[00129587]黄土高原苹果园生草复合系统水分耗散特征与模拟

(1)背景和意义 黄土高原是我国两大苹果主产区之一,苹果产业是黄土高原地区农业种植业中的支柱产业,也是该地区脱贫攻坚工作的主导产业之一。然而,当地果园耕作方式仍以清耕加除草剂除草为主,清耕不仅会导致果园生物多样性降低、土壤退化、水土流失及环境污染等问题,且不利于田间机械操作。果园生草是一种生态高效的果园耕作管理模式,但是黄土高原半干旱地区水资源短缺,果园生草系统水分养分等资源利用机理还缺乏研究,生草管理模式还处于经验探索阶段。项目结合田间试验、模型模拟、实地调研的方法研究果园生草系统的生产潜力及资源利用机理,提出适宜研究区的果园生草管理模式并进行示范。成果对于提高果园耕作管理实践、推广果园生草模式、促进苹果高效持续生产具有重要的意义。 （2）技术原理和性能指标 ①苹果生草系统的产量和经济效益 不同降雨年型下,果园生草对苹果的产量均没有显著影响,降雨和极端天气（霜冻和冰雹）是影响苹果产量的主要因素。果草系统中,饲草的产量在2.07-6.32 吨/公顷之间,加强刈割管理会提高饲草的产量。根据实地调研,果园生草后施肥、农药和劳动力成本显著下降,果园的净收益比清耕果园增加340.2-1430.6元/亩,现金收益比裸地增加995.1-1519.3元/亩,生草后苹果园劳动生产率比裸地劳动生产率提高66.5%-106.1%,资金利用率提高29.2%-106.1%。 ②苹果园生草系统的光能和水分利用机理 根据果树冠层空间变异性大和饲草冠层呈条带分布的特点,在考虑直射和散射光角度与果草行向、植株形态特征等几何关系的基础上,建立了农林复合体系辐射传输和分配模型,为果草复合体系种间资源竞争和补偿关系的量化提供了基础。3-10龄苹果园采取生草措施可使系统截光率增加25%-36%,截光率增加是果草系统高产高效的能量基础。通过刈割管理可提高其光能利用效率。 根据果草系统冠层特征,在SW双源蒸散发模式的基础上增加了林下作物边界到中性层空气动力阻力项,改进了林下作物蒸腾和土壤蒸发的计算方法,大幅提高了果树冠层稀疏条件下和冠层高差较大条件下林下饲草蒸腾的估算结果。基于田间试验和模型分析了苹果园生草系统蒸散发的分配关系,提出了通过控制林下饲草播种带副和刈割频率降低林草水分竞争、提高果园水分利用效率的建议。 （3）应用前景和示范推广 通过对比不同年龄果园辐射截获效率发现,0-12龄的果园最有利于种草,牧草辐射截获率可达到29%-41%。试验和模型研究生草对果园水分平衡的影响发现,在陇东黄土高原地区果园生草土壤水分具有可持续性。在3龄果树下生草,饲草产量可达到10.2 吨/公顷,随着果树年龄的增加,果园产草量逐渐下降,15龄果园种草可在生产苹果的基础上生产饲草2.5 吨/公顷,所以果园生草具有很高的饲草生产潜力,通过优化种植方式可进一步提高饲草的产量和苹果园的综合效益。所以成果在陇东黄土高原地区及降水量接近的其他黄土旱塬区都具有广阔的应用前景。 根据实地调研,陇东地区苹果园生草的应用率为23.8%,36%的被调研农户采用果园生草模式的意愿,对生草技术的了解程度和文化程度极显著地影响了农户采用生草模式的意愿。推广应用果园生草技术的主要措施是与当地果业合作社与企业合作,首先在合作社推广该技术,通过企业和合作社带动广大果农实施生草技术。项目在庆阳市西峰区什社乡和温泉乡推广了苹果园种草技术,目前共累计推广60000亩。推广果园生草技术后,苹果的网络销量大幅增加,价格提高了约10%;单位面积化肥施用量下降20.1%,农药使用量下降5.3%;单位面积平均利润增加23.9%,达到5368.6元/亩。