扁桃||冬小麥間作模式下樹冠結(jié)構(gòu)對(duì)間作區(qū)域光環(huán)境的影響*

張 雯謝 輝張 平鐘海霞張付春莊紅梅楊 磊徐葉挺龔 鵬盧春生

（1. 新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝作物研究所 烏魯木齊 830091； 2. 新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工所 烏魯木齊 830091）

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扁桃||冬小麥間作模式下樹冠結(jié)構(gòu)對(duì)間作區(qū)域光環(huán)境的影響*

張 雯1謝 輝1張 平2鐘海霞1張付春1莊紅梅1楊 磊1徐葉挺1龔 鵬1盧春生1

（1. 新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝作物研究所 烏魯木齊 830091； 2. 新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工所 烏魯木齊 830091）

摘 要本文研究了作物、果樹間作模式下果樹樹冠結(jié)構(gòu)對(duì)間作作物區(qū)域光環(huán)境的影響， 為果糧間作模式下適宜果樹高光效樹形結(jié)構(gòu)的確定提供理論依據(jù)。以南疆地區(qū)扁桃（10 a）||冬小麥間作種植模式為研究對(duì)象， 扁桃樹形分為疏散分層形、開(kāi)心形、高干形、小冠半圓形4個(gè)樹形處理， 以非間作的冬小麥大田為對(duì)照， 于冬小麥灌漿期對(duì)間作區(qū)域不同波段輻射強(qiáng)度、光譜組成和光合有效輻射（PAR）日變化規(guī)律進(jìn)行分區(qū)測(cè)定。結(jié)果表明：1）各樹形對(duì)應(yīng)間作區(qū)域光環(huán)境優(yōu)劣程度從高至低依次為小冠半圓形、高干形、開(kāi)心形、疏散分層形， 幾個(gè)樹形處理間作區(qū)域總輻射強(qiáng)度平均值分別為對(duì)照的55.63%、46.54%、37.87%和28.76%， 光合有效輻射強(qiáng)度依次為自然光對(duì)照的55.84%、44.57%、35.52%和26.40%； 2）與自然光對(duì)照相比， 間作區(qū)域各波段光照輻射強(qiáng)度均有不同程度降低， 其中PAR、藍(lán)紫光、黃綠光和紅橙光區(qū)域消減幅度高于總輻射平均值， 紫外、近紅外和遠(yuǎn)紅外區(qū)域消減幅度低于總輻射平均值。以疏散分層形西側(cè)冠下區(qū)為例， 該區(qū)域總輻射消減為自然光的11.37%，藍(lán)紫光、黃綠光、紅橙光和光合有效輻射分別消減至對(duì)照的7.98%、8.42%、8.62%和8.30%； 紫外光、近紅外和遠(yuǎn)紅外分別消減至對(duì)照的12.30%、15.94%和23.00%； 3）光質(zhì)參數(shù)中“紅橙光/遠(yuǎn)紅外”比值對(duì)樹冠結(jié)構(gòu)特征變化敏感度高， 變異系數(shù)為23.34%， 可作為對(duì)間作區(qū)域光環(huán)境評(píng)價(jià)的主要指標(biāo)； 4）冠幅、干高、樹高、有無(wú)主干等樹冠結(jié)構(gòu)指標(biāo)對(duì)間作區(qū)域特別是東側(cè)區(qū)域的PAR日變化趨勢(shì)影響大。綜合以上結(jié)果， 南疆扁桃||冬小麥間作模式下， 控冠、提干、落頭等整形修剪措施能夠改善間作區(qū)域的光照條件， 以采用小冠半圓形樹形間作區(qū)域光環(huán)境最優(yōu)。

關(guān)鍵詞扁桃||小麥間作 樹冠結(jié)構(gòu) 光譜 光合有效輻射 扁桃樹 冬小麥

南疆地區(qū)光照充足， 晝夜溫差大， 具有發(fā)展特色林果業(yè)得天獨(dú)厚的地域和環(huán)境優(yōu)勢(shì)［1］， 截至2013年南疆5地州（喀什、和田、克州、阿克蘇、巴州）林果樹栽培面積達(dá)到100.2萬(wàn)hm2（新疆維吾爾自治區(qū)林果辦統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)）。果糧間作復(fù)合種植模式是南疆地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要栽植模式之一。2013年南疆小麥（Triticum aestivum）、棉花（Gossypium hirsutum）栽培面積122.2萬(wàn)hm2， 其中約85萬(wàn)hm2與果樹間作種植［2］。隨著樹齡和樹冠體積的不斷增大， 樹冠遮蔭造成的弱光脅迫成為造成間作小麥大幅減產(chǎn)的關(guān)鍵因素［3-5］， 尤其是小麥灌漿期的弱光脅迫不利于光合產(chǎn)物的合成和分配， 對(duì)產(chǎn)量和品質(zhì)造成較大影響［6］。如何通過(guò)高光效樹形的選擇與構(gòu)建， 在保證果樹優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn)的基礎(chǔ)上， 減輕對(duì)間作作物的遮光脅迫， 保證果糧間作模式持續(xù)健康發(fā)展， 是目前南疆地區(qū)生產(chǎn)上急需解決的問(wèn)題。郭佳歡等［7］、王清濤等［8］采用間作巷道PAR飽和時(shí)空窗的研究方法分別對(duì)新疆南疆地區(qū)棗樹（Zizyphus jujuba）、杏樹（Armeniaca sp.）||冬小麥間作種植模式進(jìn)行了研究， 研究結(jié)果表明與果樹間作導(dǎo)致冬小麥PAR飽和時(shí)空窗損失嚴(yán)重， 使小麥光能利用能力不能最終發(fā)揮， 并最終導(dǎo)致小麥減產(chǎn)， 其中6 a生棗樹3 m×4 m株行距條件下， 揚(yáng)花期最小僅為3.6 h； 7 a生杏樹6 m×7 m株行距條件下，冬小麥灌漿期PAR飽和時(shí)空窗最小。田陽(yáng)等［9］通過(guò)晉西黃土地區(qū)4種典型的果農(nóng)間作模式光競(jìng)爭(zhēng)情況研究結(jié)果表明， 間作作物相同的情況下蘋果（Malus pumila）競(jìng)爭(zhēng)強(qiáng)度大于核桃（Juglans regia）； 關(guān)于葉幕層影響透射光質(zhì)的研究表明， 不同波長(zhǎng)的輻射透過(guò)葉幕時(shí)消減速率不同， 植物葉片對(duì)紫外輻射與光合有效輻射的吸收率為0.8～0.9， 而對(duì)近紅外輻射的吸收率只有0.1左右［10］。自然光經(jīng)過(guò)葉片的選擇性吸收后R/FR值發(fā)生顯著變化［11-12］。綜上所述， 果糧間作系統(tǒng)內(nèi)， 間作區(qū)域光環(huán)境與上層樹冠結(jié)構(gòu)截光密切相關(guān)， 然而研究主要集中于樹種、行距等因素對(duì)總輻射及PAR的影響方面， 關(guān)于不同樹形結(jié)構(gòu)對(duì)間作區(qū)域光環(huán)境特別是光質(zhì)組成影響的研究報(bào)道較少，因此本研究以南疆扁桃（Amygdalus communis）||冬小麥間作種植模式為試材， 研究樹形結(jié)構(gòu)對(duì)不同間作區(qū)域光質(zhì)組成改變、光合有效輻射強(qiáng)度的影響， 以期為南疆地區(qū)扁桃||冬小麥間作模式下適宜果樹樹形的選擇提供參考。

1　材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2014—2015年在新疆喀什地區(qū)莎車縣托吾木斯溏鄉(xiāng)扁桃豐產(chǎn)示范園內(nèi)進(jìn)行， 供試果樹2005年定植， 株行距6 m×7 m， 南北行向。種植模式為扁桃||冬小麥間作種植， 無(wú)復(fù)播作物， 小麥沿樹行種植， 間作小麥種植行寬度6 m。扁桃設(shè)置疏散分層形、小冠形、高干形、開(kāi)心形4個(gè)樹形處理（具體樹形結(jié)構(gòu)指標(biāo)見(jiàn)表1）， 每小區(qū)5株， 依行向連續(xù)種植（及其對(duì)應(yīng)樹行東西兩側(cè)0.5～3.5 m范圍內(nèi)小麥間作區(qū)域）， 3次重復(fù)， 4個(gè)處理共設(shè)12個(gè)小區(qū)， 單個(gè)小區(qū)面積168 m2， 其中， 間作小麥面積144 m2， 具體分布如圖1所示。以鄰近區(qū)域大田種植為對(duì)照。其中疏散分層形和小冠形樹形結(jié)構(gòu)處理是通過(guò)多年培養(yǎng)獲得， 高干形和開(kāi)心形均是通過(guò)對(duì)疏散分層形的改造獲得， 其中對(duì)疏散分層形進(jìn)行提干改造， 逐步將下部主枝鋸除， 通過(guò)2～3年改造建成高干形； 對(duì)疏散分層形進(jìn)行落頭改造， 逐步降低主干高度， 形成無(wú)主干形， 通過(guò)2年改造建成開(kāi)心形。其他生產(chǎn)管理措施保持一致。

表1　扁桃||小麥間作系統(tǒng)中4種扁桃樹形處理的樹體結(jié)構(gòu)Table 1　Crown structures of 4 treatments of almond tree forms in almond||wheat intercropping system

圖1　扁桃||小麥間作系統(tǒng)和小麥區(qū)域測(cè)點(diǎn)布置示意圖Fig. 1　Sketch map of almond-wheat intercropping and measuring points in wheat area

1.2 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.2.1 間作區(qū)域光譜指標(biāo)測(cè)定

使用UniSpec-SC單通道便攜式光譜測(cè)定儀（最佳感應(yīng)范圍： 300～1 100 nm； 分辨率： ＜10 nm； 精確度： ＜0.3 nm）對(duì)各小區(qū)間作區(qū)域光譜組成進(jìn)行測(cè)定，每個(gè)處理共設(shè)置54個(gè)測(cè)點(diǎn)， 具體測(cè)點(diǎn)位置的設(shè)置與分布見(jiàn)圖1。小麥灌漿期選擇晴朗的天氣， 于當(dāng)?shù)貢r(shí)間（東6區(qū)）9：00—10：00（清晨）、12：00—13：00（正午）和15：00—16：00（下午）3個(gè)時(shí)間段對(duì)進(jìn)行測(cè)定， 以相同時(shí)段， 鄰近區(qū)域大田種植測(cè)定值為對(duì)照（探頭高度與其他測(cè)點(diǎn)保持一致）， 探頭高度與間作小麥植株高度保持一致， 連續(xù)測(cè)定3 d。

1.2.2 間作區(qū)域光合有效輻射(PAR)日變化規(guī)律測(cè)定

小麥灌漿期， 使用美國(guó)ONESET HOBO公司生產(chǎn)的U30-NRC小型氣象站中的光合有效輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（測(cè)量范圍： 0～2 500 μmol·m-2·s-1； 光譜范圍：400～700 nm； 精度： ±5%； 分辨率： 2.5 μmol·m-2·s-1）對(duì)間作區(qū)域PAR變化進(jìn)行測(cè)定， 選擇晴朗的天氣，自11：00—19：00對(duì)PAR的日變化情況進(jìn)行連續(xù)測(cè)定，每10 min記錄一次。每個(gè)處理設(shè)18個(gè)測(cè)點(diǎn)， 具體探頭位置的設(shè)置與分布見(jiàn)圖1， 探頭高度與小麥高度保持一致， 連續(xù)測(cè)定3 d。

1.3 數(shù)據(jù)處理

對(duì)測(cè)定數(shù)據(jù)按區(qū)域進(jìn)行合并統(tǒng)計(jì)， 使用Microsoft Excel 2010和SAS數(shù)理統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

2　結(jié)果與分析

2.1 果樹樹形處理對(duì)作物間作區(qū)域光質(zhì)分布的影響

由圖2和表2可知， 扁桃||冬小麥間作模式下， 不同扁桃樹形對(duì)小麥間作區(qū)域光強(qiáng)和光質(zhì)分布存在明顯影響。從不同間作區(qū)域光譜分布圖可以看出， 與遠(yuǎn)冠區(qū)相比近冠區(qū)和冠下區(qū)310～1 130 nm波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度均有不同程度的降低， 其中疏散分層形處理降低幅度最大， 小冠半圓形降低幅度最小， 其他兩個(gè)樹形居中。疏散分層形樹冠兩側(cè)冠下區(qū)和近冠區(qū)均較低；高干形近冠區(qū)優(yōu)于東側(cè)、西側(cè)兩個(gè)冠下區(qū)； 開(kāi)心形兩側(cè)冠下區(qū)間無(wú)較大差異， 而近冠區(qū)較低； 小冠半圓形東側(cè)冠下區(qū)與遠(yuǎn)冠區(qū)差異較小， 其他兩個(gè)區(qū)域略低。

圖2　不同扁桃樹形處理下扁桃||小麥間作系統(tǒng)中灌漿期小麥區(qū)域的光譜分布特征Fig. 2　Spectrum distribution characteristics in wheat area at filling stage of wheat in almond-wheat intercropping system with different almond tree forms treatments

表2　不同扁桃樹形處理下扁桃||小麥間作系統(tǒng)中小麥灌漿期小麥區(qū)域的光質(zhì)分布特征Table 2　Spectrogram distribution characteristics in wheat areas at wheat filling stage in almond-wheat intercropping system with different almond tree forms treatments　　　　　　　　　　　　10 000 Bit

由表2可以看出， 4個(gè)樹形處理間作區(qū)域光照條件存在顯著差異。疏散分層形處理各波段平均輻射強(qiáng)度均極顯著低于小冠半圓形處理； 開(kāi)心形處理除總輻射外， 各波段平均輻射強(qiáng)度均顯著低于小冠半圓形。除小冠半圓形外， 其他3個(gè)處理東西兩側(cè)冠下區(qū)和近冠區(qū)各波段輻射強(qiáng)度均極顯著低于遠(yuǎn)冠區(qū)，小冠形處理除總輻射外， 其他各波段西側(cè)冠下區(qū)和近冠區(qū)均顯著低于遠(yuǎn)冠區(qū)區(qū)域（部分?jǐn)?shù)據(jù)未列出）。不同間作區(qū)域各波段光照降低幅度不同， 因此不同波段光照強(qiáng)度占總輻射的比例變化較為復(fù)雜， 4個(gè)樹形處理冠下區(qū)和近冠域310～400 nm（紫外）、710～760 nm（近紅外）和760～1 130 nm（遠(yuǎn)紅外）3個(gè)波段光照與遠(yuǎn)冠區(qū)相比占總輻射比例提高， 其中遠(yuǎn)紅光波段比例變化幅度大， 400～510 nm（藍(lán)紫光）、510～610 nm（黃綠光）和610～710nm（紅橙光）3個(gè)波段占總輻射比例降低。

2.2 果樹樹形處理對(duì)間作區(qū)域310～1 130 nm光質(zhì)消減程度的影響

由表3中可以看出， 與自然光對(duì)照相比4個(gè)樹形處理間作作物區(qū)域光照強(qiáng)度均發(fā)生不同程度的消減。通過(guò)對(duì)同一處理相同區(qū)域不同波段光質(zhì)間的比較可以看出， 藍(lán)紫光、黃綠光、紅橙光即光合有效輻射降低幅度較總輻射平均值高， 形成輻射快速消減區(qū)域； 紫外光、近紅外和遠(yuǎn)紅外等波段光照降低幅度較總輻射平均值低， 形成輻射的惰性消減區(qū)。同一波段光照不同處理的方差分析結(jié)果表明， 疏散分層形各波段光質(zhì)占自然光對(duì)照比例均極顯著低于小冠半圓形； 開(kāi)心形顯著低于小冠半圓形。

2.3 果樹樹形處理對(duì)間作區(qū)域光質(zhì)參數(shù)的影響

由表4可以看出， 4個(gè)樹形處理不同間作作物區(qū)域光質(zhì)參數(shù)間存在一定差異， 部分差異達(dá)極顯著水平。 其中紫外/藍(lán)紫比值在0.175～0.250的范圍之內(nèi)變動(dòng)， 變異系數(shù)為17.39%， 且疏散分層形處理與其他3個(gè)處理間存在極顯著差異。紅橙/藍(lán)紫比值在0.834～0.863的范圍之內(nèi)變動(dòng)， 變異系數(shù)為2.13%， 疏散分層形處理與其他3個(gè)處理間存在極顯著差異。紅橙/遠(yuǎn)紅外比值在0.651～1.018的范圍之內(nèi)變動(dòng)， 浮動(dòng)范圍較大， 變異系數(shù)為23.34%， 疏散分層形處理與其他3個(gè)處理間存在極顯著差異。近紅光/遠(yuǎn)紅光比值在1.275～1.683的范圍之內(nèi)變動(dòng)， 變異系數(shù)為13.70%，方差分析結(jié)果與紅橙/遠(yuǎn)紅外比值一致。光合有效輻射/總輻射比值在0.574～0.691的范圍之內(nèi)變動(dòng)， 變異系數(shù)為9.06%。各光質(zhì)參數(shù)中紅橙/遠(yuǎn)紅外比值變異系數(shù)最大， 對(duì)樹冠冠層特征的反應(yīng)最敏感。

表3　不同扁桃樹形處理下扁桃||小麥間作系統(tǒng)中小麥區(qū)域灌漿期各波段光質(zhì)占無(wú)遮蔽自然光的百分率Table 3　Percentages of various bands spectrum to the natural radiation at wheat filling stage of wheat areas in almond-wheat intercropping system with different almond tree forms treatments　　　　　　　　　　%

表4　不同扁桃樹形處理下扁桃||小麥間作系統(tǒng)中小麥區(qū)域灌漿期光質(zhì)參數(shù)的差異Table 4　Ratio between different bands spectrum of wheat areas at wheat filling stage in almond-wheat intercropping system with different almond tree forms treatments

2.4 果樹樹形處理對(duì)間作區(qū)域光合有效輻射(PAR)日變化規(guī)律的影響

受太陽(yáng)照射角度與樹冠透光程度的影響， 不同樹形處理的間作作物區(qū)域PAR輻射日變化趨勢(shì)存在較大差異（圖3）。其中疏散分層形處理小麥區(qū)域除遠(yuǎn)冠區(qū)表現(xiàn)為明顯的單峰曲線外， 其他兩個(gè)近冠區(qū)和冠下區(qū)均無(wú)明顯峰值， 全日10：00—19：00范圍內(nèi)均處于較低水平（PAR強(qiáng)度＜500 μmol·m-2·s-1）； 高干形處理東側(cè)冠下區(qū)和遠(yuǎn)冠區(qū)PAR日變化呈雙峰曲線峰值分別出現(xiàn)在10：00和13：00， 西側(cè)和東側(cè)兩個(gè)近冠區(qū)域表現(xiàn)為單峰曲線其中西側(cè)峰值出現(xiàn)在10：00， 東側(cè)峰值出現(xiàn)在13：00， 西側(cè)冠下區(qū)全日均處于較低水平（PAR強(qiáng)度＜400 μmol·m-2·s-1）， 與疏散分層形相比東側(cè)冠下和近冠區(qū)域15：00前光照條件得到改善；開(kāi)心形處理2個(gè)近冠區(qū)域PAR日變化趨勢(shì)呈單峰曲線， 其他3個(gè)區(qū)域呈雙峰曲線變化趨勢(shì)， 但除遠(yuǎn)冠區(qū)（峰值出現(xiàn)在16：00）和東側(cè)近冠區(qū)（峰值出現(xiàn)在11：00）峰值較為顯著外， 其他3個(gè)區(qū)域峰值較低， 與疏散分層形相比東側(cè)近冠區(qū)域16：00之前光照條件得到改善； 小冠半圓形處理兩個(gè)近冠區(qū)為單峰變化趨勢(shì)， 其他3個(gè)區(qū)域呈雙峰變化趨勢(shì)， 與其他3個(gè)處理相比峰值較高， 持續(xù)時(shí)間也較長(zhǎng)， 與疏散分層形相比東側(cè)冠下15：00之前， 東側(cè)近冠17：00之前， 西側(cè)近冠15：00—19：00光照條件得到明顯改善。

圖3　不同扁桃樹形處理下扁桃小麥間作系統(tǒng)中4個(gè)扁桃樹形下小麥區(qū)域小麥灌漿期光合有效輻射日變化趨勢(shì)Fig. 3　PAR daily variation trend at wheat milk filling stage of intercropping areas under 4 almond tree from treatments in almond/wheat intercropping system variation trend in different intercropping areas

3　討論

3.1 果樹樹冠對(duì)間作作物區(qū)域光照輻射強(qiáng)度的影響

光對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量形成至關(guān)重要， 它除了作為一種能量物質(zhì)參與光合作用外， 還以觸發(fā)信號(hào)的形式影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育［6］。光線經(jīng)過(guò)透射、吸收、反射通過(guò)葉幕層， 到達(dá)冠層底部后輻射強(qiáng)度發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的降低［11，13-15］。本文研究結(jié)果與前人研究相符， 自然光經(jīng)過(guò)果樹冠層到達(dá)間作物冠層，不同間作作物區(qū)域均發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的消減， 受不同樹形樹冠結(jié)構(gòu)的影響， 間作區(qū)域消減程度存在較大差異， 遠(yuǎn)冠區(qū)光照強(qiáng)度高于冠下區(qū)和近冠區(qū)， 在行向、株行距相同的情況下， 小冠形處理間作區(qū)域光照強(qiáng)度高于其他3個(gè)樹形， 高干形和開(kāi)心形次之，疏散分層形最低。各間作區(qū)域總輻射強(qiáng)度為自然光的11.37%～79.97%。

樹冠攔截吸收不僅對(duì)光照強(qiáng)度及分布產(chǎn)生影響，同時(shí)受葉綠素選擇吸收的影響， 進(jìn)一步改變了透射光的光質(zhì)組成。姜仲書等［10］對(duì)蘋果冠層截光特性的研究發(fā)現(xiàn)， 自然光經(jīng)過(guò)果樹葉片的吸收反射到樹冠下層后， 總輻射和各波段的絕對(duì)輻射量急劇降低，但各波段下降幅度不同， 其中UV-A、UV-B、可見(jiàn)光、紅外線分別下降48.16%、62.95%、65.06%和14.74%。牛自勉等［16］發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)輻射透過(guò)蘋果葉幕在530～560 nm和672～703 nm波長(zhǎng)內(nèi)， 形成了輻射快速消減區(qū)， 而在738～746 nm波長(zhǎng)之間， 形成了輻射消減的惰性區(qū)。李芳東等［17］發(fā)現(xiàn)， 泡桐（Paulownia sp.）||小麥間作系統(tǒng)中， 受樹冠葉幕形成影響， 間作區(qū)域光譜組成不斷變化， 灌漿期至成熟期光譜組成差異最為顯著。本文研究結(jié)果與前人研究相符， 入射光到達(dá)間作物冠層后， 400～510 nm（藍(lán)紫光）、510～610 nm（黃綠光）和610～710 nm（紅橙光）區(qū)域下降幅度高于相同區(qū)域總輻射平均值， 310～400 nm（紫外）、710～760 nm（近紅外）和760～1 130 nm（遠(yuǎn)紅外）波段下降幅度低于總輻射平均值。

大量研究結(jié)果表明果糧間作系統(tǒng)中， 間作作物區(qū)域光照的分布受樹種、行向、株行距、樹形結(jié)構(gòu)特征等因素的共同影響。丁松爽等［18］人認(rèn)為棗樹年生長(zhǎng)期與間作作物生育期重疊時(shí)間短， 且棗樹枝條稀疏， 透光率較大， 適宜應(yīng)用于果農(nóng)間作。郭佳歡等［7］、王清濤等［8］、李星等［19］運(yùn)用間作巷道“飽和時(shí)空窗”度量的方法研究間作系統(tǒng)光分布的結(jié)果表明，間作作物飽和時(shí)空窗的持續(xù)時(shí)間受間作樹種和行間距影響， 且作物不同生育期飽和光合有效輻射強(qiáng)度不同， 進(jìn)一步影響間作巷道飽和時(shí)空窗的持續(xù)時(shí)間。季永華等［4］通過(guò)理論計(jì)算對(duì)蘇北沿海地區(qū)林網(wǎng)內(nèi)各遮陰帶的日變化和林蔭透光率進(jìn)行分析， 結(jié)果表明北林帶脅地范圍不明顯， 東西林帶居中， 南林帶最嚴(yán)重， 南北行向優(yōu)于東西行向。李連國(guó)等［20］認(rèn)為， 間作系統(tǒng)中為避免交互遮陰株距不宜小于1/2株高。張?chǎng)┑龋?1］研究認(rèn)為在樹種、行向等影響因素均已確定的情況下， 對(duì)株距和行距進(jìn)行調(diào)整， 使其達(dá)到最佳配置模式， 才能保證間作系統(tǒng)光照的合理分布， 實(shí)現(xiàn)較高的經(jīng)濟(jì)效益。本文研究結(jié)果表明， 在疏散分層形基礎(chǔ)上通過(guò)落頭的改形措施構(gòu)建開(kāi)心形樹形結(jié)構(gòu)， 改形后樹高、干高、冠幅無(wú)較大改變， 但去除主干后枝量下降60.28%， 無(wú)效結(jié)果區(qū)域由14%變?yōu)?， 間作作物區(qū)域平均總輻射強(qiáng)度可提高32.68%； 疏散分層形經(jīng)過(guò)逐步提干改造后， 將干高由0.6 m提高至1.9 m， 枝量降低32.22%、樹冠體積降低26.25%， 間作區(qū)域總輻射強(qiáng)度可提高61.82%；小冠形處理與疏散分層形、開(kāi)心形和高干形相比樹冠體積則可降低59.40%、66.86%和44.95%， 間作區(qū)域總光合有效輻射分別提高99.30%、50.20%和21.73%。

3.2 果樹樹冠對(duì)間作區(qū)域光質(zhì)參數(shù)的影響

光強(qiáng)及光質(zhì)組成作為信號(hào)物質(zhì)， 對(duì)植物的形態(tài)建成和器官發(fā)育進(jìn)行調(diào)節(jié)［22-23］， 植物的光形態(tài)建成基本上由吸收R/FR的光敏素［12］和吸收藍(lán)光/UV-A的隱花素控制， 因此不同波段光照的組成比例對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育具有重要的意義。姜仲書等［10］發(fā)現(xiàn)， 自然光經(jīng)過(guò)蘋果葉片的吸收反射到達(dá)樹冠下層后， 光譜組成發(fā)生變化， 紅光/遠(yuǎn)紅光（R/FR）值顯著降低。有關(guān)玉米-大豆套作的研究表明， 與凈作大豆冠層光環(huán)境相比， 低層大豆冠層紅光、藍(lán)光、遠(yuǎn)紅光及其比例關(guān)系改變［13］。本文研究結(jié)果表明， 自然光透過(guò)上層果樹冠層到達(dá)下層間作物冠層后， 不同處理不同間作區(qū)域的光質(zhì)參數(shù)均發(fā)生變化， 部分區(qū)域差異達(dá)到極顯著水平， 其中R/FR值相關(guān)紅橙/遠(yuǎn)紅外、近紅光/遠(yuǎn)紅光兩組比值變化幅度較大， 紅橙/遠(yuǎn)紅外比值變化范圍最廣， 對(duì)果樹冠層結(jié)構(gòu)特征的反應(yīng)也最敏感， 能夠有效地反映出樹冠遮擋對(duì)間作區(qū)域光質(zhì)組成的影響。

3.3 樹冠結(jié)構(gòu)對(duì)間作區(qū)域光合有效輻射日變化動(dòng)態(tài)的影響

光合有效輻射（PAR）是太陽(yáng)輻射中波長(zhǎng)在400～700 nm之間可被植物直接用于光合作用的輻射能量，與作物的生產(chǎn)能力密切相關(guān)。果糧間作模式下， 間作區(qū)域PAR日變化動(dòng)態(tài)受太陽(yáng)運(yùn)行軌跡［24］和樹冠遮陰動(dòng)態(tài)［25］的共同影響。在行間距固定的情況下， 樹冠結(jié)構(gòu)（樹高、冠幅、干高、有無(wú)主干、枝葉密度、枝葉分布）進(jìn)一步影響間作區(qū)域PAR日變化趨勢(shì)。本文研究結(jié)果表明， 在行距7 m的栽植模式中， 平均冠幅5 m、樹高4.5 m的情況下（小冠半圓形）除西側(cè)冠下區(qū)外其他4個(gè)區(qū)域均能保證一定時(shí)長(zhǎng)的較高的PAR強(qiáng)度； 當(dāng)冠幅大于7 m、樹高大于6 m的情況下（疏散分層形）兩側(cè)近冠區(qū)和冠下區(qū)PAR強(qiáng)度整日均處于較低水平； 樹高、冠幅不變的情況下， 將干高提高至1.9 m后（高干形）東側(cè)冠下和近冠區(qū)15：00之前PAR強(qiáng)度提高； 進(jìn)行落頭開(kāi)心處理后（開(kāi)心形）東側(cè)近冠區(qū)16：00之前PAR強(qiáng)度提高。

4　結(jié)論

果糧間作模式在栽植行向、株行距等因素都已確定的情況下， 果樹樹形對(duì)作物間作區(qū)域光照強(qiáng)度、光照持續(xù)時(shí)間及光譜組成均有顯著影響。本研究中， 扁桃各樹形處理的西側(cè)冠下區(qū)光照條件最差、遠(yuǎn)冠區(qū)光照條件最優(yōu)； 控冠、提干、落頭等整形修剪措施能夠改善作物間作區(qū)域的光照條件， 但措施影響程度和主要作用區(qū)域不同； 各樹形間作區(qū)域小麥灌漿期光照條件由高至低依次為小冠半圓形、高干形、開(kāi)心形和疏散分層形； 光受上層樹冠攔截吸收到達(dá)作物冠層后， 不同波段降低幅度不同，并最終導(dǎo)致光質(zhì)組成比例的變化， 其中紅橙（610～710 nm）/遠(yuǎn)紅外（760～1 130 nm）的比值對(duì)果樹冠層結(jié)構(gòu)特征的反應(yīng)最敏感， 可作為評(píng)判間作區(qū)域光質(zhì)環(huán)境的指標(biāo)。

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* 國(guó)家自然科學(xué)基金地區(qū)基金項(xiàng)目（31560138）、新疆維吾爾自治區(qū)自然科學(xué)基金項(xiàng)目（2014211A040）和農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目（201003043）資助

* Funded by the National Natural Science Foundation of China （No. 31560138）， Xinjiang Uygur Autonomous Region Natural Science Funds （No. 2014211A040） and the Special Fund for Agro-scientific Research in the Public Interest of China （No. 201003043）

Received Oct. 27， 2015； accepted Jan. 26， 2016

中圖分類號(hào):S662.9； S512.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1671-3990（2016）06-0753-09

DOI:10.13930/j.cnki.cjea.151160

收稿日期：張?chǎng)?研究方向?yàn)檗r(nóng)林復(fù)合種植和果園生態(tài)。E-mail： zwxilin@126.com 2015-10-27 接受日期： 2016-01-26

Corresponding author， ZHANG Wen， E-mail： zwxilin@126.com

Effect of tree canopy structure on light condition in almond-winter wheat intercropping systems*

ZHANG Wen1， XIE Hui1， ZHANG Ping2， ZHONG Haixia1， ZHANG Fuchun1，ZHUANG Hongmei1， YANG Lei1， XU Yeting1， GONG Peng1， LU Chunsheng1
（1. Institute of Horticulture， Xinjiang Academy of Agricultural Sciences， Urumqi 830091， China； 2. Institute of Agricultural Products Storage and Processing， Xinjiang Academy of Agricultural Sciences， Urumqi 830091， China）

AbstractIntercropping of fruit trees and cereals is one of the major cropping patterns in South Xinjiang. As trees age and canopy volumes increase in intercropping systems， low-light stress due to tree canopy effect becomes the main drive behinddramatic reduction in yield. However， given the fragile ecological environment of South Xinjiang and food security， this system has continued for a long time now. In this study， the relationship between canopy structure and light condition in intercropping systems was determined in order to provide theoretical basis for choosing canopy structures suitable for optimal production. Almond tree （10 a） and winter wheat intercropping system was used to study the effects of 4 canopy structures （delayed open-central shape， open-center shape， high-stem shape and semicircle small-canopy shape） on radiation intensity of various wavebands， spectral composition and diurnal variations of photosynthetically active radiation （PAR） during wheat filling stage， with monoculture winter wheat as the control. The results showed that： 1） In terms of quality of light condition in intercropping systems， the order from high to low was semicircle small-canopy shape， high-stem shape， open-center shape and delayed open-central shape. The averages of radiation intensity under the 4 canopy shapes were respectively 55.63%， 46.54%，37.87% and 28.76% of the control. Correspondingly， PAR intensities were 55.84%， 44.57%， 35.52% and 26.40% of the control. 2） Compared with the control， radiation intensity of each waveband decreased at various degrees. Reductions in PAR，blue-violet， yellow-green and red-orange light radiations were larger than average reduction in total radiation. However， reductions in ultraviolet， near infrared and far infrared light radiation were smaller than average reduction in total radiation. For example， in the eastern region under delayed open-central shape canopy， total radiation decreased to 11.37% of the control. Then blue-violet light， yellow-green light， red-orange light and PAR decreased respectively to 7.98%， 8.42%， 8.62% and 8.30% while ultraviolet light， near infrared light， far infrared light decreased to 12.30%， 15.94% and 23.00% of the control. 3）For all the light quality parameters， the ratio of red-orange light to far infrared light was most sensitive to canopy structure （CV = 23.34%）. It can be used as a major indicator for light conditions in intercropping systems. 4） Canopy structure characteristics （e.g.， canopy width， stem height， tree height and whether center stem） existed or had little effect on diurnal variation in PAR in intercropping systems， especially for regions east of the tree. Based on the above analysis， light conditions in intercropping systems can be improved by tree pruning such as canopy limitation， trunk height increase and head cut. Among the four canopy structures， semicircle small-canopy shape produced the best light conditions.

KeywordsAlmond/winter wheat intercropping； Tree canopy structure； Spectrum； PAR； Almond tree； Winter wheat