元谋干热区退化山地复合生态农业模式自然资源的利用研究

西南农业学报　２００６年１９卷增刊　２０６　Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ　Ｃｈｉｎａ　Ｊｏｕｒｎａｌ　０ｆ　ＡｇＩｉｃｍＩｕ竺　ｉ　ｃｅｓ　Ｖ０Ｉ．１９　元谋干热区退化山地复合生态农业模式自然资源的利用研究　杨艳鲜，纪中华，沙毓沧，方海东，廖承飞，潘志贤　（云南省农业科学院热区生态农业研究所，云南元谋６５１３００）　摘　要：通过对元谋干热区退化山地复合生态农业模式３年的监测，分析总结了４种复合生态农业模式系统对　光能、水分、土地３种自然资源的利用效率，并与单作系统进行了比较。结果表明，复合模式系统的总光能的　利用率、总水分利用率和土地利用率都比单作系统有明显的提高，说明多层次的复合生态农业模式系统的建立，　更有利于光、水、土地自然资源的充分高效利用。　关键词：生态农业模式；自然资源；利用效率；元谋干热区　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｎａｔｕｒｅ　ｒｅｓｏｕｒｃｅ　ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｅｆｉｆｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　ｃｏｍｐｏｕｎｄ　ｅｃｏ　。ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　ｍｏｄｅｌｓ　ｏｎ　ｉｎｖｏｌｕｔｉｏｎ　ｍｏｕｎｔａｉｎ　ｌａｎｄ　ｉｎ　Ｙｕａｎｍｏｕ　ｄｒｙ　ｈｏｔ　ｖａｌｌｅｙ　ＹＡＮＧ　Ｙａｎ－ｘｉａｎ，ＪＩ　Ｚｈｏｎｇ—ｈｕａ，ＳＨＡ　Ｙｕ－ｃａｎｇ，ＦＡＮＧ　Ｈａｉ－ｄｏｎｇ，ＬＩＡＯ　Ｃｈｅｎｇ－ｆｅｉ，ＰＡＮ　Ｚｈｉ－ｘｉａｎ　（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆＴｒｏｐｉｃａｌ　Ｅｃｏ—ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ，Ｙｕｎｎａｎ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｙｕｎｎａｎ　Ｙｕａｎｍｏｕ　６５１３００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｌｏｎｇ－ｔｅｒｍ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｆｏｒ　３　ｙｅａｒｓ　ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ　ｏｆ　ｃｏｍｐｏｕｎｄ　ｅｃｏ—ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ　ｍｏｄｅｌｓ　ｏｎ　ｉｎｖｏｌｕｔｉｏｎ　ｍｏｕｎｔａｉｎ　ｌａｎｄ，ａｎａｌｙｚｅｄ　ａｎｄ　ｓｕｍ　ｕｐ　ｔｈｅ　ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｅｆｉｆｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　ｎａｔｕｒｅ　ｒｅｓｏｕ１￣ｅｓ　ｗｈｉｃｈ　ａｒｅ　ｌｉｇｈｔ　ｅｎｅｒｇｙ，ｗａｔｅｒ　ａｎｄ　ｇｒｏｕｎｄ　ｏｎ　ｃｏｍｐｏｕｎｄ　ｅｃｏ—ａ　ｃｕｌｔｕｒａｌ　ｍｏｄｅｌｓ，ａｎｄ　ｔｏ　ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｗｉｈｔ　ｍｏｎｏｃｕｌｔｕｒｅ　ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈｅ　ｔｏｔａｌ　ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｅｆｉｆｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　ｉｌｇｈｔ　ｅｎｅｒｇｙ，ｗａｔｅｒ　ａｎｄ　ｇｒｏｕｎｄ　ＷｆｌＳ　ｈｉｇｈｅｒ　ｏｎ　ｃｏｍｐｏｕｎｄ　ｍｏｄｅｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｔｈａｎ　ｏｎ　ｍｏｎｏｃｕｌｔｕｒｅ　ｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈｅ　ｍｕｌｔｉｔｉｅｒｅｄ　ｃｏｍｐｏｕｎｄ　ｍｏｄｅｌ　ｓｙｓｔｅｍｓ　ａｒｅ　ｍｏｒｅ　ａｄｖａｎｔａｇｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｅｆｉｆｃｉｅｎｔ　ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｎａｔｕｒｅ　ｒｅｓｏｕ１￣２ｅｓ　ｗｈｉｃｈ　ａｒｅ　ｌｉｇｈｔ　ｅｎｅｒｇｙ，ｗａｔｅｒ　ａｎｄ　ｇｒｏｕｎｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｅｃｏ－ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　ｍｏｄｅｌｓ；ｎａｔｕｒｅ　ｒｅｓｏｕｒｃｅ　ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｅｆｉｆｃｉｅｎｃｙ；Ｙｕａｎｍｏｕ　ｄｒｙ　ｈｏｔ　ｖａｌｌｅｙ　自然资源利用率是衡量农业生态系统健康稳　建议，以及为农林复合系统和农村可持续发展的　定的重要指标之一。复合乔＋灌＋草系统时空结构　研究提供一种新的思维和新领域。　的合理配置，打破了单一的农业生产模式，将林　木与作物或牧草等有机地结合在一起形成一个多　１研究区概况　种类型、多层次、多功能的复合生态农业立体种　研究区退化山地位于金沙江流域干热亚区，　植系统，在提高自然资源利用率方面具有独特的　气候干旱，海拔１　０８８－１　１６７　ｍ。土地极不平整，平　功能。本研究以云南省农科院热区所在元谋干热　地或小于５。的坡地仅占１７％，沟壑密度２１．５　ｋｍ／　河谷所建设的退化山地复合生态农业模式为研究　ｋｍ　［１１。土壤凋萎湿度（ＰＷＰ）长达７－８个月嘲。　对象，分别对“罗望子＋木豆”、　“罗望子＋木豆＋　年均温２１．９℃，极端最高气温４２℃，极端最低气温一　柱花草”、“罗望子＋象草”和“罗望子＋自然草　２℃；≥１２℃的持续天数３４９　ｄ，≥１０℃积温７　７８６℃；　被”４种模式的光能利用率、水分利用率和土地利　年降雨量６３０　ｍｍ左右，集中在５－９月份，其它月　用率进行初步研究，以期对４种复合模式对自然　份少雨或无雨，年蒸发量３　９ｌ１．２　ｍｍ，气候干旱，　资源的利用率进行初步、客观的评价。同时，为　蒸发量是降雨量的６倍。全年太阳总辐射量６４１．８　该区复合生态农业模式的筛选、优化提出合理化　ｋＪ／ｃｍ　，日照率６２％；干燥度４．４（以Ｐｅｎｍａｎ公　式计算）翻。　２研究内容与方法　收稿日期：２００６－０５—２５　项目来源：国家“十五”科技攻关项目２Ｏｏ４ＢＡ６Ｏ６Ａ一０７＿ｏ１资助。　２．１　复合生态农业模式系统对光能的利用率测定　维普资讯 http://www.cqvip.com

增刊　杨艳鲜等：元谋干热区退化山地复合生态农业模式自然资源的利用研究　测定出模式建立后３年各主栽作物每年的干　物质产量，取３年平均值按以下公式进行光能利　用率计算。光能利用率常用以下表达式计算［４１：　３结果与分析　３．１　复合生态农业模式系统对光能的利用率　Ｅ（％）＝ＭＴ／ＺＱ＝０．１０×１Ｏ１》：Ｙ／∑Ｑ　（１）　光资源是作物生长的基本能源。光能利用率　是衡量复合系统功能的一个重要指标。它是系统　内风、温、湿、生物因素等的综合反映。太阳光　能辐射到地面的只是可见光的一部分（约占太阳　总辐射能的４０％～５０％），而照射在叶面上的太阳光　式中，Ｅ（％）为光能利用率；Ｍ为植物干物　质量（ｋｇ）；Ｙ为生长季产量（ｋｇ／ｈｍ　）；Ｑ为生长　期内辐射总量（ｋｃａｌ／ｃｍ　）；Ｔ：勾燃烧１　ｇ干物质释　放的能量，农作物平均为４．２５　ｋａｃｌ／ｇ，树木平均为　４．３８　ｋｃａｌ／ｇ。　能并未全部吸收；其中，１０％～１５％被反射并散失　到空间，５％透过叶片，还有８０％－８５％虽被吸收，　２．２复合生态农业模式系统对水分的利用效率测　定　但有７５．６％～８４．５％以热能消耗于蒸腾过程，真正用　在本研究中，建立的生态农业模式有雨养型、　于光合过程的只有０。５％～３．５％。　由表１可以看出，复合模式罗望子＋木豆的光　能利用率达到了１。６１％，主要是因为罗望子种植密　度相对较小为５　ｍｘ６　ｍ，木豆仅作为小灌木间作于　节水补灌型等，本研究采用雨养型模式进行模式　水分利用效率的试验。水分利用效率（ＷＵＥ）是　指某作物每公顷的经济产量与该作物每公顷耗水　量（ｍｍ）的比值（ｋｇ／ｍｍ・ｈｍ２），通常用以下表达　式进行计算［１４：　林间，增加了光合面积，提高叶面积指数，充分　利用太阳辐射能，从而提高了整个模式系统的总　光能利用率。模式罗望子＋木豆＋柱花草和罗望子＋　水分利用效率＝　（２）　象草由于罗望子密度大，即使间作了柱花草、木　豆和象草提高了整个模式系统的光合面积，但总　光能利用率仅达到了０。９１％和１．４７％。模式罗望　子＋象草总光能利用率明显高于罗望子＋木豆＋柱花　式中，当地全年水量＝降水＋灌溉水＋：Ｅ壤水，　由于是雨养系统，故只有降水和土壤水，土壤水　用土壤贮水量衡量，是指一定厚度土壤水的总贮　草，主要是由于象草的光能利用率较高，从而提　高了总光能利用率。模式罗望子－Ｉ－自然草被中罗望　子的种植密度为６　ｍｘ８　ｍ，种植密度虽稍大于罗望　量，通常以水层深度表示，并用以下表达式计算嘲：　土壤贮水量（ｍｍ）＝土层厚度（ｍｍ）×土壤含　水量（容积％）　土壤含水量（容积％）＝土壤含水量（重量％）　×容重　２－３土地当量（ＬＥＲ）计算啕　Ｔ　ＦＲ一子＋木豆，但由于自然草被的光能利用率极低，仅　有０．１２％，造成了整个模式系统的光能利用率也较　罗望子＋木豆模式低。　从木豆和柱花草来看，尽管罗望子种植密度　较大，但木豆和柱花草受罗望子影响较小，同时　因复合模式小气候效应的存在，其干草产量反而　高于单作（见表２），即模式木豆产量（１３　７４９．１　ｋｇ／　ｈｍ　和９　６３４．２　ｋｓ／ｈｍ　）＞单作木豆产量（９　０２２．９　ｋｇ／　表１不同植物复合模式系统光能利用率　复金丕　墨　鱼亘　墨　量＋　～“一清耕果园果树单位面积果实产量‘　复合系统牧草单位面积产量　单作系统牧草单位面积产量　Ｔａｂｌｅ　１　Ｅｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｆｏｒ　ｓｏｌａｒ　ｅｎｅｒｇｙ　ｕｔｆｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｐｌａｎｔ　ｃｏｍｐｏｕｎｄ　ｍｏｄｅｌ　ｓｙｓｔｅｍｓ　注：因果树生物产量难以测定，罗望子光能利用率用经济产量代替。模式的总利用率采用不同组分面积的加权平均数计算。　维普资讯 http://www.cqvip.com

２０８　西南农业学报　ｌ９卷　注：以上产量均为干草产量，其中木豆产量为牧草利用产量。　ｈｍ２），模式中柱花草产量（２２　３４５．２　ｋｇ／ｈｍ　）＞单作柱　光能利用率与系统的结构和间作作物的光能利用　花草产量（２０　５９２．０　ｋｇ／ｈｍ　）。总体而言，总的光能　率高低有密切关系，多层次的立体种植模式系统　利用率罗望子＋木豆＞罗望子＋象草＞罗望子＋自然草　有利于光能资源的充分利用。　被＞罗望子＋木豆＋柱花草＞单作柱花草＞单作木豆。　３．２复合生态农业模式系统对水分的利用效率　木豆模式系统比单作木豆系统总光能利用率提高　从表３结果显示，模式建立后，经过３年的　了５１９．２％和２５０％，柱花草模式系统比单作柱花草　时间，由于套入模式的灌草层增加地面覆盖度，　系统总光能利用率提高了５６．９％，因此，复合生态　调蓄雨水，提高了土壤的抗蚀性能，增强土壤入　农业模式系统内不论哪种模式，系统的总光能利　渗性和持水性，改善了模式系统的小气候，使模　用率都不同程度的高于单作系统。系统内光能利　式土壤贮水量有了明显的提高。４种模式的贮水量　用率较高的作物比例越大，结构越复杂，总光能　分别提高了７２．９８％、０．８９％、１０７．８２％和１９．７５％。　利用率则越高。系统内光能利用率较高的作物一　其中，　“罗望子＋木豆”和“罗望子＋木豆＋柱花　定，间作作物光能利用率越高，结构越复杂，总　草”模式对涵养水源，提高模式土壤的贮水量有　光能利用率越高。说明复合生态农业模式系统的　显著的效果。４种复合生态农业立体种植模式和单　表３不同作复合模式系统年耗水量　注：模式主栽作物均为多年生植物，模式土壤贮水量采用模式建立前后３年（２００２年至２００５年）的平均贮水量。　表４不同复合模式系统水分利用效率　Ｔａｂｌｅ　４　Ｔｈｅ　ｗａｔｅｒ　ＵＳｅ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｐｌａｎｔ　ｃｏｍｐｏｕｎｄ　ｍｏｄｅｌ　ｓｙｓｔｅｍ　注：因果树生物产量难以测定，罗望子水分利用效率用经济产量代替。模式的总利用效率采用不同组分面积的加权平均数计算。　维普资讯 http://www.cqvip.com

增刊　杨艳鲜等：元谋干热区退化山地复合生态农业模式自然资源的利用研究　２０９　注：计算ＬＥＲ时，复合模式系统中罗望子的土地当量均以１计，草产量须折合成系统总面积水平的单产量。　作系统的耗水量为单作系统＞罗望子＋象草＞罗望　子＋自然草被＞罗望子＋木豆＞罗望子＋木豆＋柱花草。　从表４可以看出，复合模式系统的总水分利　用效率为罗望子＋象草＞罗望子＋木豆＋柱花草＞罗望　子＋木豆＞罗望子＋自然草被＞单作系统，模式系统　“罗望子＋木豆”和“罗望子＋木豆＋柱花草”的总　水分利用效率比单作木豆提高７９．３５％和１６８．５９％，　“罗望子＋木豆＋柱花草”比单作柱花草的水分利用　效率提高１７．６９％。总体来说，复合生态农业模式　的建立，改善了系统内土壤的理化性质，不同程　度地防止了水土流失，增加了土壤对降雨的入渗　量，达到了蓄水保水的良好水源涵养效果。因此，　无论是哪种模式系统，系统的总水分利用效率都　比单作系统有明显的提高，系统的总水分利用效　率与套入系统的作物种类和耗水量有关，系统内　耗水量越少，水分利用效率越高的作物比例越大，　结构越复杂，系统的总水分利用效率越高。说明　多层次的复合生态农业模式系统的建立，更有利　于水资源的涵养和水分高效利用。　３．３复合生态农业模式系统对土地的利用效率　复合生态农业模式系统对土地的利用效率仅　对有单作系统对照产量的“罗望子＋木豆”‘和“罗　望子＋木豆＋柱花草”２种复合模式进行了分析总　结，其余２种模式无单作对照系统，不具备分析　条件。　由于复合生态农业系统的生态效应和生理效　应等方面的影响，为模式系统内主栽作物的增产　奠定了良好的基础，从而使模式系统土地利用率　的提高成为必然。从表５可知，２种复合模式系统　的土地当量（ＬＥＲ）分别为１．９７和２．１２，土地利　用效率比单作系统提高９７％和１１２％，均优于单作　系统。以“乔＋灌＋草”形式出现的“罗望子＋木　豆＋柱花草”复合立体种植模式系统的土地利用率　最高。所以说，复合生态农业模式所产生的土地　利用效应，对耕地资源比较紧张的元谋干热区来　说将具有重要的现实意义。　４结论与建议　（１）复合生态农业模式系统与单作系统相比，　具有提高光能利用率、水分利用效率和土地利用　效率的功能，能更充分地利用光、水、土地自然　资源。　．　（２）在生态效应和生理效应的作用下，复合　生态农业模式系统可使木豆（牧草利用）产量提　高６．７８％～５２．３８％，柱花草产量提高８．５１％，体现　了良好的产量效应。　（３）复合生态农业模式系统的光能利用率和　水分利用效率的大小受套入模式内的各作物本身　的光能利用率和水分利用效率，以及模式系统的　种植结构和复杂性的直接影响。“乔＋灌＋草”模　式系统的土地利用效率优于“乔＋灌”系统和单作　系统，在通常情况下模式越趋于充分利用空间，　较好的发挥结构优势，对土地的利用效率就越高。　（４）以上结论证明，在元谋干热区建立复合　生态农业模式是科学的、可行的、有重要意义的。　同时，复合模式的建立将在解决农林“争地”矛　盾、改善农业生态环境、提高自然资源利用率、　增加农民收入、缓解农村就业压力、促进生态和　经济协调发展等方面作出积极贡献。　参考文献：　【１】高维生．元谋侵蚀沟谷高投入开发治理及效益【Ｊ】．山地　研究，１９９６，１４（３）：１９５．　［２］钟祥浩．于热河谷区生态系统退化及恢复与重建途径　．　长江流域资源与环境，２０００，９（３）：３８１－３８２．　【３】何毓荣，徐建忠，黄成敏．金沙江于热河谷区变性土的特　征及系统分类【Ｊ】．土壤学报，１９９５，３２（增刊）：１０２－１０３．　ｆ４］孟平，张劲松，樊巍．中国复合农林业研究【Ｍ］．北京：　中国林业出版社，２００３，１１．　【５】李志洪，赵兰波，窦森．土壤学【Ｍ］．北京：化学工业出　版社，２００５，９．　【６］孟平，张劲松，樊巍，等．农林复合生态系统研究【Ｍ】．　北京：科技出版社，２００３，７．