黄土塬区旱作果园的复合经营范式

王晗生

(1.西北农林科技大学水土保持研究所, 陕西 杨凌 712100; 2.中国科学院水利部水土保持研究所, 陕西 杨凌 712100)

与主体丘陵相比,黄土高原上包括台塬在内的塬地均为地势比较平坦而又宽广的地貌类型,主要位于中部及南部[1]4-22。因缺乏灌溉条件,塬地大多为旱塬,以经营旱作农业著称，成为黄土区农耕历史悠久的重要粮食生产基地，长期以来普遍种植着以小麦(Triticumaestivum)、玉米(Zeamays)等为主的禾谷类作物。然而,近20多年来,苹果(Maluspumila)、核桃(Juglansregia)等经济林,尤其苹果在塬地得到大面积培育,局部完全改变传统作物生产方式,如陕西渭北塬区现已是中国苹果主产区[2]。在作物种群结构发生前所未有的显著变化下,随着新果园不断建立以及老果园衰败,塬区耕作种植制度值得进一步研究并改进完善。由于土壤水分状况与旱作栽培成效密切相关,以水分因子为中心的果园及土壤管理尤为引人注目。有关研究主要集中在土壤耕作、覆盖、免耕、生草等方面,鲜有间作探讨,特别是间作对果树影响的评估[3-11]。果园间作常表现为群众自发性而大量存在，是当前不容忽视的具有区域特色的规模化农林复合经营形式[12-13]。尽管这种形式在提高土地利用率和避免光能资源浪费同时可获得多种收益,但以果树为主的复合经营系统必须考虑避免对果树生长发育造成不利影响。由于作物种类及间作方式上的实际差异,适宜的间作选择具有重要实践意义。果园生草强调发挥地表植被覆盖的生态功能,除刈割覆盖园地以抑制水分蒸发和培肥土壤作用外,也有为养殖获取饲料并实现畜粪还园的目的。可见,被单列研究的果园生草其实仍是一类复合经营形式。目前此类探讨虽然较多,但对果树生长供水影响的结论还不十分明确[3,4,6,14-19]。因此,该研究通过在中国科学院长武农业生态试验站所在地的典型塬区开展调查及测定,分析间作的基础以及有关间作的适宜性,探讨其规范化经营模式,以期有助于旱作果园合理间作制度的建立,提高复合经营水平及促进塬区果树栽培健康持续运行。

1 研究区域与方法

1.1 研究区概况

中科院长武站周边塬地,即陕甘分界地带的长武塬和泾川塬，虽有沟壑发育嵌入,使得塬高沟深以及塬、梁与沟相间分布,但塬面依然显著。长武塬较大,苹果培育起步也较早。塬面海拔1 200～1 370 m,地下水埋深50～80 m,植物没有直接利用可能。属暖温带半湿润易旱气候类型,年均气温9.1～10.3 ℃,无霜期171～176 d;年均降水量553.5～584.1 mm,冬春少而夏秋多,降水多集中于7—9月,占全年55%～60%,旱季和雨季分明,雨热同季。干旱发生以春旱、初夏旱为主,其次还有伏旱。研究区为黏黑垆土地带[1]72-122,塬面是代表部位。接近褐土的黏黑垆土具有人为黄土覆盖层,即为黄盖黏黑垆土,田间持水量21.1%,凋萎湿度8.8%。土壤水库效应,即深厚土体蓄存雨季降水,在大气干旱时供给作物,从而有效缓解胁迫。以一年一熟为主,兼二年三熟,多为小麦换茬改种大秋作物时复种糜(Panicummiliaceum)、谷(Setariaitalica)、槐豆(Glycinemax)、荞麦(Fagopyrumesculentum)等晚秋或小秋作物,复种指数可达115%。农田木本植物培育,除刺槐(Robiniapseudoacacia)实生苗、核桃外,苹果最为广泛。塬面坡度小(<5°)或几无坡度,间作扰动土壤,一般不会导致水土流失,因而对作物选择要求低于坡地果园。

1.2 研究方法

1.2.1类型调查

摸清本底种植作物,在苹果培育相对集中部位踏查，充分了解果园复合经营类型,追访苹果树龄及间作草本植物发育年限,掌握苹果种植株行距以及发育结实的一般进程。将间作类型以结构特点和果树外貌进行分类归纳,以空间换时间的方法了解随果树生长的间作变化。2003年和2012年调查2次,2012年重点关注同一果园进入成龄期的间作情况。

1.2.2选样测定

为深入评价间作实际操作方式,在调查基础上选择有代表性(参照当地大田作物种类及高秆深根型与矮秆浅根型的划分并兼顾年龄分布)的幼龄果园,在注意作物生长特点同时,于生长季末(10月末)测量苹果树高和地径,同时计数侧枝数量。测定排除边行,保证被测果树行的2侧行间均有间作实施。同一农户的一片果园中分块分别在行间种植不同作物的,因具有相同前作背景而使果树生长效果具有可比性。采用烘干法分别在旱季末(7月初)、雨季末(9月末)或生长季末测定土壤含水量。以取土钻自地表垂直向下每20 cm采样,测深300 cm。每次测定与对照(CK)同步进行。对照是同一片果园中未实施间作的行间,但在农户种植没有余留的情况下,以未实施间作的行内株间为对照。同一片果园中分块种植2类不同作物的行间互为土壤水分测定对照。

1.2.3数据处理

采用Excel 2003软件处理数据,并进行相应的t统计检验与方差分析。

2 结果与分析

2.1 果树生长过程与复合经营

2.1.1不同的果树生长发育阶段

苹果树定植后,第3～4年开始挂果,尤其是第4年由零星挂果明显形成一定产量，第7～8年进入结果盛期而开始丰产。即第1～6年为幼龄期，此后为成龄期。成龄果园树体密度与幼龄或定植时相同,加之定期整形修剪,一般没有因密度过高而实施间伐。果树株距多为2.0～3.0 m,个别为1.0～1.5 m,甚至4 m;行距多为3.0～4.0 m,个别达5.5～6.0 m。不少果园有着相同株行距,即3.0 m×4.0 m。第1～3年树冠小,行间基本上敞开;第4～6年树冠增大,行间逐渐收缩变窄;进入盛果期后,行间树冠已扩张交接。随着果树生长和叶幕的增大,作物间作空间,尤其光环境有显著变化。因此,第1～3年是大部分作物的主要间作时期,而从第4年,尤其从第5～6年起,应考虑具有耐荫性的矮秆作物，如白三叶草(Trifoliumrepens)。成龄果园的低矮树冠(高约60～100 cm)以及其下的弱光环境已不适于一般作物间作。

2.1.2复合经营设计实施特征

据调查,果园第1～3年间作的作物有1年生或越年生的小麦、玉米、谷、黄豆(Glycinemax)、油菜(Brassicacampestris)、西瓜(Citrullusvulgaris)、甘薯(Ipomoeabatatas)、马铃薯(Solanumtuberosum)等,其中小麦、玉米、大豆、西瓜等较为普遍。间作小麦、油菜、西瓜收获后,仍可见复种槐豆(回茬豆)。除此之外,还有在行间培育刺槐实生苗的。苗木仅1～2年生,雨季全部包含在其生长期内。越年生小麦、油菜完全生长在旱季,生长期与雨季分离。玉米、谷、大豆、甘薯、马铃薯等的生长期与雨季重叠较大,而西瓜、地膜马铃薯等重叠不多。糜、谷、荞麦、马铃薯等夏种“小日月”作物的生长期几乎与雨季完全重叠。白菜(Brassicachinensis)、萝卜(Raphanussativus)、辣椒(Capsicumannuum)、胡萝卜(Daucuscarota)可播种生长在雨季,萝卜、辣椒、胡萝卜也可播种生长在旱季,或其生长期与雨季有部分重叠〔如番茄(Lycopersicumesculentum)〕。菠菜(Spinaciaoleracea)在雨季后播种,除秋末收获外,有时其生长也有越冬特点。雨季后至冬季农田土壤水分条件良好,植物生理活动放缓而趋于休眠,作物与果树之间不存在竞争关系。雨季供水充足,生长期与之完全重叠的作物同果树不易产生竞争;完全生长在旱季的作物因土壤贮存水分有限,易于同果树发生竞争;生长期与雨季有重叠的作物,同果树的竞争状况介于两者之间。竞争倾向明显的是根系较深、耗水量较大的禾谷类作物以及油菜,不甚明显的是根系较浅、耗水量较少的豆类、薯类、瓜类、蔬菜等作物。作物根系深度[1]342-345，[20]:大豆、甘薯、马铃薯、荞麦、糜、西瓜、蔬菜等为50～150 cm,小麦、玉米、谷、高粱(Sorghumvulgare)、油菜等大于200 cm,尤其是小麦可达300 cm。2年生刺槐苗根深可达80 cm,行间育苗年限为1～2 a，否则会因根系发育和耗水量增大而同果树发生明显竞争。苹果根系分布较深,6年生根深可达380 cm。当然,作物与果树之间的竞争不仅表现在地下,也可表现在地上[21-23]。由于生长速度差异,高秆作物势必造成果树侧方遮荫。苹果树高(生长季末均值):1年生120 cm,2年生156 cm,3年生236 cm;间作物株高(成熟时均值):玉米256 cm,谷143 cm,油菜160 cm,冬小麦79 cm,大豆68 cm。可见,间作大豆、小麦不易同苹果产生光照竞争,而间作玉米、油菜、谷则易于产生竞争,尤其是玉米。

为降低或消除作物同果树间的竞争,需要进行生态位分离,即尽可能全面或较大程度地避免与果树根系交叉以及地上部分对树冠的遮盖。特别在定植初期或缓苗期,单株分散分布果树竞争性弱小,更应注意群团状分布作物。这样在间作种植、收获以及耕作中,也能够较少或完全不伤及果树根系。从此意义上说,间作保留果树根系主要分布区,即以树干或树行为中心,向周边或两侧留取非间作的树盘或树带(营养带或清耕带)是适宜的。且随着果树生长,树盘、树带范围逐年扩大，从果树定植起就宜采用营养带。而对于不易产生竞争的情形,宜先采用树盘,后转为营养带。采用树盘意味着除行间外,还有部分株间也用来间作,但随着间作带的缩小,更加不适于有较高产出的作物。因此,无论高秆还是矮秆作物,若要获得较高产量或效益,果树定植后第1年间作最佳,第2、3年次之。尤其深根性间作物,应安排在果树定植初期。从第4年起林冠较大程度郁闭,宜逐渐转向矮秆且浅根性的耐荫作物,如豆类、薯类、黄花菜(Hemerocalliscitrina)等。第4～6年较前3 a施展作业的便利性有所降低,但并不是说此时段不适宜间作,对于马铃薯、甘薯等块茎、块根作物更应强调压缩间作带,以免在种植或收获时损伤较多果树根系。

果树幼龄期还可间作柴胡(Buplleunumfalcatum)、板蓝根(Isatistinctoria)、黄芪(Astragalusmembranaceus)、黄芩(Scutellariabaicalensis)、党参(Codonopsispilosula)、桔梗(Platycodongrandiflorus)、丹参(Salviamiltiorrhiza)、地黄(Rehmanniaglutinosa)、苏子叶(Perillafrutescens)、山药(Dioscoreabatatas)等药用植物,其中后期除魔芋(Amorphophallusrivieri)、生姜(Zingiberofficinale)外,亦可间作较为耐荫的党参、桔梗等。果树成龄期还可间作耐荫性强的药用植物黄连(Coptischinensis)、天麻(Gastrodiaelata)等。白三叶草为典型矮生植物,匍匐茎及茎节着地生根,草层(直立叶)高20～30 cm，根系深度可达100 cm以上,但主要密集生长在地表,具有浅根性特征,与果树根系分离性尚好。与一般作物不同,白三叶草一次种植可生长5～8 a。作为果园生草的代表性种类,在湿润地区或有灌溉条件园地中可全园种植,但在旱作条件下仍需存留营养带。因为成龄果树下白三叶草生态位在地下不可能完全分离,加之成龄果园深层土壤发生干化[24],保留营养带可最大限度有利于果树生长。根据实际情况,白三叶草也可在果树幼龄期间作,此时完全有可能与果树在生态位上达到互不重叠的状态。当然,在白三叶草生长过程中需要注意切断匍匐茎,防止其向营养带扩展蔓延。

综合而言,低矮浅根作物无论果树幼龄期还是成龄期均可间作,而高秆深根性作物仅在幼龄前期可间作。由于较难准确估计定植初期果树树冠及根系发育程度,实际上不易较好地把握营养带大小。为尽量减免果树损害,高秆比矮秆作物或者深根比浅根作物营养带应当更宽一些。若定植初期间作深根性牧草紫花苜蓿(Medicagosativa)、红豆草(Onobrychisviciaefolia)、沙打旺(Astragalusadsurgens)等,生长年限最好控制在2～3 a,还需要年内数次刈割,抑制其过多消耗水分。就水分调控而言,夏收作物收获后一般不宜再复种。轮作应尽量避免竞争倾向明显作物连作,豆类本身不宜连作或迎茬。在白三叶草生长末期,应深翻压青,休耕1～2 a后再重新生草或种植耐荫药材植物。一般按照经济需求进行间作,果树幼龄期采用豆类、绿肥等养地作物最合适,不提倡禾谷类、油菜、牧草等。

2.2 复合经营对果树生长的影响

2.2.1不同作物间作下的果树生长状况

1年或3年生果树在生长季末生长指标见表1。分块间作2种不同作物,同一片果树的生长有所不同。果园中间作大豆与西瓜,虽然前者个别果树植株(9.68%)仅有主茎而没有侧枝发生,平均地径也与后者近似,但前者单株平均分枝数比后者约多1条,平均树高则高出约6 cm，这与大豆根系具根瘤固氮作用有关。2种作物春季播种时间相同,但大豆比西瓜晚收获约2个月,固氮作用有利于促进果树幼苗生长。尽管如此,t统计检验表明2种作物间作下的果树生长指标并没有显著差异(t

间作小麦对果树苗生长有突出影响,可使6成以上植株未分枝,远大于同片果园中间作西瓜(8.00%),且单株平均分枝数不足1条,显著少于间作西瓜(t>t0.05);平均树高、地径也均显著低于西瓜(t>t0.05)。显然,小麦抑制果树生长作用发生在间作期间,这是旱季降水不能满足小麦生长需要而致地下竞争强烈的结果。与同一片1年生果园中间作玉米相比,间作小麦果树平均地径几无差异,而平均树高显著降低(t>t0.05)。玉米需水高峰期与雨季相符[25]62-84,在一定程度上不至于对果树产生较为紧张的地下水分竞争关系。但玉米作为具较大叶型的高秆作物,间作玉米果树单株平均分枝数(4.39)显著低于间作小麦(6.16)(t>t0.05)。

表1幼龄果园间作下的果树生长调查

Table1Investigationofapplegrowthundercropintercroppinginyoungorchards

果树年龄/a株行距/m间作作物测定果树株数未分枝株数所占比例/%单株分枝数均值t统计检验值平均树高/cmt统计检验值平均地径/cmt统计检验值临界值t0.05 13.0×4.0大豆319.685.231.99121.551.111.090.162.00西瓜3804.00116.001.10 12.5×4.0西瓜258.002.604.05144.485.291.8610.132.02小麦2365.220.87116.701.2012.7×3.5小麦277.414.2671.370.9913.0×4.0小麦2506.162.82113.842.721.340.142.01玉米2804.39138.391.3333.0×4.0油菜20012.651.39272.700.984.320.372.02玉米21014.86283.434.2533.0×4.0谷 17010.761.11250.712.253.831.622.04玉米16012.13275.504.1532.5×3.0甘薯1909.631.22187.630.662.962.852.02玉米2608.54181.622.4933.0×4.0西瓜27013.701.38244.262.243.592.812.03玉米13010.85214.232.92

由表1可见,1年生果树的单株平均分枝数多可达6条,而3年生果树最少有9条,树冠发育明显。由于间作物的不同,树冠发育程度仍有差异,尽管单株平均分枝数均无显著差异(t值为1.11～1.39,t0.05>2.00)。对比同一片3年生果园中间作甘薯或西瓜,间作玉米的果树单株平均分枝数较少,平均树高、地径也较低,其中平均地径相差均达显著水平(t>t0.05)。间作玉米与甘薯平均树高差约6 cm,差异不显著(tt0.05),这说明间作西瓜比甘薯更为有利。这可能是甘薯比西瓜收获晚而在气温较高时节耗水量相对大的缘故。

与同一片3年生果园中间作玉米相比,间作油菜果树平均地径相近,单株平均分枝数和平均树高均较低,且平均树高、地径相差也不显著(tt0.05)。油菜生长期与小麦相似,对果树生长也具有明确地下竞争影响;谷生长期与玉米类似,但不同于玉米的密集种植特点,加之留取的营养带窄小(单边距树干30 cm),接触式生长同样构成对果树的竞争关系。油菜、谷株型较高大,但远低于3年生果树，两者以地下竞争为主,其作用大于玉米以地上竞争为主的作用。结合前述,随果树年龄增大或树体发育,地上或地下竞争作用在各方面均趋于一致，且地下竞争严重。油菜耗水量低于小麦[25]110-127,其地下竞争相对和缓。包括小麦在内的深根性作物中,玉米间作不利影响较轻。

2.2.2果树营养空间留存影响因素

间作小麦1年生果园(株行距2.5 m×4.0 m)中未分枝果树比例达65.22%,而另有1年生果园(株行距2.7 m×3.5 m)中的比例仅7.41%,又有1年生果园(株行距3.0 m×4.0 m)中没有发现未分枝果树(表1)。因为前者留取40～50 cm见方的树盘间作,后两者留取营养带间作。可见对于小麦间作,营养带好于树盘。间作小麦适合的营养带单边宽度需大于50 cm。3年生果园间作油菜或2年生果园间作小麦营养带单边宽度仅留取50 cm是不够的。谷生长期降水量能够满足自身需要[25]176-180,不易同果树发生地下竞争,但谷地下竞争程度较油菜大,表明3年生果园中间作谷单边留取30 cm宽的营养带是不够的。1年生果园中间作玉米营养带单边宽度60 cm,3年生75～85 cm均不足以消除玉米竞争影响。间作西瓜、甘薯营养带留存较宽。间作浅根矮秆作物营养带留存可相对窄小,如1年生果园中间作大豆仅留取20～30 cm，但与果树非分离式生长时要留取远大于苗木定植后的单边宽度。如3年生果园中间作大豆可留取50 cm,成龄果园中间作三叶草为100 cm。

2.3 复合经营下土壤水分消耗性竞争反应

2.3.1不同间作物耗水性比较

由图1可见,生长季末大豆或小麦间作下土壤含水量随土层深度降低,表明水分消耗并未因雨季得到补充。大豆间作下260～300 cm含水量明显低于同片果园中西瓜间作,相差3.59%～8.10%。这与建园前小麦生长有关(当地多在小麦茬上植果)。大豆生长期长,雨季末才收获,耗水使得雨水不能充分下渗至前茬小麦所造成的低含水量土层中。同片果园中小麦、西瓜分块间作下240～300 cm含水量也有明显差别(最大同层差值7.13%)。西瓜在雨季早期收获,加之耗水量低,生长季末通层均处于水分良好状态。间作大豆240 cm以上层段含水量略高,可能是大豆提高土壤持水力的结果。西瓜间作表土层0～20 cm含水量较同片果园中小麦间作高(差值2.94%)。小麦间作220 cm以上层段含水量略高,反映出土壤水分的恢复态势。

图1 分块间作果园2003年生长季末的土壤水分状况对比Fig.1 Comparison on partitioned orchards for respectively intercropping with two kinds of crops in soil moisture at the end of 2003 growing season

与上述小麦间作出现深层低含水量情形不同,另有小麦间作深层含水量却均在田间持水量以上，这可能与小麦经营状况有关。表层0～40 cm含水量较同片果园中玉米间作高,但在60～200 cm含水量较低,与玉米间作同层差值可达2.70%。由图1可见,油菜间作生长季末土壤含水量与同片果园中玉米间作相近,同层差值除300 cm处为1.53%外,其余都不足1.00%，表明油菜耗水并不强烈。上层0～180 cm及深层280～300 cm略高于玉米间作,也说明油菜虽与小麦有类似休闲期,但可使土壤水分得以较好恢复。谷和玉米幼苗期在旱季,其余生育期基本上都在雨季,生长主要依赖降水,对土壤贮存水分消耗较少,加之收获时仍有雨水可增加土壤贮水，所以两者生长季末的土壤水分同层差值小于1.50%。玉米间作200～300 cm含水量低于谷间作,其中的同层差值可达2.37%。玉米间作与同片果园中西瓜间作相比,生长季末同层含水量也较接近,100及280～300 cm差值1.52%～2.19%,其他均低于1.20%,但玉米间作240～300 cm含水量较低。甘薯与玉米收获期相似,60～300 cm土层含水量明显高于玉米间作,260～300 cm差值达2.61%～7.41%,其他土层差值不大。玉米间作表层0～40 cm含水量略高于西瓜或甘薯间作,是因为玉米茎秆遮盖以及收获后未砍除,仍长时间保留在行间的缘故。谷茎秆密集,收获后亦长时间未割取而留存行间,也致使表层0～20 cm含水量略高于玉米间作。生长季末表层差异并不能较好地反映作物之间的耗水性差异。

双因素方差分析(以下简称方差分析)表明,除同片果园中分块间作玉米与甘薯之间的土壤含水量差异显著(F=7.66,F0.05=4.60)外,其余作物间均不显著(F值0.12～3.45)。生长季末行间较高含水量均对翌年幼龄果树生长构成有利底墒条件。

2.3.2不同作物间作下土壤含水量差异

旱季末间作小麦与未间作地相比,其消耗土壤水分所造成的含水量差异显著(F值6.09～165.47)。间作小麦土壤含水量降低(图2),株行距2.0 m×3.0 m的2年生果园以及株行距2.0 m×6.0 m的1年生果园尤为突出:前者通层都低,同层差值2.27%～6.47%;后者除表层0～20 cm略高外,其余土层也均较低,同层差值可达5.19%。株行距1.0 m×4.0 m的1年生果园40～220 cm土壤含水量明显降低(最大同层差值4.11%)。由图3可见,虽经雨季水分补充,间作小麦所致土壤水分差异至生长季末还显著存在(F值10.33～15.63)。120 cm以下含水量均低于对照,差异最大的2片果园同层差值分别为3.76%和6.14%,最小的可达2.36%。0～100 cm含水量差异与行间耕作有关,更与树行覆膜有关。可见小麦收获后不宜再复种,也不宜连作,否则消耗的土壤水分得不到良好恢复,影响果树根系扩展。从耗水深度上看,间作小麦只能在果树定植初期进行,建园第1年最适合,轮作以浅根性作物,尤以西瓜为最好。

图2 果园间作下2012年旱季末与对照相比的土壤水分效应Fig.2 Soil moisture effect occurring at the end of 2012 drought season under crop intercropping compared with control in orchards

与间作小麦大量消耗水分不同,间作玉米旱季末没有表现出通层或深层含水量降低状况(图2),生长季末也不存在明显耗水层(图3)。旱季生长影响仅在上层,深度约100 cm。在此以上株行距3.0 m×4.0 m的3年生果园同层最大差值达3.69%,株行距1.5 m×4.0 m的1年生果园达10.61%，100 cm以下同层差值均较小(0.12%～1.70%)。前者较对照差异显著(F=5.40),后者不显著(F=3.17)。间作玉米生长早期可对果树产生地下竞争。尽管从影响深度及时间上看竞争弱于小麦,但也不能忽视。随其高度增大,地上竞争主要出现在生长后期。生长季末玉米间作土壤含水量接近对照,同层差值0.03%～1.72%,差异均不显著(F值0.02～0.75)。对照表层0～40 cm含水量略高,与该果园树行松土除草活动有关。

旱季末和生长季末大豆间作与对照的土壤含水量差异均不显著(F值2.36～3.60)。生长季末同层差值通层较小(0.34%～1.47%),其中对照表层0～60 cm略高,与树行覆膜有关;大豆间作60 cm以下略高。旱季末大豆间作较对照含水量降低,但仅在表层0～40 cm耗水明显(图2),同层差值3.28%～3.39%,40 cm以下为0.23%～1.19%，可见间作大豆生长早期在一定程度上对果树产生不利地下竞争,留取适当营养带也是必要的。

图3 果园间作下2012年生长季末与对照相比的土壤水分效应Fig.3 Soil moisture effect occurring at the end of 2012 growing season under crop intercropping compared with control in orchards

旱季末10年生成龄果园中间作白三叶草(2年生)上部土层含水量较对照降低。耗水影响深度大于玉米及大豆间作,可达160 cm，在此以上同层差值2.01%～5.48%,而以下同层差值最大仅0.92%。白三叶草间作通层与对照差异显著(F=14.23)。幼龄果园中间作白三叶草并留取适当营养带可避免水分竞争发生。

方差分析表明,生长季末白三叶草间作较对照土壤含水量差异不显著(F=4.36)。由图3可见,由于其草层覆盖作用以及土壤改良效应,0～200 cm含水量高于对照,最大同层差值达4.84%。白三叶草间作深层240～300 cm含水量较低(最大同层差值1.59%),是间作促进果树生长、增强果树耗水的结果。

由图4可见,雨季末10年生成龄果园中间作白三叶草(2年生)使得通层含水量较对照显著增大(F=38.71)。220 cm以上尤为明显,最大同层差值3.40%。15年生或10年生成龄果园中间作白三叶草(5年生或9年生)雨季末与对照土壤含水量也差异显著(F值为5.02～18.3),但5年生白三叶草间作下通层较对照低,160 cm以上更为突出,最大同层差值4.47%;9年生白三叶草间作下,除上部0～100 cm略高于对照(同层差值0.26%～1.31%)外,其下土层也均较对照低,最大同层差值达7.92%。5年生或9年生白三叶草间作下雨季末出现不同的土壤水分状况,是由于白三叶草连续多年生长于地表的根系导致土表板结,而“板结层”又使得降水下渗受阻。因此,间作白三叶草生长5～6 a后深翻耕破除板结也是必要的。

3 讨论

从间作对比可见,幼龄果树树冠发育、树高及地径生长受抑制,尤其在树高、分枝性方面甚为突出。目前研究多反映果树对作物的影响[9-11],鲜有间作果树效应以及基于果树生长过程的探讨。

尽管果园低密植下的较宽行距是间作开展首要条件,但随果树生长发育,间作空间及环境有所变化。由果园结构性变化可见,从幼龄后期开始对作物选择趋向严格,只可选耐荫性的浅根矮秆作物,至成龄期仅宜选择白三叶草、黄连、天麻等个别植物。幼龄后期是前后两个明显不同时期的过渡。幼龄前期操作方便,是主要间作阶段。深根性高秆作物局限性大,仅适合在幼龄前期间作。西瓜、甘薯间作下的果树生长状况优于小麦、玉米间作,表明浅根低矮作物优于深根性高秆作物。由于保持土壤肥力[14-15,18,26]是果树稳定生长基础,间作更应选择豆类、绿肥、西瓜等养地作物。在深根性高秆作物中,玉米影响程度较低。作为一种间作类型,夏种“小日月”作物也具有实践价值。

图4 果园间作下2003年白三叶草雨季末与对照相比的土壤水分效应Fig.4 Soil moisture effect occurring at the end of 2003 rainy season under white clover intercropping in orchards compared with control

轮作不仅是果园环境变化的要求,更是不断改善水分环境、培肥地力、避免竞争等的手段。豆类、薯类、瓜类、蔬菜、药材、绿肥等交替轮作最为适宜。间作深根性高秆作物必须考虑以这些作物换茬。与其他作物不同的是小麦年内土壤水分消耗得不到补充恢复,连作将进一步恶化水分环境。油菜、西瓜、小麦等收获后复种,次年更应考虑轮作。间作玉米竞争较弱,可适度连作。白三叶草不宜长时间留存,在其生长末期深翻压青,不仅增加土壤有机质,也促进降雨入渗，提高土壤贮水量。多年生豆科牧草同样具有培肥地力作用,但耗水强烈,间作时间最迟不宜超过幼龄前期或幼龄后期初，间作培育1～2年生刺槐苗可满足一般绿化小苗所需。

旱季降水较少,作物耗水降低了果树水分供应，这是干旱条件下间作地下竞争主要方面。小麦可使整个根系作用层内土壤含水量下降，玉米、大豆、白三叶草仅使上部土层含水量下降。生长并非完全依赖降水的玉米旱季发生地下竞争,而地上竞争出现在生长后期,即雨热同季时期。油菜、谷在3年生果园中以地下竞争为主,而在1～2年生果园中兼有地上竞争，因为两者高度在3年生果园中低于果树,而在1～2年生果园中高于或相当于果树。谷耗水性弱于玉米,但在一定条件下的地下竞争比油菜还强烈。深根性高秆作物之间地下竞争影响要大于地上竞争。但大豆生长早期土壤含水量降低仅发生在表层,地下竞争相对轻微。白三叶草在旱季的耗水深度大于玉米,不可忽视其明显的地下竞争影响。撒播、条播作物较点播、移栽作物更应注意地下竞争的发生。

干旱影响下生态位重叠必然产生不利于果树生长的竞争。作物适应性实际上已涉及生态位分离,除地上部分外,更应关注地下部分根系的非叠置性或分层分布,也即异质性自营养带。营养带存留是调控竞争关系的枢纽,对深根性高秆作物以及与果树根系叠加的浅根作物有较高要求,如定植当年间作小麦所留取营养带单边宽度应大于50 cm,间作玉米大于60 cm。生态位分离是控制间作的关键。

作物同果树发生竞争关系与生态位分离不足有关,但也是过度间作的结果。采取比树冠冠幅大得多的宽型营养带较为稳妥。间作产量、营养带大小对果树生长的影响需要进一步研究。目前包括果树在内的根系研究多注重垂直分布,而对水平分布少有探讨,根系动态更被忽视。全面了解复合系统根系分布特征是掌控营养带及降低竞争影响所必需，也有必要对设置根障[21]的实际效果作出评价，并应注意行间裸露时期以及营养带的抑蒸保墒、蓄水等问题。间作与耕作、覆盖等措施结合,注重综合配套,应作为复合经营的一个重要方面深入开展研究。

黄土塬区果园间作多以果为主,但也存在均衡形式[27],即果树定植行距更宽,可达7～8 m,行间始终疏开、不郁闭,可长期间作小麦、玉米等作物。间作形式上的不同不仅取决于经营目的,也与自然条件有关。陇东森林草原地带塬地果树只能稀疏种植,只能采用均衡式。核桃培育亦常选用这种形式。作物选择生态位分离仍是关键。一些道路旁的果园临路种植花椒(Zanthoxylumbungeanum)篱,事实上也是复合经营,有必要评价其影响。还有在尚具一定苹果生产能力的衰败果园中间作核桃,如株行距4.0 m×4.0 m的26年生果园,行间核桃生长3 a,树高3.3 m,超过苹果(2.7 m),并开始挂果。果树衰败后的换茬种植具有潜在实践意义，也需要系统探讨。

4 结论

以果树为主的控制性间作，也即适宜的间作就是将产出与果树培育相协调,考虑作物在生长型、耗水性、竞争倾向、对光照要求、土壤培肥等方面的差异以及果树生长状况,尤其定植初期较弱的生长势及竞争力,还有生态位分离、轮作等因素,取得时间和空间上的合理性。对小麦、玉米、大豆、白三叶草等较为宽泛的种植种类,间作需要与果树及果园状况相适应,而不能仅取决于经济需求。追求间作产量,不顾及留存一定空间的树盘、营养带,极尽利用园地而获取高产是不可取的。生态位重叠及小麦连作是复合经营中存在的主要问题,尤其不可轻视生态位分离,白三叶草的特殊性值得注意。间作多年生植物时间不宜长,白三叶草生长末期需尽早深翻压青。间作重视养地作物是果树培育所需步骤。

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作者简介： 王晗生(1965—),男,甘肃武威人,副研究员,博士,主要从事旱区植被建设及生态学研究。E-mail: hswang@ms.iswc.ac.cn