晉西地區(qū)不同套種模式對蘋果光合特性的影響

代　巍　郭小平　畢華興　宋子煒　史曉麗

摘要：本研究以晉西黃土區(qū)蘋果+玉米(PY)、蘋果+綠豆(PL)兩種套種模式為研究對象，分析果樹與不同農(nóng)作物套種的光合速率、蒸騰速率、水分利用效率的差異和原因，果樹對農(nóng)作物的遮陰影響，以及凈光合速率、蒸騰速率與環(huán)境因子的關(guān)系。結(jié)果表明，蘋果對農(nóng)作物的遮陰明顯；蘋果與矮矸作物綠豆復(fù)合比與高稈作物玉米復(fù)合的凈光合速率日平均值高，蒸騰速率的日平均值略低，水分利用率高，但是在兩個(gè)復(fù)合模式中蘋果的水分利用率的變化趨勢是基本相同的；兩模式中的蘋果的凈光合速率與環(huán)境因于相關(guān)系數(shù)基本相同，與光量子通量相關(guān)性最顯著，其次是氣孔導(dǎo)度。對蒸騰速率的影響因子從大到小依次為光量子通量、氣孔導(dǎo)度、溫度、相對濕度。

關(guān)鍵詞：光合速率；蒸騰速率；水分利用效率

光合作用是植物的重要生理過程，也是植物受逆境脅迫影響較大的生理過程之一。光照是作物和果樹生長的主要能源，對果實(shí)品質(zhì)、作物產(chǎn)量都有著重要的影響。而且在沒有水肥脅迫的情況下，種植結(jié)構(gòu)和種植密度對光合效率和產(chǎn)量也產(chǎn)生重要的影響。因此，近年來有很多關(guān)于復(fù)合農(nóng)林業(yè)的種植模式的研究。但目前此類研究主要集中在通過植物氣體交換特點(diǎn)來研究植物的光合特性和水分利用效率及其與環(huán)境之間的關(guān)系，而對不同果樹農(nóng)作物復(fù)合模式下的果樹的光合特性研究鮮見報(bào)道。本研究以晉西黃土區(qū)常見的兩種果糧復(fù)合模式為研究對象，分析比較不同復(fù)合模式中果樹和農(nóng)作物的光合特性以及水分利用率的差異及其原因，從而為當(dāng)?shù)貜?fù)合栽培模式的結(jié)構(gòu)配置、作物產(chǎn)量和果實(shí)品質(zhì)提高提供指導(dǎo)。

1研究地區(qū)的概況

試驗(yàn)區(qū)位于山西省臨汾市吉縣東城鄉(xiāng)雷家莊(E110°35，N36°04)，海拔高度1300 m左右，為典型的晉西地區(qū)黃土殘塬溝壑區(qū)的塬面。該地區(qū)春季干旱多風(fēng)，氣候回升快，晝夜溫差大，年均口照時(shí)數(shù)2740h(小時(shí))，總輻射量為574.18J；年均降雨量500～586 mm，7～9月占70％。現(xiàn)有果樹農(nóng)作物復(fù)合種類比較單調(diào)，果樹以蘋果為主，農(nóng)作物有玉米、綠豆等。

2材料與方法

2.1供試樹種及作物

試驗(yàn)樹為8年生的蘋果樹，株行距5m×6m。套種作物為玉米和綠豆。本次試驗(yàn)選擇蘋果+玉米(PY)、蘋果+綠豆(PL)兩種常用復(fù)合種植模式，在每個(gè)復(fù)合模式中選出3株試驗(yàn)樹。對每個(gè)復(fù)合模式的農(nóng)作物，自每株觀測樹中心向北由近及遠(yuǎn)的選擇3株觀測，標(biāo)記為1、2、3。觀測樹和農(nóng)作物的基本狀況指標(biāo)見表1。

試驗(yàn)選在2007年8月份進(jìn)行，此時(shí)正是農(nóng)作物和果樹的生長旺盛時(shí)期，也是種間競爭較激烈的時(shí)期。每次觀測的具體指標(biāo)包括光量子通量、風(fēng)速、溫度、相對濕度、凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(E)、氣孔導(dǎo)度等指標(biāo)。

光合速率和蒸騰速率用Li－6400光合洮定儀測定系統(tǒng)，于8月的晴天早上8時(shí)至下午6時(shí)每隔2h(小時(shí))測定1次。在每株觀測樹東南西北4個(gè)方向選3片光照條件相同的葉片，每株觀測農(nóng)作物都選擇3對對稱完整的成熟葉片，分別測定其光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度的日變化，每個(gè)葉片記錄3個(gè)穩(wěn)定的觀測值。將數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)后，按照測定的時(shí)間段對數(shù)據(jù)進(jìn)行集合平均，用Excel與SPSS軟件分析。

光照強(qiáng)度用手持光量子計(jì)，在進(jìn)行凈光合速率等指標(biāo)觀測同時(shí)，即從08:00到18:00每隔2h(小時(shí))觀測1次。在每株觀測樹的4個(gè)方向，果樹的觀測葉位置，距離地面1.5m高處，觀測瞬時(shí)光量子通量，每個(gè)方向記錄3個(gè)穩(wěn)定的觀測值，按照測定時(shí)間段取其平均值。

小氣候指標(biāo)用Kedtrel 3000手持氣象站，在進(jìn)行凈光合速率等指標(biāo)觀測的同時(shí)，在光量子通量觀測的相同位置，對每個(gè)復(fù)合模式的小氣候(風(fēng)速、溫度、相對濕度)進(jìn)行觀測，做3個(gè)重復(fù)取其平均值。

3結(jié)果與分析

3.1不同復(fù)合模式小氣候因子的日變化規(guī)律

不同復(fù)合模式小氣候因子的觀測結(jié)果表明，兩種復(fù)合模式從上午8:00開始光量子通量和溫度持續(xù)上升，在下午12:00前后達(dá)到最高，之后逐漸下降；隨著光量子通量和氣溫的升高，空氣相對濕度從8:00起逐漸降低，于下午14:00前后達(dá)到最低，然后再回升。蘋果+玉米的光量子通量比蘋果+綠豆低，而溫度高，風(fēng)速小。

3.2光合速率、蒸騰速率與環(huán)境因子的相關(guān)性分析

兩種復(fù)合模式的蘋果的凈光合速率、蒸騰速率與環(huán)境因素的相關(guān)性分析結(jié)果表明，不同模式中的蘋果的相關(guān)系數(shù)基本相同，光量子通量與凈光合速率的相關(guān)性最顯著，相關(guān)系數(shù)在0.87左右；其次是氣孔導(dǎo)度，相關(guān)系數(shù)在0.78左右。對蒸騰速率影響最大的因子從大到小依次為光量子通量(相關(guān)系數(shù)0.86左右)、氣孔導(dǎo)度(相關(guān)系數(shù)0.75左右)、溫度(相關(guān)系數(shù)0.4左右)，隨著光量子通量的增加，溫度增加，蒸騰速率也相應(yīng)的增加，而相對濕度減少，大氣飽和水氣壓差值增大，促進(jìn)蒸騰作用，因此，中午的蒸騰速率相對較強(qiáng)。

3.3不同復(fù)合模式蘋果光合速率日變化

由于果樹自身的光合能力，兩復(fù)合模式中蘋果的光合速率的日變化呈一定的趨勢，即太陽出來后光合速率迅速增加，到8:00～10:00光合速率達(dá)到最大值，隨后逐漸下降，光合日變化基本呈雙峰曲線，最大值出現(xiàn)在10:00～14:00，在12:00會(huì)出現(xiàn)相對低值，蘋果有明顯的“午休”現(xiàn)象，14:00出現(xiàn)第2個(gè)峰值(圖1)。

蘋果+綠豆模式比蘋果+玉米模式凈光合速率高，尤其在14:00之前差異明顯，日平均值相差0.55μmol/(m²·s)。本文認(rèn)為這主要受光照強(qiáng)度影響，觀測時(shí)期玉米的高度在2m左右，對果樹有遮陰作用，蘋果+玉米中的果樹接收到的光量子通量明顯的低于綠豆模式，從而導(dǎo)致凈光合速率值相對較小。而在14:00之后各模式差距縮小，這主要受兩個(gè)因素影響，一是14:00之后的太陽輻射降低，兩個(gè)模式間的光照差異也就相應(yīng)的縮小，所以各個(gè)觀測樹的光合速率差異縮小；另外上午光合作用累積的光合產(chǎn)物對光合作用產(chǎn)生一定的抑制作用，蘋果+綠豆中的蘋果樹，上午的光合速率高于與蘋果+玉米中的蘋果樹，所以累積的光合產(chǎn)物相對較多，導(dǎo)致產(chǎn)生的抑制效果明顯，引起14:00后光合速率的變化。因此，復(fù)合模式中的光競爭主要發(fā)生在14:00之前。

3.4不同復(fù)合模式蘋果蒸騰速率日變化

蘋果的蒸騰速率日變化的變化趨勢同光合速率變化趨勢基本吻合。由圖2可以看出，兩復(fù)合模式中蘋果的蒸騰速率均在12:00～14:00達(dá)到最大值，其最大值的出現(xiàn)時(shí)間較凈光合速率最大值的出現(xiàn)時(shí)間滯后約2h(小時(shí))。蘋果與矮稈的綠豆復(fù)合栽培和與高稈的玉米復(fù)合相比，蒸騰速率的日平均值略低，蘋果的蒸騰速率日平均值低0.60μmol/(m²·s)。通過小