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农林复合系统是我国河西走廊绿洲可持续农业的重要组成部分,显著减少了该地区灾害性天气的发生,在改善农业环境、保持水土、提高农业生产力等方面发挥了重要作用。尽管国际上有大量关于农林复合系统及其种间相互作用的报道,但由于这一问题受到气候、复合系统配置情况等诸多因素的影响,往往一种类型就有一种结论。我国的农林复合系统研究和建设尚处于经验积累阶段,机理研究明显滞后。对于河西走廊绿洲灌溉农业这一典型背景下的农林复合系统中农作物的生长发育特征,至今尚无深入研究。
本研究的目的在于通过测定玉米的光合生理生态参数探索我国河西走廊绿洲两种典型农林复合系统(杨树防护林-玉米复合系统和枣树-玉米复合系统)的田间微气象及玉米的生理生态特征,结合营养生长及产量变化分析复合系统内玉米的生长发育特征,为该区农林复合系统的管理和优化配置,农业可持续发展,减少土壤风蚀保护生态环境,提供理论依据。
结果表明,农林复合系统内的田间微气象变化显著。以气温为例,在杨树防护林.玉米系统中,玉米幼苗期时气温自东向西逐渐降低,位于最东面的W-S区气温日均值比位于最西面的E-S区高2.1℃；在开花期和灌浆期,气温自东向西逐渐升高,W-S比E-S区平均低3.1℃；在枣树.玉米复合系统中,上午气温东高西低,中午、下午东低西高,日平均东高西低；靠近枣树的区域低,远离枣树的区域高。在上午,东面的平均气温比西面高2.6℃;同样是距离枣树5m,W5、E5的Ta日均值分别是30.6、31.2℃。
河西绿洲农林复合系统内不同方位和不同距离玉米的气体交换过程有显著变化。防护林中间区域玉米的净光合速率较大,靠近杨树的位置Pn值较小,但东面玉米的Pn上午、中午和日均值都大于西面相同距离处,下午则相反。如W-S、M、E-S区玉米在2008年8月中旬的Pn上午值是1.7、24.1、24.7μmol·m-2·s-1,下午值则分别是19.5、21.8、18.9μmol·m-2·s-1；枣农复合系统内玉米距离枣树越远,Pn值越大,且东面的增大幅度大于西面,东、西面平均Pn值为8.9、7.4μmol·m-2·s-1,表现出东高西低的变化规律.
防护林内玉米叶面积和株高增长呈“S”型曲线,靠近杨树的玉米营养生长被抑制,东、西面1m处玉米在营养生长期末的单株叶面积分别是0.35和0.27 m2；东面其他区域玉米的营养生长被增强,东面5m处玉米的最终叶面积是0.43m2,为防护林内最大:多元线性回归结果表明,幼苗期下午气温越低的区域,玉米的营养生长速度越快.
杨树防护林和枣树(南北行)的胁地规律是:胁东轻胁西重,与树高相当的水平范围内玉米产量受到影响,东面影响范围小于树高,西面影响范围大于树高。防护林-玉米系统中,西面明显减产的范围等于树高。减产幅度为17.8～39.7％(相对于中间区域)；防护林东面明显减产的范围小于树高(9m),减产4.0～19.2％；与杨树距离相同距离时,西面的产量低于东面,W-S、E-S区产量分别是4.4、5.9Mg·ha-1；枣农复合系统中,距离枣树越近的玉米产量越低,W5产量是9.6Mg·ha-1,W1相对于此值减产56.3％:西面1m的产量明显低于东面1m处,东面是西面的1.3倍:距枣树越远,东面和西面产量的差异越小,到5m时产量基本一致,没有显著差异。多元线性回归结果显示,受净光合速率变化的影响,防护林中开花期Ca日均值和幼苗期Ca中午值较大的区域,玉米产量也大；而枣农复合系统中灌浆期Ta日均值较大、Ca中午值较小是玉米产量较大区域的微气象特征,据此可以预测农林复合系统内不同位置上玉米的产量。
根据以上研究结果,修剪树冠能增加树木的通透性,通过增温、减湿等促进林下作物的营养生长,并最终增加产量,是一个可以为农作物提供适宜田间微气象的管理技术。