果豆复合系统种间根系竞争与效益分析

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为分析研究伊宁县果树与大豆农林复合系统中根系时空分布、种间根系竞争、农田小气候、经济效益,于2020年和2021年在新疆伊宁县设置锦绣海棠(Malus spectabilis(Ait.)Borkh.)║大豆(Glycine max(Linn.)Merr.)(MS)、杏李(Prunus simonii Carr.)║大豆(PS)两种果豆间作模式。利用Win RHIZOTM对系统内部不同植物0-60 cm土层中根长密度(RLD)、比根长(SRL)进行测量,计算细根垂直中心、竞争能力指数、种间相对竞争能力。同时测定两果豆复合系统中田间空气温度、相对湿度、风速、防风效益,并结合干物质量、产量与经济效益综合分析。通过对果豆复合系统根系分布、作物生长发育、农田小气候变化及利润的研究,揭示果豆复合系统种间竞争策略,为伊犁地区发展新型林果业寻找兼顾生态效益与经济效益的果豆复合种植搭配,为提高果树种植初期农户收益寻找新的解决思路。得到以下主要研究结果:1.果豆复合系统对于植物根系时空分布有显著影响。大豆根系主要分布在0-20 cm土壤深度、距树150-200 cm处,随土壤深度增加、距树距离减少而降低。大豆RLD依次为单作大豆(Sole)>与海棠║大豆(Int-MS)>与杏李║大豆(Int-PS),SRL呈现Int-PS>Int-MS>Sole的趋势。间作果树RLD均低于其单作,SRL高于单作,随生育时期推移RLD升高、SRL降低。间作海棠(INT-MS)根系主要分布在20-40 cm土壤深度,随生育时期推移,细根垂直中心下移幅度增大。间作杏李(INT-PS)根系主要分布在0-20 cm土壤深度,随生育时期推移细根垂直中心下移幅度降低,距树150-200cm处RLD增加。INT-PS各位点竞争能力指数均为显著高于Int-PS;Int-MS在0-20 cm处竞争能力指数高于INT-MS,20-60 cm相反。2.果豆复合系统中各植物采取不同种间竞争策略。大豆细根通过提高SRL,降低根重的方式在果豆复合系统表层土壤成为强势竞争者;INT-MS采取下移根系分布中心、延长根长、增加根重的方式减少与Int-MS生态位重叠和资源竟争;INT-PS通过减小SRL、增加根重的方式,使根系将所获生长资源更多用于向水平方向生长新根。即使在系统中果树整体的种间相对竞争能力强于大豆,但在局部土壤位点依然有大豆竞争能力强于果树的情况发生。3.果豆复合系统能够有效改善农田小气候。果豆复合系统空气温度随外界气温增高,降温增湿幅度增加,R3期与R6期间作日最高气温出现时间较单作大豆出现一定程度后移。与Sole相比,MS、PS全生育期平均空气温度分别低2.28℃、1.28℃。MS与PS系统空气相对湿度相对指数分别为123.16%、112.16%。果豆复合系统能够显著降低田间风速,且随风速增大,防风效能提高,当系统内风速达到2.2 m·s-1左右时,MS防风效能可达44.52%,PS防风效能为42.46%。4.果豆复合系统具有较高经济效益。大豆第四复叶展开期(V4)到始荚期(R3)干物质量保持较高增长速率,Int-MS的干物质量均高于Sole、Int-PS。Int-MS与Int-PS产量分别比Sole降低了34.12%、41.97%,两间作大豆产量无显著差异。MS与PS复合系统土地当量比(LER)、收益当量比(IER)均大于1。果豆复合系统总利润是单作大豆的3.73-4.34倍,是相对应单作果树的0.02-0.08倍,尤其是MS复合系更具经济效益。在本试验中,MS复合系统锦绣海棠细根分布与大豆生态分离,系统竞争弱于PS,农田小气候效应更加突出,保证系统内温度维持在大豆适宜的生长范围区间,减少本地区恶劣天气情况对作物的侵害。Int-MS干物质量高于Int-PS,MS大豆产量与果实产量均高于PS,更具经济效益,海棠大豆复合系统是更适宜本地区种植的农林复合模式。
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