棗棉間作下不同果枝類型和密度對(duì)棉花群體光分布和棉鈴空間分布的影響

劉嬋 胡守林 王飛 陳國(guó)棟 萬(wàn)素梅

摘要：探究棗棉間作條件下不同果枝類型和密度對(duì)棉花群體光分布和棉鈴空間分布的影響，以期為不同果枝類型的棉花篩選出適宜的種植密度。采用裂區(qū)試驗(yàn)，主區(qū)為品種（P1：新陸中82號(hào)，P2：新陸中41號(hào)），副區(qū)為密度（12萬(wàn)、15萬(wàn)、18萬(wàn)、21萬(wàn)、24萬(wàn)株/hm2），分析不同果枝類型和密度對(duì)棉花群體光分布和棉鈴空間分布的影響。結(jié)果表明，隨著密度的增加，葉面積指數(shù)逐漸增大，冠層開(kāi)度減小，同一冠層的光照度逐漸減小，光截獲率逐漸增大；P1品種比P2品種的葉面積指數(shù)大，垂直方向P1品種比P2品種的光照度下降速度快、光截獲率增加快；隨著密度的增大，果枝數(shù)逐漸減少，內(nèi)、外位鈴的成鈴率降低，且內(nèi)位鈴的成鈴率逐漸向中下部集中。綜合葉面積指數(shù)、光強(qiáng)分布、光截獲率等分析，P1品種適宜密度為18萬(wàn)株/hm2，P2品種適宜密度為21萬(wàn)株/hm2。

關(guān)鍵詞：棗棉間作；不同果枝類型；種植密度；光分布；棉鈴空間分布

中圖分類號(hào)：S344.2；S562.04 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1002-1302（2023）15-0073-06

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金（編號(hào)：32060449）。

作者簡(jiǎn)介：劉 嬋（1996—），女，山西呂梁人，實(shí)驗(yàn)師，主要從事作物高產(chǎn)理論與技術(shù)研究。E-mail：2083837309@qq.com。

通信作者：萬(wàn)素梅，博士，教授，主要從事旱區(qū)農(nóng)業(yè)資源管理及高效農(nóng)作制度研究。E-mail：wansumei510@163.com。

新疆林果業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益較農(nóng)作物高，造成了林果業(yè)與農(nóng)業(yè)爭(zhēng)地矛盾，為解決這一矛盾，農(nóng)林間作模式得以發(fā)展，農(nóng)林復(fù)合系統(tǒng)是以生態(tài)學(xué)為基礎(chǔ)的種植模式，根據(jù)各種植物的生物學(xué)特性進(jìn)行時(shí)空上的合理搭配，建立起來(lái)的多層次、多物種、多產(chǎn)業(yè)和環(huán)境友好型的人工復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)［1-2］。農(nóng)林間作系統(tǒng)中，農(nóng)作物的覆蓋度對(duì)產(chǎn)量影響較大，而影響覆蓋度的主要是作物的種植密度，合理的種植密度是發(fā)揮單株優(yōu)勢(shì)和提高群體質(zhì)量的關(guān)鍵栽培技術(shù)［3-4］，可以最大限度利用光能，對(duì)棉鈴的空間分布產(chǎn)生影響［5-6］，因此探究間作條件下不同類型果枝棉花的合理密度具有重要的意義。

目前新疆棉花主要采用“矮密早”的種植模式，針對(duì)密度對(duì)棉花生長(zhǎng)發(fā)育影響的研究較多，不同的棉花品種，其株行距配置、熟性的不同對(duì)密度響應(yīng)不同。前人研究認(rèn)為中早熟品種在較高密度下種植光合作用強(qiáng)、產(chǎn)量高［7］，在76 cm等行距種植模式下最適密度在12萬(wàn)～18萬(wàn)株/hm2，1膜4行最適密度在15萬(wàn)～18萬(wàn)/hm2，1膜6行最適密度在21萬(wàn)株/hm2［8-9］，棗棉間作條件下間距為1 m、種植模式為1膜4行的產(chǎn)量最高［10-11］。光合作用是植物物質(zhì)積累的基礎(chǔ)，因此在間作復(fù)合系統(tǒng)內(nèi)，最大化利用光能是獲得更多產(chǎn)量的手段。王沛娟等的研究表明，棗棉間作條件下，隨著棉花密度的增加，葉面積指數(shù)（LAI）顯著增加，1膜4行處理利用光照強(qiáng)度大于1膜2行處理，且下部群體光和有效輻射（PARi）高于1膜6行處理［12］；吳玉環(huán)等通過(guò)設(shè)置不同玉米/紫花苜蓿間作帶幅搭配，結(jié)果表明，玉米/紫花苜蓿2 ∶4[JP+1]間作群體光能利用效率和產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)顯著［13］；高瑩等研究春小麥和春玉米間作，結(jié)果表明小麥的生長(zhǎng)發(fā)育得到促進(jìn)，玉米的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)受到限制，主要是光溫環(huán)境導(dǎo)致的［14］。密度對(duì)棉鈴不同部位的成鈴率有著較大的影響，前人研究發(fā)現(xiàn)，低密度中下部成鈴率高，且外位鈴的成鈴率高，高密度上部成鈴率高，主要成鈴為內(nèi)位鈴［15-17］。

前人針對(duì)單作和間作棉花密度研究較多，而對(duì)棗棉間作系統(tǒng)下不同果枝類的密度研究較少。[JP+1]本研究通過(guò)測(cè)定花鈴期的光分布、葉面積指數(shù)、冠層開(kāi)度等指標(biāo)，以及吐絮鈴空間分布，以期篩選出不同果枝類型的適宜密度，并對(duì)鈴期的管理提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試區(qū)概況

試驗(yàn)在塔里木大學(xué)園藝試驗(yàn)站（40°32′34″N，81°18′07″E）進(jìn)行。地屬暖溫帶大陸干旱荒漠氣候區(qū)，光照時(shí)間長(zhǎng)，日照時(shí)數(shù)為2 996 h/年，降水少，年均氣溫10.8 ℃，≥10 ℃積溫4 000 ℃以上，無(wú)霜期180～224 d，年降水量40.2～82.8 mm，年均蒸發(fā)量為1 977.6～2 568.9 mm，土壤為沙壤土，土壤全氮、堿解氮、速效鉀、速效磷、有機(jī)質(zhì)含量分別為 1.51 g/kg、33.67 mg/kg、107.34 mg/kg、58.7 mg/kg、11.2 g/kg，土壤pH值為7.9。

試驗(yàn)地棗樹(shù)于2012年種植，2014年嫁接，株行距配置為1.5 m×3.0 m。供試棉花品種為Ⅱ式果枝新陸中82號(hào)和Ⅰ式果枝新陸中41號(hào)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2020年進(jìn)行，設(shè)置2個(gè)試驗(yàn)品種，分別為新陸中82號(hào)（P1）和新陸中41號(hào)（P2），5個(gè)種植密度分別為M1（12萬(wàn)株/hm2）、M2（15萬(wàn)株/hm2）、M3（18萬(wàn)株/hm2）、M4（21萬(wàn)株/hm2）、M5（24萬(wàn)株/hm2）；試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，主區(qū)為品種，副區(qū)為密度，共10個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)3次，小區(qū)長(zhǎng) 5 m，寬3 m，面積為15 m2，采用寬（76 cm）、窄（66 cm）行的行距配置，于4月15日播種，其他管理模式與大田管理模式一致。

1.3 測(cè)定方法

1.3.1 冠層指標(biāo)

花鈴期使用冠層分析儀LAI-2200分別對(duì)寬行和窄行的葉面積指數(shù)和冠層開(kāi)度進(jìn)行測(cè)定，分為上、中、下3個(gè)部分，上部為第7果枝以上、中部為第4至第6果枝、下部為第1至第3果枝，分別測(cè)定棉花寬行和窄行，測(cè)定時(shí)間為20：00—22：00。

1.3.2 光分布指標(biāo)

在花鈴期內(nèi)選擇天氣晴朗的12：00—14：00，使用光分布電子照度計(jì) LI-250A 對(duì)光照度進(jìn)行測(cè)定。水平方向上，在棉花寬行每隔15 cm為1個(gè)測(cè)定點(diǎn)，依次測(cè)定0、15、30、45、60、75 cm 處光輻射，使用量子輻射照度計(jì)在每個(gè)點(diǎn)上分別測(cè)試2次；垂直方向上，從棉株基部開(kāi)始每隔20 cm為1層，依次測(cè)定0、20、40、60、80 cm，直到高于棉花植株頂端。

1.3.3 棉鈴空間分布

收獲期，每個(gè)小區(qū)選取10株進(jìn)行株式圖調(diào)查，調(diào)查果枝數(shù)、吐絮棉鈴及脫落棉鈴的空間分布。

1.3.4 數(shù)據(jù)處理與分析

對(duì)未采樣點(diǎn)的光照度采用Kriging插值法進(jìn)行無(wú)偏差估計(jì)。

果節(jié)成鈴概率計(jì)算公式：

式中：Pij為第i果枝第j果節(jié)成鈴概率；pijk為第k株棉花第i果枝第j果節(jié)成鈴概率。

數(shù)據(jù)整理使用Excel 2016，作圖使用Origin 2020。

2 結(jié)果與分析

2.1 間作條件下不同果枝類型和密度對(duì)葉面積指數(shù)的影響

葉面積指數(shù)是衡量作物群體大小的重要指標(biāo)，直接影響作物群體對(duì)光能的截獲，進(jìn)而影響光合作用。由圖1可知，棉花寬行的不同冠層葉面積指數(shù)為0.4～1.4，窄行為0.8～1.9，且P1品種大于P2品種。P1品種的寬行不同冠層葉面積指數(shù)表現(xiàn)為上部>中部>下部，窄行表現(xiàn)為下部>中部>上部；P2品種的寬行不同冠層葉面積指數(shù)表現(xiàn)為上部>下部>中部，窄行不同冠層葉面積指數(shù)表現(xiàn)為上部>中部>下部。隨著密度增大，2個(gè)品種的群體葉面積指數(shù)呈現(xiàn)出增大的趨勢(shì)，不同冠層的葉面積指數(shù)表現(xiàn)為P1品種寬行和窄行的不同冠層葉面積指數(shù)整體呈現(xiàn)為增長(zhǎng)的趨勢(shì)，P2品種的寬行和窄行的上部呈現(xiàn)增長(zhǎng)的趨勢(shì)，寬行下部葉面積指數(shù)呈現(xiàn)先上升后下降，而中部與下部表現(xiàn)相反。隨著密度的增加，P1品種窄行的下部和寬行的上部葉面積指數(shù)增長(zhǎng)速度最快，分別增長(zhǎng)了0.98和0.48，P2品種寬行和窄行葉面積指數(shù)增長(zhǎng)最快的是上部，分別增長(zhǎng)了0.44和0.60。

2.2 間作條件下不同果枝類型和密度對(duì)冠層開(kāi)度的影響

冠層開(kāi)度的大小直接影響光在作物群體的分布，進(jìn)而影響光能截獲。由圖2可知，不同冠層的冠層開(kāi)度表現(xiàn)為寬行大于窄行，品種間寬行整體上表現(xiàn)為P2品種大于P1品種，窄行整體上表現(xiàn)為P1品種大于P2品種。隨著密度的增長(zhǎng)，寬行和窄行不同部位的冠層開(kāi)度逐漸減小，P1品種的寬行和窄行的中部冠層開(kāi)度下降速率最快，且寬行速度比窄行速度下降得快，分別下降0.38和0.22，P2品種的寬行和窄行的上部下降速度最快，分別下降了0.242和0.246，下降速度相差不大。

2.3 間作條件下不同果枝類型和密度對(duì)不同冠層光照度分布的影響

冠層的光強(qiáng)與光合作用密切相關(guān)，不同冠層光照度的大小能夠反映群體透光率的情況。由圖3可知，棉花寬行的光照度呈“V”字形，隨著高度的增加，光照度越大，且同一高度的光照度P2品種大于P1品種；隨著密度的增加，同一冠層的光照度逐漸降低，且寬行光照度比窄行的大。8 000～70 000 lx 是棉花最適生長(zhǎng)光照度，P1品種處理下5個(gè)密度大于 8 100 lx 棉花寬行高度由42 cm提高至 60 cm，棉花窄行由62 cm提高至70 cm，P2品種處理下5個(gè)密度大于8 100 lx窄行高度由28 cm提高至 55 cm，棉花寬行由63 cm提高至67 cm，說(shuō)明棉花寬行光照度下降速度快于窄行 且P1株型較P2更為松散，為了最大限度利用光能，P1的最適密度應(yīng)當(dāng)比P2??；1 000 lx 是棉花單葉光補(bǔ)償點(diǎn)的光照度，P1和P2密度超過(guò)M4處理時(shí)，水平方向30 cm、垂直方向 20 cm 處低于1 000 lx，因此P1和P2密度不宜超過(guò)M4處理，且P1品種株型較松散，M3處理靠近棉花行15 cm處也均大于1 000 lx，綜合光照度分布可以得出，P1品種最適密度為M3處理，P2品種最適密度為M4處理。

2.4 間作條件下不同果枝類型和密度對(duì)不同冠層光截獲率的影響

光截獲率是對(duì)作物群體覆蓋度的一個(gè)重要指標(biāo)，測(cè)定光截獲率位于棉花寬行的行間，0、75 cm接近棉花行。棉鈴的營(yíng)養(yǎng)供給主要依靠相鄰葉片光合作用產(chǎn)生，棉花產(chǎn)量的形成主要是靠?jī)?nèi)位鈴，其次是外位鈴，水平距離15、60 cm是內(nèi)位鈴對(duì)應(yīng)葉片生長(zhǎng)的環(huán)境，30、60 cm是外位鈴對(duì)應(yīng)葉片的生長(zhǎng)環(huán)境，而棉鈴開(kāi)始結(jié)鈴部位一般在高度20 cm左右，因此水平觀測(cè)15 cm和60 cm、30 cm和45 cm作為內(nèi)外位鈴，垂直20～40 cm作為下部、40～60 cm作為中部，60 cm以上作為上部。

由圖4可知，P1品種的株型較P2品種松散，垂直方向上同一密度和位置的光截獲率P1大于P2，說(shuō)明P1的截獲率下降速度慢于P2。在垂直方向 20 cm 處，P1品種的M2密度處理以上和P2品種的M1密度處理以上的內(nèi)位光截獲率達(dá)到80%以上，P1品種和P2品種的M4密度處理以上外位鈴光截獲率均達(dá)到80%以上，且P1處理比P2處理高；在垂直方向40 cm處，P1品種和P2品種的M3密度以上的中部果枝內(nèi)位鈴光截獲率達(dá)到80%以上，P1品種M3密度處理以上和P2品種的M5密度處理的中部果枝外位鈴光截獲率達(dá)到60%以上；在垂直方向60 cm處，P1品種和P2品種的M3密度處理以上的上部果枝內(nèi)位鈴光截獲率達(dá)到50%以上，P1品種的M3密度處理以上和P2品種的M4密度處理以上的外位鈴光截獲率達(dá)到20%以上。綜合不同冠層光截獲率與不同部位棉鈴發(fā)育可知，適應(yīng)P1品種棉鈴發(fā)育的密度為M3以上的密度，適應(yīng)P2品種棉鈴發(fā)育的密度為M4以上的密度。

2.5 間作條件下不同果枝類型和密度對(duì)棉鈴空間分布的影響

由圖5可知，內(nèi)位鈴的成鈴率明顯高于外位鈴，P1品種的不同密度處理的果枝數(shù)為7～10個(gè)，P2品種的不同密度處理的果枝數(shù)為8～10個(gè)，P1品種的成鈴率在0.4以上的果枝數(shù)比P2的果枝數(shù)要多；隨著密度和果節(jié)數(shù)的增加，P1和P2品種外位鈴的成鈴率逐漸降低，隨著密度和果枝數(shù)的增加，內(nèi)位鈴的中上部成鈴率逐漸降低。

3 討論

間作較單作的冠層光輻射及光分布有著顯著的影響，對(duì)田間微環(huán)境有著不同的調(diào)節(jié)作用［18-20］，而合理的種植可以提高光能利用率，獲得更多產(chǎn)量［21-22］。作物隨著密度的增加，葉面積指數(shù)逐漸增大，而不同冠層的冠層開(kāi)度則會(huì)逐漸降低，增加光能利用率［23］，但群體密度過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致中上部葉面積指數(shù)過(guò)大，下部郁閉，光集中分布在中上部，合理的種植密度葉面積指數(shù)可以使作物通風(fēng)透光，最大化利用光資源［24-25］。本試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著密度的增加，不同冠層的冠層開(kāi)度逐漸降低，葉面積指數(shù)逐漸增大，同一冠層的光強(qiáng)逐漸減小，光截獲率逐漸增大；不同果枝類型品種的不同部位冠層的葉面積指數(shù)表現(xiàn)不一致，P1品種的不同冠層葉面積指數(shù)隨著密度的增大而增大，說(shuō)明長(zhǎng)果枝類型品種隨著密度的增大不同部位葉片生長(zhǎng)較為均勻，對(duì)同一冠層的水平距離上的棉花群體光照度差異和光截獲率差異相對(duì)較小，P2品種的上部葉面積指數(shù)隨著密度的增加而增加，中下部變化相差不大，該品種果枝短，葉片分布較為靠近主干，導(dǎo)致中下部冠層葉面積指數(shù)變化差異較小，但對(duì)同一冠層的水平距離上的棉花群體光照度差異和光截獲率差異相對(duì)較大。

棉花最適生長(zhǎng)的光照度是8 000～70 000 lx，單葉光補(bǔ)償點(diǎn)最低為1 000 lx［26］，棉鈴發(fā)育需要的物質(zhì)主要來(lái)源于相鄰葉片光合作用產(chǎn)生［27］，花鈴期的光合有效輻射對(duì)產(chǎn)量有顯著影響［28-29］。本試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著密度的增加，棉花寬行光照度下降速度快于窄行，P1品種比P2品種的株型松散，截獲光的面積更大，相同密度下可以截獲更多的光能；光的分布和截獲對(duì)不同冠層的葉片光合作用影響較大，隨著密度的增大，冠層的葉面積指數(shù)越大，光截獲越多，光的分布集中于中上部，密度過(guò)大會(huì)導(dǎo)致下部葉面積指數(shù)過(guò)大，光透射量減少，光強(qiáng)下降過(guò)快，不利于下部葉片光合作用，研究發(fā)現(xiàn)P1和P2品種在M4密度以下，在垂直方向離地20 cm、水平距離棉花15 cm處光照度均大于1 000 lx，之后隨著密度增大，該部位的光照度小于1 000 lx，P1品種在M3密度下在水平方向離棉花15 cm和30 cm處的垂直方向上的光截獲率均較高，P2品種在M4密度下在水平方向離棉花15 cm和30 cm處的垂直方向上的光截獲率均較高，綜合不同部位棉鈴發(fā)育、光分布和光截獲率，建議間作條件下，P1品種的種植密度為M3，P2品種的種植密度為M4。

種植密度不僅影響群體冠層結(jié)構(gòu)，對(duì)棉鈴的空間分布也有較大的影響［30-32］，本研究結(jié)果表明，隨著密度的增大，有效果枝數(shù)減少，外位鈴的成鈴率降低，內(nèi)位鈴的成鈴率逐漸向中下部靠近，這與前人的研究結(jié)果［33-35］相同。

4 結(jié)論

隨著密度的增加，葉面積指數(shù)逐漸增大，冠層開(kāi)度減小，P1品種的葉面積指數(shù)比P2品種大，且P1品種不同冠層葉面積指數(shù)增大趨勢(shì)較為一致，P2品種的上部葉面積指數(shù)增加較為明顯，中下部由于株型緊湊，葉面積指數(shù)變化較??；隨著密度的增加，同一冠層的光照度逐漸減小，光截獲率逐漸增大，且P1品種比P2品種的光照度下降速度快、光截獲率增加快，P1品種在M3（18萬(wàn)株/hm2）密度下光強(qiáng)和光截獲率達(dá)到棉花最適生長(zhǎng)的條件，P2品種在M4（21萬(wàn)株/hm2）密度下光強(qiáng)和光截獲率達(dá)到棉花最適生長(zhǎng)的條件；隨著密度的增大，果枝數(shù)逐漸減少，橫向外位鈴的成鈴率明顯降低，縱向內(nèi)位鈴成鈴率降低，且成鈴率逐漸向中下部集中。

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