芒果园生态系统养分调控技术研究进展

芒果园生态系统养分调控技术研究进展（共3篇）

芒果园生态系统养分调控技术研究进展 篇1

芒果园生态系统养分调控技术研究进展

养分调控是芒果园生态系统研究的重要内容之一.在营养诊断、配方施肥研究的基础上,提出相应的施肥配比、施肥量、施肥期和施肥方法等具体的`调控技术,推动了芒果园生态系统养分调控的研究进展.本文对芒果园生态系统养分调控的必要性、效用及配方施肥应用技术研究进行综述,并展望芒果园生态系统的系统性和整体性、技术成果推广等研究的方向.

作 者：吴能义 麦全法 覃姜薇 蒋菊生 WU Nengyi MAI Quanfa QIN Jiangwei JIANG Jusheng 作者单位：吴能义,麦全法,WU Nengyi,MAI Quanfa(中国热带农业科学院橡胶研究所,海南儋州,571737;海南农垦科技创新中心,海南海口,570206)

覃姜薇,QIN Jiangwei(中国热带农业科学院橡胶研究所,海南儋州,571737;海南大学环境与植物保护学院,海南儋州,571737)

蒋菊生,JIANG Jusheng(海南农垦科技创新中心,海南海口,570206)

刊 名：热带农业工程英文刊名：TROPICAL AGRICULTURAL ENGINEERING年，卷(期)：33(1)分类号：S667.7 X171.3关键词：芒果园生态系统 养分调控 营养诊断 配方施肥 研究进展

芒果园生态系统养分调控技术研究进展 篇2

1 试验基本情况

试验场地吴川灌溉试验站位于湛江吴川市覃巴镇,雷州半岛东北部,属吴川积美灌区。试验从1991-2002年共重复11年,包括需水量试验和节水灌溉试验。试验品种为紫花芒,开花期在3月中下旬至5月上旬,为广东主栽品种,产量高,晚熟,适应性较强。其中1991-1992年度为2龄树(幼龄树)、1992-1993年度为3龄树、1993-1994年度为4龄树、…、2001-2002年度为12龄树。

芒果是通过苗圃进行苗木繁育的,在春季定植,定植后为幼龄树,大约经过三年生长后成为成年树。芒果一般在每年的7月份前后收获,同一棵树上芒果成熟有早有迟,采收一般也分期分批。试验将每年8月1日至第二年7月31日视作1个生长周年,即芒果的全生育期涉及前后两个年份。芒果整个生长周年可分为秋梢抽发期、花芽分化期、开花挂果期、果实膨大期和成熟(采收)期5个阶段。从试验观测,各生育期延续天数见表1。

2 芒果的需水规律

2.1 需水量

成年芒果树的树高和树冠仍然会继续生长,且成年树随着一年四季气候的变化,相应地进行根系生长、枝梢萌芽生长、开花坐果、果实发育、花芽分化和落叶休眠等生命活动,加上栽培作业过程的剪梢,成年芒果一年四季叶面积大小发生有规律性地变化,因此芒果需水量也会随着树龄、季节、气候及栽培管理条件而发生变化。

2.1.1 全期需水量

从试验资料统计,芒果全期需水量最大是1995-1996年度的957.1mm,最小是2000-2001年度的689.7mm,多年平均为821.2mm,多年平均需水强度为2.25mm/d,见表2。总体来讲,芒果呈现出5龄树需水量最大,之后逐渐变小的规律。

注:多年平均需水量为821.2mm;需水强度为2.25mm/d。

2.1.2 阶段需水量

芒果多年平均阶段需水量为:秋梢抽发期253.2mm,日平均2.75mm;花芽分化期123.4mm,日平均1.34mm;开花挂果期158.5mm,日平均1.77mm;果实膨大期183.8mm,日平均3.01mm;成熟(采收)期102.2mm,日平均3.30mm(表3)。

日平均需水量以成熟期、果实膨大期较大,花芽分化期最小。主要是因为果实膨大期和成熟期处于炎热的盛夏,叶面蒸腾和棵间蒸发强度都相对较大,而花芽分化期对应月份为11月至1月,正值冬天温度较低、蒸发和蒸腾强度都相对较弱的季节。

2.2 需水强度变化规律

芒果采果前后,正值夏秋季,气温高、太阳辐射强,气象条件利于加速蒸腾蒸发,果园需水强度较大,其中8月各旬在3.2~3.3mm/d范围;此后,蒸腾蒸发强度逐月降低。芒果采收后不久一般要经过1次大修剪,修剪后树冠变小、叶面积减小,因此需水强度有所降低,9月、10月各旬在2.1~3.0mm/d范围;11-3月期间气温低、光照弱,又因花芽分化期需要较干旱的土壤环境,气候干旱加上灌水少,此期蒸腾蒸发强度处于最低水平,基本在1.0~2.0mm/d范围;4月中旬后,随着气温升高、日照增强,加上正值芒果开花挂果期,叶面积大,雨量增多和灌溉加强,生理生长旺盛,腾发强度明显地提高,4月中旬-7月下旬需水强度处在2.3~3.6mm/d范围。

芒果需水强度在全生长周期的变化过程线与E601露天水面蒸发强度变化过程线对比如图1,由图1可知,芒果需水强度ETd芒果变化过程线与E601蒸发强度变化过程线相似,呈两头高、中间低。露天水面蒸发强度变化是综合多种气象因素变化的结果反映,作物蒸腾蒸发与露天水面蒸发的影响条件相似,凡能加速水面蒸发的气象因素都会加速作物蒸腾蒸发,所以两条线变化过程相似。

2.3芒果需水量估算模型

根据本文2.2节分析,芒果需水强度变化与E601水面蒸发强度变化有着密切的关系,故对这种相关关系进行分析,以期通过E601水面蒸发强度对需水量进行估算。

吴川芒果试验多年平均旬日腾发强度与E601水面蒸发强度相关关系如图2,呈较密切的正相关关系,为指数曲线类型。相关系数r=0.883,采用E601水面蒸发强度作为参数估算芒果需水量是合适和可行的。根据以上分析结果,采用E601水面蒸发强度估算芒果需水量的经验模型可表达为:

式中:ETd芒果为芒果需水强度,mm/d;E601为以旬为阶段统计的E601型露天水面蒸发强度,mm/d。

采用E601水面蒸发强度估算作物需水量的方法也叫α值法。为减少芒果不同生长阶段叶面积的变化影响,并方便应用,根据吴川1991-2002年芒果需水量试验实测结果,直接采用ETd和E601的比值推求芒果的各月α值,见表4。

在进行灌区用水管理规划,或灌溉工程节水改造时,可根据当地水文气象资料,应用上述模型,对芒果需水量进行估算。

3 芒果适宜土壤水分灌溉调控技术

芒果生长周期内的灌溉用水量大小,主要取决于全期需水量及雨水有效利用量。需水量大小受气象因素、树冠大小及郁闭度等条件影响;雨水利用量则主要与降雨量、降雨强度、前后两次降雨间隔长短、降雨时的土壤含水率、土壤蓄水能力及芒果根系深度等条件有关。此外,不同灌溉模式的灌溉用水量也有明显差异。吴川芒果生长期间消耗的水分,主要依靠降雨补充。从多年试验资料看,雨水利用可占芒果生长期间消耗水分的62.2%~100%,多年平均约占75%依靠自然降雨补充,只有平均25%的水分消耗要靠灌溉补充。灌溉的时间确定也主要根据降雨量及降雨的阶段分配是否均匀而确定,从试验结果看,一般在3月中旬、5月上旬和11月上旬需要灌溉补充。为使结果具有普遍性和实用性,在此研究适宜芒果高产优质生长的水分管理措施和土壤含水率。

芒果主根粗大,入土较深,侧根数量少,且生长缓慢。试验表明,成龄芒果的有效吸水根系80%集中在表土以下5~40cm土层内,根据这一现象,计划湿润层深度按40cm考虑。分生育阶段研究芒果的需水特点和水分管理措施。

(1)秋梢抽发期水分管理。秋梢抽发期需水量较大且对缺水较为敏感,遇秋旱将影响秋梢母枝的萌发生长,此期如果降雨少应及时灌溉,灌溉可促进新梢萌发,到末次梢抽出后,根据时间早晚及花芽分化的条件确定此时是灌溉还是控水,通常情况下,末次梢生长后期应减少水分供应,保持适度干旱,如果土壤湿润,就要控制水分,甚至断根,减少水分吸收。从吴川试验资料看,秋梢抽发期一般雨水较多,很少需要灌溉,但10月份比较干旱,遇旱时要适时补充水分。

(2)花芽分化期。花芽分化期一般需要适当干旱的土壤和天气。吴川当地此期通常天气干燥,因此11、12月份一般要灌1次花前水。灌溉利于萌芽、开花、新梢叶片生长,以及提高坐果率,一般可在萌芽前后进行灌溉。

(3)开花挂果期。花期和结果初期如空气过于干燥,易引起落花落果,降低坐果率。开花期间,若天气干旱,花朵不能正常开放,应及时灌水。盛花期,天气过分干旱,花蜜浓度太高,花粉很难发芽。但盛花期雨水过多会引起烂花和授粉受精不良。吴川常为春旱,因此开花挂果期应注意适时灌溉,通常需灌水1~2次,以避免过旱造成落花落果和降低受粉率。

(4)果实膨大期。结果果实常常是和叶片争夺水分最突出的器官,在缺水情况下,优先供叶片蒸腾,果实呈缺水状态,影响果品的产量与品质。芒果幼果膨大期是需水临界期,此时期果树的生理机能最旺盛。若土壤水分不足,果树叶片因强烈蒸腾,而吸收幼果水分,甚至吸收根部水分,致使幼果皱缩和脱落,以及影响根的吸收作用正常进行,果树生长减缓,产量显著下降。因此,这一时期若遇干旱,应及时进行灌溉,以提高坐果率和促使幼果膨大,保证芒果高产。但夏季雨水过多,常诱发病害。遇季节干旱可在落花后15天至生理落果前进行灌水。吴川常在4、5月份还较干旱,但5月下旬后进入多雨季节,因此通常在5月中旬前遇旱应适时灌溉。

(5)成熟期。成熟期一般不用灌水,同时此期降雨较多,要注意做好果园排水和防大风造成落果。

根据试验资料分析,吴川芒果灌溉需着重在秋梢抽发期和果实膨大期。芒果各不同生育阶段应控制在适宜的土壤含水率范围,控制标准见表5。各期的灌溉水量和次数根据该指标,结合降雨情况进行控制。

4 结语

吴川多年的芒果灌溉试验资料表明,芒果全期需水量多年平均821.2mm,平均日需水强度为2.3mm/d。芒果生长周年内需水强度变化呈两头高、中期低的趋势。芒果需水强度变化与E601水面蒸发强度变化有着密切的关系,故通过E601水面蒸发强度建立需水量估算模型。芒果的需水量等各项指标,是芒果灌区用水管理规划、灌溉工程改造等相关工作的基本参考依据,也是估算芒果灌溉定额的基本依据。广东雷州半岛地区降雨量偏少、季节性干旱缺水较严重,本研究得出的芒果需水规律与适宜土壤水分灌溉调控技术成果及各项分析指标数据,可为当地政府合理利用水资源及指导农业节水灌溉提供科学依据。

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芒果园生态系统养分调控技术研究进展 篇3

关键字 生态系统 ；养分循环 ；动态模拟

分类号 S718.55

Nutrient Cycling and Its Dynamic Simulation of Forest Ecosystem

CHEN Yongxian1，2） CAO Jianhua1） CHEN Junming1） XIE Guishui1）

（1 Rubber Research Institute， CATAS， Danzhou， Hainan 571737

2 Huazhong Agricultural University， Wuhan， Hubei 430070）

Abstract It is an important part of forest ecosystem to nutrient cycling research. Many scholars， at home or abroad， have done research on forest ecosystem for a long history. They have established the chamber model of nutrients， which make the ecological system of nutrient cycling change from static process to dynamic process. With the development of computer technology， the research on nutrient cycling， have been into the stage of dynamic simulation， which greatly promote the research on nutrient cycling in forest ecosystems. In order to help the overall understanding of forest ecosystem nutrient cycling， we introduce the brief history of the development of forest ecosystem， the process of nutrient cycling and the process of dynamic simulation in this paper.

Keywords ecosystem ； nutrient cycling ； dynamic simulation

森林是人类赖以生存的物质资源。对森林生态系统养分循环的研究，对生态系统养分的分室模型、动态模拟和精准施肥系统等理论发展重要作用。随着对养分循环研究的深入以及计算机技术的不断发展，计算机技术不断地应用到生态系统养分循环的动态模拟过程中，使人们能更好的掌握森林生态系统的发展趋势，能更好预测和调控森林生态系统。

1 森林生态系统养分循环发展概况

最早对森林生态系统养分循环进行研究的是德国学者Ebermayer，他于1876年对德国主要树种的枯枝枯叶进行生物量和化学成分的测定，并在其著作中第一次强调了凋落物在养分循环中的重要性[1]。到1930年，有大量关于森林生态系统养分循环的研究[2-3]，推进了养分循环研究方法与研究技术的发展。

在我国，对生态系统养分循环的研究主要包括养分积累、养分分配、养分循环及养分平衡等。在20世纪50年代，我国学者侯学煜[4]做过相关的研究，到80年代，国内学者才开始对养分循环进行大量的研究。王醇儒等发现，降雨和林内雨的养分能够促进植物生长和土壤养分的平衡[5]；潘维俦等[6-7]对杉木人工林养分循环、积累速率和生物循环进行了全面分析；沈国舫等、聂道平等对人工林生态系统的养分循环、养分平衡和养分元素的动态模拟等方面进行了研究[8-9]；丁宝永等[10]利用传统分析技术建立了动态养分循环；近年来，很多学者对生物循环的通量特征参数进行研究分析[11-12]，这有利于更深入了解橡胶养分循环的动态模拟过程。

2 森林生态系统的养分循环

森林生态系统在维护生态平衡方面起到了重要的作用，生态系统养分循环则关系到生态系统结构和功能的稳定[13]。养分循环受到环境、植物生物学特征等因素影响，通过对其进行研究可以了解各养分元素之间相互作用及其循环特征、森林生态系统物质循环和能量流动机制，对指导人工林的维护工作起到作用。

Duvigneaud和Denaeger将养分循环分为地质养分循环和生物养分循环，地质养分循环包括养分的输入和输出过程。森林生态系统养分输入的途径有地球化学循环和人为施肥、灌溉两种，通过地球化学循环输入的途径有岩石风化、降水、飘尘、大气气体和水文等[14]；森林生态系统养分的输出也即是生态系统养分的损失，损失途径主要有水文、颗粒物借助水和风移走、释放气体和收获物移走等[15]。而生物养分循环过程是指森林植物与物理环境之间的养分循环流动，主要包括植物养分吸收、养分存留、养分归还。生物循环平衡公式：吸收=存留+归还[16]。

2.1 养分吸收

植物对养分的吸收主要通过母岩风化的土壤、林内有机质分解和树木内部运转与位移[15]。森林养分吸收受到林型、树龄、土壤及气候条件等因素的影响。研究表明，不同森林类型、不同的树种、不同的树龄的各组织对养分的吸收量不同，不同级别的根系、不同树冠部位的叶片对养分的吸收也不相同[17]；混交林比纯林更能满足植物对各种养分的需求[18-20]，更有利于植物养分吸收[21]，这是因为间种植物能够改良土壤，促进植物对土壤养分的吸收；刘增文的研究表明，森林作物对养分的吸收会随树龄增加，但不同的生长期增长速度不同[22]。

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2.2 养分归还

养分归还途径主要有凋落物分解、降雨和土壤细根枯死。凋落物是森林养分的物质库，是土壤有机质的主要来源[23]，它是植物养分循环的基础，对于维护生态系统的稳定具有重要意义。森林植物凋落量与森林类型、树种、树龄以及季节性变化有关，有研究表明，枯枝的凋落量与树龄的关系不大[12]。黄春昌的研究表明，枯落物归还量会因林型的不同而存在差异，而归还的枯落物主要是枯叶[24]。大多学者在研究养分归还时只考虑了枯落物分解的归还量[25-26]，有的学者也会考虑雨水淋溶树体的归还量，很少有学者考虑土壤细根枯死的归还量，这主要是因为植物细根的测量比较难。然而土壤细根枯死的养分归还量是比较大的，介于枯落物归还和降雨淋溶归还之间[27]。

2.3 养分存留

森林养分主要存留于林木和土壤中，土壤贮存着大部分的养分[28]。言关珍的研究结果表明，林木养分的积累量与生物量增量和营养元素含量均有关[29]。

3 森林生态系统养分循环的动态模拟与应用

从1876年Ebermayer测定德国巴伐利亚地区森林养分含量到20世纪中期各国学者对森林生态系统养分循环的大量研究，养分循环的研究一直停留在静态、定性分析阶段。到80年代，学者们才开始对森林生态系统养分循环的动态模拟进行研究。潘维俦等对人工林养分的动态变化过程进行了定量分析[7]；Samela等为数学模型在森林生态系统养分循环中的应用奠定基础[30]；Fassbender等首次建立了养分的分室模型[31]，随后模拟了分室养分的实际流动情况，为养分循环动态模拟今后的快速发展奠定基础。森林生态系统养分循环动态模拟经过长期的发展，现在主要是对各分室养分循环的动态变化过程进行模拟，建立各分室各元素之间的关系，并通过计算技术对其进行模拟，还可以建立各种模型直接应用到生态系统中或者其他生态系统中的模型借鉴引用于森林生态系统中，这种将森林生态系统的动态模拟过程与计算机技术的结合，使模拟的结果更加精准，其模拟过程更加现代化。

经过多年的发展现已形成一些具有代表性的动态模拟模型，主要有CENTUYR、FnET、NuCM、FORCYTE。CENTUYR经改进可对森林等生态系统C、N、P、S等养分元素的动态循环过程进行模拟和预测[32-33]；FnET是以林木的生理生态过程和土壤水分动态变化为模拟的基础，对森林生态系统的碳、氮及水的动态过程进行模拟；NuCM可以对生物量、有机物分解、氮矿化、阳离子吸附进行模拟，是森林生态系统养分管理的工具[34]；FORCYTE是通过提供森林生态系统有关的林分特征和林下植被、地被物、土壤以及林分内的养分循环的相关信息，根据不同的经营措施，对整个森林生态系统的养分循环进行分析，最终得到一个森林经营管理的最佳方案。CENTUYR、FnET、NuCM都是对一些元素和一些过程进行模拟，都是比较片面的模拟其动态变化过程，而FORCYTE是一个典型的森林生态系统养分循环模型研发与应用软件，是关于森林生态系统经营思维的计算机软件。

随着计算机技术的不断发展，越来越多的计算机技术应用到养分循环的动态模拟之中，林木养分管理模型[35]、森林管理估计模型[36]和智能施肥决策系统[37]等都是用计算机技术对生态系统进行管理。近年来，国内外学者将许多模拟软件应用于对森林生态系统养分循环研究。郑定华等根据动力学的原理，利用Stella软件对胶园进行管理[38]。栾乔林等、陈赞章等基于GIS软件建立土壤和叶片养分精准施肥的数据库，对胶树的养分信息进行管理并对橡胶的施肥作业进行决策支持和指导[39-40]。谢贵水等以QT为开发平台，以C++为开发语言构建了橡胶树光合与干物质积累模拟系统[41]。刘曦运用集成生物圈模型（IBIS）模拟东北东部森林生态系统碳动态变化过程[42]，得到其预想的模拟结果。我国森林生态系统的动态模拟长期以来都是靠借鉴国外的模拟技术，而后逐步进入自主开发阶段，随着我国计算机技术的发展，对森林生态系统养分循环的动态模拟正朝着信息化、自动化的方向发展。

4 结语

随着现代社会的发展，森林资源被过度掠夺，生态环境遭到破坏，对森林生态系统养分循环的研究成为解决问题的关键。当下，随着对养分循环的研究趋向信息化发展，学者们纷纷将计算机技术应用到生态系统养分循环当中，开发计算机软件，利用计算机技术对生态系统养分的动态变化过程进行模拟，这也有利于人类对森林进行科学管理。

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