（果树学专业论文）浙南丘陵山区梨草鸡复合系统生态经济分析.pdf

致谢 本论文是在导师张放老师的悉心指导下完成的。导师严谨的治学态度、渊博 的学识、求实创新的工作精神，给我留下了深刻的印象，也将是我事业上的楷模。 导师在学习和生活上对我的关怀、帮助和指导，使我终生难忘，借此特别向张放 老师表达最深切的敬意和感谢! 生态所杨京平教授对本实验的选题、设计及实旋给予了建设性的建议以及大 力的帮助，在此向他表示衷心的感谢! 在试验的实施过程中，果树所陈力耕教授、张士良老师等给予了大力的指导 和帮助，并对本论文的写作提出了建设性的意见，在此向他们表示最诚挚的谢意! 本试验得到了李登峰、王玉坤、刘辉、石乐娟、h 岩枫、李紫芳等同学的大 力协助，在此一并向他们表示感谢。 同时，还要感谢农业与生物技术学院及园艺系、果树所的领导及其他老师在 我两年研究生学习期间的关心和帮助。 感谢同宿舍的室友在生活中所给予的帮助! 最后感谢我的家人，在我两年的研究生生活中他们给了我最大的鼓励和支 持，以及所有关心和帮助过我的人们，谢谢你们! 叶晓伟 2 0 0 6 5 8 4 中文摘要 农林复合系统是一种传统的土地利用和经营方式，由于它在提高生物生产 力、改善农业生态环境和充分利用资源、增加农民收入，实现可持续发展方面的 巨大潜力，自上个世纪7 0 年代中期以来，得到了人们愈来愈多的重视。作为农林 复合系统群落类型之一，果牧间作在广大丘陵山区较为普遍，特别是近十几年来， 由于果树具有较高的经济效益，果牧间作较受广大山区农民欢迎。但广大丘陵山 区人多地少，耕地资源十分紧张，又是一个扶贫和环境治理等任务集于一身的特 殊地区，因此改变传统的土地利用方式，科学合理地发展丘陵山区复合农林系统， 具有重要的现实意义。 浙江省是个经济大省，但又是个资源小省，土地资源尤其匮乏，人均耕地面 积0 5 6 亩左右，不到全国平均水平的一半，随着经济发展和人口增长，人地矛盾 还会更加突出。近些年，果树因其相对较高的经济效益，使得广大丘陵山区以果 树为主体的农林复合模式发展较快，“丘顶封林、果树缠腰”的生态模式现正广为 流行。但如何充分、合理利用果树树冠遮荫所形成的特殊生态位，提高自然资源 利用率，促进果树的高产稳产，是当前丘陵山区农林复合模式的重要研究课题。 本研究在野外调查和室内分析的基础上，运用生态学、生态经济学原理对对 近年来兴起浙江省南部广大丘陵山区的一种生态绿色农业模式梨草一鸡农林复 合模式进行生理生态、经济效益的分析，得出的结论如下： 1 梨草鸡农林复合系统是一个多组分、多层次、多功能、多效益的人工复 合系统。 2 草、鸡粪还田后，不仅能改善坡地梨园小气候环境，可在高温伏旱期有 良好的降温保湿作用；而且能减少水土流失，改变土壤的物理性质，提高土壤中 速效养分的含量。 3 在梨园的短期经济效益上，梨园养鸡成本低、疾病少、周期短、收益快。 可以有效的弥补梨园幼龄时期经济效益低下的缺陷，这一点对广大丘陵山区来说 至关重要的，种植果树前期投入非常重要，如何来缓解投入与经济效益低下的矛 盾，选择一种合适的间作物尤为重要，而养鸡则可以解决这一问题。 4 在梨园种植果树的幼龄阶段，如果地表无其它作物覆盖时，土壤侵蚀非 常严重。梨园种植黑麦草有良好的保水、保肥作用，同时，能为养鸡提供饲料。 5 梨一草鸡农林复合系统带动并培育了1 个产业化示范点：在海拔8 0 0 m 左右的浙江省景宁畲族自治县山区，示范推广了果树生态种植，带动当地实现了 果树生态化、集约化种植，现在面积近6 6 7 h m 2 , 实现了产业化，这是浙江省乃至 长江以南地区海拔最高、面积最大的果树生态种植示范基地，其生产的砂梨果品 通过了农业部a 级绿色食品认证。 6 梨草一鸡农林复合系统使梨叶片叶绿素含量以及鲜叶比重都有不同程度 的提高，这一研究与吴荣兰( 2 0 0 3 ) 、张士良( 2 0 0 3 ) 发现梨园间作早稻后，梨 园群体光合有明显增加具有一致性。 7 ，梨草鸡农林复合模式所解决的劳动力是单作梨园的2 5 倍，很好解决了农 村剩余劳动力的问题，缓解了社会就业矛盾。 8 梨j 草鸡农林复合系统内有鸡排泄物的循环，因此，大大减少了系统外化学 能的投入，使系统更能趋向于有机化，节约了化学能源的消耗。 关键词：浙南丘陵山区；梨 鸡；草；生态社会经济效应 日u百 1 选题依据和研究目的 在我国广大的农村，无论是山区或平原、南方或北方，由于人口急剧增长， 土地资源开发强度不断加大，带来了一系列生态环境和经济发展受阻的问题，诸 如粮食不足、能源紧张、土地退化、水土流失严重、点面源污染严重、劳动力过 剩、人均收入低下等，严重影响到农村的环境建设和经济持续发展。现实使大家 认识到，依靠传统的单一农业或林业生产经营方式，已无法满足人们日益增长的 物质和文化生活的需要。因此，从有限的土地上获得更多的产出，同时保护、改 良和合理利用土地资源，以促进农村经济稳定持续发展已成为大家日益关心的问 题。农林复合生态系统改变了以往农、林业单一经营利用方式，把农业、林业与 土地的合理利用有机地结合起来，解决了农村开发特别是山区开发中存在的一系 列问题，使得有限的土地资源得到可持续利用，农业和林业得以持续发展，自上 个世纪7 0 年代中期以来，得到了人们愈来愈多的重视。 作为农林复合系统的群落类型之一，果牧间作在广大山区较为普遍，特别是 近十几年来，由于果树具有较高的经济效益，果粮间作较受广大山区农民欢迎。 梨一草一鸡复合农业模式是我们结合浙江省教育厅重点课题“山区优质果树选育及 生态栽培技术研究”在山区重点推广的一种复合农林模式，2 0 0 0 年以来，我们 在浙南丘陵山区的生产实践表明梨一草一鸡复合农业模式可以发挥生物群落群体 优势，长短结合，具有良好的生态学、经济学意义。但目前由于受各方面条件的 限制，有关该模式各方面的研究进行的较少，因此本研究选择位于浙江省南部景 宁畲族自治县英川镇王宅村为试验基点，以梨一草一鸡复合系统为研究对象，并与 当地相同生产和经营条件下的梨园间作草、梨园单作系统进行比较，应用生态经 济学原理对其结构与功能进行分析，旨在为推动该模式在广大丘陵山区的进一步 发展提供科学依据 2 研究内容 2 1 梨草鸡复合农业模式的水土保持效应 在四年生的梨园内设立梨一草、梨一草一鸡、裸地梨园三种处理，采用自制径流 器收集地表径流，测定降雨量、径流深度、土壤侵蚀量、土壤流失量等，比较三 种处理的水土保持效应。 2 2 梨一草一鸡复合农业模式的生态效应 分析比较梨草、梨一草鸡、裸地梨园三种模式产量、产值、产投比及经济效 益、对梨树生长发育的影响( 叶片叶绿素含量、冠径、枝条构成比例及生长量等) 、 对土壤理化性质( 氮、磷、有机质及土壤容重和含水量等) 的影响。 2 3 梨草鸡复合农业模式的经济效应 包括收益周期、各组分所占收益比例、鸡品质、次级生产收益、梨园稳定性 分析 2 4 梨草鸡复合农业模式的社会效应 包括产品供给、占用劳力、梨园更新速度、投入空间及肥料分析等 2 5 主要调查、测定项目及方法 2 5 1 土壤理化性质的测定经2 年间作并覆草鸡粪还田，于2 0 0 5 年 1 2 月梨树落叶后用对角线法多点挖取距梨树主干5 0c m 处土样，取样深度0 2 0 c m ，测定土壤有机质、碱解n 、速效p 、速效k 含量。取样前先用环刀法测定 土壤容重、孔隙度有机质测定用重铬酸钾容量法，碱解n 用碱解扩散法，速效p 用o 5mn a h c 0 3 一钼锑抗比色法，速效k 用n h 4 0 a c 浸提，火焰光度法( 鲍士 旦，2 0 0 0 ) 。 2 5 2 水土流失量测定 2 0 0 5 年分别在一年中降雨量集中的三个月里三 次降雨后用自制径流收集器测定径流量及泥沙流失量。径流收集器的设计制作参 考了段舜山( 2 0 0 0 ) 所描述的的环状径流收集装置。记录每次降雨的降雨量及实 验收集到的径流量，搅拌均匀采水样，将水样用已烘干并已称重的滤纸过滤，恒 温烘干和称量，测定单位体积径流的含沙量，根据每次降雨的径流量，计算小区 泥沙流失量，并换算成单位面积泥沙流失量。 2 5 3 测量土壤温度间作期间观测各个小区o 、5 、1 0 、1 5 土壤温度， 记载时间为上午9 ：0 0 时和下午1 5 ：0 0 2 5 4 测定梨树生长状况2 0 0 5 年1 2 月，测定梨树树干直径、株高以及 短、中、长枝的数量。 2 5 5 测定梨叶片叶绿素含量和鲜叶比重2 0 0 5 年5 月中旬和7 月中旬 在树冠中部随机采样( 1 5 片) 。采下后立即用湿纱布包好，置于保温壶内带回实验 室，用丙酮法测定叶绿素含量，每处理取样5 个。 2 5 6 梨果实品质测定在环境条件基本一致的5 年生梨树园中，选择 2 0 m 2 0 m 的标准地3 块，于2 0 0 5 年3 月下旬进行每木检尺基径。在标准地每木 检尺的基础上，以平均胸径选3 株标准木。2 0 0 5 年8 月下旬，标准果实完全成 熟后，调查果实产量，折合成单位面积产量。在各处理中各随机各选取2 5 个果 实带回实验室，称量单果重，测定果实可溶性固形物、总糖、总酸和v c 含量。 可溶性固形物用w y t 一4 型手持折光仪测定，总糖、总酸和v c 含量分别用蒽酮 比色法、中和滴定法及2 ，6 一二氯靛酚法测定( 李合生，2 0 0 0 ) 。每次5 个果实， 重复5 次。 2 5 7 根系数量测定 2 0 0 5 年l1 月份根量用静态壕购法于树冠滴水 线下挖剖面，观察梨树根系分布情况。 2 5 8 测定鸡重量及梨产量 调查肥料市场价格、劳力、肥料投入、土地占用、收益周期、受灾情况及系 统稳定性等。 3 研究技术路线 本研究以开发带我们重点推广的梨草一鸡复合农业模式系统为研究对象，以 单作梨园为对照，以定量研究为主，定性研究为辅，通过定量实验、定点调查和 农户访问等方式，运用生态经济学原理研究了系统的及其生态环境效益、土地利 用率与经济效益，并结合当地实际，提出梨一草鸡复合农业生态系统结构与功能 优化途径。 研究技术路线示意图 9 o 第一章农林复合生态系统的研究 一、农林复合生态系统的概念、内涵及特征 农林复合生态系统在我国古代已经存在，而且在不同地区形成了不同的类 型，如华南地区的胶茶问种、华北地区的桐粮间作、枣粮间作等，都有大规模的 推广，且收到了良好的社会经济效益。然而，长期以来在理论上未得到人们足够 的重视，没有进行系统的研究。自2 0 世纪7 0 年代后期以来，由于人口膨胀、资 源短缺和环境恶化，使得农林复合系统这一古老的经营方式又被重新认识，赋予 了它新的涵义，并得到了空前的发展。但关于农林复合生态系统，国内外至今尚 无统的定义。国际农林复合生态系统研究委员会( icraf ) 在综合了各种 定义的基础上，给出了一个比较完善的定义，即“农林复合生态系统是指在同一 土地管理单元上，人为地把多年生木本植物( 如乔木、灌木、棕榈、竹类等) 与 其他栽培植物( 如农作物、药用植物、经济植物以及真菌等) 和( 或) 动物，在 空间上或按一定时序安排在一起而进行管理的土地利用和技术系统的综合。在农 林复合生态系统中，在不同的组分问应具有生态学和经济学上的联系”。它一 般具有以下几个特征： ( 1 ) 复合性：这里的“农”包括种植粮食、经济作物等以及栽培食用菌、 饲养家畜家禽等。所谓“林”包括与农业或牧业之间有直接生态和经济联系的防 护林、用材林、经济林等。农林复合生态系统就是将这些经营类型有机地结合起 来，而形成的一种土地集约利用形式。 ( 2 ) 集约性：农林复合生态系统的管理集约程度较高，投入系统的物质、 能量较多，而系统输出也相应提高，从而具有较高的物质输出效率和系统生产力。 ( 3 ) 整体性：农林复合生态系统大多是人工建立的生态系统，使人工复合 生物群体的各生态元在质和量相互协调、互为补充，形成一个有机的整体。 ( 4 ) 多样性：农林复合生态系统的类型、层次和结构模式多样化，它可以 从以庭院为一个结构单元，以一片林为一个类型单元，到以小流域或较大的景观 为一个单元，直到覆盖广大面积的农田防护林体系等。其中各单元的层次和类型 丰富多样。 ( 5 ) 时序性：农林复合生态系统的人工复合生物群体具有时序性，能充分 利用林地经营的时间差，使多种经营项目长、中、短期有机地结合起来。 二、农林复合生态系统研究内容 以下就农林复合生态系统所研究的各个方面做一系统的概述： 1 农林复合生态系统中上层作物的生物学、生理学、生态学特性研究 梨园间作和覆草的试验表明( 刘建泉，2 0 0 0 ) ，间作或覆草处理由于改善了空 气、土壤的温度和湿度以及改变了树体的日照时间、太阳辐射量而使梨树干径、 树高、冠幅、新梢平均长度、新梢个数等生长指标大幅度提高，从而促进梨树的 生长发育，同时还可改善光照，避免发生日灼。但也有研究表明套种会在一定程 度上影响果树的生长( 吴建军，1 9 9 8 ) ，与上述梨园间作的实验结果相反。间作还 可明显提高果树的光能利用率和光合效率以及果品品质和产量( 刘建泉，2 0 0 0 ；张 劲松，2 0 0 1 ) 。 2 下层闾作物的生物学、生态学特性研究 果农间作生态系统应用至今，人们研究最多的就是间作物种类和间作系统的 经济、生态效益，适当间作物的选择是系统良好经济、生态效益的首要保证。 原先间作物的选择多是依据经验判断，但是这样做出的结论常有选择失误的 时候。随着科学的发展人们开始用科学的方法来选择间作物的种类，资源利用、 经济效益、生态效益以及上下层作物之间光照、水分、养分、根系等的相互影响 都是科学选择间作物种类需要考虑的因素( 管亚东，1 9 9 8 ；梁嘉陵，1 9 9 9 ) ，研究结 果表明( 涂翠琴，1 9 9 8 ) ，自然生草用于无灌溉条件的山地，对于减少果园土壤水 分蒸发比间作其它作物效果好，幼龄果园宜间作喜光作物如花生、芝麻等，成年 果园则应以耐荫作物如生姜等为主，考虑的主要是果树对下层作物的遮荫问题， 但是芝麻的根系分泌物对果树生长有不利影响，因此果园不宜间作芝麻。研究果 农间作的小气候表明( 刘延杰，1 9 9 9 ) ，间作物种类根据遮荫面积而定，5 0 以 内时可种植瓜类和豆类，超过5 0 时应种植耐荫作物。 除间作物种类的选择外，间作年限的制定也相当重要。近些年来，人们对此 进行了大量研究。这方面的研究主要是从果树遮荫方面考虑的。研究表明( 管亚 东，1 9 9 8 ：梁嘉陵，1 9 9 9 ) 果农复合的年限一般在3 5 年，超过这个期限，果树 树冠过大，遮光严重，将会影响下层间作物的生长和产量，因此影响到整个问作 系统的综合效益。 3 作物生长环境的研究 ( 1 ) 光环境 通过合理的农林间作提高光能利用率是完全现实的，国外同类研究中m o n i t h 等早在1 9 9 1 年已经用试验证明了这一点。合理的果农间作就是提高果园光能利 用率的有效途径( 包维楷，1 9 9 8 ) 。尽管果树对其林下农作物的遮荫作用是不可避 免的，除某些c 4 植物( 如玉米) ，无论何种程度的遮荫均会造成农作物产量的降 低，但也有许多栽培植物在一定遮荫条件下，对产量和质量影响不大，甚至略有 提高，如茶树、高梁、谷子、蔬菜中耐荫的生姜以及一些牧草等。大多数研究表 明，1 0 2 5 的遮荫对多数农作物产量的影响不明显。 果农间作生态系统中，果树林带间光照分布有其特殊规律( 李连国，1 9 9 8 ；赵 平，2 0 0 1 ) ，树冠范围内遮光严重，树冠以外的光照强度则多数可达7 5 9 0 ， 因此树冠以外的地方能满足大部分作物对光的需求，而不会因遮光影响作物产 量。光照分布特点的研究还对果树的整形修剪有指导作用，控制好树形，树冠投 影内某一固定点的光照总是以光暗闪烁的交替形式存在的，这种交替光可使光合 效率提高5 4 左右，因此应注意对果树进行适当的整形修剪，既保证果树适当 的枝叶量又保证林带下的适度光照。 ( 2 ) 土壤环境 我国土壤肥力相对低下，近些年由于某些地区的掠夺性生产更是严重恶化， 这种土壤的面积日益扩大。而且我国丘陵地区面积很大，这些地区土壤肥力尤其 低。对于这些类型土壤的改良，人们把希望寄托在混农林业上。国外的s i n g h 早 在1 9 8 9 年研究杨树和桉树与两种香料作物间作时就发现，间作5 年后两种间作 地o 3 0 厘米的有机c 比对照提高了2 8 o 和5 4 5 ，n 、p 、k 的含量也有显 著提高，国内有关农林业系统土壤环境尤其是土壤营养条件的研究也很多。 果农间作复合生态系统由于其良好的经济效益和生态效益，成为丘陵地区发 展的最重要的混农林业类型之一。在果农间作的研究中也有很多与s i n g h 类似结 论的研究( 兰彦平，2 0 0 0 ；梁嘉陵，1 9 9 9 ；吴建军，1 9 9 8 ) 。实验证明( 贺明荣，1 9 9 4 ) 果粮间作并未造成对土壤肥力的掠夺，只要保证适宜的土壤营养措旌间作土壤的 肥力不但不会降低，反而会有升高趋势。果树行间覆盖无芒雀麦和鸭茅草使土壤 孔隙度提高3 4 ，容重降低0 1 ，直径1 0 m m 以上团粒增加1 l 1 2 ( 兰彦平，2 0 0 0 ；谢英荷，1 9 9 6 ) 。果园行间生草的实验结果也表明，由于植被覆盖 作用，夏季可使果园表层土壤温度下降1 4 。c 6 ，冬季可提高表层土温2 。c 3 ，同时可改善土壤理化性状，富集和转化土壤养分( 刘建泉2 0 0 0 ；兰彦平2 0 0 0 ； 吴建军，1 9 9 8 ) 。 间作提高土壤营养三大主要元素n 、p 、k 的研究较多，微量元素的研究很 少，叶优良等研究了小麦一苹果间作生态系统中间作对苹果铁营养的影响，结果 表明间作可明显减轻苹果黄叶病，提高了苹果对铁的吸收效率，这一研究为根治 果树缺铁黄叶病提供理论依据。 ( 3 ) 小气候 c o d e r 是国际上最早研究树篱型农林间作小气候的，他研究了间作对作物冠 层温度的影响，结果表明问作可明显降低冠层温度。研究结果还表明农林间作对 降水有阻滞作用，同时间作的风速降低很多，叶温和土壤温度也下降较多；但也 有人认为，树篱型农林间作的小气候变化不足以影响农作物产量。 国内果农间作的研究中也有人研究了果粮间作系统的小气候效应( 梁嘉 陵，1 9 9 9 ；崔学明，1 9 9 8 ；刘延杰，1 9 9 6 ；傅金和，1 9 9 5 ) ，他们与c o d e r 和m o n i t h 对农林间 作小气候的研究有类似结果。赵平等从研究植物光合作用说明了间作系统内水热 条件配合良好，维持了比单一生态系统更高的生产力。除光照强度、温度、湿度、 风速受到影响外，问作田的湍流交换系数、土壤导温率也存在明显差异，防干热 风的效果也很好。有研究表明果树单株背风面垂直方向上1 2 米处有一弱风区， 若弱风区下限超过2 米时，对下层间作物的防风效果就不是很好。这一结果对果 树修剪、整形以及间作作物品种的选择具有一定指导意义。间作田的湍流交换系 数低于单作麦田，将对间作田内二氧化碳的输送、水汽、热量的交换带来影响， 尚需进一步研究。 4 水土保持效益研究 由于山地特殊的地质地貌特点，为降水汇流形成提供了特定的边界条件和动 力来源，而与之相伴随的坡面侵蚀、沟道侵蚀以及泥石流等重力侵蚀成为危及山 区农牧业生产、水利设施以及人民生命财产安全的主要因素，由于水土流失所造 1 4 成的山区农业生态环境恶化，必然影响到山区社会经济可持续发展。因此山区农 林复合经营具有生产与保护两种作用，其主要产品通常是燃料、饲料和果实，但 最主要的作用无疑是水土保持，这种农业生产与土壤保持相结合的能力，对生产 发展必不可少的基本资源的保护作用，恰恰是林农复合经营在持续利用土地方面 所做出的主要贡献。控制土壤侵蚀的措施，过去是指如何减少土壤流失量，如每 公顷土地或某一剖面厚度减少了多少吨的流失量，这只是一种传统的做法，很难 产生经济效益( a n t h o n y y o u n g ，1 9 9 0 ) 在农林复合经营水土保持效益研究领域内，我国因其特殊的自然与社会经 济条件，研究的比较深入和广泛。 从研究的区域上看，几乎遍布我国南北山区，从寒温带、温带的东北山地， 到暖温带的黄土高原、亚热带的秦岭淮河以南广大地区，以及热带区域。所研 究的树种基本上涉及了这些区域极具代表性的树种，这些研究是与水文生态研究 同步进行的。 从研究的方法上看，观测实验研究占绝对优势。标准径流小区、自然坡面 集流区、小流域等空间尺度的实地观测研究仍是最为广泛采用的研究方法，采用 人工模拟降雨来研究不同农林复合经营的防蚀效益，在干旱、半干旱等降水较少 的地区作为天然降雨观测的补充也有较广泛的应用。在理论研究方面，从能量角 度研究林冠对降雨动能的影响( 王彦辉，1 9 8 6 ；余新晓、雷瑞德，1 9 9 4 ) ；从力 学的角度分析林木根系在坡体稳定上的作用来研究林木控制重力侵蚀的作用( 解 明曙，1 9 8 9 ) ：从林地地表糙率的研究来分析林地地被物对径流流速的阻延作用 ( 张洪江等，1 9 9 5 ) ；从坡面侵蚀数学物理模型，经一系列简化，获得模型参数 值，进而评价林木对土壤侵蚀的控制作用( 吴长文，1 9 9 4 ) 。在统计模型或经验 模型研究方面，金争平等( 1 9 9 2 ) 采用通用流失方程，在测定了灌木林地的c 值基础上，预报灌木林地的水土流失；李春阳等采用钉子法、色环法、对比法、 量沟法测定了帽儿山地区不同地表的表土流失样本9 6 个，将植被持水量与凋落 物吸收量作为自变量建立了土壤流失的非线性回归模型，阐述了林地控制水土流 失的作用( 李春阳等，1 9 9 1 ) 。 从研究的结果上看，农林复合经营对控制水土流失均具有十分显著的作用， 尽管这种作用在不同地理区域、不同树种、不同类型的人工植被群落产生一定的 变化。湖北省黄岗地区水土保持站的实测资料表明，造林可以减少侵蚀量9 1 5 以上。北京林业大学在山西吉县黄土高原的观测结果表明：沙棘与虎榛子林地土 壤侵蚀量为2 5 9t k m - e a ，油松刺槐混交林地为7 4 8t k m - 2 a ，刺槐林地为1 9 4 7 t k m - 2 a ，油松林地为1 6 7 5t k m - z a ，荒草地为5 2 7 5t k m - 2 a ，裸地为1 7 7 8 0t k m - 2 a ，以油松刺槐混交林地为例可减少土壤侵蚀约9 6 。另据北京林业大学密 云水库水源保护林减少沙效益的系统研究表明：在天然降雨下，荒坡产沙量是刺 槐林地的4 1 0 1 2 4 0 倍，是油松林地的1 9 6 1 4 4 7 7 倍。林冠对降雨动能的影 响是从能量角度研究林木对土壤侵蚀作用的起点，研究普遍认为林冠可以显著的 削弱降水动能，但也有人得出相反的结论。林木根系固土可以在一定的范围内防 止滑坡等重力侵蚀的发生，孙立达等( 1 9 9 5 ) 还在黄土高原建立了刺槐、油松单 根对土壤固持力与根的直径的幂函数关系，并指出根系能够强化土壤的抗冲性， 而且由于森林植被的发育，林地土壤的抗蚀性也显著提高，其中灌木林地土壤抗 蚀性最强，其次是乔木林地。m e r w i n ( 1 9 9 4 ) 在苹果园进行八个不同地面管理方式 实验4 年后发现，苹果园间作的水入渗率由实验前9 4e m h 上升到5 7 5c m h ，而 裸地苹果园的水分入渗率由1 7 6c m h 降到7 1c m h ，并观测到地表有明显的沟状 侵蚀，b u t l e rj ( 1 9 8 6 ) ，h a l l ( 1 9 8 4 ) 等认为果园采用生草法可减少水土流失8 6 一 9 9 ，增加果园水分入渗率，缓解旱情。徐明岗( 2 0 0 1 ) 等在红壤丘陵区幼龄果 园进行果一草复合经营模式，发现幼龄果园种草及梯田田埂种植草带是一项很好 的水土保持措施。在三峡库区砾石坡耕地( 王玲铃，2 0 0 2 ) 实施林农复合经营和 植物篱技术，可有效减少水土流失，观测期内，水土流失量仅是对照小区的 l 】4 2 。赤红壤坡地幼龄果园( 段舜山，2 0 0 0 ) 间作牧草作物具有良好的水土保 持效果，采用间作的果园比地表裸露减少径流3 0 6 4 一5 2 6 4 ，减少土壤侵蚀 量6 4 3 2 一9 i 0 7 。童期果园( 缓丘坡地) 问作牧草比裸露地表减少径流6 5 6 2 - - 4 9 1 1 ，减少土壤冲刷8 2 5 1 一8 1 3 1 5 林农间作根系分布研究 一般认为，林农间作的树神应该是深根性的，这样才能减少与农作物在上 层土壤争夺水肥和提高资源的利用率。但实际上虽然林木与农作物相比属深根 性植物，但它们多数吸收根是在0 5 0 c m 范围内，而那些到达非常深的根系的 主要作用是在有水分胁迫条件下吸收深层水。s i n 【g h 等试验证明，即使对豇豆、 蓖麻和高梁遮萌1 5 一7 0 ，如果地下没有竞争，产量也不降低。如果有竞争， 在距银合欢o 3 5 m 的范围内作物生长降低3 0 一5 0 ，说明地下竞争是如此 的激烈。陆育新( 1 9 9 0 ) 在杉农间作条件下也发现林木与小麦根系对水肥争夺 剧烈。所以，许多研究人员把目光转向筛选林木根系类型方面。r u h i g w a , 1 9 9 2 ； 刘金龙，1 9 9 2 ；h a u s e rs ，1 9 9 3 等在不同的间作类型上研究发现：农林间作系统 中林木与农作物竞争水肥主要是由2 m m 以下的吸收根造成的，所以林木根系分 布虽然很重要，但是最重要的是吸收根的总量和分布深度。从目前研究状况看， 基本按照林木根系分布和农作物根系分布的矛盾的大小来选择间作树种。为了 避免林木根系过于集中于表层土壤而影响间作物的生长，对林木根系进行必要 的修剪是完全必要的。有研究发现木本鸽子豆_ ( c a j a n u sc a j a n ) 与农作物间作时其 根系与作物根系接触后受到刺激，根系分布更多。这样的树种如果不进行根系 管理，势必影响作物的生长( d a n i e lin ，ck o n g msk u m a r , 1 9 9 1 ) 。k o r w a r 等研 究银合欢树篱与高粱间作时平茬和修根对作物的影响，结果发现修根与不修根 对产量的影响是非常显著的。 分析国内外的研究成果我们发现，对林农问作的研究多集中于生态环境效应 这方面，而对于间作所产生的经济效益研究，特别是将两者结合起来研究就较少 了，浙江南部广大山区发展林农间作，应该以生态环境效应为基础，但考虑到现 实生产的需要，也应该将经济效益这一因素纳入到林农间作的发展思路上来。因 此本论文的研究就是在前人生产实践的基础上，引入一种新的林农间作模式梨 草一鸡，从生态环境效应和经济效益上分析，从理论和实践上证明这种模式在浙 江南部广大丘陵山区是可行的，值得推广的。 6 林农间作水分关系研究 对于世界上大多数地区，水分缺乏成为限制农作物生长的最主要因子，特别 在干旱和半干旱的环境条件下，许多人认为，林农间作系统中林木与农作物水分 竞争是造成农作物减产的主要原因( s i n g h k o ，hsc h a n h a n ，dk r a j p u te t 1 9 8 9 ) 。 怎佯使林木在改善农田小气候和土壤肥力的同时，又与农作物不发生水分竞争是 人们追求的目标。所以，研究他们的水分关系就显得十分重要。 在研究林农间作系统中林木和农作物水分关系，利用安装张力计测定水分的 移动是一个有效的方法。c h i r w a ( 1 9 9 4 ) 等在研究银合欢和千斤顶与玉米间作的水 分关系时发现：在旱季水分是从下向上移动，并且玉米和树篱消耗的水分相差不 大，同时2 个树种之间也没有差异；在强干旱条件下，树木根系周围的水分含量 明显高于玉米行中的水分。说明树篱与玉米在水分方面没有明显的竞争或者树篱 消耗的水分没有玉米多，因为在玉米播种9 0 天时，0 一1 5 c m 土层玉米行中土壤 水势为一4 0k p a ，而2 个树种周围的土壤水势分别为一2 0 k p a 和一1 0k p a 。 混农林业中农林问作水分研究是最多的，由于自然环境条件和树种、农作物 种类的不同，研究结果争议很多。大多数的研究说明，许多树种如果不加必要的 根系管理，与农作物根系产生水分竞争是不可避免的：但s e k a b e m b e 等用令人信 服的试验证明，刺槐幼林与农作物间作不会发生水分矛盾。林木是2 年生1 5 4 5m 的株行距。为了防止刺槐的根系伸到间作地上层土壤中，在部分试验小区 中用玻璃纤维埋在树行5 0c m 远、o 一1 0 0c m 深的土层中，试验是在有机质含量 高和低2 种土壤上进行。调查0 4 5 c m 土层中距树7 6 c m 、1 5 2 c m 和2 2 8 c m 的 水分变化。结果说明，有机质含量高的土壤的含水量明显高于有机质含量低的土 壤；同时灌水8 天后，没有隔离物的高肥和低肥含水量分别下降8 和3 2 ，并 且在距树7 6 c m 远的地方水分含量低于有隔离物的，其它部分的含水量基本相似， 说明刺槐根系消耗水分的范围在7 6 c m 之内，林木与农作物的水分矛盾不大。 7 林农间作养分关系研究 林农间作在发展中国家更受欢迎的原因之一，就是某些林农间作形式( 如树 篱型农林间作) 会给农田带来大量的营养，这就为贫困地区无力购买化肥的农户 带来福音。普遍认为，木本植物与农作物相比对营养的需求是较低的，同时林木 的竞争能力也不是十分强，而且林木根系能够利用较深土层的营养，并通过枝叶 归还给上层土壤。如亚洲肥沃土壤的农林问作林木枝叶每年施入农田5 2 2 t h m 2 干物质，贫瘠土壤也施入1 4 一1 2 5 t h m 2 ( d w i v e d i a p ，1 9 9 2 ) 。 植物在长期进化过程中，具备了回避对有限资源竞争的能力，以确保生存下 去，这些能力包括生物物候交错、生态习性变化、冠层或根系分层。h a g g e r ( 1 9 9 3 ) 等对刺桐( e r y t h f i n ap o e p p i 百a 1 1 a ) 和g l i r i c i d i as e p i u m 与玉米和黄豆间作的营养竞 争所作的研究很好地解释了上述问题。2 个树种的株行距分别是3 m 6 m 和0 5 m 6 m 。作物种植6 0 天之内的生物量和含n 量与树的行距无关，但在9 0 天时靠 近刺桐树行的玉米生物量与生长在行中的相比下降4 4 ，含n 量降低3 5 ，然 而靠近g s e p i u m 的玉米生物量没有下降，含n 量反而提高5 6 ，说明2 个树种 在与作物的营养关系上是不同的，前者是竞争关系而后者是补偿关系。但是多数 研究说n ( s i n g h ，1 9 9 8 王广钦，1 9 8 3 ，陆新育，1 9 9 0 ) ，林木和农作物在水分和养 分上的争夺是造成作物减产的重要原因。 了解林木与农作物在营养上的竞争关系非常重要，这样人们可以知道它们之 间对那些元素的竞争最为激烈，进而协调它们的关系，使间作向有利的方向发 展g i l e s p i e 利用b a r b e r ( i 9 8 4 ) 的关于营养竞争的模型对农林间作条件下物种 关系进行了研究，最后得出几个重要的结论：( 1 ) 扩散率高的营养元素与土壤相 互作用小，如硝态n ，扩散速率低的养分与土壤的相互作用强烈，如p ；( 2 ) 由于 根系吸收养分使根系周围形成养分浓度梯度，高扩散率的元素梯度小而竞争激 烈，反之则相反；( 3 ) 根系直径大小决定养分吸收效率，越小效率越高，所以林 木的粗根对吸收的贡献较小；( 4 ) 充足的水分供应将导致营养竞争更加激烈，因 为水分促进集流和扩散速率；( 5 ) 根密度决定物种对营养竞争的激烈程度，并引 入半根i n 遁( h a l f - - d i s t a n c eb e t w e e nr o o t s ) 的概念，以描述各种营养元素的竞争情 况：r = 1 伍1 v ) m 式中r 一半根间距、1 v 一单位体积土壤根长或根密度。利用 上式计算出半根间距，再试验出各种元素在土壤中的扩散梯度距离、就可以判断 该元素的竞争程度，如果半根间距远小于某元素的扩散距离，那么对该元素的竞 争一定是非常激烈的；( 6 ) 共栖将减少对n 的竞争，同时还会活化某些元素如p ， 因为微生物为植物提供了n 源、并且分泌的有机物使某些营养元素成为可利用 态。 同水分关系研究的争论一样，许多营养关系研究报道并不一致。有的研究者 认为，混农林业能够提高n 的矿化度和p 的有效性( h a g g e r1 9 9 3 ) 。但也有人认 为，混农林业系统中p 有从系统中输出的趋势( s a l a z a ra ，l ts z o t t ，ca p a l m 1 9 9 3 ) 。造成这种结果不一致的原因。一方面是由于树种特性的差异、物种 关系的复杂性和立地条件的异质性另一方面也是因为问作方式、间作模式的不 同。 8 系统功能及生态、经济效益研究 早在1 9 9 4 年吴刚等便对果农间作生态系统功能特征进行了研究，为推广和 评价农林业系统提供科学依据。其研究认为该系统主要的生态效能主要包括：改 善农田小气候效能，改良土壤效能和生物效能( 保护生物多样性和增强系统稳定 性) 。后来的很多研究也有相同的结论，均认为间作生态系统改善了果园小环境， 对上下层作物的生长发育都有一定促进作用，尤其是生草措施对水土保持有很好 的效果，这些研究为建立持续、稳定、优质、高效的果园农业生态经济系统提供 科学依据。 近年来世界性的农林间作研究中对间作对杂草的控制作用和对生物多样性 的影响作用的研究较多。农田杂草是世界性的难题，它不仅与农作物争水争肥严 重干扰农作物的正常生长，而且还费时费力消耗大量资金去控制它，同时，近些 年农田除草剂的应用也是农田环境污染的重要来源之一。国际上早有研究表明， 各树种绿肥均对杂草有不同程度的抑制作用，而对农作物没有明显的不良反应。 而当前农林系统中生物多样性呈明显的降低趋势，生物多样性的保护迫在眉睫。 有研究表明，农林间作由于改善了系统小环境，从而保护了某些生物的生存环境， 增加了生物多样性，也增强了农林系统的稳定性。 在果农间作的研究中也有研究结果表明间作可大大降低果树林带下杂草的 数量和种类，同时对生物多样性有一定的保护作用。但是目前我国农林间作生态 系统的研究中，有关间作控制杂草和多生物多样性影响的研究还比较少，但是随 着生态农业、绿色农业的发展，这项研究将变得越来越重要和有应用价值。 9 系统的结构合理类型的研究 果农间作生态系统的类型有果一粮问作、果一棉间作、果一粮一菜间作、果 一菜间作等，其中以果一粮问作规模最大。果一菜间作类型中，由于生姜耐荫性 较好，经济效益也不错，种植较多，此外，大葱等由于其杀菌作用应用也较多。 果树配置以南北行，行距、株距、树高、冠径、冠下高度等具体结构指标应根据 具体情况而定，不同果树、不同间作物以上各指标均不同。向永国等通过对柑橘、 小麦间作系统中水分胁迫的研究确定了系统中柑橘的最佳密度和株行距，此研究 为间作系统生理研究与实际应用的有效结合提供了一个研究的方向和范例。春季 间作物以小麦最好，其次为谷子和玉米。夏秋季以矮杆玉米、棉花、大豆较为适 宜。小麦、豆类、蔬菜适宜在果树行间种植，谷子、玉米、棉花等喜光作物应该 在远冠区和树行中间种植，黄花菜、红小豆、豇豆等耐荫性植物可在树冠下和近 冠区种植，灌木型香椿可在果树株间栽植( 李连国，1 9 9 8 ) 。 l o 系统的综合评价研究 有关农业生态系统健康评价的研究近年来较多，也有比较系统和统一的评价 体系和指标存在。但是，具体到果农间作生态系统，有关研究却比较少，也没有 统一的评价体系和指标。果农间作生态系统作为农业生态系统的一种类型，以上 适用于农业生态系统评价的体系和指标可以借鉴来使用，但是，果农间作生态系 统中由于果树和间作物还生产可食性经济产品，因此，在对该系统进行评价时还 应考虑到食品安全性的问题。所以，对该系统综合评价的研究不需要从零起步， 可以在借鉴前人农业生态系统综合评价研究成果的基础上，根据果农间作生态系 统的实际情况加以改进。当前国内也有这方面的研究，多是从农林间作评价的方 法入手的，对果农问作生态系统中可食性经济产品安全、经济、生态评价的研究 很少，还没有形成一套完整的评价体系。 第二章浙南丘陵山区梨草鸡复合农业模式的生态效益研究 1 引言 我国生态农业建设的目标是提高三大效益，即社会、经济、和生态效益。生 态农业模式如果仅追求社会、经济效益，而忽略生态效益，那么生命力不强，存 在也不会长久。随着农村生态环境的日益恶化，人们对生态效益的重视不断提高， 在生态农业建设、研究中都要分析其生态效益。 在浙江省南部的广大丘陵山区，梨园养鸡已越来越普遍，该模式在当地社 会经济发展中起到重要作用。实质上，它所产生的巨大生态效益也是该模式强大 生命力的一部分。因此，本节对梨草鸡复合农业模式所产生的生态效益进行研 究，力图揭示出次级生产在该系统中的作用，同时为农林牧复合系统的生态效益 研究提供参考。 2 材料和方法 2 1 试验材料 梨树为四年生翠绿，草种子为进口的黑麦草 2 2 试验设计 试验地点在浙江省景宁畲族自治县英川镇王宅村。该村为典型的丘陵山区， 采取小区控制试验与大田实施推广相结合，小区试验设了3 个处理：a 幼龄梨园 间作黑麦草；b 幼龄梨园间作黑麦草并放养鸡；c k 裸地梨园( 对照) ；每小区2 l 株梨树，每行7 株，株行距为2 m x 4 m ，南北行向，开心形树型，生长健壮，平均 树高为2 3 0 m ，南北冠幅2 2 5 m 。每个处理重复三次，共9 个小区。试验过程中 保持三种处理的田问管理水平一致，试验时间为2 0 0 4 年5 月至于2 0 0 6 年3 月。 3 主要调查、测定项目及方法 3 1 土壤理化性质的测定经将近2 年间作并覆草鸡粪还田，于2 0 0 5 年1 2 月梨树落叶后用对角线法多点挖取距梨树主干5 0 c m 处土样，取样深度0 2 0c m ， 测定土壤有机质、碱解n 、速效p 、速效k 含量。取样前先用环刀法测定土壤容 重、孔隙度，有机质测定用重铬酸钾容量法，碱解n 用碱解扩散法，速效p 用 0 5 m n a h c 0 3 一钼锑抗比色法，速效k 用n 出o a c 浸提，火焰光度法( 鲍士旦， 2 0 0 0 ) 。 3 2 水土流失量测定2 0 0 5 年分别在一年中降雨量集中的三个月里三次降 雨后用自制径流收集器测定径流量及泥沙流失量。径流收集器的设计制作参考了 段舜山( 2 0 0 0 ) 所描述的的环状径流收集装置。记录每次降雨的降雨量及实验收 集到的径流量，搅拌均匀采水样，将水样用已烘干并已称重的滤纸过滤，恒温烘 干和称量，测定单位体积径流的含沙量，根据每次降雨的径流量，计算小区泥沙 流失量，并换算成单位面积泥沙流失量。 3 3 测量土壤温度间作期间观测各个小区0 、5 、l o 、1 5 土壤温度，记载 时间为上午9 ：0 0 时和下午1 5 ：o o 3 4 测定梨树生长状况2 0 0 5 年1 2 月，测定梨树树干直径、株高以及短、 中、长枝的数量。 3 5 测定梨叶片叶绿素含量和鲜叶比重2 0 0 5 年5 月中旬和7 月中旬在树冠 中部随机采样( 1 5 片) 。采下后立即用湿纱布包好，置于保温壶内带回实验室，用 丙酮法测定叶绿素含量，每处理取样5 个。 3 6 梨果实品质测定在环境条件基本一致的5 年生梨树园中，选择 2 0 m x 2 0 m 的标准地3 块，于2 0 0 5 年3 月下旬进行每木检尺基径。在标准地每木 检尺的基础上，以平均胸径选3 株柯隹木。2 0 0 5 年8 月下旬，标准果实完全成 熟后，调查果实产量，折合成单位面积产量。在各处理中各随机各选取2 5 个果 实带回实验室，称量单果重，测定果实可溶性固形物、总糖、总酸和v c 含量。 可溶性固形物用w y t 一4 型手持折光仪测定，总糖、总酸和v c 含量分别用葸酮 比色法、中和滴定法及2 ，6 一二氯靛酚法测定( 李合生，2 0 0 0 ) 。每次5 个果实， 重复5 次。 3 7 根系数量测定2 0 0 5 年11 月份根量用静态壕购法于树冠滴水线下挖 剖面，观察梨树根系分布情况。 3 8 鸡分析项目 鸡取食量、排泄量及重量分析：分笼养鸡及梨园放养鸡，笼养鸡分别计算 投入饲料量及排泄量；在单位面积梨园里隔离起1 0 0 只鸡，早晚计算其投入饲料 量、所食草量及总排泄量，分别称笼养鸡及梨园放养鸡的重量。 4 实验结果分析 4 1 不同间作模式对梨园土壤物理性状的影响 从表1 来看，在0 - 2 0 c m 、2 0 - 4 0 c m 的土层中，梨一草系统的梨园土壤容量小 于清耕梨园，梨一草鸡系统梨园比梨草系统梨园容重又减少，但孔隙度及田间持 水量均有不同程度的增加，土壤物理性能良好，土壤物理性状得到改善，表明通 过间作、鸡群的活动可以在一定程度上改善梨园土壤的结构，而裸地梨园易使土 壤板结。 表1 不同间作模式对梨园土壤物理性状的影响 t a b l e le f f e c to np h y s i c a la n dc h e m i c a lc h a r a c t e ro f p e a ro r c h a r di nd i f f e r e n ti n t e r c r o pp a t t e r n s 4 2 各种处理对梨园土壤养分含量的影响 由表2 可见，间作梨园的土壤有机质速氮，速钾，速磷含量均高于单作梨园， 这是因为梨园间作黑麦草后，形成多层植被，土壤和空气湿度较大，梨、黑麦草 的残枝落叶归还土壤，从而加速了土壤养份积累分解再积累的循环过 程，养鸡梨园各项土壤肥力指标均比另两种梨园高，可见，梨园养鸡，鸡粪返回 土壤，增加了系统的有机肥量，土壤肥力提高有明显效果。 表2 不同间作模式对梨园土壤养分含量的影响 t a b l e 2 e f f e c to ns o i ln u t r i e n tc o n t e n t so f