一种模拟间作模式下高杆作物遮阴的方法与流程

本发明属于遮阴模拟技术领域，具体涉及一种模拟间作模式下高杆作物遮阴的方法。

背景技术：

间作种植可以有效提高土地和光能的利用率，在生产上广泛应用，间作种植模式下高杆作物处于生态位上层，光照经过高杆作物叶幕层的遮挡、拦截和选择性吸收后不仅光照强度显著降低、光质组成也发生明显改变。在研究间作模式下地上部分光能竞争对矮杆作物生长发育和产量形成的影响时，为避免地下部分根系对水分、养分竞争的影响，通常采用遮阴模拟实验，但是现有的方法中利用平面遮阳网进行处理(图4)，只能模拟出经遮阴后光照强度变化，无法模拟光照动态变化的实际情况。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种模拟间作模式下高杆作物遮阴的方法，不仅能够模拟高杆作物造成间作系统光照强的降低情况，还能够有效模拟出由于太阳高度角变化而造成的高杆作物投影面积动态变化，及间作矮杆作物一天中遮阴、照光交替出现的真实情况，可以更准确的模拟遮阴、光照交替情况下，作物光合作用的补偿机制。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种模拟间作模式下高杆作物遮阴的方法，所述方法包括：在准备实施高杆作物和矮杆作物间作的地块种植矮杆作物，在垂直于矮杆作物的行向上树立立体遮阴网；

所述立体遮阴网包括遮光网和固定装置；

所述遮光网的下表面距离地面的高度依据需要模拟的间作模式中高杆作物的主干高度平均值进行确定；

所述立体遮阴网的高度依据需要模拟的间作模式中高杆作物的总高度平均值进行确定；

所述立体遮阴网的宽度依据需要模拟的间作模式中高杆作物的行内冠幅的平均值进行确定。

优选的，所述高杆作物包括：果树、林木、高杆经济作物、高杆粮食作物；所述矮杆作物包括：矮杆粮食作物、矮杆经济作物、蔬菜和牧草等。

优选的，相邻两个所述立体遮阴网的间距为3～40m。

优选的，所述遮阴网的遮阴材料包括：彩色纱网、彩色布料或彩色塑料薄膜。

优选的，当高杆作物的树高＜4m，且冠幅＜4m时，在叶幕形成初期选用绿色纱网或绿色塑料薄膜进行模拟，所述绿色纱网或绿色塑料薄膜的层数为1～2层；新梢快速生长期选用3～4层绿色纱网或1层绿色布料进行模拟；在叶幕形成后，选用2～3层绿色布料进行模拟。

优选的，当高杆作物的树高为4～7m，且冠幅为4～7m时，在叶幕形成初期选用绿色纱网或绿色塑料薄膜进行模拟，所述绿色纱网或绿色塑料薄膜的层数为2～3层；在新梢快速生长期，选用1～2层绿色纱网和1层绿色布料配合进行模拟，或选用1～2层绿色塑料薄膜和配合1层绿色布料进行模拟；叶幕形成后，选用1～2层绿色布料配合黑色遮阳网进行模拟。

优选的，当高杆作物的树高＞行距，且树冠高度＞行距的75％时，叶幕形成初期，选用1层绿色布料配合黑色遮阳网进行模拟；新梢快速生长期选用2～3层绿色布料配合黑色遮阳网进行模拟；叶幕形成后，选用2～3层黑色遮阳网进行模拟。

相比于现有技术，本发明具有以下有益效果：(1)本发明通过立体遮阴的方法，根据所要模拟的高杆作物的高度和行间距，采用搭架的方式将遮阳网竖直放置，通过立体遮阴方式进行模拟；

(2)本发明所述方法不仅能够模拟高杆作物造成间作系统光照的降低情况，还能够有效模拟出由于太阳高度角变化而造成的高杆作物投影面积动态变化(如图1和图2所示)，及间作矮杆作物一天中遮阴、照光交替出现的现实情况，可以更准确的模拟遮阴、光照交替情况下，作物光合作用的补偿机制。与传统模拟方法相比，对光照遮阴交替时长模拟的准确率提高50％以上；对间作区域光照强度模拟的准确率提高30～40％以上；对间作作物光合作用补偿机制的模拟效果提高30～40％以上；对营养生长和产量形成影响准确率的模拟效果提高15～20％以上；

(3)本发明所述方法利用已知的主要光质因子，采用不同颜色的膜和彩色网模拟光线经过高杆植物叶片选择吸收后光质的改变情况，能够更准确的模拟出间作模式下高杆作物对间作光环境的影响情况。采用该方法进行模拟，更能代表间作系统光传输规律，研究结果也更具代表性。与传统模拟方法相比，对光质改变时长模拟的准确率提高50％以上。

附图说明

图1为使用立体遮阴网模拟中午间作模式下高杆作物对矮杆作物的遮阴情况；

图2为使用立体遮阴网模拟早晨或傍晚间作模式下高杆作物对矮杆作物的遮阴情况；

图3为立体遮阴网模拟方法各项指标的设定情况；

图4为普通平面遮阴模拟方法的模式图。

具体实施方式

本发明提供了一种模拟间作模式下高杆作物遮阴的方法，所述方法包括：在准备实施高杆作物和矮杆作物间作的地块种植矮杆作物，在垂直于矮杆作物的行向上树立立体遮阴网；

所述遮光网的下表面距离地面的高度依据需要模拟的间作模式中的高杆作物的主干高度的平均值进行确定；

所述立体遮阴网的高度依据需要模拟的间作模式中的高杆作物的总高度的平均值进行确定；

所述立体遮阴网的宽度依据需要模拟的间作模式中的高杆作物的行内冠幅的平均值进行确定。

本发明所述高杆作物优选包括：果树、林木、高杆经济作物(如甘蔗)、高杆粮食作物(如玉米)；所述矮杆作物包括：矮杆粮食作物(如小麦)、矮杆经济作物(如棉花)、蔬菜和牧草等。本发明所述方法可应用于所述高杆作物和所述矮杆作物间的间作种植模式中，便于进行遮阴模拟。

本发明根据需要模拟的间作模式(或不同高杆和矮杆作物的组合)设定立体遮光网的间距，相邻两个所述立体遮阴网的间距优选为3～40m，模拟效果良好。

本发明优选根据需要模拟的间作模式的高杆作物的结构设定立体遮阴网的大小和高度，以高杆作物为树木为例(图3)，其中遮光网下表面距离地表的距离为需要模拟的树体结构指标的“枝下高”，立体遮阴网的高度为需要模拟的树体结构指标的“树冠高度”，立体遮阴网的宽度为需要模拟的树体结构指标的“行内冠幅”。

本发明优选根据需要模拟的间作模式的高杆作物的结构和需要模拟的生育时期设定立体遮光网使用的遮阴材料(彩色纱网、彩色布料、彩色塑料薄膜等)和遮阴材料的使用厚度和组合类型(不同材质遮阴材料及不同颜色遮阴材料的组合)。

在本发明中，当高杆作物的树高＜4m，且冠幅＜4m时，优选在叶幕形成初期选用绿色纱网或绿色塑料薄膜进行模拟，所述绿色纱网或绿色塑料薄膜的层数为1～2层；新梢快速生长期选用3～4层绿色纱网或1层绿色布料进行模拟；在叶幕形成后，选用2～3层绿色布料进行模拟。

在本发明中，当高杆作物的树高为4～7m，且冠幅为4～7m时，优选在叶幕形成初期选用绿色纱网或绿色塑料薄膜进行模拟，所述绿色纱网或绿色塑料薄膜的层数为2～3层；在新梢快速生长期，选用1～2层绿色纱网和1层绿色布料配合进行模拟，或选用1～2层绿色塑料薄膜和配合1层绿色布料进行模拟；叶幕形成后，选用1～2层绿色布料配合黑色遮阳网进行模拟。

在本发明中，当高杆作物的树高＞行距，且树冠高度＞行距的75％时，优选在叶幕形成初期，选用1层绿色布料配合黑色遮阳网进行模拟；新梢快速生长期选用2～3层绿色布料配合黑色遮阳网进行模拟；叶幕形成后，选用2～3层黑色遮阳网进行模拟。

在本发明中，以高杆作物为树木为例，所述叶幕形成初期优选的指果树开花期至花后10天；所述新梢快速生长期指果树花后10天至20天；所述叶幕形成后指果树开花后20天至落叶前。

下面结合实施例对本发明提供的模拟间作模式下高杆作物遮阴的方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

模拟中小型或灌木形树冠(树高：＜4m,冠幅：＜4m)时：

树体叶幕形成初期(果树开花期-花后10天)：选用绿色纱网或绿色塑料薄膜1-2层进行模拟，模拟遮阴后距遮阴网1-6m范围间作区域光合有效辐射强度日均值控制在1000-1300μmol/m²·s，光质参数：红橙(610-710nm)/蓝紫(410-510)值控制在0.57-0.60范围内，红橙(610-710)/远红外(760-1130)值控制在1.35-1.40范围内，能够有效模拟出树体或高杆作物的实际遮阴效果。

新梢快速生长期(果树花后10天-20天)：选用绿色纱网3-4层或绿色布料1层进行模拟，模拟遮阴后，距遮阴网1-6m范围间作区域光合有效辐射强度日均值控制在900-1100μmol/m²·s；光质参数：红橙(610-710nm)/蓝紫(410-510)值控制在0.64-0.67范围内，红橙(610-710)/远红外(760-1130)值控制在1.20-1.25范围内，能够有效模拟出树体或高杆作物的实际遮阴效果。

叶幕形成后(果树开花后20天-落叶前)：选用绿色绿色布料2～3，模拟遮阴后，距遮阴网1-6m范围间作区域光合有效辐射强度日均值控制在800-1000μmol/m²·s；光质参数：红橙(610-710nm)/蓝紫(410-510)值控制在0.83-0.0.87范围内，红橙(610-710)/远红外(760-1130)值控制在1.15-1.20范围内，能够有效模拟出树体或高杆作物的实际遮阴效果。

实施例2

模拟中大型或乔木树冠(树高：4-7m,冠幅：4-7m)：

树体叶幕形成初期(果树开花期-花后10天)：选用绿色纱网或绿色塑料薄膜2～3层进行模拟，模拟遮阴后，距遮阴网1-6m范围间作区域光合有效辐射强度日均值控制在700-1100μmol/m²·s，光质参数：红橙(610-710nm)/蓝紫(410-510)值控制在0.55-0.58范围内，红橙(610-710)/远红外(760-1130)值控制在1.15-1.20范围内。

新梢快速生长期(果树花后10天-20天)，选用绿色纱网或绿色塑料薄膜1-2层配合绿色布料1层进行模拟，模拟遮阴后，距遮阴网1-6m范围间作区域光合有效辐射强度日均值控制在600-900μmol/m²·s；光质参数：红橙(610-710nm)/蓝紫(410-510)值控制在0.65-0.68范围内，红橙(610-710)/远红外(760-1130)值控制在1.00-1.05范围内。

叶幕形成后(果树开花后20天-落叶前)，选用绿色布料1-2层配合黑色遮阳网进行模拟，模拟遮阴后，距遮阴网1-6m范围间作区域光合有效辐射强度日均值控制在400-700μmol/m²·s；光质参数：红橙(610-710nm)/蓝紫(410-510)值控制在0.83-0.87范围内，红橙(610-710)/远红外(760-1130)值控制在1.00-1.05范围内。

实施例3

模拟树体高大遮光郁闭(树高＞行距，树冠高度＞行距的75％)情况：

树体叶幕形成初期(果树开花期-花后10天)：选用绿色布料1层配合黑色遮阳网进行模拟，模拟遮阴后，距遮阴网1-6m范围距遮阴网1-6m范围间作区域光合有效辐射强度日均值控制在500-700μmol/m²·s，光质参数：红橙(610-710nm)/蓝紫(410-510)值控制在0.67-0.72范围内，红橙(610-710)/远红外(760-1130)值控制在0.82-0.86范围内。

新梢快速生长期(果树花后10天-20天)，选用绿色布料2～3层配合黑色遮阳网进行模拟，模拟遮阴后，距遮阴网1-6m范围距遮阴网1-6m范围间作区域光合有效辐射强度日均值控制在400-550μmol/m²·s；光质参数：红橙(610-710nm)/蓝紫(410-510)值控制在0.80-0.84范围内，红橙(610-710)/远红外(760-1130)值控制在0.50-0.55范围内。

③叶幕形成后(果树开花后20天-落叶前)，选用黑色遮阳网2～3层进行模拟，模拟遮阴后，距遮阴网1-6m范围间作区域光合有效辐射强度日均值控制在150-450μmol/m²·s；光质参数：红橙(610-710nm)/蓝紫(410-510)值控制在0.88-0.93范围内，红橙(610-710)/远红外(760-1130)值控制在0.38-0.42范围内。

对比例

采用平面遮阴的方法模拟中小型或灌木形树冠：

在矮杆作物1-1.5m上方采用1层遮阳网进行平面遮阴(如图4)，模拟遮后整个间作区域光合有效辐射强度整日均维持在全光照强度的30-50％范围内，不同波长光照强度下降幅度一致，均维持在全光照强度的30-50％范围内。

以小冠形叶幕形成后为例：

(1)遮阴交替时长：

实际情况：间作区域每日遮阴时长为4-8个小时；

平面遮阴情况下：白天8:00-20:00均处于遮阴状态，每日遮阴时长为12小时，对遮阴交替时长模拟的准确率为：(4h/12h+8h/12h)/2＝50％；

立体遮阴：能够准确反应出阴影动态变化情况，模拟情况与实际情况一致，模拟准确率95％以上；

该方法模拟准确度较对比例提高50％左右。

(2)间作区域光照强度：

实际情况：间作区域光合有效辐射强度日均值为800-1000μmol/m²·s；

平面遮阴情况下：间作区域光合有效辐射强度日均值为500μmol/m²·s，对间作区域光照强度模拟的准确率为：(500/800+500/1000)/2＝56.25％；

立体遮阴：能够准确反应出间作区域光照强度情况，模拟情况与实际情况一致，模拟准确率95％以上。

该方法模拟准确度较对比例提高30-40％左右。

(3)间作作物光合作用补偿机制：

实际情况：间作矮杆作物从遮阴状态恢复光照后，由于光合作用的补偿机制，净光合速率提高30％-40％；

平面遮阴情况下：间作矮杆作物全天均处于遮阴状态，无法模拟光合作用的补偿机制，净光合速率一直处于遮阴水平；

立体遮阴：能够准确反应出间作区域遮阴光照交替出现的实际状况，能够有效模拟出光合作用补偿机制，光照恢复后净光合速率速率提高30％-40％。

该方法模拟准确度较对比例提高30-40％左右。

(4)产量(以小麦为例)

实际情况：间作模式下小麦产量可以达到大田对照(不遮阴情况)的65％-95％；

平面遮阴情况下：平面遮阴模拟小麦产量为大田对照的50％左右；

立体遮阴：能够准确模拟树体遮阴对间作小麦的产量的影响情况，模拟情况与实际情况一致，模拟准确率95％以上；

该方法模拟准确度较对比例提高15％-45％。

(5)光质改变时长

实际情况：受叶片对光照选择性吸收的影响，间作模式下树体遮阴情况下，黄绿、红橙光降低幅度高于总辐射强度的下降比例，光质改变，光质改变时长与遮阴交替时长一致，间作区域每日光质改变时长为4-8个小时；

平面遮阴情况下：白天8:00-20:00均处于遮阴状态，每日光质改变时长为12小时，对遮阴交替时长模拟的准确率为：(4h/12h+8h/12h)/2＝50％；

立体遮阴：能够准确反应出阴影动态变化情况，模拟情况与实际情况一致，模拟准确率95％以上；

该方法模拟准确度较对比例提高50％左右。

本发明提供了一种模拟间作模式下高杆作物遮阴的方法，与对比例相比，对光照遮阴交替时长模拟的准确率提高50％以上；对间作区域光照强度模拟的准确率提高30～40％以上；对间作作物光合作用补偿机制的模拟效果提高30～40％以上；对营养生长和产量形成影响准确率的模拟效果提高15～20％以上；对光质改变时长模拟的准确率提高50％以上。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。