桑園套種馬鈴薯田間優(yōu)化配置模式研究

李勇，于翠，鄧文，葉楚華，胡興明，熊超，李欣

摘要：在桑樹/馬鈴薯套種群體系統(tǒng)內(nèi)，研究不同田間配置條件下，桑園環(huán)境因子變化、桑葉氣體交換參數(shù)特征、桑樹冠層對光強度吸收效果及對桑葉產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，M2模式可顯著提高桑園環(huán)境CO2濃度（Ca），M1模式中桑園環(huán)境溫度（T）最高;3種處理桑樹葉片的凈光合速率（Pn）日變化均呈雙峰曲線，不同處理桑樹葉片Pn最大值有差異，M2模式中桑樹葉片LUE、WUE、CUE最低。桑樹冠層透光率（LTR）及其相應(yīng)葉面積指數(shù)（LAI）測量結(jié)果呈極顯著相關(guān)，LTR隨LAI的增加而呈遞減的趨勢。M1模式的土地生產(chǎn)率最低，M2模式桑樹產(chǎn)量指標單株產(chǎn)葉量和公斤葉片數(shù)最低，M3模式馬鈴薯的成本收益率和資金產(chǎn)投比最優(yōu)。綜合分析，桑樹密度為1 000株/667 m2（株行距170 cm×40 cm）的桑園，套種馬鈴薯的最佳田間配置為兩行桑樹間種植2行馬鈴薯（株行距30 cm×50 cm）與兩行桑樹間種植1行馬鈴薯（株距30 cm）隔行種植模式。

關(guān)鍵詞：桑園套作馬鈴薯;田間配置;光合特性;產(chǎn)量

中圖分類號：S888;S532;S344.3 ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? 文章編號：0439-8114（2014）23-5779-06

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2014.23.039

馬鈴薯為茄科茄屬一年生草本植物，別稱地蛋、洋芋、土豆等，是全球第三大重要的糧食作物，僅次于小麥和玉米。而農(nóng)林復(fù)合系統(tǒng)由于其在提高自然資源利用率、增加農(nóng)民收入、促進生態(tài)和經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展等方面意義重大，正吸引諸多專家、學者關(guān)注。有研究表明，農(nóng)林套作模式可有效降低系統(tǒng)內(nèi)的風速、調(diào)節(jié)系統(tǒng)內(nèi)農(nóng)作物冠層的溫濕度，并直接影響林木和農(nóng)作物的光合生理參數(shù)和產(chǎn)量等[1，2]。桑園套作馬鈴薯模式是近年推廣較快的一種桑園復(fù)合經(jīng)營模式，其在增加蠶農(nóng)收入、穩(wěn)定蠶桑產(chǎn)業(yè)發(fā)展、增強蠶桑產(chǎn)業(yè)抵御市場風險等方面發(fā)揮了重大作用。有關(guān)桑園套作馬鈴薯栽培技術(shù)研究已有報道，但對桑園套作馬鈴薯模式的田間配置優(yōu)化缺乏研究，生產(chǎn)中存在種植方式多樣，田間配置不規(guī)范的問題，影響了桑樹、馬鈴薯的經(jīng)濟效益雙贏。為此，以湖北蠶區(qū)具有代表性的桑樹馬鈴薯套作模式為對象，就不同田間配置對桑樹光合特性、桑葉產(chǎn)量及馬鈴薯產(chǎn)量的影響進行了研究，以期為完善桑園套作馬鈴薯模式栽培理論提供依據(jù)。

1 ?材料與方法

1.1 ?材料

供試桑樹品種為強桑1號，2011年栽植，密度為1 000株/667 m2（株行距170 cm×40 cm）;馬鈴薯品種為東北303。

1.2 ?試驗設(shè)計

在湖北省農(nóng)業(yè)科學院經(jīng)濟作物研究所桑樹種質(zhì)資源圃中，選取地面平整、土壤肥力均一的桑園用地，設(shè)置M1、M2、M3共3種田間配置方法（表1），采用隨機區(qū)組排列，每處理3次重復(fù)，小區(qū)面積20 m2。采用壟作覆膜栽培方式，12月下旬翻耕土地、起壟，壟寬60 cm、高20 cm。桑樹和馬鈴薯的田間管理按照高產(chǎn)桑園和馬鈴薯栽培方法進行。

1.3 ?測定方法

1.3.1 ?桑葉氣體交換參數(shù)測定 ?利用便攜式光合測定儀（美國LI-COR公司，LI-6400）測定3種處理桑樹葉片的凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、胞間二氧化碳濃度（Ci）、蒸騰速率（Tr），并測定大氣CO2濃度（Ca）、大氣溫度（T）、空氣濕度（RH）。光合日變化測定時間在2014年5月12日。葉片選擇：每種處理選擇長勢一致的桑樹3株，每棵樣株中選擇3個光照良好的頂部新梢，每個新梢選1片生長正常葉片（5～7位葉片）。測定時間6：00～18：00，每隔2 h測定一次，每一時段重復(fù)測定3次，求平均值[3，4]。光合季節(jié)變化測定時間在2014年4月26日、5月3日、5月13日、5月22日，于晴天8：30～10：30進行，測定葉片選擇同上。根據(jù)Penuelas等[5]報道的方法計算瞬時水分利用效率（WUE=Pn/Tr）、表觀光能利用效率（LUE=Pn/PAR）。

1.3.2 ?桑樹冠層生理參數(shù)測定 ?利用便攜植物冠層分析儀（美國基因公司，ACCUPAR LP-80）測定桑樹冠層光合有效輻射（PAR）、透光率（LTR）、葉面積指數(shù)（LAI）等。數(shù)據(jù)采集的三維空間范圍為：整個樹冠內(nèi)，垂直尺度由冠頂至冠下，水平尺度沿冠幅所占空間包括由東至西和由北至南兩個方向。測點的選擇遵循所在方向線上均勻分布的原則進行選取：垂直尺度，沿冠高在冠頂、冠中（2/3H）、冠下（桑拳）各選一點，共3點，冠中和冠下測量時，水平尺度，分別將冠幅沿由東至西和由北至南直線方向6等份，每1/6冠幅取一點，每一測點重復(fù)3次，取平均值。

冠層上方的光照度、冠層下方的光照度、消光系數(shù)、葉面積指數(shù)呈以下關(guān)系：Qi=Qo·e-K·LAI。其中：Qi為冠層下的光照度，Qo為冠層上的光照度，K為消光系數(shù)，LAI為葉面積指數(shù)。K·LAI為消光度R，反映樹冠對光照度的吸收效果，R=ln（Qo/Qi），K=R÷LAI[6]。

1.3.3 ?馬鈴薯產(chǎn)量調(diào)查采用樣方調(diào)查方法 ?每試驗小區(qū)隨機布設(shè)3～5個樣方（樣方內(nèi)調(diào)查套種農(nóng)作物的株數(shù)相同），面積1 m2（1 m×1 m），調(diào)查樣方套種馬鈴薯的產(chǎn)量，取平均值折算成單位面積產(chǎn)量。

1.3.4 ?桑葉產(chǎn)量調(diào)查方法 ?采用樣株調(diào)查法，每試驗小區(qū)隨機選5株桑樹，3次重復(fù)，發(fā)芽至調(diào)查產(chǎn)葉量時不采桑葉，家蠶5齡第3、4天采葉調(diào)查桑葉產(chǎn)量，試驗桑葉產(chǎn)量主要指桑樹春季產(chǎn)葉量，調(diào)查芽葉產(chǎn)量，取平均值并折算成單位面積指標。

1.3.5 ?桑園套種系統(tǒng)投入及產(chǎn)值調(diào)查 ?在一個套種栽培周期內(nèi)，詳細記錄各系統(tǒng)投入的種子（種莖）、肥料、農(nóng)藥等經(jīng)濟投入（不包括用工投資）。桑園的投資因各種處理為同一水平，故不作計算。各套種農(nóng)作物按當?shù)貎r格折算成單位面積產(chǎn)值。

1.3.6 ?經(jīng)濟效益評價指標 ?成本收益率=利潤÷成本費用，試驗利潤指套種馬鈴薯凈產(chǎn)值，成本費用指套種馬鈴薯經(jīng)濟投入;土地生產(chǎn)率=產(chǎn)量或產(chǎn)值÷單位土地面積，試驗以一個套種周期單位桑園面積的總產(chǎn)量計;資金產(chǎn)投比=作物總產(chǎn)值/經(jīng)濟投入[7]。

1.4 ?數(shù)據(jù)分析

所有數(shù)據(jù)均通過Microsoft Office Excel 2003進行整理，其他統(tǒng)計分析處理均采用SPSS 17.0軟件進行。

2 ?結(jié)果與分析

2.1 ?不同馬鈴薯田間配置對桑園環(huán)境因子的影響

由圖1可知，不同馬鈴薯田間配置的桑園內(nèi)行間平均光照度分布大體呈拋物線形狀，1 d之內(nèi)各測點的受光量最小值均出現(xiàn)在6：00和18：00，最高值大都出現(xiàn)在12：00時段，且差異不顯著，表明不同馬鈴薯田間配置對桑園PAR基本無影響;而對桑園環(huán)境二氧化碳濃度有顯著影響（P<0.05），Ca從高到低為M2、M3、M1，M2模式可顯著提高桑園環(huán)境Ca;桑園環(huán)境溫度（T）方面，M1模式顯著大于M2和M3模式（P<0.05）;桑園環(huán)境相對濕度（RH）方面，3種模式差異不顯著[8]。

2.2 ?不同馬鈴薯田間配置對桑樹葉片氣體交換參數(shù)日變化的影響

2014年5月12日測定各處理桑樹葉片的光合日變化如圖2所示。從圖2可以看出，3種處理桑樹葉片的Pn日變化均呈雙峰曲線，峰值分別在10：00和16：00時段，有明顯的“午休”現(xiàn)象。不同處理桑樹葉片Pn最大值有差異，M1為20.15 μmol/（m2·s），M2為18.56 μmol/（m2·s），M3為21.25 μmol/（m2·s），其中M1和M3桑樹葉片Pn顯著大于M2（P<0.05）。

植物的光合作用與葉片胞間CO2濃度有直接的關(guān)系[9]。從圖2可以看出，3種處理桑樹葉片的Gs和Ci日變化曲線整體均呈逐漸下降趨勢。其中不同處理桑樹葉片的Gs最大值有一定的差異，M1為7.26 mol/（m2·s），M2為6.32 mol/（m2·s），M3為8.71 mol/（m2·s），M3桑樹葉片Gs顯著大于M1和M2（P<0.05）。

植物對水分吸收、礦質(zhì)鹽類及其在體內(nèi)運輸?shù)闹饕獎恿κ钦趄v作用，植物葉片蒸騰作用比較強時，常會造成水分供應(yīng)不足的情況，從而影響其生長，進而危及植物的生存[10]。從圖2可以看出，各處理桑樹葉片的Tr日變化曲線趨勢一致。不同處理桑樹葉片的Tr最大值，M1為8.29 mmol/（m2·s），M2為8.37 mmol/（m2·s），M3為8.12 mmol/（m2·s），各處理間差異不顯著。

2.3 ?不同日期馬鈴薯田間配置對桑樹葉片氣體交換參數(shù)測定值的影響

在2014年4月26日、5月3日、5月13日、5月22日測定不同處理桑樹氣體交換參數(shù)，從圖3可以看出，桑樹氣體交換參數(shù)隨日期不同產(chǎn)生了變化。不同處理桑樹葉片的Pn、Gs、Ci、Tr隨日期變化的趨勢基本一致，M1處理桑樹葉片的Pn、Gs、Tr在5月22日顯著大于M2和M3，M2處理桑樹葉片的Tr在5月13日顯著大于M1和M3（P<0.05）。

對不同處理桑樹葉片的Pn、Gs、Ci、Tr、LUE、WUE和CUE日變化均值（表2）進行顯著性分析得知，M1桑樹葉片的Pn顯著大于M2和M3（P<0.05），其他參數(shù)的差異不顯著，3種處理桑樹葉片LUE日變化均值為M1>M3>M2，WUE日期變化均值為M3>M1>M2，CUE日期變化均值為M1>M3>M2。

2.4 ?不同田間配置對桑樹冠層生理指標的影響

植物光合面積與光合產(chǎn)量密切相關(guān)[10，11]，光合面積通常以葉面積指數(shù)（LAI）來表示。試驗中桑樹樹冠光能分布與葉面積指數(shù)存在密切相關(guān)，對3種處理桑樹樹冠內(nèi)透光率（LTR）及其相應(yīng)LAI測量結(jié)果的回歸分析表明[12，13]：兩者呈極顯著指數(shù)相關(guān)關(guān)系，LTR隨LAI的增加而呈遞減的趨勢，其擬合系數(shù)分析通過了顯著水平。其中M1中LTR與LAI擬合系數(shù)方程為y=4.33 e-5.45 x，R2=0.97;M2中LTR與LAI擬合系數(shù)方程為y=4.17 e-5.94 x，R2 =0.95; M3中LTR與LAI擬合系數(shù)方程為y=4.44 e-6.09 x，R2=0.96（圖4）。

對不同處理桑樹葉片的LTR、LAI和消光系數(shù)（K）、消光度（R）變化均值（表3）進行差異顯著性分析得知，3種處理桑樹樹冠LTR、R差異不顯著，M2中桑樹LAI顯著小于M1和M3（P<0.05），M2中桑樹K顯著大于于M1和M3（P<0.05）。

2.5 ?不同田間配置對桑葉和馬鈴薯產(chǎn)量的影響

由表4可知，經(jīng)濟投入、經(jīng)濟產(chǎn)量、套作物凈產(chǎn)值和土地生產(chǎn)率方面均為M2>M3>M1，且M2、M3處理的經(jīng)濟效益均顯著大于M1（P<0.05），M2的經(jīng)濟投入、經(jīng)濟產(chǎn)量和土地生產(chǎn)率顯著大于M3（P<0.05），但套作物凈產(chǎn)值方面，M2和M3差異不顯著。成本收益率和資金產(chǎn)投比均為M3>M2>M1，且M3顯著大于M2和M1（P<0.05）。桑葉產(chǎn)量為M1>M3>M2，M2顯著小于M1和M3（P<0.05）;千克葉片數(shù)為M2>M3>M1，M2顯著大于M1和M3（P<0.05）。

3 ?小結(jié)與討論

3.1 ?桑園套作馬鈴薯不同田間配置對桑園環(huán)境因子中的Ca和T有顯著影響

試驗結(jié)果表明，M2模式可顯著提高桑園環(huán)境Ca濃度，桑園環(huán)境T方面，M1模式顯著大于M2和M3模式（P<0.05）。3種處理桑樹葉片的Pn日變化均呈雙峰曲線，有明顯的“午休”現(xiàn)象，但不同處理桑樹葉片Pn最大值有差異，其中M1和M3顯著大于M2（P<0.05），表明桑樹/馬鈴薯套作群體存在種間競爭，但不同田間配置對桑樹光合特性影響各異[14，15]。

M1模式中桑樹葉片Pn的日期變化均值顯著大于M2和M3（P<0.05），3種處理桑樹葉片LUE日期變化均值為M1>M3>M2，WUE日期變化均值為M3>M1>M2，CUE日期變化均值為M1>M3>M2。表明3種處理M2模式對其群體中桑樹的光能利用效率、瞬時水分利用效率和CO2利用效率影響最大。生產(chǎn)中應(yīng)依據(jù)當?shù)亓⒌貤l件盡可能采取M1或M2模式，以減小對桑樹生長發(fā)育的影響[16-17]。

3.2 ?植物光合面積與光合產(chǎn)量密切相關(guān)

光合面積通常以葉面積指數(shù)來表示[16，17]。試驗中桑樹樹冠光能分布與葉面積指數(shù)（LAI）存在密切相關(guān)，通過對3種模式處理桑樹樹冠內(nèi)透光率（LTR）及其相應(yīng)LAI測量結(jié)果的回歸分析表明：兩者呈極顯著指數(shù)相關(guān)關(guān)系，LTR隨LAI的增加而呈遞減的趨勢，其擬合系數(shù)分析通過了顯著水平，3種處理M2中桑樹LAI顯著小于M1和M3（P<0.05），M1和M3模式中桑樹樹冠對光照度的吸收效果優(yōu)于M2模式處理。表明M2模式影響到了桑樹的光合面積，并可能會對桑樹生長發(fā)育和產(chǎn)量形成有進一步影響[18]。

3.3 ?套種農(nóng)作物對桑樹生長發(fā)育有影響

3種處理中，M3模式馬鈴薯的成本收益率和資金產(chǎn)投比最優(yōu)，M1模式的土地生產(chǎn)率最低，但M1模式中桑樹產(chǎn)量指標單株產(chǎn)葉量和千克葉片數(shù)最優(yōu)，M3模式次之，M2模式最低。表明桑園套種農(nóng)作物對桑樹生長發(fā)育有一定影響，但農(nóng)作物不同田間配置處理對桑樹光合特性影響各異[19，20]。

3.4 ?桑園套種農(nóng)作物配比應(yīng)適當

綜合分析各處理群體中桑樹的Pn、LUE、WUE、CUE、LAI、R和桑葉產(chǎn)量及模式經(jīng)濟效益發(fā)現(xiàn)[7]，套種馬鈴薯密度高，桑樹Pn和LAI低，對桑樹光能利用影響較大，桑葉產(chǎn)量下降;套種馬鈴薯密度低，雖然對桑樹生長發(fā)育影響最小，但經(jīng)濟效益也低，起不到提高桑園產(chǎn)出，為蠶農(nóng)增收的目的。因此，在符合桑樹和馬鈴薯生長發(fā)育的立地條件及選擇優(yōu)良品種的前提下，桑樹密度為1 000株/667 m2（株行距170 cm×40 cm）的桑園套種馬鈴薯的最佳田間配置為兩行桑樹間種植2行馬鈴薯（株行距30 cm×50 cm）與兩行桑樹間種植1行馬鈴薯（株距30 cm）隔行種植模式。

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