桑園套種馬鈴薯田間優化配置模式研究

李勇，于翠，鄧文，葉楚華，胡興明，熊超，李欣

摘要：在桑樹/馬鈴薯套種群體系統內，研究不同田間配置條件下，桑園環境因子變化、桑葉氣體交換參數特征、桑樹冠層對光強度吸收效果及對桑葉產量的影響。結果表明，M2模式可顯著提高桑園環境CO2濃度（Ca），M1模式中桑園環境溫度（T）最高;3種處理桑樹葉片的凈光合速率（Pn）日變化均呈雙峰曲線，不同處理桑樹葉片Pn最大值有差異，M2模式中桑樹葉片LUE、WUE、CUE最低。桑樹冠層透光率（LTR）及其相應葉面積指數（LAI）測量結果呈極顯著相關，LTR隨LAI的增加而呈遞減的趨勢。M1模式的土地生產率最低，M2模式桑樹產量指標單株產葉量和公斤葉片數最低，M3模式馬鈴薯的成本收益率和資金產投比最優。綜合分析，桑樹密度為1 000株/667 m2（株行距170 cm×40 cm）的桑園，套種馬鈴薯的最佳田間配置為兩行桑樹間種植2行馬鈴薯（株行距30 cm×50 cm）與兩行桑樹間種植1行馬鈴薯（株距30 cm）隔行種植模式。

關鍵詞：桑園套作馬鈴薯;田間配置;光合特性;產量

中圖分類號：S888;S532;S344.3 ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? 文章編號：0439-8114（2014）23-5779-06

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2014.23.039

馬鈴薯為茄科茄屬一年生草本植物，別稱地蛋、洋芋、土豆等，是全球第三大重要的糧食作物，僅次于小麥和玉米。而農林復合系統由于其在提高自然資源利用率、增加農民收入、促進生態和經濟協調發展等方面意義重大，正吸引諸多專家、學者關注。有研究表明，農林套作模式可有效降低系統內的風速、調節系統內農作物冠層的溫濕度，并直接影響林木和農作物的光合生理參數和產量等[1，2]。桑園套作馬鈴薯模式是近年推廣較快的一種桑園復合經營模式，其在增加蠶農收入、穩定蠶桑產業發展、增強蠶桑產業抵御市場風險等方面發揮了重大作用。有關桑園套作馬鈴薯栽培技術研究已有報道，但對桑園套作馬鈴薯模式的田間配置優化缺乏研究，生產中存在種植方式多樣，田間配置不規范的問題，影響了桑樹、馬鈴薯的經濟效益雙贏。為此，以湖北蠶區具有代表性的桑樹馬鈴薯套作模式為對象，就不同田間配置對桑樹光合特性、桑葉產量及馬鈴薯產量的影響進行了研究，以期為完善桑園套作馬鈴薯模式栽培理論提供依據。

1 ?材料與方法

1.1 ?材料

供試桑樹品種為強桑1號，2011年栽植，密度為1 000株/667 m2（株行距170 cm×40 cm）;馬鈴薯品種為東北303。

1.2 ?試驗設計

在湖北省農業科學院經濟作物研究所桑樹種質資源圃中，選取地面平整、土壤肥力均一的桑園用地，設置M1、M2、M3共3種田間配置方法（表1），采用隨機區組排列，每處理3次重復，小區面積20 m2。采用壟作覆膜栽培方式，12月下旬翻耕土地、起壟，壟寬60 cm、高20 cm。桑樹和馬鈴薯的田間管理按照高產桑園和馬鈴薯栽培方法進行。

1.3 ?測定方法

1.3.1 ?桑葉氣體交換參數測定 ?利用便攜式光合測定儀（美國LI-COR公司，LI-6400）測定3種處理桑樹葉片的凈光合速率（Pn）、氣孔導度（Gs）、胞間二氧化碳濃度（Ci）、蒸騰速率（Tr），并測定大氣CO2濃度（Ca）、大氣溫度（T）、空氣濕度（RH）。光合日變化測定時間在2014年5月12日。葉片選擇：每種處理選擇長勢一致的桑樹3株，每棵樣株中選擇3個光照良好的頂部新梢，每個新梢選1片生長正常葉片（5～7位葉片）。測定時間6：00～18：00，每隔2 h測定一次，每一時段重復測定3次，求平均值[3，4]。光合季節變化測定時間在2014年4月26日、5月3日、5月13日、5月22日，于晴天8：30～10：30進行，測定葉片選擇同上。根據Penuelas等[5]報道的方法計算瞬時水分利用效率（WUE=Pn/Tr）、表觀光能利用效率（LUE=Pn/PAR）。

1.3.2 ?桑樹冠層生理參數測定 ?利用便攜植物冠層分析儀（美國基因公司，ACCUPAR LP-80）測定桑樹冠層光合有效輻射（PAR）、透光率（LTR）、葉面積指數（LAI）等。數據采集的三維空間范圍為：整個樹冠內，垂直尺度由冠頂至冠下，水平尺度沿冠幅所占空間包括由東至西和由北至南兩個方向。測點的選擇遵循所在方向線上均勻分布的原則進行選取：垂直尺度，沿冠高在冠頂、冠中（2/3H）、冠下（桑拳）各選一點，共3點，冠中和冠下測量時，水平尺度，分別將冠幅沿由東至西和由北至南直線方向6等份，每1/6冠幅取一點，每一測點重復3次，取平均值。

冠層上方的光照度、冠層下方的光照度、消光系數、葉面積指數呈以下關系：Qi=Qo·e-K·LAI。其中：Qi為冠層下的光照度，Qo為冠層上的光照度，K為消光系數，LAI為葉面積指數。K·LAI為消光度R，反映樹冠對光照度的吸收效果，R=ln（Qo/Qi），K=R÷LAI[6]。

1.3.3 ?馬鈴薯產量調查采用樣方調查方法 ?每試驗小區隨機布設3～5個樣方（樣方內調查套種農作物的株數相同），面積1 m2（1 m×1 m），調查樣方套種馬鈴薯的產量，取平均值折算成單位面積產量。

1.3.4 ?桑葉產量調查方法 ?采用樣株調查法，每試驗小區隨機選5株桑樹，3次重復，發芽至調查產葉量時不采桑葉，家蠶5齡第3、4天采葉調查桑葉產量，試驗桑葉產量主要指桑樹春季產葉量，調查芽葉產量，取平均值并折算成單位面積指標。

1.3.5 ?桑園套種系統投入及產值調查 ?在一個套種栽培周期內，詳細記錄各系統投入的種子（種莖）、肥料、農藥等經濟投入（不包括用工投資）。桑園的投資因各種處理為同一水平，故不作計算。各套種農作物按當地價格折算成單位面積產值。

1.3.6 ?經濟效益評價指標 ?成本收益率=利潤÷成本費用，試驗利潤指套種馬鈴薯凈產值，成本費用指套種馬鈴薯經濟投入;土地生產率=產量或產值÷單位土地面積，試驗以一個套種周期單位桑園面積的總產量計;資金產投比=作物總產值/經濟投入[7]。

1.4 ?數據分析

所有數據均通過Microsoft Office Excel 2003進行整理，其他統計分析處理均采用SPSS 17.0軟件進行。

2 ?結果與分析

2.1 ?不同馬鈴薯田間配置對桑園環境因子的影響

由圖1可知，不同馬鈴薯田間配置的桑園內行間平均光照度分布大體呈拋物線形狀，1 d之內各測點的受光量最小值均出現在6：00和18：00，最高值大都出現在12：00時段，且差異不顯著，表明不同馬鈴薯田間配置對桑園PAR基本無影響;而對桑園環境二氧化碳濃度有顯著影響（P<0.05），Ca從高到低為M2、M3、M1，M2模式可顯著提高桑園環境Ca;桑園環境溫度（T）方面，M1模式顯著大于M2和M3模式（P<0.05）;桑園環境相對濕度（RH）方面，3種模式差異不顯著[8]。

2.2 ?不同馬鈴薯田間配置對桑樹葉片氣體交換參數日變化的影響

2014年5月12日測定各處理桑樹葉片的光合日變化如圖2所示。從圖2可以看出，3種處理桑樹葉片的Pn日變化均呈雙峰曲線，峰值分別在10：00和16：00時段，有明顯的“午休”現象。不同處理桑樹葉片Pn最大值有差異，M1為20.15 μmol/（m2·s），M2為18.56 μmol/（m2·s），M3為21.25 μmol/（m2·s），其中M1和M3桑樹葉片Pn顯著大于M2（P<0.05）。

植物的光合作用與葉片胞間CO2濃度有直接的關系[9]。從圖2可以看出，3種處理桑樹葉片的Gs和Ci日變化曲線整體均呈逐漸下降趨勢。其中不同處理桑樹葉片的Gs最大值有一定的差異，M1為7.26 mol/（m2·s），M2為6.32 mol/（m2·s），M3為8.71 mol/（m2·s），M3桑樹葉片Gs顯著大于M1和M2（P<0.05）。

植物對水分吸收、礦質鹽類及其在體內運輸的主要動力是蒸騰作用，植物葉片蒸騰作用比較強時，常會造成水分供應不足的情況，從而影響其生長，進而危及植物的生存[10]。從圖2可以看出，各處理桑樹葉片的Tr日變化曲線趨勢一致。不同處理桑樹葉片的Tr最大值，M1為8.29 mmol/（m2·s），M2為8.37 mmol/（m2·s），M3為8.12 mmol/（m2·s），各處理間差異不顯著。

2.3 ?不同日期馬鈴薯田間配置對桑樹葉片氣體交換參數測定值的影響

在2014年4月26日、5月3日、5月13日、5月22日測定不同處理桑樹氣體交換參數，從圖3可以看出，桑樹氣體交換參數隨日期不同產生了變化。不同處理桑樹葉片的Pn、Gs、Ci、Tr隨日期變化的趨勢基本一致，M1處理桑樹葉片的Pn、Gs、Tr在5月22日顯著大于M2和M3，M2處理桑樹葉片的Tr在5月13日顯著大于M1和M3（P<0.05）。

對不同處理桑樹葉片的Pn、Gs、Ci、Tr、LUE、WUE和CUE日變化均值（表2）進行顯著性分析得知，M1桑樹葉片的Pn顯著大于M2和M3（P<0.05），其他參數的差異不顯著，3種處理桑樹葉片LUE日變化均值為M1>M3>M2，WUE日期變化均值為M3>M1>M2，CUE日期變化均值為M1>M3>M2。

2.4 ?不同田間配置對桑樹冠層生理指標的影響

植物光合面積與光合產量密切相關[10，11]，光合面積通常以葉面積指數（LAI）來表示。試驗中桑樹樹冠光能分布與葉面積指數存在密切相關，對3種處理桑樹樹冠內透光率（LTR）及其相應LAI測量結果的回歸分析表明[12，13]：兩者呈極顯著指數相關關系，LTR隨LAI的增加而呈遞減的趨勢，其擬合系數分析通過了顯著水平。其中M1中LTR與LAI擬合系數方程為y=4.33 e-5.45 x，R2=0.97;M2中LTR與LAI擬合系數方程為y=4.17 e-5.94 x，R2 =0.95; M3中LTR與LAI擬合系數方程為y=4.44 e-6.09 x，R2=0.96（圖4）。

對不同處理桑樹葉片的LTR、LAI和消光系數（K）、消光度（R）變化均值（表3）進行差異顯著性分析得知，3種處理桑樹樹冠LTR、R差異不顯著，M2中桑樹LAI顯著小于M1和M3（P<0.05），M2中桑樹K顯著大于于M1和M3（P<0.05）。

2.5 ?不同田間配置對桑葉和馬鈴薯產量的影響

由表4可知，經濟投入、經濟產量、套作物凈產值和土地生產率方面均為M2>M3>M1，且M2、M3處理的經濟效益均顯著大于M1（P<0.05），M2的經濟投入、經濟產量和土地生產率顯著大于M3（P<0.05），但套作物凈產值方面，M2和M3差異不顯著。成本收益率和資金產投比均為M3>M2>M1，且M3顯著大于M2和M1（P<0.05）。桑葉產量為M1>M3>M2，M2顯著小于M1和M3（P<0.05）;千克葉片數為M2>M3>M1，M2顯著大于M1和M3（P<0.05）。

3 ?小結與討論

3.1 ?桑園套作馬鈴薯不同田間配置對桑園環境因子中的Ca和T有顯著影響

試驗結果表明，M2模式可顯著提高桑園環境Ca濃度，桑園環境T方面，M1模式顯著大于M2和M3模式（P<0.05）。3種處理桑樹葉片的Pn日變化均呈雙峰曲線，有明顯的“午休”現象，但不同處理桑樹葉片Pn最大值有差異，其中M1和M3顯著大于M2（P<0.05），表明桑樹/馬鈴薯套作群體存在種間競爭，但不同田間配置對桑樹光合特性影響各異[14，15]。

M1模式中桑樹葉片Pn的日期變化均值顯著大于M2和M3（P<0.05），3種處理桑樹葉片LUE日期變化均值為M1>M3>M2，WUE日期變化均值為M3>M1>M2，CUE日期變化均值為M1>M3>M2。表明3種處理M2模式對其群體中桑樹的光能利用效率、瞬時水分利用效率和CO2利用效率影響最大。生產中應依據當地立地條件盡可能采取M1或M2模式，以減小對桑樹生長發育的影響[16-17]。

3.2 ?植物光合面積與光合產量密切相關

光合面積通常以葉面積指數來表示[16，17]。試驗中桑樹樹冠光能分布與葉面積指數（LAI）存在密切相關，通過對3種模式處理桑樹樹冠內透光率（LTR）及其相應LAI測量結果的回歸分析表明：兩者呈極顯著指數相關關系，LTR隨LAI的增加而呈遞減的趨勢，其擬合系數分析通過了顯著水平，3種處理M2中桑樹LAI顯著小于M1和M3（P<0.05），M1和M3模式中桑樹樹冠對光照度的吸收效果優于M2模式處理。表明M2模式影響到了桑樹的光合面積，并可能會對桑樹生長發育和產量形成有進一步影響[18]。

3.3 ?套種農作物對桑樹生長發育有影響

3種處理中，M3模式馬鈴薯的成本收益率和資金產投比最優，M1模式的土地生產率最低，但M1模式中桑樹產量指標單株產葉量和千克葉片數最優，M3模式次之，M2模式最低。表明桑園套種農作物對桑樹生長發育有一定影響，但農作物不同田間配置處理對桑樹光合特性影響各異[19，20]。

3.4 ?桑園套種農作物配比應適當

綜合分析各處理群體中桑樹的Pn、LUE、WUE、CUE、LAI、R和桑葉產量及模式經濟效益發現[7]，套種馬鈴薯密度高，桑樹Pn和LAI低，對桑樹光能利用影響較大，桑葉產量下降;套種馬鈴薯密度低，雖然對桑樹生長發育影響最小，但經濟效益也低，起不到提高桑園產出，為蠶農增收的目的。因此，在符合桑樹和馬鈴薯生長發育的立地條件及選擇優良品種的前提下，桑樹密度為1 000株/667 m2（株行距170 cm×40 cm）的桑園套種馬鈴薯的最佳田間配置為兩行桑樹間種植2行馬鈴薯（株行距30 cm×50 cm）與兩行桑樹間種植1行馬鈴薯（株距30 cm）隔行種植模式。

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