棗棉間作系統(tǒng)棉花產(chǎn)量的形成與影響因素

段志平，劉天煜，張永強(qiáng)，焦 超，欒鵬飛，楊 濤，石巖松，田鈺泉，郝向東，李魯華，張 偉

(石河子大學(xué) 農(nóng)學(xué)院/新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)綠洲生態(tài)農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實驗室，新疆 石河子 832003)

果樹與糧棉間作可提高土地利用率，提高單位面積經(jīng)濟(jì)收入，同時在防風(fēng)固沙、調(diào)節(jié)氣候、改善生態(tài)環(huán)境等方面也有十分突出的作用[1-3]。在新疆地區(qū)果農(nóng)復(fù)合種植模式已發(fā)展為提高農(nóng)民經(jīng)濟(jì)收入的重要農(nóng)業(yè)經(jīng)營模式，如棗—糧、棗—棉、杏—棉、杏—糧等果農(nóng)復(fù)合種植系統(tǒng)[4]。棗棉間作是新疆地區(qū)比較常見的果農(nóng)復(fù)合種植系統(tǒng)之一，其本身是一個結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜、環(huán)境異質(zhì)性相對較高的系統(tǒng)。棗棉間作系統(tǒng)可實現(xiàn)棗樹與棉花的雙重收益，但棗樹會直接影響間作棉花冠層上方的光合分布，使得間作棉花的光合特性發(fā)生變化，而有效的光合作用是作物產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)[5-9]，因此研究棗樹和棉花之間如何最優(yōu)化光熱資源配置是提高棗棉間作系統(tǒng)產(chǎn)量的核心問題。有研究表明農(nóng)林間作系統(tǒng)中由于林木的遮蔭作用，引起農(nóng)作物接收光合有效輻射相對減弱，從而導(dǎo)致農(nóng)作物的產(chǎn)量降低[10-11]，也有研究表明棗棉間作系統(tǒng)中不同的棉花種植密度會影響棉花冠層結(jié)構(gòu)，從而影響棉花光合作用和產(chǎn)量[12]。

近年來，棗棉間作種植系統(tǒng)不僅在南疆地區(qū)得到大力發(fā)展，在北疆地區(qū)也得到逐步推廣，并逐步成為新疆綠洲生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分。然而，關(guān)于棉花的光合特性變化及肥、水等條件對棉花生長和產(chǎn)量構(gòu)成研究多集中于單作棉田，對棗棉間作系統(tǒng)中的棉花光合特性及農(nóng)藝性狀變化研究卻較少。因此，本研究擬通過不同的棉花間作種植模式來研究單作與間作、間作與間作中棉花的形態(tài)特征、光合特性、產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益的變化規(guī)律，探明棗棉間作系統(tǒng)中棗樹與棉花間的互作機(jī)理，為在北疆地區(qū)更好地推廣實行棗棉間作復(fù)合農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)提供理論指導(dǎo)。

1 材料和方法

1.1 試驗概況與設(shè)計

試驗于2016年在新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第八師一五○團(tuán)十五連(86°03′E，45°04′N)定位試驗田進(jìn)行，該地區(qū)干旱少雨、蒸發(fā)旺盛，晝夜溫差較大，風(fēng)沙天氣頻發(fā)，沙丘連綿起伏，是典型的沙漠干旱地區(qū)，無霜期約170d，土壤類型為沙壤土。該地種植紅棗46.67 hm2。棗樹于2009年栽植，每年3月中旬平茬(自地面10 cm以上部分全部修剪)。棗棉間作有兩種配置模式，分別為在兩行棗樹之間種植4行棉花(Int-4)和在兩行棗樹之間種植2行棉花(Int-2)，棉花單作為大田種植，作為對照。具體株行距配置如圖1。試驗采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，3次重復(fù)。

供試棉花品種為新陸早48，采用膜下滴灌，栽培管理與大田生產(chǎn)一致，播種期為2016年4月25日，打頂日期為7月20日左右，收獲日期為10月1日左右。棉花播前施入底肥，尿素260kg·hm-2，磷酸二銨130kg·hm-2。棉花整個生育期灌溉8次，每次灌水625m3·hm-2，全生育期灌水約為5000m3·hm-2，隨水滴肥，每次灌水時追施尿素26kg·hm-2，磷酸二銨13kg·hm-2。試驗區(qū)棗樹品種為冬棗“贊皇”，由于每年都要進(jìn)行平茬整枝，棗樹樹齡為一年，棗樹行距2.8m，株距1.4m。

圖1 棗棉間作與單作棉花株行距配置Fig.1 The planting space in sole cropping and jujube-cotton intercropping systems

1.2 測定項目及方法

1.2.1 單、間作棉花株高的測定 在棉花苗期、蕾期、花鈴期和吐絮期，每個處理分別選取具有代表性的10株棉花，測量其株高，計算平均值并記錄。

1.2.2 單、間作棉花葉面積和干物質(zhì)質(zhì)量測定 在棉花苗期、蕾期、花鈴期和吐絮期，分別在每個處理選取長勢良好的3株棉花，將其葉片、莖稈、棉鈴分離。首先利用葉面積儀(LI-3100c)測定棉花葉面積，利用公式計算葉面積指數(shù)[13]。然后將葉片、莖稈和棉鈴分別裝入牛皮紙袋，放入烘箱，在105℃下殺青30min，之后調(diào)至80℃烘干至恒重并稱量。

1.2.3 單、間作棉花葉綠素含量的測定 于棉花苗期、蕾期、花鈴期、葉絮期，分別在各處理中選取長勢良好的5株棉花，利用spad-502葉綠素儀測定棉花功能葉(倒四葉)的SPAD值，每張葉片測定3次取平均值。

1.2.4 單、間作棉花光合特性測定 于棉花苗期、蕾期、花鈴期、葉絮期，選定晴朗的天氣進(jìn)行測定。在每個處理中選取長勢良好的5株棉花，利用LI-6400光合儀，測定每株棉花功能葉(倒四葉)的光合參數(shù)，包括凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)和蒸騰速率(Tr)。測定一般在上午11點(diǎn)進(jìn)行，每張葉片測定三次取平均值。

1.2.5 單、間作棉花及棗樹的產(chǎn)量測定 在棉花吐絮期分別于每個處理測產(chǎn)小區(qū)調(diào)查收獲株數(shù)和單株結(jié)鈴數(shù)，然后選取具有代表性的棉株20株，測定鈴重和衣分，最后計算皮棉產(chǎn)量。同時在間作的兩種不同種植模式中采摘鮮棗稱重，計算鮮棗產(chǎn)量，并通過調(diào)查市場價格來評估經(jīng)濟(jì)收入。

1.2.6 數(shù)據(jù)分析 棉花葉面積指數(shù)、產(chǎn)量為包括棗樹在內(nèi)的占地面積的單位總面積的值，棗樹產(chǎn)量亦是包括棉花在內(nèi)的占地面積的單位總面積的值。采用MS Excel 2010 進(jìn)行數(shù)據(jù)整理分析，使用SPSS 22.0進(jìn)行方差分析，其中多重比較分析用LSD法，不同小寫字母表示差異達(dá)到5%的顯著水平，利用SigmaPlot 10.0作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 間作與單作棉花產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成分析

在棗棉間作系統(tǒng)中，棗樹的存在會影響棉花冠層結(jié)構(gòu)布局，引起光合特性的變化，進(jìn)而影響棉花的產(chǎn)量形成。由表1可知，間作與單作棉花的產(chǎn)量構(gòu)成因素收獲株數(shù)、成鈴數(shù)、單鈴重均呈顯著性差異，而單株結(jié)鈴數(shù)、衣分無顯著性差異。單作棉花的皮棉產(chǎn)量為2248.3 kg·hm-2，4行棗棉間作棉花的皮棉產(chǎn)量為1312.7 kg·hm-2，2行棗棉間作棉花的皮棉產(chǎn)量為1174.9 kg·hm-2，間作比單作分別降低41.61%和47.74%，4行棗棉間作比2行間作高11.73%，差異顯著。間作棉花的收獲株數(shù)比單作分別降低28.26%和49.41%，2行棗棉間作棉花的收獲株數(shù)比4行棗棉間作降低了29.48%。2行棗棉間作中棉花單鈴重最大，其次為單作和4行棗棉間作，可能是因為間作2行棉花密度較小，有利于發(fā)揮棉花個體優(yōu)勢，因此單鈴重較高，但由于無法發(fā)揮棉花群體優(yōu)勢、收獲株數(shù)較少，因而最終產(chǎn)量較低。試驗結(jié)果表明，棉花在產(chǎn)量形成過程中必須保持一定的收獲株數(shù)和較高的成鈴數(shù)、鈴重、衣分才能進(jìn)一步提高產(chǎn)量，同時表明在北疆地區(qū)實行適合的高密度間作栽培種植是極具發(fā)展?jié)摿Φ摹?/p>

2.2 間作與單作棉花影響產(chǎn)量形成因素分析

2.2.1 間作與單作棉花株高的動態(tài)變化 株高可間接地反映棉花的生長狀況。棉花具有無限生長習(xí)性，而且營養(yǎng)生長和生殖生長并進(jìn)期長。株高過高表明棉花營養(yǎng)生長旺盛，會造成棉花冠層蔭蔽，不利于光合作用的進(jìn)行與產(chǎn)量的形成；株高過低則棉花無法發(fā)揮個體優(yōu)勢，也不利于產(chǎn)量增加。由圖2可知，隨著整個生育期的推進(jìn)，在不同處理中棉花株高表現(xiàn)為先快速增長、后緩慢增長，最后趨于穩(wěn)定。棉花生育初期主要為營養(yǎng)生長，株高快速增加，花期以后，營養(yǎng)生長與生殖生長并進(jìn)，生殖生長逐漸增強(qiáng)，株高增長緩慢，生育后期以生殖生長為主，株高趨于穩(wěn)定。

表1 間作與單作棉花產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的比較Table 1 The comparison of yield and components of intercropping and solecropping cotton

注：不同小寫字母表示差異水平顯著。 Note: Different lowercase letters indicate significant difference levels (P<0.05).

間作與單作相比，棉花苗期株高差異不明顯，盛花期之后差異顯著，可能是由于棉花處于苗期時棗樹處于萌芽期和展葉期，棗樹個體較小，對間作棉花基本沒有形成遮蔭，而在棉花盛花期之后由于棗樹與棉花共生期較長，棗樹個體逐漸增大，進(jìn)入開花期與坐果期，一年生棗樹株高為1.23±0.16m，對間作棉花產(chǎn)生遮蔭影響。在棉花整個生育期，Int-4間作模式下的棉花平均株高比單作顯著下降5.85%，Int-2間作模式下的棉花平均株高比單作顯著下降3.10%。而在間作4行棉花與間作2行棉花兩種間作模式中，間作棉花整個生育期內(nèi)株高差異不顯著，Int-4間作模式中的棉花平均株高比Int-2下降2.85%。

2.2.2 間作與單作棉花葉面積指數(shù)動態(tài)變化 葉面積指數(shù)反映了作物群體冠層結(jié)構(gòu)。葉面積過小則不利于葉片截獲光能，葉面積過大，則會影響作物冠層結(jié)構(gòu)的合理布局。由圖3可知，間作與單作棉花葉面積指數(shù)隨著生育期的推進(jìn)，均呈“單峰型”曲線變化。棉花苗期以營養(yǎng)生長為主，葉面積增長迅速，此時棗樹處于萌芽展葉期，二者之間影響較小；棉花花期之后進(jìn)入生殖生長，葉面積增長緩慢，此時棗樹開花結(jié)果，果實逐漸膨大，對間作棉花產(chǎn)生一定影響；棉花吐絮期之后葉面積逐漸下降，此時棗樹果實逐漸成熟，棗樹個體達(dá)到最大，對其間種植的棉花產(chǎn)生遮蔭影響。

間作與單作相比，在整個生育期內(nèi)存在顯著性差異，單作峰值為4.95，間作4行棉花峰值為3.68，間作2行棉花峰值為3.17。單作棉花的葉面積指數(shù)遠(yuǎn)高于間作棉花，可能是由于隨著棗樹個體逐漸長大對間作棉花造成遮蔭，進(jìn)而影響間作棉花的葉面積指數(shù)。Int-4間作模式下棉花的平均葉面積指數(shù)比單作棉花顯著下降10.40%，Int-2間作模式下的棉花葉面積指數(shù)比單作顯著下降5.39%。而在間作4行棉花與間作2行棉花兩種間作模式中，間作棉花的葉面積指數(shù)也存在顯著性差異，可能是由于2行棉花配置中種植棉花密度較小，造成棉花葉面積指數(shù)較小，Int-4間作模式下的棉花平均葉面積指數(shù)比Int-2模式顯著下降5.29%。

2.2.3 間作與單作棉花倒四葉SPAD值的動態(tài)變化 葉片的葉綠素含量與葉片的光合性能密切相關(guān)，已有研究表明在一定范圍內(nèi)隨著葉綠素含量的增加，葉片的凈光合速率增加。而SPAD值可間接的反映作物葉綠素含量。由圖4可知，隨著棉花整個生育進(jìn)程的推移，單作與間作棉花倒四葉的SPAD值逐漸增大，吐絮期達(dá)到最大，在吐絮期之后開始有所下降，但下降幅度不大，而在棉花花鈴期，倒四葉SPAD值維持在60～70之間，這有利于棉花光合作用的進(jìn)行。

間作與單作相比，間作4行棉花配置與2行棉花配置相比，倒四葉SPAD值均無明顯差異，表明雖然間作條件下一年生棗樹對棉花有一定遮蔭影響，但對葉片SPAD值影響不大?？赡苁怯捎谠趩巫髋c間作系統(tǒng)中，大田管理一致，包括灌水與施肥等管理措施均保持一致，而葉片葉綠素含量與水肥條件等也有很大的關(guān)系，因此間作與單作相比，倒四葉葉片SPAD值差異不顯著。Int-4間作模式下棉花的平均SPAD值比單作下降4.45%，Int-2間作模式下棉花的平均SPAD值比單作下降2.23%，不同的間作模式相比，Int-4的平均SPAD值比Int-2下降2.28%。

2.2.4 間作與單作地上部單株干物質(zhì)積累 干物質(zhì)積累是作物產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)。由圖5可知，隨著生育期的推進(jìn)，間作棉花與單作棉花的干物質(zhì)積累表現(xiàn)為“S”型曲線，即棉花蕾期增長緩慢，從花期到鈴期快速增長，盛鈴期過后棉花開始吐絮，干物質(zhì)積累下降，這可能與葉面積指數(shù)的變化規(guī)律有著很大的關(guān)系。

圖2 間作與單作棉花株高動態(tài)變化Fig.2 The dynamic changes of plant height for cotton in intercropping and sole cropping system

圖3 間作與單作棉花葉面積指數(shù)動態(tài)變化Fig.3 The dynamicchanges of LAI for cotton in intercropping and sole cropping system

圖4 間作與單作棉花倒四葉SPAD值的動態(tài)變化Fig.4 The dynamic changes of SPAD value of fourth leaf from top for cotton in intercropping and solecropping systems

圖5 間作與單作棉花地上部干物質(zhì)積累的動態(tài)變化Fig.5 The dynamic changes of above-ground dry matter accumulation for cotton in intercropping and sole cropping systems

間作棉花與單作棉花相比，在棉花處于苗期、蕾期時，由于一年生棗樹處于開花期，對樹間棉花的影響不明顯，因此棉花干物質(zhì)的積累差異不顯著，而隨著棉花生育期的后移，棗樹開始坐果，果實逐漸膨大，需要吸取更多的水分養(yǎng)分，因此對樹間棉花產(chǎn)生較大影響，間作棉花與單作棉花干物質(zhì)積累存在顯著性差異。Int-4間作模式下單株棉花干物質(zhì)積累量比單作棉花顯著下降13.00%，Int-2間作模式下單株棉花干物質(zhì)積累量比單作顯著下降6.60%。2行棉花間作模式明顯高于單作和4行棉花間作模式，這可能是因為2行棉花間作密度小，有利于棉花發(fā)揮個體優(yōu)勢，養(yǎng)分和水分吸收能力較強(qiáng)，因而干物質(zhì)積累量較大。Int-4間作模式的單株干物質(zhì)積累比Int-2顯著下降6.85%。經(jīng)方程模擬，由表2可知，2行棉花間作的最大累積量為166.76g/株，最大積累日期較晚，出現(xiàn)在出苗后第94天，快速積累持續(xù)期為51d。而4行棉花間作模式與單作相比，棉花生育后期干物質(zhì)質(zhì)量顯著低于單作，最大累積速率在出苗后87d，而單作最大累積速率出現(xiàn)在出苗后第92d，快速累積持續(xù)期比單作少3d，日最大積累量比單作少0.49g/(d·株)，最大積累日期提前，說明4行棉花間作模式中積累的干物質(zhì)較少，進(jìn)而影響到產(chǎn)量的增加。

表2 間作與單作棉花地上部干物質(zhì)積累動態(tài)特征值

注：Ym為最大累積量；t1為快速累積期起始時期；t2為快速累積期終止時期；tm為最大累積速率出現(xiàn)時期；Vm為最大累積速率；T為快速累積持續(xù)期。

Note:Ym-The maximal biomass；t1-The starting date of fleet accumulation period；t2-The terminating date of fleet accumulation period；tm-Time reached maximal rate of accumulation；Vm-The maximal speed of accumulation；T-The duration of fleet accumulation.

2.2.5 間作與單作棉花倒四葉凈光合速率(Pn)的變化 光合作用是作物干物質(zhì)和產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)。而凈光合速率是指光合作用速率減去呼吸作用速率，是評價植物光合作用強(qiáng)弱的一項重要指標(biāo)。由圖6可知，在單作與棗棉間作系統(tǒng)中，棉花倒四葉凈光合速率表現(xiàn)為單峰型曲線，從棉花苗期到花鈴期呈上升趨勢，在花鈴期達(dá)到最高，之后下降，單作峰值為31.77μmol·m-2·s-1，4行棉花間作峰值為26.63μmol·m-2·s-1，2行棉花間作峰值為27.22μmol·m-2·s-1，一定程度上凈光合速率較高有利于棉鈴的發(fā)育與鈴重的增加。

間作與單作相比，在棉花苗期，葉片凈光合速率基本沒有差異，這可能是因為此時棗樹處于萌芽展葉期，個體較小并未對間作棉花造成遮蔭，因此對間作棉花葉片凈光合速率沒有影響；而在棉花花鈴期時，棗樹個體逐漸增大處于果實膨大期，對間作棉花造成較大程度的遮蔭，因而降低了葉片凈光合速率，與單作相比存在顯著性差異，大約減少了14.32%～22.13%。在棉花整個生育期內(nèi)，Int-4間作棉花的凈光合速率比單作下降15.51%，Int-2間作棉花的凈光合速率比單作下降11.80%，間作棉花凈光合速率峰值低，持續(xù)時間較短，不利于光合產(chǎn)物的積累，對后期產(chǎn)量及品質(zhì)影響較大。而間作4行棉花配置與間作2行棉花配置之間差異不顯著，Int-4間作棉花的凈光合速率比Int-2下降4.21%。

2.2.6 間作與單作棉花倒四葉氣孔導(dǎo)度(Gs)的變化 葉片氣孔導(dǎo)度表示的是氣孔張開的程度，對作物蒸騰作用有著直接的影響，反映了作物蒸騰速率的強(qiáng)弱。同時還決定著CO2的供應(yīng)，直接影響著作物的光合作用。由圖7可知，在單作與棗棉間作系統(tǒng)中，棉花倒四葉氣孔導(dǎo)度表現(xiàn)為單峰型曲線。從苗期到花鈴期逐漸上升，在花鈴期達(dá)到最大值，之后下降。單作峰值為0.91 mmol·m-2·s-1，4行棉花間作峰值為0.62 mmol·m-2·s-1，2行棉花間作峰值為0.62 mmol·m-2·s-1，表明CO2的供應(yīng)充足，有利于作物光合作用的進(jìn)行。棉花吐絮期之后氣孔導(dǎo)度急劇下降，可能是因為溫度升高導(dǎo)致葉片氣孔關(guān)閉，減小了葉片的氣孔導(dǎo)度。

間作與單作相比，在棉花苗期時，葉片氣孔導(dǎo)度無明顯差異，可能是由于棉花苗期棗樹處于萌芽期，個體較小對間作棉花沒有影響；在棉花花鈴期，單作葉片氣孔導(dǎo)度顯著高于間作棉花葉片，間作葉片氣孔導(dǎo)度大約減少31.87%～46.03%，可能是由于棉花花鈴期時棗樹處于果實膨大期，棗樹個體較大，對間作棉花形成遮蔭，因此間作棉花葉片氣孔導(dǎo)度較小。在棉花整個生育期內(nèi)，Int-4間作棉花的氣孔導(dǎo)度比單作下降13.26%，Int-2間作棉花的氣孔導(dǎo)度比單作下降9.25%。而間作4行棉花配置與間作2行棉花配置之間差異不顯著，Int-4間作棉花的氣孔導(dǎo)度比Int-2下降4.42%。

圖6 間作與單作棉花倒四葉Pn的動態(tài)變化Fig.6 The dynamic changes of Pn of fourth leaf from top for cotton in intercropping and sole cropping systems

2.2.7 間作與單作棉花倒四葉胞間CO2濃度(Ci)的變化 胞間CO2濃度是光合生理生態(tài)中的一個重要參數(shù)，其作為光合作用的反應(yīng)物之一，可以提高光合作用速率。由圖8可知，在單作與棗棉間作系統(tǒng)中，棉花整個生育期內(nèi)葉片胞間CO2濃度呈現(xiàn)為一個“V”字形，表現(xiàn)為棉花苗期到花鈴期胞間CO2濃度下降，在棉花花鈴期達(dá)到最低值，之后逐漸升高。單作最低值為133.82μmol·mol-1，4行棉花間作最低值為152.34μmol·mol-1，2行棉花間作最低值為160.17μmol·mol-1，表明葉片光合速率的增加或減少會導(dǎo)致胞間CO2濃度減少或增加，即胞間CO2濃度與凈光合速率呈現(xiàn)反向關(guān)系。

間作與單作相比，在棉花苗期，棗樹處于萌芽展葉期，對間作棉花影響不顯著，因此單、間作棉花胞間CO2濃度無明顯差異，而在棉花生育后期差異顯著，隨著棗樹生育時期的推移，棗樹個體逐漸增長，對間作棉花遮蔭程度增大，因此間作棉花胞間CO2濃度逐漸增加，表明間作棉花凈光合速率降低并不是由氣孔因素引起，可能與光系統(tǒng) II 光化學(xué)效率降低有關(guān)。在盛花期，間作棉花的胞間CO2濃度相比于單作增加16.77%，在棉花整個生育期，Int-4和Int-2間作模式棉花的胞間CO2濃度分別比單作增加了4.18%和0.84%。間作棉花在盛花期時4行間作配置與2行間作配置存在顯著性差異，Int-4間作模式下的棉花胞間CO2濃度比Int-2間作模式增加了3.32%。

2.2.8 間作與單作棉花倒四葉蒸騰速率(Tr)的變化 蒸騰速率是計算蒸騰作用強(qiáng)弱的一項重要的生理指標(biāo)，是指植物在一定時間內(nèi)單位葉面積蒸騰的水量。由圖9可知，在單作與棗棉間作系統(tǒng)中，棉花倒四葉蒸騰速率呈單峰型曲線變化，從棉花苗期到花鈴期，蒸騰速率逐漸增強(qiáng)，在花鈴期達(dá)到最大值，之后隨著生育時期的推移而下降，這與凈光合速率的變化趨勢相一致。在棉花花鈴期葉片蒸騰速率相對較高，在盛花期時達(dá)到最大值，單作峰值為16.55 mmol·m-2·s-1，4行棉花間作峰值為13.43 mmol·m-2·s-1，2行棉花間作峰值為13.83 mmol·m-2·s-1，吐絮期后棉花以生殖生長為主，葉片蒸騰速率開始下降。

圖7 間作與單作棉花倒四葉Gs的動態(tài)變化Fig.7 The dynamic changes of Gs of fourth leaf from top for cotton in intercropping and sole cropping systems

圖8 間作與單作棉花倒四葉Ci的動態(tài)變化Fig.8 The dynamic changes of Ci of fourth leaf from top for cotton in intercropping and sole cropping systems

圖9 間作與單作棉花倒四葉Tr的動態(tài)變化Fig.9 The dynamic changes of Tr of fourth leaf from top for cotton in intercropping and sole cropping systems

間作與單作相比，在棉花苗期無明顯差異，棉花生育后期差異顯著，主要是由于棉花花鈴期時棗樹處于果實膨大期，個體較大，對間作棉花造成遮蔭，間作棉花蒸騰速率顯著降低。與單作相比，在盛花期間作棉花葉片蒸騰速率下降了17.54%。在整個生育期，Int-4和Int-2間作模式中的棉花蒸騰速率分別比單作平均下降了9.18%和6.09%，而4行棗棉間作配置與2行棗棉間作配置的棉花葉片蒸騰速率差異不顯著，Int-4間作棉花的蒸騰速率比Int-2下降3.29%。

2.3 間作與單作棉花經(jīng)濟(jì)效益及最優(yōu)配置分析

由表3可知，4行棗棉間作條件下其總收入為7.96萬元·hm-2，2行棗棉間作條件下總收入為7.55萬元·hm-2，而單作總收入僅為6.29萬元·hm-2，間作比單作分別高26.55%和20.03%。表明間作可有效地提高農(nóng)民經(jīng)濟(jì)收益，同時由于冬棗品質(zhì)高、營養(yǎng)豐富、口感極佳，深得廣大消費(fèi)者喜愛，有穩(wěn)定的市場銷售渠道，且可避免繁雜的加工程序，節(jié)省人力、物力，因此發(fā)展棗棉間作是農(nóng)林間作系統(tǒng)中較好的選擇之一，相比而言4行棗棉間作為最佳種植模式，既可以保證棉花高產(chǎn)又可以實現(xiàn)最大經(jīng)濟(jì)收益。

表3 間作與單作棉花經(jīng)濟(jì)效益的比較

3 結(jié)論與討論

棗棉間作可有效提高土地生產(chǎn)率，而間作系統(tǒng)中棗樹與棉花在水分、養(yǎng)分、光熱條件等資源存在著競爭關(guān)系，尤其是光照的影響最為突出，主要表現(xiàn)為遮蔭影響。由于棗樹與棉花共進(jìn)生育時期長，約150d左右，棗樹從開花期至果實成熟期對棉花的遮蔭影響尤為顯著。有研究表明農(nóng)林間作種植模式下，林下農(nóng)作物由于受到林木的遮蔭，會導(dǎo)致作物葉綠素含量減少[14-15]，對其光合特性產(chǎn)生一定影響，光合速率降低，引起了農(nóng)作物的葉面積指數(shù)、干物質(zhì)質(zhì)量及產(chǎn)量形成的變化[5,16]。本研究發(fā)現(xiàn)在棉花苗期時棗樹處于萌芽期，且樹齡為一年，棗樹個體較矮，對林下間作棉花基本沒有影響，與單作相比，株高、葉面積指數(shù)、干物質(zhì)質(zhì)量及光合特性均沒有明顯變化。棉花生育后期，尤其是在棉花花鈴期，隨著棗樹個體的增長對林下間作棉花的遮蔭加重，與單作相比，間作棉花的凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)、蒸騰速率(Tr)顯著低于單作棉花，同時在棉花花鈴期間作棉花的株高、葉面積指數(shù)(LAI)、干物質(zhì)質(zhì)量及產(chǎn)量顯著低于單作。分析得出一年生棗樹的遮蔭會改變棉花冠層內(nèi)光分布，進(jìn)而影響棉花的光合作用及形態(tài)表現(xiàn)，以及棉花的產(chǎn)量與產(chǎn)量形成。

棗棉間作系統(tǒng)中，不同的種植模式對間作棉花的形態(tài)指標(biāo)也會產(chǎn)生一定的影響[17-19]。有研究表明，隨著密度的增加，棉花LAI和產(chǎn)量增加[20]。本研究發(fā)現(xiàn)2行棉花間作模式與4行棉花間作模式相比，2行棉花間作模式中的間作棉花株高、干物質(zhì)等農(nóng)藝性狀顯著高于4行棉花間作模式，這說明棉花與棗樹行間距越小，受到棗樹的影響則越大；2行棉花間作模式中的LAI顯著低于4行棉花間作模式，段云佳等[21]也得出類似結(jié)論，認(rèn)為棗棉間作系統(tǒng)中棉花中、高密度群體優(yōu)勢明顯，LAI明顯高于低密度種植。然而，兩種間作模式中，間作棉花的光合特性差異并不顯著，這是因為兩種間作模式配置中棉花都受到了棗樹的遮蔭影響，但由于一年生棗樹的株高不是很高，對林下不同配置的棉花遮蔭情況沒有明顯的差異，因而對林下間作不同行距的棉花的光合特性影響也基本沒有差異；此外與4行棉花間作模式相比，2行棉花間作模式中棉花單鈴重較高，但由于收獲株數(shù)較少，則產(chǎn)量較低，表明2行間作模式中間作棉花發(fā)揮了個體優(yōu)勢，但沒有很好地協(xié)調(diào)群體與個體間的關(guān)系，造成最終的產(chǎn)量較低。因此分析認(rèn)為4行棗棉間作模式中棉花種植密度較為合理，能較好地協(xié)調(diào)群體與個體之間的關(guān)系，進(jìn)而增加了產(chǎn)量。

在棗棉間作系統(tǒng)中，盡管棗樹影響了間作棉花的光合特性及產(chǎn)量形成，但棗樹的種植不僅提高了土地利用率，同時由于冬棗品質(zhì)較好，市場價格較高，可大大提高農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)收入，相比單作棉花而言，平均收入將提高23.29%。因此，合理的棗棉間作布局不僅可改善間作棉花光合效率，有利于間作棉花獲得更高的產(chǎn)量，同時可大大提高經(jīng)濟(jì)效益[22]。另外，由于棗棉間作可有效地改善生態(tài)氣候[23]，因此，在北疆地區(qū)大力推廣發(fā)展農(nóng)林復(fù)合種植具有深遠(yuǎn)的意義。

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