书城农林作物群落育种学
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第7章 作物群落的功能

功能是事物发挥作用的能力。作物群落的功能表现在对群落本身的和对环境的两方面作用。个体和群体构成群落,组合了群落的特征特性;反过来,群落又影响着个体和群体的形态和生理功能,同时也会改变并适应着环境。作物个体之间,群体之间和群落与环境之间彼此影响,逐步发展成为互相适应、互相制约的生态系统。

一、对环境的影响

和群体一样,作物群落的生境亦可分为内生境和外生境。内生境直接与群落内的个体和群体发生关系,内生境影响群落,群落也反馈影响内生境。外生境主要与群落整体发生关系,而相互作用。

首先,群落影响内生境的光照,特别是群落下部的光照。由于群落枝叶的覆盖,群落下部群体的光照与单一群体有很大不同。根据1993年我们测定玉米大豆群落,距玉米1~4行,大豆的光照度平均为3×105lx,而空地光照度为29×105lx,群落内光照度约为空地的10.4%。有经验的农民在实行间作套种时,选择高秆喜阳的作物与低秆耐阴的作物搭配,以收到更高的生态效益。

其次,对温度和湿度也有影响。由于群落内的群体高矮、疏密、壮弱以及体积随季节发生变化。群落中的平均温度和平均湿度变化比起单一群体大不相同。群体密集的群落升温降湿都慢,特别是群落内温度降得更慢,如麦豌混作群落。群体疏透的群落温度和湿度升降较快,如麦棉套种群落。

再次,群落降低风速和风害。风速说明空气流动的快慢。流动强烈,风速大,会形成风暴,具有极大的破坏性。群落有降低风速作用,对于保护群落内低矮的群体有一定的作用。桐农间作群落可降低风速40%~50%,特别对桐农间作中的小麦,可以减轻干热风的危害,增加小麦产量。根据山东省林业科学研究所测定,疏透结构的林带与空旷区相比,在5倍树高的地面处,风速降低47.1%。另外,由于群落的叶枝交错可减少土壤水分的蒸发。庞大根系、根瘤和菌根也都会提高土壤肥力。还有推迟早霜,提前晚霜,调控有益和有害生物等作用。

二、对群体的影响

群落中的群体,相互直接和间接地影响。伴生作物有的互利,而有的染病受害。高秆作物遮挡低秆作物的光线,对阳性作物有害,对阴性作物有利。根系发达的作物,争夺幼弱作物的养料;固氮作物则可提供养料。它们既然处在同一群落之中和相同的生境之内,不可避免发生关系,有利有害,互相影响。

群落中的群体都是在基本相同的小气候、土壤和生物环境中共同生活,特别是作物群落又处在社会环境之下,它们相互适应同样的环境。“物竞天择”,在长期的环境选择和群落适应进化过程中,群体与群体之间,有些性状发生趋同现象,聚集着同样生活型植物,共处在相同的生境之中。在旱地上,群落聚集着耐旱的作物群体,如谷子绿豆群落。在水域中,作物群落包含着一些水生的作物群体,如水稻慈姑群落。在同一群落之中,由于所处的部位不同,在局部的内生境中也会发生趋同现象,如处在高处的群体自然都是喜光的作物;处在低处的群体都是些耐阴的作物。那些喜光的作物在低处满足不了其对光的要求,或者改变其喜光的习性,或者适应不下去,被排除在群落之外。

世界上的一切事物都处在永不停息的运动之中。从长远来说,作物环境一直不断地变化着,作物群落也在向前发展着,作物与环境是一个不可分离的有机整体。群落中的群体,在环境中特别在内生境中一起适应生活。它们彼此也要密切配合,协同进化。喜光的植物倾向增高,把群落下部位置留给忌光植物。喜肥的植物配合增氮植物和固氮藻类,组成较为稳定的群落,如玉米大豆群落和水稻绿萍群落。环境变化了,群落内的群体随着进化、适应新环境。

三、作物群落的生产力

群落的生产力是由其中群体的生产力形成的。然而,因为各种群体的产量表示的方法不同,有些群体不便统一比较。因此,群落的生产力与个体和群体相比更有其特殊性。

(一)产量

作物的产量一般以年单位面积生产的有机物干重[kg/(hm2·a)]或体积[m3/(hm2·a)]来表示。也可把干重折算成能量(J/m2·a)表示,这多指群落的生物产量。在生产上,群落产量如用经济产量表示生产力就比较复杂。有些作物产品并不相同,谷类作物为子实,棉花为皮棉,麻类为茎纤维,绿肥为全株。这时不能够用统一的方法表示时,可以分别表示,例如麦棉套种群落年产小麦2000kg/(hm2·a)和年产皮棉1000kg/(hm2·a)。

(二)经济效益

经济效益是指劳动耗费与取得有用效果的比较,经济效益可以用价值,也可以用实物评价。一般用产值和成本比较所得利润或纯收入表示。

在作物群落的生产力不便用生物产量来表示时,就用经济效益来评价群落的生产力,如用总利润或纯收入。小麦玉米套种群落,撇开食用品质和价格不说,单就产量来讲,它们都是粮食,其经济产量可以放在一起计算和比较。例如,在河南省淮阳县春玉米单产478kg/667m2,小麦套种玉米共产896.2kg/667m2,后者比前者增产418.2kg/667m2。但是小麦棉花套种群落,把小麦和棉花的经济产量总起来算就不行,小麦子粒产量与棉花皮棉产量就失去可比性。在这种情况下,就可以用经济效益计算和比较了。在河南省郑州市麦棉套种群落经济效益为218.19元/667m2;单作棉花群体为162.44元/667m2,增加55.75元/667m2。

(三)群落与群体生产力的关系

群落由群体集合而成,它们的生产力之间存在着一定关系。作物群落生产力等于群落内的群体生产力之和。然而,作物群落生产力不一定等于其单独存在时的各作物群体生产力之和。这就是群落生产力不定等规律。单独存在时的作物群体是指在没有组成群落时的群体。它的生产力只是受本群体的特征和环境条件所影响,每个群体都有自己的生产力水平。当它们组成群落后,群落生产力不是其中群体原来生产力的简单叠加。它们进入群落后,由于群落结构和功能不同,群落内生境的影响以及受群体间的互补作用和互克作用,这时,群体的生产力与未进入群落而单独存在时的生产力就不一定相同。因此,群落生产力有可能大于、也有可能小于、还可能等于其群体单独存在时的生产力之和。根据玉米谷子间作群落试验,不同行比的各群落处理的粮食产量等于其中玉米群体和谷子群体产量相加。如2:6行比的玉米谷子群落的产量(kg/667m2)为358.09,就是其中玉米群体产量(221.35)和谷子群体产量(146.74)相加。然而,不同行比的玉米谷子群落的产量(kg/667m2),却不一定等于单作玉米群体和单作谷子群体产量之和。群落行比2:6,2:10,1:8和4:2的粮食产量(kg/667m2)分别为358.09,412.07,336.12和336.91;而两单作群体产量之和为339.69;两处理高72.8和18.4,两处理低3.57和2.78,后者几乎相等,总的说来,玉米谷子群落产量不一定等于玉米群体和谷子群体单作产量之和。由于存在着这种不定等的关系,因而,提供了增加群落产量的可能性。

(四)提高群落生产力的途径

作物群落生产是一个新的领域,它具有巨大的增产增效潜力。如何发展群落的生产力是今后研究和开发的新课题。从群落的性质和内容来看,提高群落生产力的途径有以下几个方面。

1.开展群落育种,为群落生产提供相应的群体类型和品种作物

科学发展到群落阶段,对于作物育种提出了新的要求。以往的群体育种,单纯为了群体的高产优质所培育的新品种,已不完全符合群落的要求。群落生产所需要的性状,不单纯是群体高产优质,而且要求群落中的群体具有互利性状,避免互害性状。20世纪70年代,在黄河流域棉区实行麦棉套种,在小麦棉花群落中应用群体栽培的一些品种,如百泉3217小麦和岱字棉等,棉花晚熟,误了小麦播种时期,小麦减产;带桃早拔棉秸,棉花又减产降级;在棉行内套种小麦,不耕不耙,引起小麦发生丛矮病,甚至绝收。麦棉套种群落迫切需要棉花早熟和小麦晚播的相辅性状。80年代开始,陆续培育出晚播小麦品种如偃师4号和中育4号等以及早熟棉花品种如中棉17号和豫棉10号等。避免相克性状,促成相辅性状。由于麦棉套种群落产量高效益好,目前已遍及我国黄河流域棉区和长江流域棉区。随着群落生产的发展,群落育种也将提到议事日程上来,为群落生产提供相应的优良类型和品种。

2.配置科学的群落结构

作物群落结构包括组分结构、空间结构和时间结构。这些结构如何才能科学合理,需要深入研究,总结出规律性的指导理论和具体的实践经验。在群落育种的基础上,选配“大同小异”和“对应互补”的群体,发扬其相辅性状,避免相克性状,使群落内的群体互利互惠,双双丰产。空间结构,特别是水平结构,具有协调群落之间相克的作用和充分利用自然条件的功效,例如群落的带宽和群体的幅宽,群体互利可以窄些,互害可以宽些。时间结构安排好了,可以提高时间指数和种植指数,扩大了时间和土地的利用率。群落结构,尚有许多问题需要深入研究。科学的配置群落结构是一项不增加投资而增产增收的措施。

3.认真组装和贯彻实行集成技术

群落的集成技术具有整体性和先进性,是作物栽培的新发展。一些在天然群落中有些不可解决的问题,而在集成栽培技术中,通过人的主观能动性可以得到解决。例如地温低,种子不能发芽,则可以实行地膜覆盖,提高地温。高寒地区春玉米地膜覆盖以克服低温的不良影响,延长生育期,获得空前丰收。一些传统的技术通过组装可以扩大应用范围,发挥更大的增效作用。例如,蔬菜栽培的育苗移栽技术,组装进麦棉瓜群落集成技术当中,对增加棉花生育期,提早成熟和小麦适时播种都有莫大的好处。一些新技术组装进群落集成技术,往往会解决多年来的老大难问题。例如棉花徒长和蕾铃脱落,自推广缩节胺以来,使棉花节短矮壮,株型紧凑,抑制徒长,防止脱落,对高肥地棉花群落增产起到良好的作用。不仅如此,集成技术组装科学,可以促使技术间的协调,一技多用,事半功倍。当前,作物栽培试验仍属群体栽培试验,如群体密度试验和群体施肥试验。应当开展群落栽培试验,定性定量地确定群落的结构和科学地组装不同群落的集成栽培技术,为发展作物群落生产创造条件。

4.创造群落适宜的生态环境

提高群落的生产力,除了群落本身的因素之外,群落的生态环境亦是个重要的方面。首先是农田基本建设,如沃土工程、水利工程和小气候工程都是不可缺少的。土地不平不肥,缺乏灌溉和排水设置,常受风沙灾害,这样,群落生产力必然不高。另外,科学施肥、合理灌溉、群落植保,特别是配制群落复肥等也都是改善生态环境有效的技术措施。群落栽培高产高效益,但也高消费。没有一定的物质基础和能量补充,群落生产就会停滞不前。创造群落适宜的生态环境是提高群落生产力的重要条件之一。