扁桃-冬小麥間作模式下樹體結(jié)構(gòu)、光環(huán)境和小麥產(chǎn)量間的相關(guān)性

張 雯，劉翠榮，周玉梅，周 皓，謝 輝

(1.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝作物研究所，烏魯木齊 830091； 2.石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院，新疆石河子 832003； 3. 喀什地區(qū)莎車縣園藝站，新疆莎車 844700；4.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院，烏魯木齊 830052；5.喀什地區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，新疆喀什 844000)

0 引 言

【研究意義】果糧間作種植模式在新疆南疆地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占有重要地位，目前該地區(qū)70%左右的糧食、棉花等大田作物長(zhǎng)期與果樹間作[1]。扁桃是新疆南疆地區(qū)種植的主要特色果樹品種之一，栽培面積超過(guò)7.5×104hm2[2]，主要與糧食、棉花等作物間作種植，間作比例超過(guò)總栽培面積的95%以上[3]。隨著樹齡的增加，樹冠不斷擴(kuò)大，果樹遮陰程度不斷加重，導(dǎo)致間作區(qū)域光環(huán)境條件不斷惡化[4]。對(duì)間作作物生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量形成均有較大影響。研究樹體結(jié)構(gòu)對(duì)間作區(qū)域光環(huán)境和間作小麥產(chǎn)量形成影響具有實(shí)際意義。【前人研究進(jìn)展】光照與作物產(chǎn)量形成密切相關(guān)，弱光導(dǎo)致作物籽粒干物質(zhì)積累降低，對(duì)粒重和產(chǎn)量均有較大影響[5]。研究指出，水分和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)供應(yīng)充足的情況下，光照是低矮間作作物產(chǎn)量形成的主要限制因子[4,6]，間作區(qū)域光照條件受樹種[7]、樹齡[8]、行間距、行向等因素共同影響。棗樹由于與間作作物生育重疊期短、樹冠矮小、枝葉稀疏，對(duì)間作作物生長(zhǎng)發(fā)育影響小，而被廣泛應(yīng)用于西北黃土高原和新疆南疆地區(qū)的間作種植模式中[7,9]。李連國(guó)等[10]和蔣文偉等[11]研究指出間作系統(tǒng)中林帶行向顯著影響間作區(qū)域光脅地的范圍，其中北林帶脅地范圍不明顯，東西林帶居中，南林帶最嚴(yán)重，確定間作模式宜選用南北行向。在弱光照條件下，作物通常表現(xiàn)為較弱的生長(zhǎng)能力和較低的產(chǎn)量[12]，Spiertz[13]研究表明，小麥灌漿期弱光對(duì)籽粒發(fā)育有重要影響，弱光使籽粒粒重顯著降低。小麥灌漿期光照強(qiáng)度減少50%，千粒重下降，平均損失率為27.3%?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】當(dāng)樹種、行向、栽植密度等因素都已確定的情況下，光照在果農(nóng)復(fù)合系統(tǒng)內(nèi)的分布主要受果樹冠層特征影響，摸清樹體結(jié)構(gòu)指標(biāo)與間作區(qū)域光環(huán)境及間作小麥產(chǎn)量構(gòu)成指標(biāo)的相關(guān)關(guān)系，對(duì)于高光效樹形的選擇、間作作物適宜性評(píng)價(jià)和種植模式優(yōu)化具有重要意義，目前有關(guān)南疆綠洲農(nóng)業(yè)特殊生態(tài)區(qū)間作模式下樹體結(jié)構(gòu)對(duì)間作區(qū)域光照條件和小麥產(chǎn)量指標(biāo)影響的研究較少，其相關(guān)性還不清楚。研究確定樹體結(jié)構(gòu)指標(biāo)與間作區(qū)域光環(huán)境指標(biāo)及間作冬小麥產(chǎn)量構(gòu)成指標(biāo)的相關(guān)性?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】以扁桃-冬小麥間作模式為研究對(duì)象，通過(guò)田間實(shí)測(cè)與數(shù)理統(tǒng)計(jì)揭示樹體結(jié)構(gòu)指標(biāo)與間作區(qū)域光環(huán)境和間作冬小麥產(chǎn)量形成的相關(guān)關(guān)系，為果糧間作種植模式高光效樹形的選擇和優(yōu)化提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗(yàn)地點(diǎn)位于新疆喀什地區(qū)莎車縣阿熱勒鄉(xiāng)十四村扁桃豐產(chǎn)示范園內(nèi)。該鄉(xiāng)地處昆侖山脈北麓，葉爾羌河沖積扇平原中上游地帶，屬于暖溫帶大陸性干旱氣候，氣候干燥，日照長(zhǎng)，蒸發(fā)量大，年平均氣溫11.4℃，日較差平均12～15℃。年日照時(shí)數(shù)為2 965 h，年平均降水量56.6 mm，無(wú)霜期192 d，晝夜溫差大，能滿足農(nóng)作物一年兩至三熟的熱量要求。

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

栽培模式：扁桃-小麥間作栽培，南北行向，株行距3 m×7 m；扁桃品種：晚豐，樹齡10 a；以新冬20號(hào)為供試小麥品種，依扁桃行向種植(行寬1 m)，采用寬窄行種植(10×20)cm，播種密度525×104粒/hm2，栽培管理措施一致。設(shè)置不同樹形處理，5株每小區(qū)(隨行向連續(xù)水平排列)，3次重復(fù)。圖1

1.2.2 測(cè)定指標(biāo)1.2.2.1 間作區(qū)域光合有效輻射(PAR)日變化規(guī)律及生長(zhǎng)季動(dòng)態(tài)的測(cè)定

圖1 扁桃-冬小麥間作模式間作區(qū)域測(cè)點(diǎn)分區(qū)示意
Fig.1 Schematic diagram of measuring points in intercropping area of almond - winter wheat intercropping mode

于間作小麥拔節(jié)期、花期和灌漿期3個(gè)時(shí)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/(m2·s)；光譜范圍：400～700 nm；精度：±5% μmol/(m2·s)；分辨率：2.5 μmol/(m2·s))對(duì)間作區(qū)域PAR變化進(jìn)行測(cè)定。選擇晴朗無(wú)云的天氣，10∶00～18∶55對(duì)PAR的日變化情況進(jìn)行測(cè)定，每5 min記錄一次。探頭分別放在1～5行與Ⅰ-Ⅵ縱交叉的20個(gè)調(diào)查區(qū)域的中央，探頭高度與小麥高度一致。并將灌漿期測(cè)定數(shù)據(jù)，按照日平均輻射強(qiáng)度，光輻射強(qiáng)度×持續(xù)時(shí)間， 200～400、400～600、600～800、800～1 000、1 000～1 200、1 200～1 400、1 400～1 600和>1 600 μmol/(m2·s)PAR輻射強(qiáng)度持續(xù)時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，其中1、6行為遠(yuǎn)冠區(qū)，2、5行為近冠區(qū)，3、4行為冠下區(qū)，I、III、IV、VI幾列為株下區(qū)域，II、V為株間區(qū)。

1.2.2.2 測(cè) 產(chǎn)

小麥?zhǔn)斋@前，使用50 cm×50 cm正方形框，在每個(gè)調(diào)查區(qū)域內(nèi)隨即框取0.25 m2區(qū)域，將其中的麥穗全部收獲，進(jìn)行室內(nèi)考種，調(diào)查千粒重、穗粒數(shù)、單位面積有效穗數(shù)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

使用Excel2010和SAS數(shù)理統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 間作模式下不同生長(zhǎng)關(guān)鍵時(shí)期PAR日均值與小麥產(chǎn)量構(gòu)成指標(biāo)的相關(guān)關(guān)系

研究表明，扁桃-冬小麥間作種植模式下，冬小麥不同生長(zhǎng)關(guān)鍵時(shí)期PAR日均值與小麥產(chǎn)量構(gòu)成指標(biāo)均呈正相關(guān)關(guān)系，單位面積有效穗數(shù)與小麥拔節(jié)期、揚(yáng)花期和灌漿期PAR日均值的相關(guān)系數(shù)分別達(dá)到0.78、0.66和0.62，其中與拔節(jié)期PAR日均值的相關(guān)性達(dá)到極顯著性水平，與其它兩個(gè)時(shí)期PAR日均值相關(guān)性達(dá)到顯著性水平；穗粒數(shù)與3個(gè)生長(zhǎng)關(guān)鍵時(shí)期PAR日均值的相關(guān)系數(shù)分別達(dá)到0.46、0.61和0.55，其中與揚(yáng)花期PAR日均值的相關(guān)性達(dá)到極顯著性水平，與其它2個(gè)時(shí)期的PAR日均值相關(guān)性達(dá)到顯著性水平；千粒重指標(biāo)與3個(gè)生長(zhǎng)關(guān)鍵時(shí)期PAR日均值的相關(guān)系數(shù)分別達(dá)到0.42、0.45和0.66，其中與拔節(jié)期PAR日均值的相關(guān)性達(dá)到極顯著性水平，與揚(yáng)花期PAR日均值相關(guān)性達(dá)到顯著性水平，與拔節(jié)期相關(guān)性未達(dá)到顯著性水平。同時(shí)采用逐步回歸法對(duì)單位面積產(chǎn)量與3個(gè)生長(zhǎng)關(guān)鍵時(shí)期的PAR日均值進(jìn)行擬合，獲得擬合方程：?jiǎn)挝幻娣e產(chǎn)量=311.63+0.26 159X3(P=0.0134)(X3=灌漿期PAR日均值)，逐步回歸方程擬合結(jié)果僅與灌漿期PAR強(qiáng)度日均值密切相關(guān)。表1

表1 間作模式下小麥產(chǎn)量構(gòu)成指標(biāo)與不同生長(zhǎng)關(guān)鍵時(shí)期PAR日均值相關(guān)性Table 1 Correlation analysis between wheat yield components and daily mean values of PAR in different growth critical periods under intercropping mode

2.2 間作模式下灌漿期PAR強(qiáng)度與小麥產(chǎn)量指標(biāo)的相關(guān)關(guān)系

研究表明，小麥千粒重與“光照強(qiáng)度×持續(xù)時(shí)間”與“>200 μmol/(m2·s)持續(xù)時(shí)間”至“>1 600 μmol/(m2·s)持續(xù)時(shí)間”等指標(biāo)均呈正相關(guān)性，除與“>200 μmol/(m2·s)持續(xù)時(shí)間”的相關(guān)性未達(dá)到顯著性水平外，與其它指標(biāo)的相關(guān)性均達(dá)到極顯著性水平，相關(guān)系數(shù)依次為0.93、0.43、0.88、0.89、0.92、0.94、0.94、0.91和0.83；除與“>1 600 μmol/(m2·s)持續(xù)時(shí)間”呈負(fù)相關(guān)性外，穗粒數(shù)指標(biāo)與其它指標(biāo)均呈正相關(guān)關(guān)系，但均未達(dá)到顯著性差異；單穗粒重指標(biāo)與各光照指標(biāo)均呈正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)依次為0.70、0.42、0.69、0.68、0.72、0.74、0.74、0.66和0.38，其中與“光照強(qiáng)度×持續(xù)時(shí)間”和“400～600 μmol/(m2·s)持續(xù)時(shí)間”至“1 200～1 400 μmol/(m2·s)持續(xù)時(shí)間”等指標(biāo)的相關(guān)性達(dá)到極顯著性水平，在光照強(qiáng)度高于400 μmol/(m2·s)情況下，小麥單穗粒重主要受千粒重影響，進(jìn)一步說(shuō)明間作條件下單穗小麥粒重與400～1 400 μmol/(m2·s)強(qiáng)度的光照的持續(xù)時(shí)間關(guān)系更為密切，應(yīng)作為高光效樹形構(gòu)造與篩選的重要指標(biāo)之一。表2

表 2 小麥產(chǎn)量指標(biāo)與光合有效輻射強(qiáng)度及持續(xù)時(shí)間的相關(guān)性Table 2 Correlation analysis between wheat yield index and photosynthetic effective radiation intensity and duration

2.3 扁桃樹體結(jié)構(gòu)指標(biāo)與對(duì)應(yīng)間作區(qū)域光照分布的相關(guān)關(guān)系

研究表明，樹高與小麥灌漿期不同間作區(qū)域光照指標(biāo)均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，其中與西側(cè)冠下株下區(qū)域PAR日均值、PAR強(qiáng)度×持續(xù)時(shí)間、1 200～1 400 μmol/(m2·s)PAR持續(xù)時(shí)間等指標(biāo)的相關(guān)性達(dá)到顯著性水平，與西側(cè)冠下株間區(qū)1 200～1 400 μmol/(m2·s)PAR持續(xù)時(shí)間的相關(guān)性達(dá)到顯著性水平；冠高與小麥灌漿期各間作區(qū)域光照指標(biāo)均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，其中與西側(cè)冠下株間、西側(cè)冠下株下和遠(yuǎn)冠區(qū)3個(gè)區(qū)域的多項(xiàng)光照指標(biāo)的相關(guān)性均達(dá)到顯著或極顯著水平；冠幅與小麥灌漿期各間作區(qū)域光照指標(biāo)均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，其中與西側(cè)冠下株間區(qū)的7項(xiàng)光照指標(biāo)的相關(guān)性均達(dá)到極顯著水平，與遠(yuǎn)冠區(qū)的5項(xiàng)光照指標(biāo)(除400～600和600～800 μmol/(m2·s)PAR持續(xù)時(shí)間外)的相關(guān)性均達(dá)到顯著性水平；投影面積與小麥灌漿期各間作區(qū)域光照指標(biāo)均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，其中與西側(cè)冠下株間區(qū)和遠(yuǎn)冠區(qū)的多項(xiàng)光照指標(biāo)的相關(guān)性達(dá)到顯著或極顯著水平；樹冠體積與西側(cè)冠下株間區(qū)的7項(xiàng)光照指標(biāo)的相關(guān)性均達(dá)到顯著或極顯著性水平，與遠(yuǎn)冠區(qū)PAR日平均強(qiáng)度、PAR強(qiáng)度×持續(xù)時(shí)間和1 200～1 400 μmol/(m2·s)PAR持續(xù)時(shí)間等3個(gè)指標(biāo)的相關(guān)性達(dá)到顯著性水平，與東側(cè)冠下株間區(qū)1 000～1 200和1 200～1 400 μmol/(m2·s)PAR持續(xù)時(shí)間2個(gè)指標(biāo)的相關(guān)性達(dá)到顯著性水平。綜合評(píng)價(jià)果糧間作模式下，與西側(cè)冠下株下區(qū)光照指標(biāo)相關(guān)性最高的樹體結(jié)構(gòu)指標(biāo)為冠高，與西側(cè)冠下株間區(qū)和遠(yuǎn)冠區(qū)2個(gè)區(qū)域光照指標(biāo)相關(guān)性最高的冠層指標(biāo)為冠幅，樹冠體積與東側(cè)冠下株間區(qū)光照指標(biāo)有一定的相關(guān)性。表3

2.4 扁桃樹體結(jié)構(gòu)指標(biāo)與負(fù)載量的相關(guān)關(guān)系

研究表明，扁桃負(fù)載量與平均冠幅、樹冠投影面積和樹冠體積均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為0.80、0.78和0.81；同時(shí)樹冠體積和樹冠投影面積與平均冠幅的相關(guān)性也均達(dá)到極顯著正相關(guān)水平，相關(guān)系數(shù)均為0.99。表4

表 3 扁桃樹體結(jié)構(gòu)指標(biāo)與間作區(qū)域光和有效輻射相關(guān)性Table 3 Correlation analysis between almond tree canopy structure index and light and effective radiation in intercropping area

表 4 扁桃樹體結(jié)構(gòu)指標(biāo)與其負(fù)載量的相關(guān)性Table 4 Correlation analysis of almond tree structure index and its load

3 討 論

3.1 果糧間作模式下小麥生長(zhǎng)關(guān)鍵時(shí)期光照強(qiáng)度對(duì)小麥產(chǎn)量構(gòu)成指標(biāo)的影響

冬小麥?zhǔn)窍补庾魑?，其產(chǎn)量由單位面積穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重等主要指標(biāo)構(gòu)成。大量研究表明，光照強(qiáng)度與小麥產(chǎn)量形成有顯著的相關(guān)性[14,15]。徐彩龍[16]、 劉希偉[17]、牟會(huì)榮[18]等研究表明，弱光會(huì)導(dǎo)致小麥光合物質(zhì)產(chǎn)物合成量降低，籽粒干物質(zhì)積累降低，粒重和產(chǎn)量下降。不同生育時(shí)期光照強(qiáng)度對(duì)籽粒產(chǎn)量構(gòu)成指標(biāo)的影響存在差異，Abbat[19]和Demotes Mainarda[20]等研究指出，花前30 d到開花期遮光顯著降低了小麥的穗粒數(shù)。李芳東等[21]研究表明小麥穗粒數(shù)和千粒重分別與開花期和灌漿期的光照強(qiáng)度成正比，小麥花前遮光降低小麥結(jié)實(shí)率，花后特別是灌漿中期遮光對(duì)粒重的影響顯著。研究結(jié)果表明，在新疆南疆地區(qū)果糧間作模式下，小麥拔節(jié)期、揚(yáng)花期和灌漿期PAR強(qiáng)度分別與小麥單位面積有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重呈正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)性達(dá)到極顯著水平，與前人研究結(jié)果一致。

3.2 果糧間作模式下小麥灌漿期光照強(qiáng)度及光照時(shí)間對(duì)小麥產(chǎn)量的影響

小麥籽粒灌漿是種子形成中重要的生理過(guò)程，它對(duì)籽粒重量和小麥產(chǎn)量的形成具有決定性作用[22]，粒重的增加與籽粒灌漿特性有密切的關(guān)系[23]，籽粒產(chǎn)量是籽粒灌漿速度和持續(xù)期的函數(shù)，小麥籽粒灌漿特性受基因型、環(huán)境以及栽培措施的影響。光合產(chǎn)物是小麥產(chǎn)量的根本來(lái)源，大量研究表明遮光降低了小麥的干物質(zhì)積累和籽粒產(chǎn)量[15]。楊俊華等[24]通過(guò)抽穗期-蠟熟期設(shè)置25%和50%遮陰強(qiáng)度進(jìn)行遮陰模擬試驗(yàn)，結(jié)果表明小麥千粒重、穗粒數(shù)和單位面積產(chǎn)量隨遮陰強(qiáng)度的增加呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。Evans[25]認(rèn)為當(dāng)遮光強(qiáng)度不超過(guò)20%時(shí)，小麥和水稻的產(chǎn)量不受明顯影響。研究表明，果糧間作模式下小麥千粒重和單穗粒重與灌漿期日平均光照強(qiáng)度、及400～1 400 μmol/(m2·s)PAR持續(xù)時(shí)長(zhǎng)呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，進(jìn)一步證實(shí)了前人的研究結(jié)果。

3.3 果糧間作模式下樹體結(jié)構(gòu)指標(biāo)與扁桃產(chǎn)量及間作區(qū)域光照強(qiáng)度的影響

果樹冠層是指主干以上集生枝葉的部分，一般由骨干枝、枝組和葉幕組成，冠層是果樹樹冠的主要組成部分，冠層的結(jié)構(gòu)及組成對(duì)樹體的通風(fēng)透光有決定性的影響[27]，樹體合理的樹體結(jié)構(gòu)和適當(dāng)?shù)闹θ~量與果樹產(chǎn)量形成密切相關(guān)，郭素娟等[28]、王剛等[29]指出，樹冠大小、形狀、枝葉量和分布比例等樹體結(jié)構(gòu)指標(biāo)的差異影響樹冠內(nèi)各部分的光照條件和分布狀況，這直接影響果樹的產(chǎn)量分布。研究結(jié)果表明，樹體負(fù)載量與樹冠體積、樹冠投影面積和平均冠幅等指標(biāo)呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，獲得了與前人相似的研究結(jié)果。

果糧間作模式下，果樹處于生態(tài)位上層，間作區(qū)域光照強(qiáng)度主要受果樹冠層截光特性影響[30]。徐立軍[31]等研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)楊樹進(jìn)行修枝處理能夠有效提高間作區(qū)域特別是東側(cè)區(qū)域的光照強(qiáng)度，改善程度與修剪強(qiáng)度相關(guān)。張?chǎng)3,32]等通過(guò)對(duì)扁桃-冬小麥間作體系的研究表明，方位和株行距固定的情況下，體系內(nèi)光分布情況與樹形密切相關(guān)。對(duì)大冠樹形進(jìn)行提干、落頭等改造，能夠降低果樹葉幕層厚度，增大透光率，提高間作區(qū)域特別是近冠區(qū)域的光照強(qiáng)度[33]。果樹葉幕，對(duì)來(lái)自不同方向和不同強(qiáng)度的光照的截留能力與果樹栽植密度、葉幕厚度和高度有關(guān)[34]。研究結(jié)果表明，樹體結(jié)構(gòu)指標(biāo)中冠高對(duì)樹體西側(cè)冠下株間區(qū)光照指標(biāo)影響最大，冠幅對(duì)樹體西側(cè)冠下株間區(qū)和遠(yuǎn)冠區(qū)2個(gè)區(qū)域光照指標(biāo)的影響最大，樹冠體積與東側(cè)冠下株間區(qū)光照指標(biāo)有一定的相關(guān)性。

4 結(jié) 論

果糧間作模式下，間作冬小麥單位面積有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重分別與拔節(jié)期、揚(yáng)花期和灌漿期PAR日均值呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為0.78、0.61和0.66；單位面積產(chǎn)量與三個(gè)生長(zhǎng)關(guān)鍵時(shí)期PAR日均值強(qiáng)度的逐步回歸方程為，單位面積產(chǎn)量=311.63+0.261 59X3(P=0.013 4)(X3=灌漿期PAR日均值)，結(jié)果表明單位面積產(chǎn)量與灌漿期PAR日均值密切相關(guān)；灌漿期400～1 400 μmol/(m2·s) PAR的持續(xù)時(shí)間是影響間作小麥產(chǎn)量的關(guān)鍵因子；樹體結(jié)構(gòu)指標(biāo)與樹冠西側(cè)和遠(yuǎn)冠區(qū)域光照強(qiáng)度顯著相關(guān)，其中冠幅是影響間作區(qū)域光照條件和樹體自身負(fù)載量的主要指標(biāo)。