(yáng)輻射日變化和果樹(shù)樹(shù)蔭隨時(shí)間變化的共同作用，太陽(yáng)輻射隨時(shí)間呈“先增加后減少”的“單峰型”變化規(guī)律，而果樹(shù)樹(shù)蔭在從果樹(shù)西南方向以果樹(shù)基部為中心順時(shí)針隨時(shí)間經(jīng)過(guò)果樹(shù)北側(cè)移動(dòng)到果樹(shù)東南方向，5年生蘋果樹(shù)林分內(nèi)的果樹(shù)遮陰范圍在南北方向上沒(méi)有重疊，在東西方向上有一定重疊。因此，在試驗(yàn)樣區(qū)內(nèi)，樹(shù)冠下幾處傳感器在全天都受到很強(qiáng)的遮陰作用，PAR日變化均值較低、起伏較小；樹(shù)冠邊緣幾處PAR傳感器在某一時(shí)段內(nèi)受到較強(qiáng)的遮陰作用，其他時(shí)間受遮陰影響較?。辉囼?yàn)樣區(qū)北側(cè)受到的遮陰影響較南側(cè)更大；試驗(yàn)樣區(qū)東側(cè)在主要在上午受到遮陰影響，而試驗(yàn)區(qū)西側(cè)主要在下午受到遮陰影響。分析認(rèn)為由于一天中太陽(yáng)輻射強(qiáng)度最強(qiáng)的時(shí)間位于12:00—14:00，試驗(yàn)樣區(qū)西側(cè)日平均PAR高于東側(cè)，導(dǎo)致了實(shí)驗(yàn)樣區(qū)西側(cè)的日平均遮陰強(qiáng)度低于東側(cè)。最終的PAR測(cè)定結(jié)果與許華森建立的蘋果樹(shù)下光合有效輻射傳輸模型的推導(dǎo)結(jié)果趨勢(shì)一致；但可能由于果樹(shù)冠型與標(biāo)準(zhǔn)冠型的差異，在具體的遮陰強(qiáng)度上尚存在一定差異。在大豆的幾個(gè)生長(zhǎng)季之間，試驗(yàn)樣區(qū)內(nèi)遮陰強(qiáng)度的二維分布發(fā)生了一定變化，分析認(rèn)為這是由于在大豆苗期、開(kāi)花期和結(jié)莢期之間太陽(yáng)輻射強(qiáng)度和太陽(yáng)高度角發(fā)生了一定變化，果樹(shù)的遮陰強(qiáng)度和遮陰范圍也隨之發(fā)生了一定變化?？傮w上看，從苗期到結(jié)莢期，試驗(yàn)樣區(qū)內(nèi)受到的遮陰影響呈上升趨勢(shì)，分析認(rèn)為主要原因是在苗期(6月中旬)，太陽(yáng)高度角較大，果樹(shù)遮陰范圍較??；在結(jié)莢期(9月中旬)，太陽(yáng)高度角較小，果樹(shù)遮陰范圍較大。

圖5 不同生長(zhǎng)期果樹(shù)遮陰強(qiáng)度的空間二維分布Fig.5 2-dimension spatial distribution of shade intensity at different stage

指標(biāo)Index苗期遮陰強(qiáng)度Shade intensity at seedling stage開(kāi)花期遮陰強(qiáng)度Shade intensity at flowering stage結(jié)莢期遮陰強(qiáng)度Shade intensity at podding stage大豆單株生物量Soybean biomass per plant-0.705?-0.709?-0.703?大豆單株產(chǎn)量Soybean yield per plant-0.724?-0.733?-0.882?

注：*表示在0.1水平上顯著相關(guān)。Notes：*indicates a significant correlation at the 0.1 level.

5 結(jié)論

本研究結(jié)果表明:蘋果大豆間作系統(tǒng)內(nèi)遮陰強(qiáng)度從果樹(shù)位置向4棵果樹(shù)中心遞減，果樹(shù)西側(cè)上午受遮陰影響較大，果樹(shù)東側(cè)下午受遮陰影響較大，樹(shù)行北側(cè)平均遮陰強(qiáng)度0.29>樹(shù)行南側(cè)平均遮陰強(qiáng)度0.22，果樹(shù)西側(cè)平均遮陰強(qiáng)度0.26>東側(cè)平均遮陰強(qiáng)度0.24，結(jié)莢期日平均遮陰強(qiáng)度0.28>開(kāi)花期日平均遮陰強(qiáng)度0.17>苗期日平均遮陰強(qiáng)度強(qiáng)度0.14。試驗(yàn)樣區(qū)大豆生物量和產(chǎn)量分布也表現(xiàn)為從試驗(yàn)區(qū)4角果樹(shù)位置向試驗(yàn)區(qū)中心位置遞增。果樹(shù)遮陰強(qiáng)度與大豆的生物量和產(chǎn)量顯著負(fù)相關(guān)且結(jié)莢期遮陰強(qiáng)度對(duì)產(chǎn)量影響最大。為了有效緩解蘋果-大豆間作系統(tǒng)的種間競(jìng)爭(zhēng)，大豆應(yīng)集中種植在間作系統(tǒng)的的中心區(qū)域，同時(shí)蘋果樹(shù)行的北側(cè)和西側(cè)的種植量應(yīng)略小于蘋果樹(shù)行的南側(cè)和東側(cè)的種植量。此外，在大豆的結(jié)莢期可以采用鋪設(shè)反光膜等增加林下光合有效輻射的農(nóng)藝措施增加大豆的產(chǎn)量。