北疆棗棉間作模式中棉花光合特性的研究*

劉天煜，段志平，張永強，焦 超，欒鵬飛，楊 濤，石巖松，張 偉*

（石河子大學農學院農學系，新疆 石河子 832000）

北疆棗棉間作模式中棉花光合特性的研究*

劉天煜，段志平，張永強，焦 超，欒鵬飛，楊 濤，石巖松，張 偉*

（石河子大學農學院農學系，新疆 石河子 832000）

為了探明北疆地區棗棉間作系統中棉花的光合特性變化，利用Li-6400光合儀與Spad-502葉綠素儀測定單作棉花與間作棉花的光合特性與葉綠素含量，結果表明,隨著生育時期的推進，與單作棉花相比，間作棉花的凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導度、胞間CO2濃度均有一定的差異，而棉花葉片葉綠素含量基本沒有差異,棗棉間作系統中棗樹對棉花的光合生理特性產生一定影響，此研究為北疆地區發展農林復合農業提供理論指導。

棗棉間作；光合特性；葉綠素含量

隨著我國經濟高速發展，城市面積擴張，同時土地荒漠化、鹽漬化、土壤和水體污染等問題導致我國耕地面積不斷減少，探索和發展更加高效利用耕地的耕作模式成為當前農業的一個重要課題。近年來，農林復合系統受到人們的重視和提倡，因其組分結構合理、類型多樣、生產及生態防護功能穩定，并有利于土地利用率的提高，而成為世界各國生態農林業范圍內的一個主流并發展迅速。

經濟效益作為農林間作復合經營的經濟基礎，特別對發展中國家來說，只要求生態效益而不抓經濟效益是不符合發展中國家國情的[1]。果棉間作種植，是解決特色林果前期土地利用率低，增強整體經濟效益的新型種植模式，對穩定和突出特色林果與優質棉花獨特區位優勢，提升優勢資源轉換戰略具有重要的作用[2]。新疆優越的水、土、光、熱組合條件為開展特色林果產業提供了條件[3]。近年來，南疆大力發展林果業，棉花的生產方式發生了巨大的變化，從單作模式演變為果棉間作模式。截止2012年，麥蓋提縣定植棗樹37 333.3 hm2，多為2～5年生，該縣絕大多數棉花種植在棗樹園內，棉花生產在一定程度上受到棗樹的影響[4]。棗樹和棉花對光熱等資源最優化利用是提高棗棉間作系統產量和生產力的核心[5]，但是在北疆地區，采用該種植模式相對較少，相關研究資料也不是很充足。本研究以北疆棗棉間作模式為研究對象，探究棗棉間作復合系統的光合特性與葉綠素含量等特征，以期為新疆北疆棗棉間作的栽培技術、科學管理提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

本試驗在兵團第八師一五〇團15連進行，該連種植紅棗46.67 hm2。棗樹于2009年栽植，每年3月中旬平茬（自地面10 cm以上部分全部修剪）。

1.2 試驗材料

供試紅棗種植品種為贊皇，棉花品種為新陸早48號。

1.3 試驗配置

棗樹株行距配置為行距2.8 m，株距為1.4 m，棗樹行間套種棉花。棉花采用人工手推播種機點播，膜寬1.2 m，一膜四行，行距20 cm+40 cm+20 cm（見圖1）。

圖1 棗棉間作小區示意圖

1.4 測量項目及其方法

1.4.1 光合生理指標測定

于棉花苗期、現蕾期、花鈴期、吐絮期4個關鍵生育期相對應的日期，在當日11：00對棉花倒四葉進行光合生理特性的測定，在棗棉間作處理中，選擇生長健康、長勢一致、無病斑、光照均一的同一葉位棉花倒四葉葉片，使用美國進口Li-6400光合儀測定3個葉片并取平均值，單作棉花做對照。主要測定指標包括葉片的光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導度（Gs）、胞間CO2濃度（Ci）等生理因子。

1.4.2 葉綠素含量測定

分別于棉花苗期、現蕾期、花鈴期、吐絮期4個關鍵生育時期內，選取單作棉花和間作棉花各10株，用Spad-502葉綠素儀測定棉花倒四葉的葉綠素含量，取其平均值。

1.5 數據統計與分析

利用Excel2013進行數據整理分析，利用SigmaPlot 10.0制作圖表。

2 結果與分析

2.1 單/間作棉花主要生育時期凈光合速率（Pn）變化

圖2 單/間作棉花4個生育時期凈光合速率值（Pn）變化

隨著生育期的推進，單作棉花與間作棉花的凈光合速率值（Pn）變化（圖2）基本呈“單峰型”變化，在棉花出苗期到現蕾期，間作棉花與單作棉花凈光合速率值基本無差異，但在現蕾期后出現明顯差異，其中，間作棉花凈光合速率峰值（28.64 μmol/m2·s）出現在現蕾期，而單作棉花的凈光合速率峰值（29.93 μmol/m2·s）出現在花鈴期，相比間作棉花較晚。

2.2 單/間作棉花主要生育時期氣孔導度（Cs）變化

圖3 單/間作棉花4個生育時期氣孔導度值（Cs）變化

隨著生育期的推進，單作棉花與間作棉花的氣孔導度值（Cs）變化（圖3）基本呈“單峰型”變化，在棉花出苗期到現蕾期，間作棉花與單作棉花凈光合速率值基本無差異，間作棉花的氣孔導度峰值（0.56 mmol·m·s）出現在現蕾期，而單作棉花氣孔導度的峰值（0.67 mmol·m·s）則出現在花鈴期。

2.3 單/間作棉花主要生育時期胞間CO2濃度（Ci）變化

圖4 單/間作棉花4個生育時期胞間CO2（Ci）濃度變化

在4個關鍵生育時期中，單作棉花和間作棉花胞間CO2濃度（Ci）變化趨勢（圖4）基本相同，呈“單峰型”曲線，二者的差異也主要出現在現蕾期之后，峰值均出現在花鈴期，其中間作棉花的胞間CO2濃度峰值（266.75 μmol/mol）相比單作棉花的胞間CO2濃度峰值（253.15 μmol/mol）較高。

2.4 單/間作棉花主要生育時期蒸騰速率（Tr）變化

圖5 單/間作棉花四個生育時期蒸騰速率（Tr）變化

一般來說，氣孔導度（Cs）與蒸騰速率（Tr）成正相關關系，本試驗數據表現亦是如此，通過對比單/間作棉花關鍵生育期氣孔導度（Cs）變化（圖3）和單/間作棉花主要生育時期蒸騰速率（Tr）變化（圖5），可以發現二者變化趨勢類似，二者均呈“單峰型”變化趨勢，峰值出現期稍有不同，間作棉花在現蕾期出現其峰值（11.13 mmol/m2·s），而單作棉花則稍晚，在花鈴期出現其峰值（12.76 mmol/m2·s），單作棉花的蒸騰速率最高值大于間作棉花。

2.5 單/間作棉花主要生育時期葉綠素含量對比

圖6 單/間作棉花4個生育時期葉綠素含量對比

棉花前期葉綠素含量較低，之后隨著生育期的推進，葉綠素含量逐漸升高，花鈴期前后棉花葉片葉綠素含量維持高值并穩定一段時間，間作棉花與單作棉花差異不明顯（圖6）。

3 討論與小結

3.1 討論

本研究表明，間作棉花和單作棉花在不同生長時期的光合生理指標表現出一定差異，尤其表現在現蕾期到吐絮期之間，棗樹為落葉喬木，具有發葉遲（5月初）、落葉早（10月下旬）、枝葉稀疏、透光度大的特點。生長期集中在5月上旬至9月上旬[6]。在棉花播種直到現蕾期，棗樹處于生長期，植株個體較小，對間作棉花基本沒有遮蔭影響，而從現蕾期到吐絮期，棗樹植株較大，與棉花關鍵生育期重疊，對棉花造成一定的遮蔭，進而影響棉花的光合生理指標，單作棉花和間作棉花之間產生一定差異。

胞間CO2濃度（Ci）是光合生理生態研究中經常用到的一個參數。實際上，Ci的大小取決于4個可能變化的因素:葉片周圍空氣的CO2濃度、氣孔導度、葉肉導度（gm）和葉肉細胞的光合活性。在研究實踐中，可能會遇到多種不同的情況[7]。在本試驗數據中，胞間CO2濃度（Ci）基本與其他幾個光合生理指標成正相關關系，但是在間作模式下現蕾期到花鈴期這一階段二者成負相關關系，分析其原因，可能與棗棉間作條件下田間小氣候因素導致周圍CO2濃度不穩定有關。

葉綠素含量與植被的光合能力、發育階段具有較好的相關性，它通常是光合作用能力和植被發育階段（特別是衰老階段）的指示器[8]。在本研究中，間作和單作棉花的葉綠素含量有一定差異，但結合大田生產實際，該差異不大，分析其原因：雖然間作條件下會對棉花造成一定的遮蔭影響，但是葉片葉綠素含量主要與水肥條件有關，尤其與氮肥的含量有關，可能是因為間作棉花與單作棉花水肥供應措施一樣，且一年生棗樹對間作棉花水肥的影響較小，因此間作棉花與單作棉花葉片葉綠素含量差異不明顯。

3.2 小結

本研究表明，棗棉間作系統內，隨著棗樹與棉花生育時期的推進，在間作后期，由于棗樹個體較大，對間作棉花造成遮蔭，導致間作棉花各項光合生理指標均與單作模式相比有所差異，而間作模式中棉花的葉綠素含量與單作相比基本沒有差異。同時，棗棉間作系統內可能形成某種農田小氣候，產生了水、溫、氣等各方面的差異，對棗棉間作系統內的棉花各項光合生理指標和葉綠素含量也造成了一定影響，因此，對棗棉間作系統內農田小氣候因子的變化仍需進一步的研究。

[1]甘雅文.南疆地區核桃冬麥間作復合系統根系分布特征研究[D]：石河子大學，2015.

[2]林濤，田立文，郭仁松，等.果樹類型及配置方式對南疆間作棉花產量、品質及經濟效益的影響研究[J].新疆農業科學，2013（3）：393-400.

[3]郝向東，李魯華，張偉.棗棉間作系統光合特性研究[J].新疆農墾科技，2016，39（2）：6-8.

[4]蔣從軍，徐利民，沙紅，等.棗棉間作條件下棉花各種植行生長差異研究[J].棉花科學，2014（3）:17-19.

[5]張東升，韓碩，王旗，等.棗棉間作條件下棉花密度對棉花光合特性及產量影響[J].棉花學報，2014（4）：334-341.

[6]周長東，武永祥.棗樹與小麥實行間作技術[J].經濟林研究，1998（1）：37.

[7]陳根云，陳娟，許大全.關于凈光合速率和胞間CO2濃度關系的思考[C].紀念殷宏章先生百年誕辰暨全國光合作用學術研討會論文摘要匯編，2008：64-66.

[8]宮兆寧，趙雅莉，趙文吉，等.基于光譜指數的植物葉片葉綠素含量的估算模型[J].生態學報，2014（20）：5736-5745.

2016-10-27

國家自然科學基金（31560376），石河子大學SRP項目（2016005）。

*通訊作者：張偉，男，博士，副教授，主要從事耕作學與農業生態學研究。E-mail：bluesky2002040@163.com。