农林复合系统水热生态特征研究进展*

何春霞，郑 宁，张劲松**，孟 平，原文文

（1.中国林业科学研究院林业研究所国家林业局林木培育重点实验室，北京 100091；2.南京林业大学南方现代林业协同创新中心，南京 210037）

农林复合系统水热生态特征研究进展*

何春霞1,2，郑 宁1,2，张劲松1,2**，孟 平1,2，原文文1,2

（1.中国林业科学研究院林业研究所国家林业局林木培育重点实验室，北京 100091；2.南京林业大学南方现代林业协同创新中心，南京 210037）

水热生态特征是农林复合系统的重要研究内容，该主题研究对计量农林复合系统生态效益、优化复合系统结构配置、实施调控管理等具有重要的理论指导作用。本文基于 CNKI、Science Direct、Springlinker、CABI Abstracts等数据库检索平台及中国林业科学院图书馆中文书籍数据库，检索分析了1980年以来有关研究农林复合系统对辐射、蒸散或蒸腾、土壤水分、根系、水分利用效率影响特征的中英文文献，概述了近35a来农林复合系统水热生态特征研究进展，并从研究内容及方法等角度提出展望，以期为进一步深入开展农林复合系统结构与功能研究提供参考依据，进而促进复合农林业学科发展。分析表明：（1）农林复合系统具有调控太阳辐射分布及冠层热量平衡等作用，但对光质、光谱等的影响效应鲜有详尽文献报道；（2）水分效应及其影响机理研究缺少整体性和系统性，致使相关结论难以形成统一的认识；（3）种间水分关系研究虽已取得一定进展，但有待从种间土壤水分利用来源及运移过程、水分消耗过程及强度的差异特征等角度，综合研究种间竞争与互补的时空变化格局及其调控机制等方面；（4）已有研究数据主要来自试验观测，影响研究结果的代表性，亟待加强模拟研究工作。

农林复合系统；辐射；蒸散；蒸腾；土壤水分

农林复合系统是一种传统的土地利用和经营方式，其实践历史与古代农业基本平行，但其实践意义和理论价值长期以来未能得到足够的重视，直至20世纪70年代，由于人口剧增、粮食短缺、资源危机、环境恶化等全球性问题的出现，人类愈来愈深刻地意识到森林与21世纪可持续发展休戚相关的重大意义，以及拯救森林的紧迫性。由于在短时期内完全恢复森林状态，特别是在农区既不可能也无必要，因此，国内外农、林界学者大力提倡发展以防护林为主体结构的农林复合系统，以增加森林覆盖率，从而使农林复合系统受到众多国家和地区的普遍关注和广泛重视。Agroforestry一词最早出现于1977年由加拿大国际发展研究中心（IDRC）完成的《树木、粮食和人类》项目文件中。该词的出现引起了世界各国农林业专家的广泛关注，由于各国及其不同历史时期农林业种植方式的差异、社会需求与研究目标的不同，出现了不同解释[1-9]，目前，尚未形成完全统一的定义。其中，国际农林复合系统研究中心（ICRAF）综合了世界各地农林复合系统的概念，在20世纪70年代、80年代及90年代先后给出3种代表性定义，分别为：King[1]将Agroforestry定义为一种采用适合于当地栽培实践的一些土地经营方式，在同一土地单元内将作物和林木或牲畜同时结合或交替生产，使土地生产力得以提高的土地持续利用系统；Lundgren[3]将之概括为一种土地利用系统和工程应用技术的复合名称，是有目的地将多年生木本植物与农业或牧业用于同一土地经营单位，并采取时空排列法或短期相间的经营方式，使农业、林业在不同的组合之间存在着生态学和经济学一体化的相互作用；Leakey[9]于 1996年将 Agroforestry概述为一种动态的、以生态学为基础的自然资源管理系统，通过在农地及牧地上种植树木达到生产的多样性和持续发展，从而使不同层次的土地利用者获得更高的社会、经济和环境方面的效益。这是目前国际上最新的定义。

为促进各国实践经验和理论研究的交流，推动农林复合系统的发展，国际农林复合系统研究中心（International Centre for Research in Agroforestry，ICRAF）于1976年在IDRC的资助下成立，并于1992年加入国际农业研究磋商小组，总部设在肯尼亚首都奈洛比。2004年改名为世界农林复合系统中心（World Agroforestry Centre，WAC）。于1983年创办了刊物《Agroforestry》，后改名为《Agroforestry Systems》。1980年联合国粮农组织（Food and Agriculture Organization of the United Nations，FAO）林业委员会提出：林业的发展应与农业、牧业结合起来，与解决贫困化结合起来[10]。在这种思想的指导下，农林复合系统的研究引起了世界各国的高度重视[11]。为了促进复合农林业发展，FAO于2013年出版了“农林业新编法规”指南，并指出，如果各国把更多的精力放在促进农林复合系统发展，即通过林业与农作物种植或牲畜养殖相结合的综合发展方式，可使数以百万计的人摆脱贫困、饥饿，同时避免环境退化。不过由于国家或地区之间在经济、社会、自然条件等方面存在差异，其在农林复合系统研究和实施方面侧重点有所不同，地域特色明显。近年来，不仅仅是亚洲、非洲发展中国家，欧美发达国家对农林复合的研究也十分重视。农林复合系统已成为一门新型的边缘性学科，出现在农业科学和林业科学的交叉领域，并呈现出蓬勃生机和巨大潜力[11]，为农业和林业可持续发展提供了新的思维和新的领域。

生态特征与功能是农林复合系统的重要研究内容。水分是植物生长的基础物质，在水源紧缺地区，种间水分关系对农林复合系统生产力具有决定性的影响。热量是复合系统小气候形成及水分运移的重要驱动力，也是决定植物光合能力与生物质形成的主要影响因子。因此，水热生态特征一直是农林复合系统的热点研究内容。准确计量农林复合系统水热调控效应，揭示其影响机制，对进一步深入评价生态效应及计量综合效益、优化复合系统结构配置、实施调控管理等具有重要的理论指导作用。中国是较早开展农林复合系统热力特征及效应研究的国家之一，有关农田防护林对辐射及空气温湿度的研究成果比较系统和全面。本文将概述国内外农林复合系统水热生态特征，并从研究内容及方法等角度，提出研究展望，以期为进一步深入开展农林复合系统结构与功能研究提供参考依据，进而促进复合农林业学科发展。

1 农林复合系统热力特征与功能

1.1 调控太阳辐射

林木首先会改变太阳辐射路径，影响附近生物接收的太阳辐射包括直接辐射与散射、反射辐射量。因此，农林复合系统具有调控系统内太阳辐射分布等作用，进而影响系统内热量平衡各分量。林带附近太阳总辐射的日变化与林带方位、林带侧面反射率和太阳高度角等因子有关[12]。与旷野相比，农林复合系统内太阳辐射量有所下降，其主要原因在于树木拦截太阳辐射从而降低了林缘附近直接辐射。这种降低效应被称为“光胁地效应”，且随着林木株行距的增加或林下植物与林带距离的增加，光胁地效应会降低。朱廷曜等[12]观测研究东北西部疏透结构林带附近的太阳总辐射及其日变化，结果表明，由于林带的庇荫，其向阳面和背阴面附近的日总辐射量均小于无林地，林缘附近相对总辐射量约为35%。宋兆明等[13]在华北平原的研究表明，北林带南林缘在0.1倍树高处直接辐射减少75.2%，而0.5倍树高范围内仅减少8.7%。但也有研究认为[13-16]，由于林带反射的补充，使得林缘附近的太阳辐射强度有时会大于旷野，即在农林复合系统内不总是存在光胁地效应。宋兆民等[13]在华北平原的研究表明，在无云天气条件下，林带可反射 33.9%的日太阳辐射强度，从而增加林网内总辐射。陆光明等[14-15]研究表明，晴天日，农田林网内小麦冠层所吸收的总辐射比旷野小麦高5%～10%；在东北平原，曹新孙等[16]研究表明，由于林带的反射作用，林带向阳面 10：00-15：00接收的太阳辐射比旷野多5%～9%。可见，林带光胁地效应主要由于林木对直接辐射的遮蔽或阻挡，但在晴天条件下，因树冠的反射作用，林带附近散射辐射有时还有所增加[12]。因此，农林复合系统对太阳辐射的调控效应不总是降低效应，在林缘附近还存在太阳辐射强度增加的可能性。

上述对象几乎集中于太阳辐射或光合有效辐射（PAR），而对光质的影响研究鲜有详尽文献报道。虽有部分研究认为，林木遮荫不会影响林下植物产量[17-20]，甚至具有正效应作用[20-25]。但未从光质或光谱成分等角度，结合植物感光性机理及类型，进一步分析机理问题。目前，尚需加强不同类型及结构农林复合系统光强、光质或光谱成分的时空分布特征等方面研究，以为林下植物选择提供更充足的理论依据。

1.2 调控热量平衡

冠层净辐射（Rn）、显热（H）、潜热（LE）及土壤热通量（Gs）等热量因子是温度及湿度效应的驱动力。其中，潜热通量既是热量平衡也是水量平衡的重要组成部分，其受植物、土壤、大气等因素的综合影响。研究农林复合系统热量平衡效应，对进一步解释其对水分及温度的影响机制具有重要意义。但除LE外，其它方面的研究均较零散，主要原因在于，农林复合系统较复杂，各因子均存在空间变异性，长期定位观测研究需要布置一定数量传感器，受观测技术及经费等的限制，研究（结果）深度与广度受到影响。总结已有研究结果[14,26-29]，可以认为，林网内农田 Rn及 Gs均高于林网外旷野农田（CK），但由于林网类型及天气条件的不同，林网内部距离林木不同位置处及其与林外的差异程度有所不同，且H总低于CK，主要原因是林网内的辐射量更多地用于蒸散耗热。有关农林间作系统对 Rn、H和Gs的影响研究，除张劲松等[30]外，未见其它详尽文献报道，农林间作系热平衡各分量空间分布特征及其气象要素、林冠结构变化的响应机制亟待深入研究。

1.3 调控空气温度

在农田防护林系统中，林带改变气流结构和降低风速作用的结果必然会改变林带附近的热量收支，从而引起温度的变化，但这种过程十分复杂，影响防护农田内气温的因素不仅包括林带结构、下垫面性状，而且还涉及风速、湍流交换强弱、昼夜时相、季节、天气类型、地域气候背景等。在白天，防护林对气温的影响随着地区气候的不同而不同[31]，一般情况下，在实际蒸散和潜在蒸散接近的湿润地区，防护农田内影响温度的主要因素为风速，在风速降低区内，气温会有所增加。在实际蒸散小于潜在蒸散的半湿润地区，由于叶面气孔的调节作用开始产生影响，一部分能量没有被用于土壤蒸发和植物蒸腾而使气温降低，因此，这一地区的防护林对农田气温的影响具有正负两种可能性。在半湿润易干旱或较干旱地区，由于植物蒸腾作用而引起的降温作用比因风速降低而引起的增温作用程度相对显著，因此，这一地区防护林具有降低农田气温的作用。华北平原属于干旱半干旱季风气候区，这一地区的农田防护林对温度影响的总体趋势是夏秋季节和白天具有降温作用，在春冬季节和夜间气温具有升温及气温变幅减少的作用。据河南林科所测定[32]，豫北平原地区农田林网内夏季日平均气温比空旷地低 0.5～2.6℃，在冬季比空旷地高 0.5～0.7℃；在严重干旱的地区，防护林对农田实际蒸散的影响较小，这时风速的降低成为影响气温决定因素，防护林可导致农田气温升高。在夜间，防护林对气温的影响主要取决于风速、水汽凝结和有效辐射。防护林农田内风速的降低和湍流交换程度的减弱，会导致气温下降，在有效辐射强的夜间、紧密结构林带的防护范围内，气温日较差会加大。但夜间又因水汽凝结时释放热量会缓解降温作用。此外，在林带防护范围内，空气绝对湿度高，露点出现时间较早，而防护林本身的辐射在一定程度上能缓和林缘附近的降温作用。总之，农田防护林对气温的影响过程及机理较复杂，要根据具体情况作具体分析。

对比防护林带，农林（果）间作系统因防风效能的提高、树冠遮荫面积和时间的增多，使得系统对空气温度的调节作用更为明显。李增嘉等[33]对山东平原县3m×15m的桃麦、梨麦、苹麦间作系统的小气候效应观测研究表明，小麦乳熟期间，麦桃、麦梨系统日平均气温低于单作麦田，平均约低0.8℃和0.5℃。据高椿翔等[34]研究，株行距3m×15m的枣粮间作系统、4m×25m的桐粮间作系统、3m×20m的杨粮系统在小麦灌浆期间，对比单作麦田，可分别降低气温1.2~5.0℃、0.4~2.3℃和1~2℃；吴刚等[35]对黄淮海平原株行距5m×10m苹果-小麦间作系统内的小气候特征研究表明，由于间作系统防风降温和增加湿度的作用，1990年小麦生长期内高温危害天数和干热风危害天数分别减少 68.9%和 88.2%；据Kong等[36]研究报道，果-草复合系统夏季地表以上15-50cm处气温可比清耕果园降低1.9～2.2℃，有利于减少土壤水分蒸发和高温对林木的危害。康斯坦季诺夫等[26，29，37-42]曾研究了区域尺度温度调节效应，研究结论基本一致，即农田防护林体系夏季具有降温作用，冬季具有增温作用。

目前已有农林复合系统热力特征相关研究的数据主要来自野外实测，但农林复合系统时空变异较复杂，各辐射及热量参数时空异质性强，无论人工还是自动观测数据均难以全面描述和评估复合系统的空间分布特征，辐射与热量传输的模拟研究亟待加强。

2 农林复合系统水分特征

2.1 蒸散

有关农林复合系统中作物或牧草的蒸散效应的正负问题，至今还未形成完全统一的认识。目前，大致存在两种观点。一种认为[43-47]，由于林木的防护作用，导致作物或牧草的冠层温度升高和气孔导度增加，从而增加作物（牧草）的蒸腾耗水量。风速的降低，只有在水分充足的条件下，才有可能起到降低蒸散的作用。另一种则认为[48-54]，在农林复合系统中，由于林木的遮荫、风速及湍流交换作用的减弱等原因，系统将具有降低作物或牧草蒸腾、土壤蒸发强度的作用，降低的幅度还与作物生长季节以及天气类型有关。

目前农林复合系统对植物蒸散的影响作用及其机理问题仍需继续探讨。Brenner等[46,55]指出，防护林对农田蒸散的影响是一个十分复杂的过程，所起作用是降低还是增加不能一概而论，需要具体分析。Nuberg[56]为更清楚地阐明防护林影响农田蒸散的机制，对Penman-Monteith公式进行剖析，认为影响蒸散的关键因子是植被冠层导度，它同时出现在蒸散的能量驱动项和扩散驱动项，而又制约于风速。风速减少会使能量驱动项降低的同时，也增加扩散驱动项。因此，防护林对蒸散的最终影响结果则取决于能量驱动项和扩散驱动项的相对变化程度。

目前，多数研究结论是在短时期内的个别典型天气条件下得到的，往往不能全面、动态地评价较长时期内的蒸散效应及其变化规律。而且，孤立地开展复合系统中作物或牧草的蒸腾耗水效应问题的研究相对普遍，而同时进行林木耗水及其与作物耗水的测算研究，除张劲松等[50，57-58]外，鲜有其它详尽文献报道。总体而言，研究内容缺少整体性和系统性，致使相关结论难以形成统一的认识。

另外，研究手段和方法有待进一步改进和完善。目前，农林复合系统的蒸散量大都是利用实测法或经典的Penman-Monteith公式计算得到的。实测法不仅需要大量人力和物力，且结果难以清楚地解释蒸散的影响机制；Penman-Monteith公式只有在地面完全覆盖、低矮植被且下垫面均一的条件才有较高的计算精度，而应用于农林复合系统，因下垫面物理属性的非均一性，故误差可能较大。虽然 Mcintyre等[42，59-63]在农林复合系统蒸散的模拟计算方面做了很有意义的工作，为蒸散计算方法的研究提供了重要的思路，但也存在某些局限性。如Wallace等[59-60，63]等模型的局限在于：（1）假设复合系统中不同植被类型的温、湿度相等；（2）只考虑植被覆盖度和植株高度对光截留的影响，而未将林木与其下层植被之间相对高度差、林木行带走向（方位）以及太阳的日运动轨迹结合起来，综合考虑林木对其下层植被的遮荫时间和遮荫范围的影响，因此，太阳辐射截留分配模型过于简单；（3）只能得到下层植被蒸散平均值，而不能了解其水平变化规律；Irvine[62]模型只能用以计算复合系统的总蒸散量，而不能单独计算不同植被组分的蒸散量；Mcintyre等[42，61]辐射传输概念模型虽比较完善，但因传输过程复杂而涉及的物理参数较多，故其蒸散模型不便于在实际工作中应用；张劲松等[50]建立苹果-小麦复合系统分层水量平衡模型，并基于有限差分数值法，可求解得到林木及作物蒸腾、根系吸水及土壤水分时空动态值，但林木与作物根系、叶面积模型为经验统计模型[64]，限制了普适性；WAC所研发的 WaNuLCAS模型[65]相对完善，但输入参数较多，普适性仍然不足。总之，有关农林复合系统蒸散问题研究目前以试验研究为主，模拟研究相对较少，模拟模型仍需继续探索。

2.2 土壤水分

土壤水分是植物需水直接来源，也是农林复合系统中林木与作物水分竞争的直接对象。只有当林木与作物在所需水分、养分资源上达到互补时，通过复合经营才有可能增加收获量[66]。在水分资源紧缺的地区，有利于改善土壤水分状况，即农林复合系统土壤水分效应为正值，是开展农林复合经营的先决条件。充分了解农林复合系统中农田土壤水分时空分布特征及其机理，对于优化复合模式及制定灌溉决策将具有更加重要的现实意义。但目前有关这方面的研究有待进一步深入。

一方面，至今还不能完全肯定农林复合系统具有改善农田土壤水分状况的作用。虽然已有许多研究表明，因复合系统降低作物蒸腾的作用，提高了农田土壤含水量[66-69]。但由于复合系统中作物蒸腾的影响机理以及复合系统到底能否具有降低农田蒸散的作用，本来就未能完全定论，所以同样也不能完全肯定农林复合系统具有改善农田土壤水分状况的作用。因此，有关农林复合系统土壤水分正负效应及其涉及的林木水分胁迫等问题，至今仍是水分资源紧缺地区水分生态特征研究的主要焦点内容。

另一方面，有关土壤水分效应与时空分布的机理研究，大多数结论是针对复合系统中作物区的土壤水分效应及其与作物自身蒸腾耗水的关系而得到的，而从林木和作物对土壤水分共同作用的角度，定量地分析复合系统土壤水分问题的研究工作极为少见。因此，亟待加强林木蒸腾及根系吸水对农田土壤水分的作用机理等方面的研究。

另外，有关农林复合系统土壤水分效应的研究手段或方法，有待进一步改进与完善。目前大多为实测法。实测值虽具有研究结果的真实性等优点，但由于土壤本身就是一个“黑箱”，其物理化学属性的空间变异性很大，为了提高精确度，往往需要设置大量的观测点，这不仅需要大量经费，且还难以避免因破坏土壤本身的物理结构而影响其精度。因此，理想的研究手段就是进行农林复合系统土壤水分运移的动态模拟研究。但是这方面的工作，至今未曾有人系统做过。虽然Lawson等[60，63]曾利用PARCH模型对非洲热带地区复合系统土壤水分运移进行模拟研究，但是该研究在土壤水分充足的条件下，并假设根系分布及根系吸水在水平方向上是均一的，这在现实中是不可能的。另外，张劲松等[50]所提出的分层水量平衡模型、WAC所研发的WaNuLCAS[65]的普适性均仍然不足。总之，农林复合系统中土壤水分运移的模拟研究工作还有待进一步深入。

2.3 根系吸水

根系吸水不仅与根系的分布特征有关，而且还与土壤水分状况及植物本身的蒸腾耗水强度互为耦合，因此，要系统地研究农林复合系统水分生态特征，必须定量分析根系吸水的时空变化特征。在水资源紧缺地区，定量研究林木根系吸水及其对农田土壤水分的影响范围和影响程度，对于清楚地解释林木与作物的水分竞争及其机理、全面评价复合系统土壤水分效应，以及水分调控措施的制定则尤为重要，但至今有关这方面的研究结论大都为定性描述，仅有个别研究者[56-57]对其进行定量分析。尽管Khan等[70-71]通过测定根部液流量研究了林木根系吸水，但受技术条件的限制，无法分析根系吸水的空间分布特征及其对土壤水分的影响程度。因此，加强农林复合系统根系吸水的动态模拟研究十分必要。

2.4 水分利用效率

农林复合系统中浅根作物和深根木本植物以互补的方式利用土壤中的水分，可以提高水分利用率[72]。植物根系分布具有一定的可塑性，在复合系统中，利用植物根系的可塑性，木本植物和农作物的根系在空间上的垂直分布，有效地形成生态位的互补关系，避免了种间强烈竞争，促进了水分利用效率的提高[18,73]。张劲松等[30，74-76]在黄淮海平原农区研究证实了杨树-小麦、银杏-小麦、梨树-小麦复合系统具有提高作物水分利用效率等功能；陈平等[57-58]在太行山低山丘陵区研究证实了果树-小麦复合系统、果树-菘蓝/决明子复合系统具有提高小麦与药草叶片水分利用效率等作用；代巍等[77]在晋西黄土区研究表明，果树-绿豆复合系统具有提高果树叶片水分利用效率等功能。但这些研究结果是基于1～2个生长季节内叶片尺度的观测数据而得到，缺少多年份、冠层或群体水平上的相关数据，影响了结果的代表性价值，即需要加强研究农林复合系统对冠层乃至区域尺度水分利用效率的动态调控作用及其影响机制。

2.5 种间水分利用关系

植物生长及新陈代谢均离不开水分，水分的任何限制都会影响植物全部的生理功能[78]，当竞争关系与胁迫因子相结合时，会影响或改变当前的竞争关系状态[79]。在干旱半干旱地区，水分是制约植物生长的主要因素，尤其是对于干旱或贫瘠的立地，种间水分竞争问题尤为突出。因此，研究了解种间水分关系尤为必要，是深入解释水分效应变化特征及其影响机制的必要工作，对合理构建农林复合系统、实施高效调控与可持续管理，具有重要的理论指导作用。土壤水分是植物根系吸水和植株耗水的直接来源，蒸腾是植物耗水的最主要方式，因此，以“土壤水分”、“蒸腾耗水”为指标，分析不同组分之间水分利用的“来源”、“过程/强度”的异同特征及其影响机制，全面研究种间水分关系，则更有针对性。

（1）基于土壤水分变化的种间水分利用关系

土壤水分分布状况及土壤水分效应在一定程度反应了种间竞争与互补的一种重要结果。在干旱和半干旱地区，尽管很难把地下部分对水分和养分的竞争区分开来，但许多研究仍表明[80-82]，种间土壤水分竞争是农林复合系统中作物产量下降的主要原因。因此，研究了解种间对土壤水分利用来源和利用策略，有助于明确农林复合系统水分互利和竞争关系。

根系分布决定了系统对土壤水分利用主要是竞争还是互利关系[18]。目前，已有种间水分互补或竞争的研究几乎侧重于分析土壤水分分布特征或及其与根系分布的关系[57,83-93]，并初步分析了种间竞争与互补作用的介面。但农林复合系统因种间根系相互交错，难以清楚地区分不同组分（如林木与作物）细根[94]，使长期性试验研究各组分根系分布特征更加费时费力，限制了根系研究工作的开展。20世纪90年代以后，虽然有部分研究者进行过这方面的研究，但绝大多数仅涉及林木的根系，如通过挖掘法分析林木的根系分布状况[95]或建立根系分枝模型[64]，或利用同位素示踪根系分布深度[96]，而有关根量动态变化特征的定量研究内容并不很多[94]。同时开展作物和林木的试验研究则有个别报道[97-100]。总之，有关农林复合系统中不同组分根系及其动态的研究资料至今十分匮乏，一定程度上影响了种间水分利用关系的研究深度。

氢氧稳定同位素示踪技术具有较高的灵敏度与准确性，有助于深入种间水分利用来源。陈平等[57，101-102]曾基于该技术分析种间水分利用来源与策略，并表明农林复合系统中树木在干旱时期均具有“水力提升”作用，将深层土壤水分吸收并在浅层释放，供间作作物使用。但目前除上述研究案例外，尚未见其它报道。

种间土壤水分竞争介面因物候期、小气候条件的改变会发生转化或转移，因此，若要以土壤水分为指标，开展种间竞争与互补介面或角色转化/转移过程的研究，则需要了解种间土壤水分来源的差异及其运移过程的动态差异特征。但目前尚未见有关介面或角色转化/转移过程及其影响机制的研究。

总体而言，现有研究因观测技术的限制或主要研究目标/目的的不同，更侧重于效应的定量评价，对种间竞争与互补过程及其控制机制的研究，仅起到了提供基础工作等作用。在研究了解种间水分相互作用结果的表现形式（如土壤水分分布状况及土壤水分效应等）的同时，更应深入研究种间互作变化过程及其影响机制。

（2）基于不同组分蒸腾耗水比例的种间水分关系

蒸腾是植物耗水的主要方式，在土壤-植物-大气连续体（SPAC）水分运移过程占有极为重要的地位，蒸腾强度与根系吸水密切相关。种间根系竞争能力，不仅与吸收根的根长密度、活性等指标有关，还取决于种间优先利用资源的能力[72]，这种能力除与植被自身的遗传特性有关外，还与当时植物的需水/耗水强度等有关。在无灌溉条件下，蒸腾强度与复合系统内不同组分种植区有效降水量密切相关。因此，种间蒸腾耗水比例及降水分配格局的季节变化特征，是深入研究复合系统种间水分关系的重要内容。以往的研究表明[103-104]，在干旱和半干旱地区，如果不进行必要的根系或水分管理，林木和作物对水分消耗的竞争是不可避免的。但孟平等[76-105]针对农田杨树防护林系统的研究认为，相对作物，林木耗水仅占系统耗水的一小部分，就种间耗水比例而言，林木与作物水分竞争并不激烈。但这只是个别案例，可能会因气候、农林复合系统物种与时间结构的差异，而导致研究结论多样化。但目前同步测算不同组分耗水量的研究工作极为少见，相关研究进展较缓慢。

长期以来，虽一直强调种间水分关系研究，但从种间土壤水分利用来源及运移过程、水分消耗过程及强度的差异特征等角度，综合研究种间竞争与互补的时空变化格局及其调控机制，尚未取得重要进展。

3 结论与展望

3.1 主要结论

（1）农林复合系统对太阳辐射的调控效应不总是降低效应或光胁迫的负作用，在林缘附近因反射作用，存在增加太阳辐射强度的可能性。光质效应研究鲜有详尽文献报道。

（2）农林复合系统水分调控作用过程较复杂，水分效应及其影响机理研究缺少系统性，致使相关结论难以形成统一的认识。

（3）农林复合系统种间水分关系研究虽已取得一定进展，但有待从种间土壤水分利用来源及运移过程、水分消耗过程及强度的差异特征等角度，综合研究种间竞争与互补的时空变化格局及其调控机制。

（4）已有研究数据主要来自试验观测，影响研究结果的代表性，亟待加强相关模拟研究工作。

3.2 研究展望

热量传输与水分运移是农林复合系统能量流动与物质循环的重要表现形式，深入研究农林复合系统水热特征，有助于提高复合农林业研究水平，促进学科发展。水资源日益紧缺是制约中国农业与林业可持续发展的最主要生态问题，科学发展与调控管理农林复合系统，应通过合理配置调控其水热平衡过程，以改善土壤水分状况、提高水分利用效率为前提。因此，为应对水资源紧缺问题，也极有必要深入研究农林复合系统水热调控特征及其影响机制。但目前研究尺度和手段、研究方法和内容均有待进一步完善。

（1）研究尺度

空间尺度应注重微观和宏观的结合。微观上要进一步加强农林复合系统种间水分竞争机制的定量研究，为复合系统的物种选择及模式优化提供必要的理论依据；宏观上，要加强农林复合系统区域性水热调控效应的测算研究，以深入、科学评价农林复合系统生态与社会效应；时间尺度应注重长期性和动态性。由于林木生长周期长，而各类农作物、林木及牧草等均存在物候期，并有一定的差异性，其生育过程不仅受气候因素的影响，而且还具有地域性，因此，长期性与动态性研究工作对全面揭示复合农林业的功能特征及其影响机制十分必要，建立长期性试验研究基地则是最有效的途径之一。

（2）手段和方法

在理论分析的基础上，需注重试验研究和模拟研究相结合。试验研究具有数据的真实性等优点，模拟则可克服田间试验难以长期、连续、多点采集数据的局限性。目前农林复合系统研究手段总体而言仍停留在田间试验水平上，许多试验观测结果受地域和气候条件的局限，影响了试验数据的时空连续性，降低了研究成果的推广应用价值。如要深入了解在水热传输、种间水分关系的变化过程，在开展试（实）验工作的同时，还需加强模拟研究。

（3）研究内容

为适应国内农业及林业发展的新形势，结合国际复合农林业的发展趋势，农林复合系统水热生态特征研究内容需进一步完善，主要包括农林复合系统水热耦合过程、根冠结构动态模拟模型、种间水分关系动态变化及其影响机制、区域尺度水热调控效应计量与评价。

References

[1]King K F S.Agroforestry and the utilization of fragile ecosystems[J].Forest Ecology Management,1979, 3(3): 161-168.

[2]Nair P K R.Classification of agroforestry system[J].Agroforestry Systems,1985,3(2):383-394.

[3]Lundgren B O.ICRAF into 1990s[J].Agroforestry Today,1990, 2(4):14-16.

[4]蒋建平.农林业系统工程与农桐间作的结构模式[J].世界林业研究,1990,3(1):32-38.Jiang J P.The systematic engineering of agroforestry and structural model for intercropping paulownia and crops[J].World Forestry Research,1990,3(1):32-38.(in Chinese)

[5]李肇齐.农林系统经济评价方法的探讨[J].世界林业研究,1991,4(2):75-80.Li Z Q.A discussion on the methods of economic evaluation of agroforestry system[J].World Forestry Research,1991, 4(2):75-80.(in Chinese)

[6]熊文愈.混农林业:一条发展林业的有效途径[J].世界林业研究,1991,4(2):27-33.Xiong W Y.Agroforestry:an effective way for forest development[J].World Forestry Research,1991,4(2):27-33.(in Chinese)

[7]谢京湘.农林复合生态系统研究概况[J].北京林业大学学报,1988,10(1):104-108.Xie J X.Review of the research on the agroforestry ecosystem[J].Journal of Beijing Forestry University, 1988, 10(1):104-108.(in Chinese)

[8]娄安如.生物多样性与我国的农林业的复合经营[J].生态农业研究,1994,2(4):14-17.Lou A R.Biodiversity and agroforestry management in China[J].Eco-agriculture Research,1994,2(4):14-17.(in Chinese)

[9]Leakey R.Redefining agroforestry and opening Panora’s box[J].Agroforestry Today,1997,9(1):5.

[10]袁玉欣.生存与发展的结合:混农林业的崛起[J].生态农业研究,1994,2(2):20-24.Yuan Y X.Combination of subsistence with development: rising of the agroforestry[J].Eco-agriculture Research,1994, 2(2):20-24.(in Chinese)

[11]李文华,赖世登,等.中国农林复合经营[M].科学出版社,1994.Li W H,Lai S D,et al.Agroforestry management in China[M].Science Press,1994.(in Chinese)

[12]朱廷曜,关德新,周广胜,等.农田防护林生态工程学[M].北京:中国林业出版社,2001.Zhu T Y,Guan D X,Zhou G S,et al.Theory of eco-engineer of farmland protective plantation[J].Beijing:China Forestry Publishing House,2001.(in Chinese)

[13]宋兆民,陈建业,杨立文,等.河北深县农田林网防护效应的研究[J].林业科学,1981,17(1):8-12.Song Z M,Chen J Y,Yang L W,et al.Studies on the effects of farmland shelterbelt network in Shenxian county of Hebei province[J].Scientia Silvae Sinicae,1981,17(1):8-12.(in Chinese)

[14]陆光明,周厚德,洪声沧,等.农田林网热量平衡的初步研究[J].北京农业大学学报,1986,12(4):401-406.Lu G M,Zhou H D,Hong S Q,et al.Preliminary study on energy balance inside a shelter-belt net-work in the field[J].Acta Agriculture Universitatis Pekinensis,1986, 12(4):401-406.(in Chinese)

[15]周厚德,徐祝龄,郑曼曼,等.林网内林网热量平衡的研究之二[J].北京农业大学学报,1987,13(4):485-491.Zhou H D,Xu Z L,Zheng M M,et al.The investigation of the heat balance in the field inside the windbreak-part two[J].Acta Agriculture Universitatis Pekinensis,1987, 13(4):485-491.(in Chinese)

[16]曹新孙,朱廷曜,姜风歧.农田防护林学[M].北京:中国林业出版社,1983.Cao X S,Zhu T Y,Jiang F Q.Science of farmland shelterbelt[M].Beijing:China Forestry Publishing House, 1983.(in Chinese)

[17]Leihner D E,Schaeben R E,Akondé T P,et al.Alley cropping on an Ultisol in subhumid Benin (Part 2):changes in crop physiology and tree crop competition[J].Agroforestry Systems,1996,34(1):13-25.

[18]Gillespie A R,Jose S,Mengel D B,et al.Defining competition vectors in a temperate alley cropping system in the Midwestern USA:production physiology[J].Agroforestry Systems, 2000,48(1):25-40.

[19]Zamora D S,Jose S,Nair P K R,et al.Interspecific competition in a pecan-cotton alley-cropping system in the southern United States:is light the limiting factor[M].Springer Netherlands:Toward Agroforestry Design,2008: 81-95.

[20]Pouliot M,Bayala J,Ræbild A.Testing the shade tolerance of selected crops under Parkiabiglobosa(Jacq.)Benth.in an agroforestry parkland in Burkina Faso,West Africa[J].Agroforestry Systems,2012,85(3):477-488.

[21]Newman S M,Bennett K,Wu Y.Performance of maize,beans and ginger as intercrops in Paulownia plantations in China[J].Agroforestry Systems,1997,39(1):23-30.

[22]Pinto LS,PerfectoI,Hernandez J C,et al.Shade effect on coffee production at the northern Tzeltal zone of the state of Chiapas,Mexico[J].Agriculture,Ecosystems & Environment, 2000,80(1-2):61-69.

[23]张劲松,孟平,辛学兵,等.太行山低山丘陵区苹果生姜系统间作系统综合效应研究[J].林业科学,2001,37(2):74-78.Zhang J S,Meng P,Xin X B,et al.Effects of apple ginger inter-cropping in the hilly land of Taihang mountain[J].Scientia Silvae Sinicae,2001,37(2):74-78.(in Chinese)

[24]Thevathasan N V,Gordon A M.Ecology of tree intercrop-ping systems in the north temperate region: experiences from southern Ontario,Canada[J].AgroforestrySystems,2004,61(1):257-268.

[25]Fang S,Li H,Sun Q,et al.Biomass production and carbon stocks in poplar-crop intercropping systems:a case study in northwestern Jiangsu,China[J].Agroforestry Systems,2010, 79(2):213-222.

[26]康斯坦季诺夫.林带与农作物产量[M].闻大中译.北京:中国林业出版社,1983.Aneko Kohctahtnhob A P.Forest and crop yields[M].Translated by Wen D Z.Beijing:Chinese Forestry Publishing House,1983.(in Chinese)

[27]王广钦,樊巍,贾佩新,等.农田林网热量平衡研究[J].河南林业科技,1987,(4):13-19.Wang G Q,Fan W,Jia P S,et al.Study on energy balance inside a shelter-belt net-work in the field[J].Journal of Henan Forestry Science and Technology,1987,(4):13-19.(in Chinese)

[28]周厚德,徐祝龄,宋兆民,等.农田林网热量平衡研究(2).见:黄淮海平原防护林体系生态经济效益的研究[M].北京:北京农业大学出版社,1990:107-114.Zhou H D,Xu Z L,Song Z M,et al.Study on energy balance inside a shelter-belt net-work in the field(2).In:Study on economic benefit of shelterbelts in Huanghuaihai Plain[M].Beijing:Beijing Agriculture Press,1990:107-114.(in Chinese)

[29]高素华,叶一舫,宋兆民.利用NOAA卫星资料对综合防护林体系温度效应的研究.见:黄淮海平原综合防护林体系生态经济效益的研究[M].北京:北京农业大学出版社,1990:123-127.Gao S H,Ye Y H,Song Z M.Using NOAA satellite data to analyze the temperature effect of forest tree in plant areas.In:Study on ecological and economic benefit of comprehensive shelterbelts in Huanghuaihai Plain[M].Beijing:Beijing Agriculture University Press,1990:123-127.(in Chinese)

[30]张劲松,宋兆民,孟平,等.银杏-小麦间作系统水热效应的研究[J].林业科学研究,2002,15(4):457-462．Zhang J S,Song Z M,Meng P,et al.Study on the water and heat effects of Ginkgo-Wheat inter-cropping[J].Forest Research,2002,15(4):457-462.(in Chinese)

[31]赵宗哲.农业防护林学[M].中国林业出版社,1989.Zhao Z Z.The science of agriculture windbreaks[M].China Forestry Publishing House,1989.(in Chinese)

[32]樊巍.农林复合系统的林网对冬小麦水分利用效率影响的研究[J].林业科学,2000,36(4):16-20.Fan W.A study on water use efficiency of wheat in agroforestry system[J].Scientia Silvae Sinicae,2000,36(4): 16-20.(in Chinese)

[33]李增嘉,张明亮,李凤超,等.粮果间作复合群体地上部分生态因子变化动态的研究[J].作物杂志,1994,(2):13-15.Li Z J,Zhang M L,Li F C,et al.Study on the ecological factors in dynamics of grain and fruit inter-cropping[J].Crops,1994,(2):13-15.(in Chinese)

[34]高椿翔,高杰,邓国胜,等.林粮间作生态效果分析[J].防护林科技,2000,44(3):97-98.Gao C X,Gao J,Deng G S,et al.The tree-crop intercropping ecological effect analysis[J].Protection Forest Science and Technology,2000,44(3):97-98.(in Chinese)

[35]吴刚,冯宗炜,秦宜哲.果粮间作生态系统功能特征研究[J].植物生态学报,1994,18(3):243-252.Wu G,Feng Z W,Qin Y Z.Study on the functional characteristics of apple/crops intercropping agroforestry systems[J].Acta Phytoecologica Sinica,1994,18(3): 243-252.(in Chinese)

[36]Kong J,Wang H Y,Zhao B G,et al.Study on ecological regulation system of the pest control in apple orchard[J].Acta Ecologica Sinica,2001,21(5):790-794.

[37]刘乃壮,刘长民,宋兆民,等.农田防护林体系对地方气候影响的研究[A].中国林业气象文集[C].北京:气象出版社, 1989.Liu N Z,Liu C M,Song Z M,et al.Study the effects of the farmland shelterbelts on the local climate[A].Collection of China Forestry meteorology[C].Beijing:China Meterological Press,1989.(in Chinese)

[38]金昌杰,徐吉炎,朱廷曜.农安农田防护林体系热效应遥感研究初探.见：生态与环境遥感研究[M].北京:科学出版社,1991:230-239.Jin C J,Xu J Y,Zhu T Y.Study on heat effects and remote sensing of shelter forest in Nong’an District.In:Research on ecological and environmental remote sensing[M].Beijing: Science Press,1991:230-239.(in Chinese)

[39]朱廷曜,金昌杰,徐吉炎.区域性防护林体系总体热效应的遥感分析[J].应用生态学报,1992,3(2):126-130.Zhu T Y,Jin C J,Xu J Y.Remote sensing analysis of total heat effects of regional shelterbelt system[J].Chinese Journal of Applied Ecology,1992,3(2):126-130.(in Chinese)

[40]宣德旺,田盛培.苏北沿海防护林区域温度效应的研究[J].农村生态环境,1995,11(4):1-4.Xuan D W,Tian S P.A study of regional effect of northern Jiangsu coastwise shelterbelt on temperature[J].Rural Eco-environment,1995,11(4):1-4.(in Chinese)

[41]王述礼,金昌杰,关德新.沿海防护林体系热效应的遥感分析[M].生态学杂志,1995,14(4):1-5.Wang S L,Jin C J,Guan D X.Remote sensing analysis on the heat effects of coastal shelterbelt system[J].Chinese Journal of Ecology,1995,14(4):1-5.(in Chinese)

[42]Mcintyre R D,Riba S J,Ong C K.Competition for water in ahedge/intercrop system[J].Field Crops Research,1997, 52(1-2):151-160.

[43]Brown K W,Rosenberg N J.Turbulent transport and energy balance as affected by a windbreak in an irrigated sugar beet field[J].Agronomy Journal,1971,63(3):351-355.

[44]Miller D B,Rosenberg N J.Soybean water use in the shelter of a slat fence windbreak[J].Agricultural Meteorology, 1973,11(1):405-418.

[45]Lynch J J.The influence of artificial windbreaks on loss of soil water from a continuously grazed pasture during a dry period[J].Australian Journal of Experimental Agriculture, 1980,20(103):170-174.

[46]Brenner A J.Microclimatic modifications in agroforestry[A].In:Ong,C K,Huxley P(ed.).Tree-crop interactions:a physiological approach[C].Cambridge: University Press, 1996:159-188.

[47]Cleugh H A.Effects of windbreaks on airflow, microclimates and crop yields[J].Agroforestry Systems,1998,41(1):55-84.

[48]陆光明,马秀玲,周厚德,等.农林复合系统中农田蒸散及作物水分利用率的研究[J].北京农业大学学报,1992, 18(4):409-415.Lu G M,Ma X L,Zhou H D,et al.Study on the farmland evapotranspiration and the water use efficiency of crop of the compound system of agroforestry[J].Acta Agriculture Universitatis Pekinensis,1992,18(4):409-415.(in Chinese)

[49]陆光明,孟平,马秀玲,等.林-果-农复合系统中植物蒸腾及系统蒸散的研究[J].中国农业大学学报,1996,1(5):103-109.Lu G M,Meng P,Ma X L,et al.Study on the plant transpiration and system evapotranspiration within an agroforest system of forest Belt-Fuit tree-crop[J].Journal of China Agricultural University,1996,1(5):103-109.(in Chinese)

[50]张劲松,孟平.农林复合系统水分生态特征的模拟研究[J].生态学报,2004,24(6):1172-1177.Zhang J S,Meng P.Simulation on water ecological characteristics of agroforestry in the hilly area of Taihang Mountain[J].Acta Ecologica Sinica,2004,24(6): 1172-1177.(in Chinese)

[51]Verchot L V,Noordwijk V M,Kandji S,et al.Climate change:linking adaptation and mitigation through agroforestry[J].Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change,2007,12(5):901-918.

[52]Lott J E,Ong C K,Black C R.Understory microclimate and crop performance in a Grevillearobusta-based agroforestry system in semi-arid Kenya[J].Agricultural and Forest Meteorology,2009,149(6):1140-1151.

[53]Lin B B.The role of agroforestry in reducing water loss through soil evaporation and crop transpiration in coffee agroecosystems[J].Agricultural and Forest Meteorology, 2010,150(4):510-518.

[54]Siriri D,Wilson J,Coe R,et al.Trees improve water storage and reduce soil evaporation in agroforestry systems on bench terraces in SW Uganda[J].Agroforestry Systems,2013, 87(1):45-58.

[55]Bird P R.Tree windbreaks and shelter benefits to pasture in temperature grazing systems[J].Agroforestry Systems,1998, 41(1):35-54.

[56]Nuberg I K.Effect of shelter on temperature crops:a review to define research for Australian conditions[J].Agroforestry Systems,1998,41(1):3-34.

[57]陈平,孟平,张劲松,等.华北低丘山区 2种林药复合模式的水分利用[J].东北林业大学学报,2014,42(8):52-56.Chen P,Meng P,Zhang J S,et al.Water use of intercropping system of tree and two herbal medicine in the low hilly area of North China[J].Journal of Northeast Forestry University, 2014,42(8):52-56.(in Chinese)

[58]何春霞,孟平,张劲松,等.基于稳定碳同位素技术的华北低丘山区核桃-小麦复合系统种间水分利用研究[J].生态学报,2012,32(7):2047-2055.He C X,Meng P,Zhang J S,et al.Water use of walnut-wheat intercropping system based on stable carbon isotope technique in the low hilly area of North China[J].Acta Ecologica Sinica,2012,32(7):2047-2055.(in Chinese)

[59]Wallace J S,Jackson N A,Ong C K.Modelling soil evaporation in an agroforestry system in Kenya[J].Agricultural and Forest Meteorology,1999, 94(3):189-202.

[60]Lawson G J,Crout N M J,Levy P E.The tree-crop interface: representation by coupling of forest and crop processmodels[J].Agroforestry Systems,1995,30(1-2):199-221.

[61]Tournebize R,Sinoquet H,Bussiere F.Modelling evapotranspriation partitioning in a shrub/grass alley crop[J].Agricultural & Forest Meteorology,1996,81(3-4):255-272.

[62]Irvine M R,Gardiner B A,Morse A P.Energy partition influenced by tree spacing[J].Agroforestry Systems,1997, 39(3):211-224.

[63]Mobbs D C,Cannell M G R,Crout N M J,et al.Complementarity of light and water use in tropical agroforests I:theoretical model outline,performance and sensitivity[J].Forest Ecology and Management,1998, 102(2-3):259-274.

[64]Noordwijk M,Luisiana B.WaNuLCAS 3.1.a model of water,nutrient and light capture in agroforestry systems[J].Agroforestry Systems,1998,43(1):217-242.

[65]Cannell M G R.The central agroforestry hypothesis:the tree must acquire resources that the crop would not otherwise acquire[J].Agroforestry Systems,1996,34(1):27-31.

[66]王正非.森林气象学[M].中国林业出版社,1985.Wang Z F.Forest meterology[M].Chinese Forest Publishing House,1985.(in Chinese)

[67]Eastam J.The effect of tree spacing on evaporation from an agroforestry experiment[J].Agricultural & Forest Meteorology, 1988,42(4):355-368.

[68]任勇,王佑民.道路农田防护林系统水分关系研究[J].生态学杂志,1993,12(4):1-6.Ren Y,Wang Y M.Water relaltions in farmland shelterbelt system by the roads[J].Chinese Journal of Ecology,1993, 12(4):1-6.(in Chinese)

[69]Pank A K.Water table and soil moisture distribution below some agroforestry tree species[J].Indian Journal of Forestry,1998,21(20):119-123.

[70]Khan A.A low cost heat pulse technique for measuring tree root water uptake[J].Agroforestry Forum,1996,7(2):157-165.

[71]Howard S.Using sap flow gauges to quantify water uptake by tree roots from beneath the crop rooting zone in agroforestry systems[J].Agroforestry Systems,1996, 35(1): 15-29.

[72]Schroth G.A review of belowground interactions in agroforestry,focusing on mechanisms and management options[J].Agroforestey Systems,1998,43(1):5-34.

[73]Jose S,Williams R,Zamora D.Belowground ecological interactions in mixed species forest plantations[J].Forest Ecology and Management,2006,233(2-3):231-239.

[74]陆光明,马秀玲,周厚德,等.农林复合系统中农田蒸散及作物水分利用率的研究[J].北京农业大学学报,1992,19(4): 409-415.Lu G M,Ma X L,Zhou H D,et al.Study on the farmland evapotranspiration and the water use efficiency of crop of the compound system of agroforestry[J].Acta Agroculturae Universitatis Pekinensis,1992,19(4):409-415.(in Chinese)

[75]孟平,张劲松,宋兆民,等.农林复合模式蒸散耗水的研究[J].林业科学研究,1996,9(3):221-226.Meng P,Zhang J S,Song Z M,et al.Study on evapo-transpiration on agroforestry[J].Forest Research,1996, 9(3):221-226.(in Chinese)

[76]孟平,张劲松,宋兆民,等.梨麦间作系统水分效应与土地利用效应的研究[J].林业科学研究, 2004,17(2):167-171.Meng P,Zhang J S,Song Z M,et al.Effects of pear-wheat inter-cropping on water and land utilization efficiency[J].Forest Research,2004,17(2):167-171.(in Chinese)

[77]代巍,郭小平,毕华兴,等.晋西地区果树-农作物复合模式的光合特点[J].吉林农业大学学报,2009,31(6):688-693.Dai W,Guo X P,Bi H X,et al.Photosynthetic characteristics of agroforestry in western Shangxi[J].Journal of Jilin Agricultural University,2009,31(6):688-693.(in Chinese)

[78]Onillon B,Durand J L,Gastel F,et al.Drought effects on growth and carbon partitioning in a tall fescue sward grown at different rates of nitrogen fertilization[J].European Journal of Agronomy,1995,4(1):91-99.

[79]Grime J P.Stress,competition,resource dynamics and vegetation processes[J].James and James Ltd,1993, 7(2):351-377.

[80]Nissen T M,Midmore D J,Cabrera M L.Aboveground and belowground competition between intercropped cabbage and young Eucalyptus torelliana[J].Agroforestry Systems,1999, 46(1):83-93.

[81]Miller A W,Pallardy S G.Resource competition across the crop-tree interface in a maize-silver maple temperate alley cropping stand in Missouri[J].Agroforestry Systems,2001, 53(3):247-259.

[82]Odhiambo H O,Ong C K,Deans J D,et a1.Roots,soil water and crop yield:tree crop interactions in a emi-Aridagroforestry system in Kenya[J].Plant and Soil,2001, 235(2):221-233.

[83]Douglas G B,Walcroft A S,Hurst S E.Interactions between widely spaced young poplars (Populus spp.) and the understory environment[J].Agroforest Systems,2006, 67(2): 177-186.

[84]George W P,Edward W B.Effects of aspen canopy removal and root trenching on understory microenvironment and soil moisture[J].Agroforest Systems,2007,70(2):113-124.

[85]云雷,毕华兴,任怡,等.黄土区果农复合系统种间水分关系研究[J].水土保持通报,2008,28(6):110-114.Yun L,Bi H X,RenY,et al.Research on soil moisture relations among types of agroforestry system in the loess region[J].Bulletin of Soil and Water Conservation, 2008,28(6): 110-114.(in Chinese)

[86]Jackson N A,Wallace J S,Ong C K.Tree pruning as a means of controlling water use in an agroforestry system in Kenya[J].Forest Ecology and Management, 2000, 126(2): 133-148.

[87]Hou Q,Brandle J,Hubbard K,et al.Alteration of soil water content consequent to root-pruning at a windbreak/crop interface in Nebraska,USA[J].Agroforestry Systems,2003, 57(3):137-147.

[88]Donald J M,John T S,Scott X,et al.Using vector analysis to understand temporal changes in understorey-tree competition in agroforestry systems[J].Forest Ecology and Management,2010,259(6):1200-1211.

[89]Cannavo P,Sansoulet J,Harmand J M,et al.Agroforestry associating coffee and Inga densiflora results in complementarity for water uptake and decreases deep drainage in Costa[J].Agriculture,Ecosystems and Environment,2011,140(1-2):1-13.

[90]Lehmann J,Peter I,Steglich C,et al.Below-ground interactions in dryland agroforestry[J].Forest Ecology and Management,1998,111(2-3):157-169.

[91]Imo M,Timmer V R.Vector competition analysis of a Leucaena-maize alley cropping system in western Kenya[J].Forest Ecology and Management, 2000,126(2): 255-268.

[92]Zhang W,Ahanbieke P,Wang B J,et al.Root distribution and interactions in jujube tree/wheat agroforestry system[J].Agroforestry Systems,2013,87(4):929-939.

[93]Wang B J,Zhang W,Ahanbieke P.Interspecific interactions alterroot length density,root diameter and specific root length in jujube/wheat agroforestry systems[J].Agroforest System,2014,88(5):835-850.

[94]胡海波,万福绪,张金池.徐淮平原农田防护林带杨树根系特征研究[J].南京林业大学学报,1996,20(1):12-16.Hu H B,Wan F X,Zhang J C.Study on root distribution characteristic of shelter belt for farmland in Xuhuai plain area[J].Journal of Nanjing Forestry University,1996, 20(1):12-16.(in Chinese)

[95]Jamaludheen V L.Root distribution pattern of wild jack tree (artocarpushirsutuslamts) as studied by 32P soil injection method[J].Agroforestry Systems,35(3):329-336.

[96]Gregory P J.Approaches to modeling the uptake of water and nutrients in agroforestry systems[J].Agroforestry Systems, 1996,34(1):51-65.

[97]沈言琍,杨诗秀,何长德,等.林带耗水条件下土壤水动力学模型[J].北京林业大学学报,1996,18(2):8-13.Shen Y L,Yang S X,He C D,et al.The dynamic soil-water model for forest belt under water consumption condition[J].Journal of Beijing Forestry University,1996,18(2):8-13.(in Chinese)

[98]张劲松,孟平,尹昌君,等.苹果-小麦复合系统中作物根系时空分布特征[J].林业科学研究,2002,15(5):537-541.Zhang J S,Meng P,Yin C J,et al.Spatial and temporal distribution characteristics of wheat roots in apple-wheat intercropping[J].Forest Research,2002,15(5):537-541.(in Chinese)

[99]张劲松,孟平,尹昌君.果农复合系统中果树根系空间分布特征[J].林业科学,2002,38(4):30-33.Zhang J S,Meng P,Yin C J.Spatial distribution characteristics of apple tree roots in the apple-wheat intercropping[J].Scientia Silvae Sinicae,2002,38(4):30-33.(in Chinese)

[100]何春霞,孟平,张劲松,等.华北低丘山区核桃-决明子复合模式的根系分布[J].林业科学研究,2013,26(6):715-721.He C X,Meng P,Zhang J S,et al.Root spatial distribution of walnut/cassia agroforestry system in the rocky hilly area of north China[J].Forest Research,2013,26(6):715-721.(in Chinese)

[101]Fernández M E,Gyenge J,Licata J,et al.Belowground interactions for water between trees and grasses in a temperate semiarid agroforestry system[J].Agroforestry Systems,2008,74(2):185-197.

[102]孙守家,孟平,张劲松,等.华北石质山区核桃-绿豆复合系统氘同位素变化及其水分利用[J].生态学报,2010, 30(14):3717-3726.Sun S J,Meng P,Zhang J S,et al.Deuterium isotope variation and water use in an agroforestry system in the rocky mountainous area of north China[J].Acta Ecologica Sinica,2010,30(14):3717-3726.(in Chinese)

[103]Anderson L S.Ecological interaction in agroforestry systems[J].Agroforestry Abstracts,1993,6(2):57-91.

[104]Rao M R,Nair P K R,Ong C K.Biophysical interactions in tropical agroforestry systems[J].Agroforestry Systems, 1997,38(1):3-50.

[105]张劲松,孟平.苹果-小麦复合系统SPAC水分运移模拟模型[J].林业科学,2004,40(4):1-8.Zhang J S,Meng P.Model on water transfer of SPAC in apple-wheat multiplex system[J].Scientia Silvae Sinicae, 2004,40(4):1-8.(in Chinese)

Research Advances on Hydrological and Thermal Characteristics of Agroforestry System

HE Chun-xia1,2, ZHENG Ning1,2, ZHANG Jin-song1,2, MENG Ping1,2, YUAN Wen-wen1,2
(1.Research Institute of Forestry, Chinese Academy of Forestry, Key Laboratory of Tree Breeding and Cultivation of State Forestry Administration, Beijing 100091, China;2.Co-Innovation Center for Sustainable Forestry in Southern China, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037)

The research on hydrologic and thermal characteristics is important to the ecological benefits quantification, structure optimization, and management improvement of agro-forestry system (AFS).The Chinese and English literatures on radiation, evapotranspiration or transpiration, soil moisture, root system and water use efficiency characteristics of AFS from 1980 to present was retrieved and analyzed in this paper.The retrieved database included Science Direct, CNKI, Springlinker, CABI Abstracts, and the Chinese database of China Academy of Forestry Library.Moreover, the research advances of hydrologic and thermal characteristics of AFS in recent 35 years were summarized, and the prospects were proposed respectively.The objective of this study was to provide a reference for AFS research on structure and function.The results showed that: (1) the AFS could adjusted the solar radiation distribution and canopy heat balance.However, few studies have been performed to measure the light distribution in AFS quantitatively.(2) Because the systematic and integrated study on the mechanism of hydrologicalprocess was lacking, it was difficult to obtain a unified conclusion about the effects of AFS on water.(3) Even though the progress of water interaction under inter-species was obtained, the further study on water consumption sources, water transport, and water use efficiency of AFS was required.Moreover, the analysis of spatial and temporal variation of the interaction between inter-species was required in the future.(4) The most current existing data origin from the experimental measurements, and the representation was limited.Therefore, the further study on model simulation was required.

Agro-forestry system; Solar radiation; Transpiration; Evapotranspiration; Soil moisture

2016-03-18**

国家科技支撑计划“资源节约与环境改良型农林复合技术研究与示范”（2015BAD07B05）；国家自然基金青年项目“荆条对太行山南麓裸岩立地的水分生理生态适应机制研究”（31400385）

何春霞（1983-），助理研究员，主要从事复合农林业和林业气象研究。E-mail：hechunxia08 @126.com

10.3969/j.issn.1000-6362.2016.06.003

何春霞,郑宁,张劲松,等.农林复合系统水热生态特征研究进展[J].中国农业气象,2016,37(6):633-644