油茶幼林復(fù)合經(jīng)營系統(tǒng)中3種農(nóng)作物的生長節(jié)律研究

陳志偉，龍夢琪，何小勇，葛永金，張日清*

（1. 中南林業(yè)科技大學(xué)，湖南 長沙 410002；2. 浙江省麗水市林業(yè)科學(xué)研究院，浙江 麗水 323000）

油茶幼林復(fù)合經(jīng)營系統(tǒng)中3種農(nóng)作物的生長節(jié)律研究

陳志偉1,2，龍夢琪1，何小勇2，葛永金2，張日清1*

（1. 中南林業(yè)科技大學(xué)，湖南 長沙 410002；2. 浙江省麗水市林業(yè)科學(xué)研究院，浙江 麗水 323000）

2012年3月在浙江麗水市龍泉市蘭巨鄉(xiāng)仙仁村土地整理后種植1年生油茶（Camellia oleifera）嫁接苗，2015年5月分別套種落花生（Arachis hypogaea）、大豆（Glycine max）和稻（Oryza sativa）。7月起采用整株挖掘取樣法和圖像分析法，測定生長期套種農(nóng)作物的生物量，分析其生長節(jié)律。結(jié)果表明，3種農(nóng)作物高度最高為稻，收獲時可達(dá)150.23 cm；生物量累積最高為大豆，收獲時達(dá)769 g；單株根系長度、須根總長、根表面積最大值均為大豆，收獲時分別為33.33 cm，875.04 cm，174.34 cm2。3種農(nóng)作物中大豆具有最佳的根系以應(yīng)對油茶幼林復(fù)合系統(tǒng)中潛在的根系競爭，且大豆根系腐化后可提高油茶幼林的耕性；3種作物生物量在器官中的積累規(guī)律趨于一致，莖和葉所占生物量最高，可達(dá)61.6%～68%；根所占生物量最低,約占總生物量的6.6%～14.7%。

油茶幼林；復(fù)合經(jīng)營系統(tǒng)；生長節(jié)律；生物量

油茶（Camellia oleifera）屬常綠樹種，根系較發(fā)達(dá)，耐干旱瘠薄，抗低溫凍害，且適地較廣，是我國特有的木本油料樹種之一，我國栽培油茶歷史逾2000 a[1]。油茶是一種長壽的木本油料樹種，種植后收益多年且收獲期長。但在生產(chǎn)實(shí)踐中，油茶幼苗在種植2～3 a后開始開花，5 a后有一定產(chǎn)量，8 a后才能進(jìn)入豐產(chǎn)期[2]，且油茶幼林的撫育管理需要大量人力及物力。因此，產(chǎn)生了油茶幼林管理粗放或荒蕪，土壤肥力大量流失，油茶樹體生長不佳，結(jié)果期推遲，結(jié)果率下降等一系列問題，嚴(yán)重制約了油茶產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[3]。

麗水市是浙江油茶的主產(chǎn)區(qū)，新造油茶幼林大部分種植在新整理的土地上，有效耕作層薄，立地條件較差，遇暴雨天氣沖刷極易造成水土、養(yǎng)分流失。在油茶幼林地與落花生（Arachis hypogaea）、大豆（Glycine max）、稻（Oryza sativa）等農(nóng)作物進(jìn)行農(nóng)林復(fù)合經(jīng)營，不僅符合生態(tài)經(jīng)營的要求，而且能有效改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤養(yǎng)分含量，從而為油茶樹體的生長發(fā)育提供充足的營養(yǎng)，同時還能夠提高單位面積內(nèi)土地利用率，增加油茶種植戶的經(jīng)濟(jì)收入，達(dá)到以短養(yǎng)長、以耕代撫的目的。

目前對以油茶為主的農(nóng)林復(fù)合經(jīng)營系統(tǒng)的研究主要集中在油茶復(fù)合系統(tǒng)微環(huán)境、油茶樹體生物量、土壤理化性狀等方面，或僅研究復(fù)合系統(tǒng)中農(nóng)作物產(chǎn)量比較其經(jīng)濟(jì)效益[4～16]，極少涉及套種作物的生長節(jié)律、生物量及根系生長規(guī)律。本研究對麗水地區(qū)油茶幼林復(fù)合經(jīng)營系統(tǒng)中的3種不同作物生物節(jié)律、生物量進(jìn)行了比較研究，目的是探討油茶幼林復(fù)合系統(tǒng)的能量流、物質(zhì)流，調(diào)控生產(chǎn)結(jié)構(gòu)及建立持續(xù)穩(wěn)定的油茶幼林復(fù)合經(jīng)營模式。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地設(shè)置在浙西南龍泉市蘭巨鄉(xiāng)油茶基地，處于浙江省和福建省結(jié)合部，27°25′ ～ 28°5′ N，118°41′ ～120°26′ E。中亞熱帶季風(fēng)氣候，中山、丘陵地貌，溫暖濕潤，年平均氣溫11.5～18.3℃，年均降水量1 838 mm，年均日照時數(shù)1 769 h，無霜期180～280 d。油茶幼林地為低丘緩坡開發(fā)地，磚紅壤，土層厚度在60 cm。2012年3月種植‘長林40號’（良種編號：國S-SC-CO-011-2008）1年生油茶嫁接容器苗，購自浙江省定點(diǎn)苗圃，苗高8.133±1.325 cm，地徑1.643±0.385 cm，株行距2.5 m×2.5 m，種植面積3.33 hm2。2012－2015年油茶幼林撫育管理依照麗水市地方標(biāo)準(zhǔn)《油茶山地栽培技術(shù)規(guī)程》（DB3311/T12-2013）執(zhí)行。每年施肥3次，冬季分別施有機(jī)肥5～10 kg?株-1、復(fù)合肥1.0 kg /株；早春每株施尿素0.15 kg，磷鉀肥1.0 kg；夏季在春梢停止生長后每株施過磷酸鈣0.2 kg，氯化鉀0.1 kg。2015年7月油茶幼林平均高度180±0.6 cm，平均地徑4.7±0.4 cm，東西冠幅147±0.7 cm，南北冠幅153±0.5 cm，2015之前均摘除花芽控制結(jié)果，保持林分的營養(yǎng)生長。落花生、稻、大豆均為地方品種。共設(shè)置3個試驗(yàn)區(qū)，每個試驗(yàn)區(qū)分3個試驗(yàn)小區(qū)，每個試驗(yàn)小區(qū)面積為667 m2，分別種植落花生、大豆、稻，每穴播種3～4粒，株行距25 cm×25 cm。供試落花生、稻、大豆于2015年5月中旬播種，土壤、水分、肥料和病蟲害等管理一致。

1.2 測定方法

在各試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)設(shè)置10 m×50 m的固定標(biāo)準(zhǔn)樣地測定作物生物量。2015年7月20日起，每隔15 d（如遇特殊天氣提前或延后）取樣一次。落花生收獲日期為2015年9月10日，大豆收獲日期為9月28日，稻收獲日期為10月13日。

作物生物量的測定。在標(biāo)準(zhǔn)樣地1 m×1 m小樣方內(nèi)采取整株挖掘法將作物全株挖起。測量小樣方內(nèi)的作物株數(shù)、平均高度、根系長度。將作物置入85℃烘箱烘至恒重，進(jìn)行地上部分、地下部分干重測定，測定結(jié)果換算成單位面積的數(shù)值。整株挖掘后的根系清水洗凈用Microtek Scan Wizard EZ掃描儀獲取根系掃描圖像，并用萬深LA-S根系分析系統(tǒng)進(jìn)行落花生、大豆、稻的總根長、根徑、根表面積分析。

1.3 數(shù)據(jù)分析

作物相對生長速率(RGR)和生長率(CGR)計(jì)算:

式中，t1，t2為測定日期, W1，W2分別為t1，t2時單位面積干物質(zhì)量(g?m-2)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)均采用Excel分析制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 作物株高和地上生物量的變化規(guī)律

圖1A反映了油茶幼林復(fù)合系統(tǒng)內(nèi)作物高生長變化規(guī)律。與7月20日相比，作物采收時落花生、稻、大豆株高分別增長了57%，125%，56%。稻增長速度最快，落花生、大豆在整個生長周期內(nèi)高生長緩慢且明顯低于稻，采收時高度分別為51.17 cm，74.95 cm，處在油茶-農(nóng)作物復(fù)合系統(tǒng)較低層，與油茶-稻復(fù)合系統(tǒng)相比，油茶-落花生、油茶-大豆復(fù)合系統(tǒng)內(nèi)擁有良好的通風(fēng)、光照條件，有利于油茶及落花生、大豆良好生長。稻生長迅速，采收時植株高度與油茶差不多，在營養(yǎng)和光照等方面可能會與油茶形成競爭關(guān)系，微環(huán)境通風(fēng)不良和冠層內(nèi)光照郁閉容易滋生雜草及病蟲害。

圖1 3種農(nóng)作物株高、地上生物量變化規(guī)律Figure 1 Variation of height and aboveground biomass of the tested crops

圖1 B反映了落花生、稻、大豆地上生物量變化規(guī)律。隨著時間的推移各農(nóng)作物總生物量呈遞增趨勢。對3種作物采收時生物量比較發(fā)現(xiàn)，地上總生物量大?。捍蠖梗镜荆韭浠ㄉＥc7月20日相比，落花生、稻、大豆總生物量分別增長了599%，835%，405%。其中，大豆地上部分總生物量累積最大,為717.9 g，分別為采收時落花生、稻地上生物量的2.22倍、1.16倍。

2.2 農(nóng)作物根系生長規(guī)律比較

圖2 3種農(nóng)作物根系長度、生物量及根冠比變化規(guī)律Figure 2 Variation of root length, root biomass and root shoot ratio of the tested crops

由圖2A可知油茶幼林復(fù)合系統(tǒng)內(nèi)大豆在整個生長周期內(nèi)根系長度顯著高于稻、落花生，最長達(dá)33.33 cm。稻、落花生整個生長周期內(nèi)根系基本分布于油茶幼林復(fù)合系統(tǒng)10 ～ 20 cm的耕作層。至采收時，落花生根系最短，為17.67 cm。稻根系生長呈現(xiàn)穩(wěn)步增長趨勢。而兩種豆科作物落花生、大豆在生長期趨勢一致，呈先增加后下降趨勢，根長峰值均出現(xiàn)在采收前，在生長末期根系長度有一定下降，這可能是豆科作物成熟后根系腐爛所致。

圖2B反映了稻、落花生地下部干重隨生長期呈遞增趨勢，而大豆則呈先增加后下降的趨勢。落花生、稻、大豆地下部干重較7月20日比，分別增長了527%，461%，110%。其中落花生因莢果處于地下因而地下部干重最大，達(dá)200.7 g，分別為稻、大豆的1.9倍、3.9倍。由圖2C可知作物生長期內(nèi)根冠比：落花生＞稻＞大豆，落花生因莢果處于地下因而根冠比最大，稻、大豆根冠比最大值出現(xiàn)在7月20日，分別為0.33，0.28，隨著時間的推移，稻、大豆根冠比逐漸減小，至采收時稻、大豆根冠比分別降至為0.16、0.05。前期稻、大豆根冠比較大，說明幼苗根系生長速度高于地上部分，而生長后期根冠比逐漸見效，地上部生長速度高于根系，落花生則不同，其根冠比隨著時間呈遞增趨勢。分析作物根冠比的生長變化規(guī)律，說明作物幼苗期需有充足的養(yǎng)分供根系生長。

由圖3A可以看出，落花生、稻、大豆單株根系總長均隨時間變化呈先增加后下降的趨勢。三種作物收獲時，落花生、稻、大豆根系總長與7月20日時相比，分別增長了120%，174%，107%，其中，大豆根系總長最長，為875.04 cm，落花生最短，僅為197.25 cm。整個生長周期內(nèi)，根系總長度：大豆＞落花生＞稻，說明大豆較其他兩種作物有著更發(fā)達(dá)的水分、養(yǎng)分吸收能力。作物籽粒成熟后，3種作物根系總長度均有一定程度減少，表明已有一部分根系腐爛還田。

圖3 3種作物根系總長、平均直徑、表面積生長變化規(guī)律Figure 3 Variation of total root length, average diameter and superficial area of the tested crops

圖3 B反映了3種農(nóng)作物根系的平均直徑均隨著時間呈遞增趨勢，三種作物采收時，落花生、稻、大豆平均直徑由7月20日0.53 mm，0.44 mm，0.63 mm增長至采收時1.04 mm，1.12 mm，1.28 mm，分別增長了96%，155%，103%。落花生、大豆在其生長后期細(xì)根腐爛還田，因而在收獲期間平均直徑略有增加。

由圖3C可以看出，稻根系表面積隨著時間一直穩(wěn)步增長，落花生、大豆則在生長后期呈下降趨勢。落花生、稻、大豆根系表面積采收時分別較7月20日增長了421%，704%，139%，稻根表面積增幅最大。作物收獲時大豆根表面積最大，為174.34 cm2，稻根表面積最小，為119.78 cm2。整個生長周期內(nèi)，根系表面積：大豆＞落花生＞稻。根系表面積被認(rèn)為是衡量根系對水分和養(yǎng)分吸收能力的參數(shù)之一，根表面積的多少直接影響到根系吸收面積。落花生、大豆根表面積峰值均出現(xiàn)在采收之前的成熟期，表明落花生、大豆根表面積隨著籽粒的成熟而增加，在籽粒完全成熟后表面積達(dá)到最大，對水分和養(yǎng)分的吸收也達(dá)到最大化。

2.3 農(nóng)作物生長發(fā)育速度比較

以RGR和CGR為指標(biāo)對油茶幼林復(fù)合系統(tǒng)三種農(nóng)作物不同階段的生長發(fā)育情況進(jìn)行了比較。結(jié)果表明，三種農(nóng)作物不同階段生長有差別，同一作物的 RGR和CGR隨生長期變化規(guī)律基本一致。落花生的RGR和CGR最大值均出現(xiàn)在7月20日至8月5日，且呈下降趨勢。稻、大豆生長速率易受水熱條件影響，其RGR和CGR呈升-降-升-降趨勢。大豆的RGR和CGR最小值均出現(xiàn)在8月20日至9月10日,表明在此期間大豆植株生長較為緩慢。

圖4 3種作物生長率、相對生長速率變化Figure 4 Variation of GCR and RGR of the tested crops

2.4 農(nóng)作物生物量比較

油茶幼林復(fù)合模式3種不同作物的生物量（以作物最終收獲時的生物量作為研究對象）及其在根、莖葉、籽粒的分配情況如表1。不同結(jié)構(gòu)的油茶幼林復(fù)合模式，由于其系統(tǒng)組成及所處微環(huán)境不同，從而影響群落中作物的生長，表現(xiàn)出生物量及其分配規(guī)律的差異。各油茶幼林復(fù)合模式中除籽粒（占總生物量的17.3% ～ 28%）作為完全的收獲物外，其莖、葉、根均可以以各種方式還田，生物量歸還率達(dá)到71.0%～82.7%。尤其是落花生、大豆2種綠肥作物，其根部根瘤菌固氮對增加土壤肥力以及維持油茶幼林復(fù)合系統(tǒng)養(yǎng)分平衡及生產(chǎn)穩(wěn)定性十分有利。

表1 3種作物生物量及生產(chǎn)力在器官中的分配Table 1 The biomass and productivity’s distribution in organs of the three types of crops

油茶幼林3種復(fù)合作物收獲時生物量累積見表1。模式內(nèi)落花生、稻、大豆的累積生物量分別達(dá)到523g?m-2，706.5 g?m-2，769 g?m-2。油茶-稻和油茶-大豆模式生物量明顯高于油茶-落花生復(fù)合模式，稻、大豆分別為花生生物量的1.4，1.5倍，表明油茶-稻、油茶-大豆復(fù)合模式較油茶-落花生模式相比更有利于作物生物量的積累。

對油茶幼林復(fù)合經(jīng)營不同模式及根、莖、葉、籽粒等各組分生物量的研究表明，各模式中農(nóng)作物的年生物量不同,作物年生物量排序：大豆＞稻＞落花生。大豆的生物量最高,達(dá)到769 g? m-2，落花生年生物量最低，為523 g?m-2。油茶幼林復(fù)合系統(tǒng)中農(nóng)作物生物量在各器官的分配基本相似，以莖、葉生物量最高，約占作物總生物量61.6%～68%；以根的生物量最低,占6.6%～14.7%。

3 結(jié)論與討論

（1）油茶幼林復(fù)合系統(tǒng)作物植株高度由高到低分別為稻＞大豆＞落花生，根系長度大豆最長，油茶新梢長度為油茶-落花生（19.2 cm）＞油茶-大豆(18.2 cm)＞油茶-稻（18 cm）＞油茶純林（15.2 cm）。試驗(yàn)結(jié)果表明，油茶作物復(fù)合經(jīng)營模式中，油茶新梢生長均高于未套作模式。不同復(fù)合經(jīng)營模式下油茶新梢生長的差異，與套種作物的根系長度和植株生長高度有關(guān)。落花生、稻根系分布在0～20 cm的淺耕作層，與油茶根系競爭不明顯，另外由于稻植株較高，可能對油茶新梢生長發(fā)育造成影響。

（2）對油茶幼林復(fù)合系統(tǒng)內(nèi)大豆單株根系總長、根表面積研究表明，較落花生、稻相比，其根長、根表面積以及根系扎入土壤的深度都更有利于復(fù)合系統(tǒng)中潛在的根系競爭。豆科作物根瘤菌固氮后腐爛還田也有助于提高耕作層的耕性，提高土壤肥力，加速油茶幼林復(fù)合系統(tǒng)土壤熟化。

（3）油茶幼林復(fù)合系統(tǒng)內(nèi)作物生物量在器官中的累積都以莖、葉最大,以根為最小。生物量的多少反映了油茶幼林復(fù)合系統(tǒng)內(nèi)復(fù)合強(qiáng)度的大小,大豆具有最高的生物量和還田率,因此油茶-大豆這種復(fù)合經(jīng)營模式有助于加強(qiáng)作物秸桿循環(huán)利用,維持油茶幼林系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可持續(xù)性。

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Growth Rhythm of Three Crops Interplanted in Young Camellia oleifera Stand

CHEN Zhi-wei1,2，LONG Meng-qi1，HE Xiao-yong2，GE Yong-jin2，ZHANG Ri-qing1*
（1. Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410002, China; 2. Lishui Forestry Institute of Zhejiang, Lishui 323000, China）

∶ 1-year Camellia oleifera seedlings were planted at Lanju, Longquan of Zhejiang province in March of 2012, and interplanting of Arachis hypogaea, Glycine max and was carried out in May of 2015. Biomass of interplanted crops was determined from July to harvest in the current year. Results showed that O. sativa had the most height growth, topped to 150.23cm at the date of harvesting. G. max had the highest biomass accumulation, up to 769g, and had the highest root length of single plant, total fine root length and root surface area, with 33.33cm, 875.04cm and 174.34cm2respectively. The experiment demonstrated that G. max had the best root system for interplanting at C. oleifera stand. .

young plantation of Camellia oleifera; agroforestry system; growth rhythm; biomass

S753.53+6

A

1001-3776（2016）06-0052-06

2016-02-28；

2016-09-30

油茶新造幼林地生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵技術(shù)研究（2014NZH07）與油茶基地建設(shè)及高效栽培技術(shù)示范推廣（2012JDJS04）聯(lián)合資助作者簡介：陳志偉（1992－），男，湖南長沙人，碩士研究生，研究方向?yàn)榻?jīng)濟(jì)林；*通訊作者。