風(fēng)沙地蘋果和紅薯間作對植物生長和產(chǎn)量的影響

劉洋,殷業(yè)超,張麗麗,艾婷婷

(遼寧省沙地治理與利用研究所,遼寧 阜新 123000)

遼西北風(fēng)沙地地理環(huán)境不佳,水分匱乏,土壤貧瘠,土地荒漠化嚴重。農(nóng)林復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)在提高土地生產(chǎn)力、解決農(nóng)林爭地矛盾和改善生態(tài)環(huán)境方面有著重要的促進作用。農(nóng)林復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)種間關(guān)系調(diào)控技術(shù)是農(nóng)林復(fù)合研究的重點內(nèi)容,是農(nóng)林復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展、功能更好實現(xiàn)成功與否的主要關(guān)鍵技術(shù)[1]。因此,為降低物種間的競爭關(guān)系,有效提高土地利用率,加強農(nóng)作物和果樹之間的互補關(guān)系,本試驗以蘋果與紅薯間作為研究對象,開展遼西北風(fēng)沙地農(nóng)林復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)中植物生長和產(chǎn)量的研究,以探索出適宜遼西北及其他風(fēng)沙區(qū)域的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)種植模式。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)域概況

試驗地選在遼寧省西北邊緣彰武縣。該地區(qū)土壤以風(fēng)沙土為主,沙層深厚,土壤瘠薄,有機質(zhì)含量較低。沙丘下部和丘間低地約有1/3林地土壤剖面分布著埋藏古土層,厚度30～80 cm,土壤顏色灰黑,質(zhì)地較細,具較強持水力。屬于大陸性干旱半干旱季風(fēng)氣候區(qū),年平均降水量510.2 mm。

1.2 試驗設(shè)計

試驗共設(shè)計蘋果與紅薯間作、蘋果單作和紅薯單作3個處理,每種種植模式均設(shè)置3塊樣地,3次重復(fù),每個樣地面積為36 m2。蘋果品種為北方常見的寒富蘋果,株行距為6 m。

間作模式中蘋果與紅薯之間的距離(樹干行與作物行的距離)分別約為1.0、1.5、2.0和3.0 m。在種植紅薯時,于蘋果樹行和紅薯行一次性施足基肥,不再追肥,按正常澆水量澆水。在研究區(qū)布設(shè)蘋果單作和紅薯單作樣地,植株株行距、密度及管理方式與間作系統(tǒng)相一致。蘋果與紅薯基本特征見表1。

表1 蘋果和紅薯間作系統(tǒng)基本特征

1.3 測定指標及方法

1.3.1 對產(chǎn)量指標進行測量 在收獲期,測定每個樣地蘋果的果實量及紅薯的塊莖量。在每個樣地內(nèi),沿蘋果樹行一側(cè)分別按照離樹體由遠及近的順序,依次選取4個1 m×1 m樣方,中心點距離蘋果樹行依次為1.0、1.5、2.0和3.0 m;在紅薯單作系統(tǒng)中,按照“S”形布設(shè)6個1 m×1 m樣方。紅薯收獲后經(jīng)105 ℃殺青30 min,再在50 ℃條件下烘干至恒質(zhì)量,用電子天平稱質(zhì)量,測定其產(chǎn)量。

1.3.2 對蘋果和紅薯株高和莖粗進行測量 測定每個樣地內(nèi)蘋果和紅薯的株高和莖粗。株高為蘋果和紅薯的高度,莖粗為離地上1 cm處的植株莖粗。

1.3.3 果樹新枝生長量 在蘋果冠層中部從不同的方向隨機選取10個新枝測定長度。在蘋果單作區(qū),選擇5株蘋果樹,采用同樣的方法測定新枝長度。

2 結(jié)果與分析

2.1 蘋果與紅薯間作對蘋果株高的影響

由圖1可以看出,蘋果與紅薯間作系統(tǒng)中蘋果株高為3.14 m,蘋果單作中蘋果平均株高為3.82 m,與單作相比,間作系統(tǒng)中蘋果株高減小了17.80%,間作系統(tǒng)中的紅薯對蘋果生長產(chǎn)生了影響,降低了蘋果株高,且影響效果顯著(P<0.05)。

圖1 蘋果株高的變化

2.2 蘋果與紅薯間作對蘋果莖粗的影響

由圖2可以看出,蘋果與紅薯間作系統(tǒng)中蘋果平均莖粗8.56 cm,蘋果單作中蘋果平均莖粗為9.47 cm,與單作相比,間作系統(tǒng)中蘋果莖粗減小了9.61%,盡管間作系統(tǒng)中的紅薯對蘋果生長產(chǎn)生了影響,減小了蘋果莖粗,但影響效果不顯著。

圖2 蘋果莖粗的變化

2.3 蘋果與紅薯間作對蘋果新枝生長量的影響

由圖3可以看出,蘋果與紅薯間作系統(tǒng)中蘋果新枝平均生長量為70.73 cm,蘋果單作中蘋果新枝平均生長量為75.85 cm,與單作相比,間作系統(tǒng)中蘋果新枝生長量減小了5.41%,間作系統(tǒng)中的紅薯對蘋果生長產(chǎn)生了影響,在一定程度上降低了新枝生長量,但影響不顯著。

圖3 蘋果新生枝生長量的變化

2.4 蘋果與紅薯間作對蘋果產(chǎn)量的影響

由圖4可以看出,蘋果與紅薯間作系統(tǒng)中蘋果平均產(chǎn)量為1.75 kg·m-2,蘋果單作中蘋果平均產(chǎn)量為1.85 kg·m-2;與單作相比,間作系統(tǒng)中蘋果產(chǎn)量減小了6.75%,說明盡管間作系統(tǒng)中的紅薯對蘋果生長產(chǎn)生了影響,在一定程度上降低了蘋果產(chǎn)量,但影響不顯著。

圖4 蘋果產(chǎn)量的變化

2.5 蘋果與紅薯間作對紅薯株高的影響

由圖5可以看出,在蘋果與紅薯間作系統(tǒng)中,紅薯距離蘋果行距越遠,紅薯株高越高。與紅薯單作相比,4種間作距離紅薯平均株高分別減小了23.60%、19.23%、8.93%和3.68%,蘋果與紅薯間作系統(tǒng)中的蘋果對紅薯的生長產(chǎn)生了影響,降低紅薯株高,在距離蘋果1.0、1.5和2.0 m位置處表現(xiàn)為顯著降低,當紅薯距離蘋果行距3.0 m株高無顯著差異,說明間作系統(tǒng)中蘋果對紅薯株高的影響主要分布在2.0 m范圍內(nèi)。

圖5 紅薯株高的變化

2.6 蘋果與紅薯間作對紅薯莖粗的影響

由圖6可以看出,在蘋果與紅薯間作系統(tǒng)中,紅薯距離蘋果行距越遠,紅薯莖粗越粗。與紅薯單作相比,紅薯隨著距離的增加,平均莖粗分別減小了21.43%、18.25%、7.94%和3.17%,蘋果與紅薯間作系統(tǒng)中的蘋果對紅薯的生長產(chǎn)生了影響,降低紅薯莖粗,且影響效果顯著(P<0.05)。當紅薯距離蘋果行距3.0 m處紅薯莖粗無顯著差異。說明蘋果對不同距離范圍內(nèi)的紅薯影響也不同,紅薯莖粗在距離蘋果1.0、1.5和2.0 m位置處表現(xiàn)為顯著降低。間作系統(tǒng)中蘋果對紅薯莖粗的影響主要分布在2.0 m范圍內(nèi),這與對紅薯株高的影響范圍相一致。

圖6 紅薯莖粗的變化

2.7 間作對紅薯產(chǎn)量的影響

由圖7可以看出,蘋果與紅薯間作系統(tǒng)中,紅薯距離蘋果越遠,紅薯產(chǎn)量越高,隨著距離蘋果行距的增加,紅薯平均產(chǎn)量分別減小了22.73%、18.18%、15.91%和4.55%,蘋果與紅薯間作系統(tǒng)中的蘋果對紅薯的生長產(chǎn)生了影響,降低紅薯產(chǎn)量,且影響效果顯著(P<0.05),紅薯單作產(chǎn)量與蘋果和紅薯間作系統(tǒng)中距離蘋果行距3.0 m處紅薯產(chǎn)量無顯著差異;蘋果對不同距離范圍內(nèi)的紅薯影響也不同,紅薯產(chǎn)量在距離蘋果1.0、1.5和2.0 m位置處表現(xiàn)為顯著降低,說明間作系統(tǒng)中蘋果對紅薯產(chǎn)量的影響主要分布在2.0 m范圍內(nèi),這與對紅薯株高和莖粗的影響范圍相一致。

圖7 紅薯產(chǎn)量的變化

2.8 土地利用效率分析

從表2可以看出, 蘋果與紅薯間作系統(tǒng)中,隨著距離蘋果行距的增大,蘋果和紅薯產(chǎn)量總體上均增大,且土地當量比也增大;相比于1.0 m距離,其他距離的土地當量比分別提高2.33%、4.65%和11.05%,這說明間作系統(tǒng)可以有效提高土地利用效率,針對耕地緊張的遼西北風(fēng)沙地而言,間作模式對提高土地利用效率有著重要的作用。在有限的空間中實現(xiàn)土地利用率的最大化是農(nóng)林復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)研究的最終目的。間作將生理、生態(tài)具有差異的作物組合在同一群體內(nèi),通過優(yōu)化群體結(jié)構(gòu),發(fā)揮種間互補作用,在時空上集約利用光、熱、水、養(yǎng)分資源的高產(chǎn)高效種植[2-4]。 在空間配置上直接改變了作物地上物質(zhì)的積累分配及產(chǎn)量潛力的發(fā)揮[5]。合理的空間配置促進群體作物間競爭互補和諧,促進作物對周圍環(huán)境資源的高效利用,以實現(xiàn)最大的產(chǎn)量效應(yīng)。本研究利用風(fēng)沙地蘋果與紅薯間作系統(tǒng)對植物生長、生產(chǎn)力及土地利用效率進行了探究,結(jié)果表明,間作系統(tǒng)中的蘋果和紅薯競爭有限的光照資源和土壤養(yǎng)分,降低了蘋果株高、莖粗、新枝生長量、產(chǎn)量和紅薯株高、莖粗、產(chǎn)量;隨著距離蘋果越遠,蘋果和紅薯競爭強度降低,進而降低了蘋果對紅薯的影響,且表現(xiàn)為不同間距的影響效果也不同;這與趙建華等[6]、侯建偉等[7]研究結(jié)果相一致。本研究對間作系統(tǒng)中蘋果對紅薯的影響范圍進行了探究,結(jié)果認為,間作系統(tǒng)中蘋果對紅薯的影響主要分布在2.0 m范圍內(nèi),這對后期蘋果與紅薯間作系統(tǒng)管護及其他模式間作系統(tǒng)中果樹與農(nóng)作物行間距的布設(shè)提供了一定的依據(jù),在后期管護過程中可以通過剪枝措施改善間作系統(tǒng)生長環(huán)境,提高間作系統(tǒng)產(chǎn)量。結(jié)合蘋果與紅薯間作系統(tǒng)的土地利用效率,遼西北風(fēng)沙地土地生產(chǎn)力間作系統(tǒng)比單作系統(tǒng)具有更好的土地利用效率和經(jīng)濟收益。

表2 蘋果與紅薯間作系統(tǒng)的土地利用效率

3 結(jié)論與討論