河西走廊中段农业气候资源特点与林农复合生态体系研究，本文主要内容关键词为：林农论文,气候资源论文,河西走廊论文,生态论文,体系论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
摘要 本文论述了河西走廊中段农业气候资源特点与该区农业结构的关系，重点研究了该区林农复合生态体系的结构功能、在改善系统微环境和系统外生态环境方面的特殊效应以及经济效益等，提出了在河西走廊绿洲灌溉区发展以林农为主的复合型生态农业是适合该区生态环境的模式。
关键词 气候资源 林农复合系统 生态效益 河西走廊
河西走廊中段地理位置为东经97°20′-102°12′，北纬37°28′-39°57′，东西长210-465km[2]，南北宽30-165km[2]，总土地面积4192400ha，属北方旱区的一部分，该区域地形复杂，气候类型多样，资源丰富，有利于多种经营和农林牧副渔业的发展，水资源主要依祁连山冰雪融灌及天然降水。
农业气候资源主要包括光、温、水等，其数量以及分布特点等在很大程度上决定了各地农业生产结构、类型、产量、品质等。所以，要认识该区农业气候资源特点及变化规律、气候资源潜在优势，扬长避短、合理发展走廊中部农业。
1 农业气候资源特点
1.1 光照资源
1.1.1 太阳辐射强 年太阳总辐射量为133.36-148.42千卡／厘米[2]；＞0℃期间总辐射量由东向西递增，为6150-6200兆焦耳／米[2]，比同纬度的天津（5300兆焦耳／米[2]）多，夏季是太阳辐射量最高季节，占年太阳总辐射量的32%，农作物生长季节太阳总辐射量为3350-3890兆焦耳／米[2]，占年总辐射是的59%-63%。
1.1.2 日照时数长 ＞0℃的日照时数为全国高值区之一，在1600-2200小时之间，与同纬度比较仅次于本省的敦煌和新疆。太阳辐射强和日照时数长，有利于植物光合积累，是该区得天独厚的一大宝贵资源，但在目前耕作技术条件，各种作物的光能利用率离自然条件最大光能利用率和量子效率均有很大差距，光能利用率的理论极限值6%，世界高产区达4%-5%，如能提高1%-2%，农作物产量可成倍增长。该区光质优越，据甘肃省农科院测定阿勃小麦的蛋白质含量在原产地（天水）为12.6%，在河西走廊为15%，苹果梨含糖量为15.5%，主要是太阳辐射中多蓝紫光的缘故。
1.2 热量资源
1.2.1 积温 稳定通过0℃的积温分布，平川区为3300-3500℃，持续日数240-250天，＞10℃积温2800-3000℃，持续日数150-160天，可种植玉米、小麦，麦收后还可种植小秋作物、绿肥、秋菜之类。根据不同熟性作物所需积温及生育天数衡量，比较接近的有玉米、高梁、谷子，一般小于2300-2600℃，生育天数110-130天，另外，棉花一般在3000-3500℃之间，生育天数为150-180天（表1）。
1.2.2 日温差 该区由于受地势影响，垂直气候显著。一般年平均气温每升高100米，下降0.58℃，积温减少14.9℃（＞0℃）和16.6℃（＞10℃）。气温日较差平均为14-16℃，山区为12-15℃，我国北方平均为10℃，日温差大是农业生产的有利因素，有利于光合积累。
1.3 水资源
由于受季风影响，雨量分布不均，平均50-150mm，＞80%保证率的降水量分布趋势与年降水量基本一致，降水量集中在6-8月，占全年降水量的70%，农作物生长季节（4-9月）降水量占年降水量的80%-90%，降水变率20%-25%，雨量年际变化大，如1970年张掖市相差106.5mm，一般5-6月正值该区播种面积最大的冬小麦需水关键期，需水量约占全生育期的70%-80%，这一时期降水多少对夏田产量影响很大，尤其沿山地区。以民乐县为例，5-6月份降水量与农业产量相关系数为0.6999，信度0.01，即降水每±10mm，单产±4.2公斤。
根据该区农业气候资源特点，在走廊绿洲灌溉区发展以林农为主的立体复合生态体系，对于河西面临的干旱、风沙等因素造成的威胁具有明显抵抗能力，且增产潜力明显。
表1 河西走廊中段不同海拔高度的耕作制度及热量分布
2 林农复合生态体系主要类型特点
根据有关资料及实践调查，在河西走廊中部具有典型绿洲灌溉农业特征的临泽县布点，归类研究了林农复合体系的结构增产潜力及综合功能。
该县1949年全县耕地面积为19.96万亩，森林面积仅为535亩，粮食平均亩产77kg，林业产值0.25万元，沙尘风暴是农田的主要灾害，从70年代初开始大规模营建以防风固沙为主要目的，兼作用材林的农田林网，到80年代初，90%以上的农田林网化。同时，为了充分利用本区得天独厚的光照资源，在林网化农田内，栽植不同生态适应型的枣、桃、杏、苹果及苹果梨等，果树行间栽植小麦、大豆、甜菜、豆科牧草或轮作套种，其经济效益成倍增长。
林农复合生态体系以其农田林网为基本骨架，形成一种似矩形特征的林带网络，按其结构与功能可分为两大系统，即林农复合生态系统和林农牧复合生态系统。关于林农复合生态系统，除经济效益、生态效益外，我们还尽可能的测定了若干小气候变化指标，如系统内蒸发力、风速变化等。
2.1 林农复合系统结构分析
该系统是以林木和农作物为主，兼以其它经济类作物的一种模式，它依据生态位理论，根据不同层次的环境特征、栽植不同环境适宜度的作物，使其充分发挥气候资源的生态空间潜力，形成一种高效益的林农生态复合型体系，该系统由于特殊的综合功能效益明显，使该区粮食单季产量近几年一直位于全国之冠，由原来的433.8kg，增长到636kg。
2.2.1 系统组分 林农系统泛指在同一土地单元或农业生产系统中既包含木本植物又包含农作物或动物的一种土地利用系统。由于河西走廊脆弱的生态环境，农业的单一种植使产量低而不稳，且整体抗灾害能力弱，为此，近40年在临泽北部、巴丹吉林沙漠的西南边缘营造固沙林带，并与保护封育天然植物相结合，林间套草、荒地种草相结合，在流动沙丘上营造梭梭等灌木、乔木防沙，形成一个有天然草场，人工封沙育林及农田防护林的大农业生态保护体系。在其内部系统中，以道路、干渠、支渠栽植2-7行树木为主林带，以田间地埂、毛渠、农渠上栽植1-2行树木为副林带组成的矩形网络。林粮系统中主要以小麦、玉米为主，引入蘑菇、蔬菜、草莓等，这种复合型结构除了抵抗风沙的能力增强外，使农田生态位接近“饱和”，不仅可以减少和抑制病虫害，还增加了新产品，提高了经济效益。果农系统以苹果、枣、桃、苹果梨等和多种农作物取代了杂木灌丛和杂草，既增加了地面覆盖又增加了收入。家庭田园系统利用房前屋后生物聚集的独特生境将种果、种粮、种菜和养殖及沼气连为一体，形成良性循环。
2.1.2 空间结构 在林网化的农田内，苹果树的株行距为3m×10m，果粮间作，下层种靡菇，亩均产量371.7kg，产鲜果1293kg，产鲜菇200kg，产值1865元。小麦和玉米带状套种、小麦收割后在玉米带内复种平菇或其它经济作物，或复种白菜、萝卜。枣树的株行距为2m×8m，枣粮间作，枣树下种草莓，亩均产量547kg，产干枣780kg，产草莓100kg，产值1819.10元。桃树的株行距为3m×8m，桃树行间小麦与芹菜套种，产鲜桃1124kg，鲜菜6000kg，产值1809.40元（见表2）。
表2 林农复合生态系统结构模式类型
2.2 林农牧复合生态系统分析
林农牧复合生态系统主要有3年3区轮作制和4年4区轮作制两种类型。以4年4区轮作制为例，第一年种植春小麦，在灌头苗水时套种两年生草木樨，它在小麦收割前因遮光而生长缓慢，小麦收割后生长加快，9月底可收鲜草1000-1500kg／亩，草木樨割草后不再耕翻，翌年播种玉米前，草木樨在60天左右的生长季节迅速生长，每均产草1500-2500kg，第3年在种玉米的茬地种春小麦，收割后复种1年生豆科牧草毛苕子或箭舌豌豆，亩收鲜草1000-3000kg，第4年种植经济作物，完成一个轮作周期。
2.3 林农复合生态体系的微环境效应分析
表3 林农复合系统微环境效应
林农复合生态体系由于多年生木本植物与1年生和农作物在生态学上的互补效应，可使农田果园的小气候得到改善，如风速和盛夏气温降低、相对湿度提高、土壤含水量和养分含量的增加等，对于防止高温、干热风、风沙等对农作物和果树生长带来的不良影响及实现土壤持续利用有着一定的积极作用。
在果农（枣、桃）系统中有农作物覆盖，使果园内气温降低而蒸发量减少，空气相对湿度比单一果园提高2.8%，而比单一粮食系统提高3.1%，这主要是果树树冠遮荫和根系吸收深层土壤水分，并通过叶面蒸腾蒸发，使农田空气相对湿度提高。由于林果树体的阻挡，使农田风速降低。河西走廊春季风多风急，在5月份，树叶展开后，在林农系统内风速降低33.9%，7-8月份枝叶繁茂，风速降低50%。
林农复合生态体系中由于树冠的遮荫，使农田耕作层的土壤日平均温度有所降低，最明显在8月份测定，夏季温度降低1.9℃，林果植物根系吸收深层土壤水分。并通过叶面蒸腾蒸发，使农田空气相对湿度在高温干热季节比对照提高3.5%（表3）。另外，土壤温度的降低有利于防止水分的蒸发散失，并在林农系统内，由于间种作物的覆盖同样具有降低土壤温度的效应，同时，对于提高土壤含水量有积极作用。林农系统内、大量的落花、落叶使养分归还于土壤，一些间作的豆科作物的固氮作用，也使土壤养分状况得到了改善；由于综合功能作用，导致系统内蒸发力平均降低47.1%，充分说明了林农复合生态体系内微环境的良性循环及调节功能。
3 讨论
由于林农复合生态体系的特殊生态功能，使中尺度气候环境得到明显改善，水、热、气等农业气候资源的利用率大大提高，光能转化率提高2-3.5倍，地面蒸发降低，水分利用率提高，在保证粮食高产稳产的前提下，每吨水生产粮食由70年代的0.5kg，提高到1.8-2.3kg。林农复合生态体系在断面上呈梯形结构，较好发挥了空间互补效应。另外，由于该体系中林木对环境的作用，使该系统地面1000m范围内产生一种特殊气象现象——冷岛效应，这是林农复合生态体系的特殊良性功能。我们认为，在甘肃河西走廊发展林农复合型生态农业是一项具有重要生态学研究价值及其改善农村生态环境的战略举措。
1994-10-30收稿