影响林下种植作物光合作用效率因素分析及应对措施
影響林下種植作物光合作用效率的因素
光照因素
光照強度
影響:林下光照強度明顯低于空曠地。林分郁閉度高時,大量陽光被林冠層遮擋,到達林下作物的光照強度不足。這會使作物的光合作用光反應階段受到抑制,光系統中葉綠素分子吸收的光能減少,導致電子傳遞和 ATP、NADPH 的生成量降低,從而限制暗反應中二氧化碳的固定和有機物的合成,降低光合作用效率。例如,林下種植的喜光作物如西紅柿,在光照強度不足時,葉片會變薄、變黃,果實產量和品質下降。
光照時長
影響:森林的樹冠結構會縮短林下作物接受光照的時長。早晨和傍晚時分,高郁閉度的林冠可能完全遮擋陽光,使得林下作物每天的有效光照時間減少。對于一些長日照作物,如某些花卉品種,光照時長不足會影響其花芽分化和開花過程,進而影響光合作用產物在繁殖器官中的積累,降低光合作用效率。
光質
影響:林冠層對不同波長光的吸收和反射會改變林下的光質。例如,林冠層可能吸收較多的藍光和紅光,而這兩種光是植物光合作用中葉綠素吸收的主要光質,用于驅動光合作用。林下光質的改變會影響作物葉片氣孔的開閉、葉綠體的活性等,從而對光合作用效率產生影響。
溫度因素
晝夜溫差
影響:林分郁閉度影響林下的晝夜溫差。郁閉度高時,林下白天升溫緩慢,夜晚降溫也慢,晝夜溫差小。較小的晝夜溫差使得作物夜間呼吸作用消耗的光合產物較多,不利于光合產物的凈積累。例如,林下種植的水果類作物,如蘋果,在晝夜溫差小的環(huán)境下,果實糖分積累減少,影響果實品質和產量,間接反映出光合作用效率的降低。
局部小氣候溫度
影響:高郁閉度林分下,空氣流通不暢,局部小氣候溫度可能較為悶熱。高溫悶熱的環(huán)境會影響作物的正常生理功能,如抑制根系對養(yǎng)分的吸收,或者導致葉片氣孔關閉,減少二氧化碳的進入,從而影響光合作用效率。
水分因素
蒸騰作用與水分循環(huán)
影響:林下光照和溫度條件受林分郁閉度影響,進而影響作物的蒸騰作用。在高郁閉度林分下,光照不足導致林下溫度較低,作物蒸騰作用減弱。蒸騰作用是植物水分和養(yǎng)分吸收及運輸的動力,蒸騰作用減弱會影響植物對水分和養(yǎng)分的吸收和運輸,從而影響光合作用效率。例如,林下種植的藥用植物,如人參,水分和養(yǎng)分運輸不暢會影響其根部的生長和藥用成分的積累,間接降低光合作用效率。
降水截留與分配
影響:林分郁閉度高時,林冠對降水的截留量較大,到達林下的降水量減少。這可能導致林下種植作物在干旱時期得不到足夠的水分供應,影響作物的生長和光合作用。特別是在降水較少的地區(qū),高郁閉度林分下的林下作物更容易受到干旱脅迫,葉片氣孔關閉,二氧化碳進入受阻,光合作用效率降低。
土壤因素
土壤肥力
影響:林下土壤肥力狀況復雜。由于樹木根系吸收大量養(yǎng)分,林下土壤中的氮、磷、鉀等大量元素以及鐵、鋅等微量元素可能相對缺乏。這些養(yǎng)分是作物光合作用相關酶(如參與碳同化的酶)的組成成分或調節(jié)因子,缺乏時會影響光合作用的正常進行。例如,氮素缺乏會導致作物葉片葉綠素含量降低,使光能吸收和轉化效率下降,從而降低光合作用效率。
土壤結構
影響:森林凋落物堆積和樹木根系活動會影響土壤結構。大量凋落物未及時分解時,會在土壤表層形成較厚的枯枝落葉層,阻礙林下作物根系向下生長,限制根系對深層土壤養(yǎng)分和水分的吸收,進而影響光合作用。此外,樹木根系擠壓土壤可能導致土壤板結,不利于作物根系的伸展和呼吸作用,影響根系對養(yǎng)分的吸收和運輸,間接影響光合作用效率。
生物因素
病蟲害
影響:林下環(huán)境相對復雜,容易滋生多種病蟲害。病蟲害會損傷作物葉片,減少光合面積。例如,食葉害蟲會啃食葉片,破壞葉綠體結構,使葉片無法正常進行光合作用。同時,作物受到病蟲害侵襲時,會將部分光合產物用于防御反應,減少了用于生長和積累的光合產物量,降低光合作用效率。
雜草競爭
影響:林下雜草生長旺盛,會與林下種植作物爭奪光照、水分、養(yǎng)分等資源。雜草的遮擋會減少作物的光照面積和強度,同時與作物競爭土壤中的養(yǎng)分和水分,影響作物的生長和光合作用。例如,雜草根系發(fā)達,會優(yōu)先吸收土壤中的氮素,導致作物氮素不足,葉綠素合成減少,光合作用效率降低。
應對措施
光照管理
林分調控
根據林下作物對光照的需求,合理調整林分郁閉度。對于喜光作物,可以通過疏伐部分樹木來降低林分郁閉度,增加林下光照強度和時長。例如,在林下種植蔬菜時,可以按照一定的間距伐除部分喬木,使林下光照強度達到蔬菜生長所需的水平。
補光措施
在光照不足的情況下,可以采用人工補光技術。選擇合適的光源,如 LED 燈,根據作物對光質、光照強度和時長的需求進行補光。例如,對于需要長日照才能開花的花卉,可以在早晨或傍晚進行補光,延長光照時長,提高光合作用效率。
溫度調節(jié)
改善通風條件
通過合理的林分結構調整和林間道路規(guī)劃,改善林下通風條件。通風良好可以促進熱量的散發(fā),增加晝夜溫差,有利于作物光合產物的積累。例如,在林分內設置通風道,使空氣能夠順暢流通,降低悶熱天氣對作物的影響。
溫度調控設施
在一些對溫度要求較為嚴格的林下作物種植區(qū)域,可以采用一些簡單的溫度調控設施。如在寒冷天氣使用覆蓋物保溫,在炎熱天氣使用遮陽網降溫,以維持作物生長所需的適宜溫度范圍,提高光合作用效率。
水分管理
集雨和灌溉設施
考慮到林冠截留降水的影響,可以在林下設置集雨設施,如修建小型集雨池,收集林冠滴下的雨水,用于干旱時期的灌溉。同時,根據林下作物的需水規(guī)律,合理設計灌溉系統,確保作物在生長期間有充足的水分供應,維持正常的蒸騰作用和光合作用。
土壤保水措施
通過改善土壤結構來提高土壤的保水能力。例如,對林下土壤進行翻耕和添加有機物料(如腐熟的農家肥),可以增加土壤孔隙度,提高土壤的保水保肥能力,減少水分蒸發(fā),保證作物根系對水分的吸收,從而有利于光合作用的進行。
土壤改良
施肥管理
根據林下土壤肥力狀況和作物對養(yǎng)分的需求,制定科學的施肥方案。補充土壤中缺乏的氮、磷、鉀等大量元素和鐵、鋅等微量元素,以滿足作物光合作用相關酶的合成和活性調節(jié)需求。例如,對于林下種植的大豆,可以根據土壤肥力檢測結果,在生長期間適量追施氮肥和磷肥,提高葉片葉綠素含量,增強光合作用效率。
土壤結構改善
采取措施促進林下土壤中凋落物的分解,如引入分解能力強的微生物或昆蟲。定期對林下土壤進行疏松,打破土壤板結,改善根系生長環(huán)境,促進根系對養(yǎng)分和水分的吸收,間接提高光合作用效率。
生物防治與管理
病蟲害防治
采用生物防治為主的綜合防治措施。例如,引入害蟲的天敵,如寄生蜂、捕食性昆蟲等控制害蟲數量;利用有益微生物防治病害。同時,加強對林下作物的監(jiān)測,及時發(fā)現病蟲害并采取相應措施,減少病蟲害對作物葉片和生長的影響,保障光合作用的正常進行。
雜草清除
定期進行雜草清除,但要注意采用環(huán)保的除草方法。可以采用人工除草結合覆蓋物抑制雜草生長的方法。例如,在林下作物種植區(qū)域覆蓋黑色地膜或稻草等覆蓋物,既能抑制雜草生長,又能起到保水保肥的作用,減少雜草對作物光照、水分和養(yǎng)分的競爭,提高作物光合作用效率。