扁桃-冬小麥間作模式下樹體結構、光環境和小麥產量間的相關性

張 雯，劉翠榮，周玉梅，周 皓，謝 輝

(1.新疆農業科學院園藝作物研究所，烏魯木齊 830091； 2.石河子大學農學院，新疆石河子 832003； 3. 喀什地區莎車縣園藝站，新疆莎車 844700；4.新疆農業大學科學技術學院，烏魯木齊 830052；5.喀什地區農業技術推廣中心，新疆喀什 844000)

0 引 言

【研究意義】果糧間作種植模式在新疆南疆地區農業生產中占有重要地位，目前該地區70%左右的糧食、棉花等大田作物長期與果樹間作[1]。扁桃是新疆南疆地區種植的主要特色果樹品種之一，栽培面積超過7.5×104hm2[2]，主要與糧食、棉花等作物間作種植，間作比例超過總栽培面積的95%以上[3]。隨著樹齡的增加，樹冠不斷擴大，果樹遮陰程度不斷加重，導致間作區域光環境條件不斷惡化[4]。對間作作物生長發育和產量形成均有較大影響。研究樹體結構對間作區域光環境和間作小麥產量形成影響具有實際意義。【前人研究進展】光照與作物產量形成密切相關，弱光導致作物籽粒干物質積累降低，對粒重和產量均有較大影響[5]。研究指出，水分和營養物質供應充足的情況下，光照是低矮間作作物產量形成的主要限制因子[4,6]，間作區域光照條件受樹種[7]、樹齡[8]、行間距、行向等因素共同影響。棗樹由于與間作作物生育重疊期短、樹冠矮小、枝葉稀疏，對間作作物生長發育影響小，而被廣泛應用于西北黃土高原和新疆南疆地區的間作種植模式中[7,9]。李連國等[10]和蔣文偉等[11]研究指出間作系統中林帶行向顯著影響間作區域光脅地的范圍，其中北林帶脅地范圍不明顯，東西林帶居中，南林帶最嚴重，確定間作模式宜選用南北行向。在弱光照條件下，作物通常表現為較弱的生長能力和較低的產量[12]，Spiertz[13]研究表明，小麥灌漿期弱光對籽粒發育有重要影響，弱光使籽粒粒重顯著降低。小麥灌漿期光照強度減少50%，千粒重下降，平均損失率為27.3%。【本研究切入點】當樹種、行向、栽植密度等因素都已確定的情況下，光照在果農復合系統內的分布主要受果樹冠層特征影響，摸清樹體結構指標與間作區域光環境及間作小麥產量構成指標的相關關系，對于高光效樹形的選擇、間作作物適宜性評價和種植模式優化具有重要意義，目前有關南疆綠洲農業特殊生態區間作模式下樹體結構對間作區域光照條件和小麥產量指標影響的研究較少，其相關性還不清楚。研究確定樹體結構指標與間作區域光環境指標及間作冬小麥產量構成指標的相關性。【擬解決的關鍵問題】以扁桃-冬小麥間作模式為研究對象，通過田間實測與數理統計揭示樹體結構指標與間作區域光環境和間作冬小麥產量形成的相關關系，為果糧間作種植模式高光效樹形的選擇和優化提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗地點位于新疆喀什地區莎車縣阿熱勒鄉十四村扁桃豐產示范園內。該鄉地處昆侖山脈北麓，葉爾羌河沖積扇平原中上游地帶，屬于暖溫帶大陸性干旱氣候，氣候干燥，日照長，蒸發量大，年平均氣溫11.4℃，日較差平均12～15℃。年日照時數為2 965 h，年平均降水量56.6 mm，無霜期192 d，晝夜溫差大，能滿足農作物一年兩至三熟的熱量要求。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

栽培模式：扁桃-小麥間作栽培，南北行向，株行距3 m×7 m；扁桃品種：晚豐，樹齡10 a；以新冬20號為供試小麥品種，依扁桃行向種植(行寬1 m)，采用寬窄行種植(10×20)cm，播種密度525×104粒/hm2，栽培管理措施一致。設置不同樹形處理，5株每小區(隨行向連續水平排列)，3次重復。圖1

1.2.2 測定指標1.2.2.1 間作區域光合有效輻射(PAR)日變化規律及生長季動態的測定

圖1 扁桃-冬小麥間作模式間作區域測點分區示意
Fig.1 Schematic diagram of measuring points in intercropping area of almond - winter wheat intercropping mode

于間作小麥拔節期、花期和灌漿期3個時期，使用美國 ONESET HOBO公司生產的U30-NRC小型氣象站中的光合有效輻射監測系統(測量范圍：0～2 500 μmol/(m2·s)；光譜范圍：400～700 nm；精度：±5% μmol/(m2·s)；分辨率：2.5 μmol/(m2·s))對間作區域PAR變化進行測定。選擇晴朗無云的天氣，10∶00～18∶55對PAR的日變化情況進行測定，每5 min記錄一次。探頭分別放在1～5行與Ⅰ-Ⅵ縱交叉的20個調查區域的中央，探頭高度與小麥高度一致。并將灌漿期測定數據，按照日平均輻射強度，光輻射強度×持續時間， 200～400、400～600、600～800、800～1 000、1 000～1 200、1 200～1 400、1 400～1 600和>1 600 μmol/(m2·s)PAR輻射強度持續時間進行統計，其中1、6行為遠冠區，2、5行為近冠區，3、4行為冠下區，I、III、IV、VI幾列為株下區域，II、V為株間區。

1.2.2.2 測 產

小麥收獲前，使用50 cm×50 cm正方形框，在每個調查區域內隨即框取0.25 m2區域，將其中的麥穗全部收獲，進行室內考種，調查千粒重、穗粒數、單位面積有效穗數。

1.3 數據處理

使用Excel2010和SAS數理統計軟件進行數據處理和統計分析。

2 結果與分析

2.1 間作模式下不同生長關鍵時期PAR日均值與小麥產量構成指標的相關關系

研究表明，扁桃-冬小麥間作種植模式下，冬小麥不同生長關鍵時期PAR日均值與小麥產量構成指標均呈正相關關系，單位面積有效穗數與小麥拔節期、揚花期和灌漿期PAR日均值的相關系數分別達到0.78、0.66和0.62，其中與拔節期PAR日均值的相關性達到極顯著性水平，與其它兩個時期PAR日均值相關性達到顯著性水平；穗粒數與3個生長關鍵時期PAR日均值的相關系數分別達到0.46、0.61和0.55，其中與揚花期PAR日均值的相關性達到極顯著性水平，與其它2個時期的PAR日均值相關性達到顯著性水平；千粒重指標與3個生長關鍵時期PAR日均值的相關系數分別達到0.42、0.45和0.66，其中與拔節期PAR日均值的相關性達到極顯著性水平，與揚花期PAR日均值相關性達到顯著性水平，與拔節期相關性未達到顯著性水平。同時采用逐步回歸法對單位面積產量與3個生長關鍵時期的PAR日均值進行擬合，獲得擬合方程：單位面積產量=311.63+0.26 159X3(P=0.0134)(X3=灌漿期PAR日均值)，逐步回歸方程擬合結果僅與灌漿期PAR強度日均值密切相關。表1

表1 間作模式下小麥產量構成指標與不同生長關鍵時期PAR日均值相關性Table 1 Correlation analysis between wheat yield components and daily mean values of PAR in different growth critical periods under intercropping mode

2.2 間作模式下灌漿期PAR強度與小麥產量指標的相關關系

研究表明，小麥千粒重與“光照強度×持續時間”與“>200 μmol/(m2·s)持續時間”至“>1 600 μmol/(m2·s)持續時間”等指標均呈正相關性，除與“>200 μmol/(m2·s)持續時間”的相關性未達到顯著性水平外，與其它指標的相關性均達到極顯著性水平，相關系數依次為0.93、0.43、0.88、0.89、0.92、0.94、0.94、0.91和0.83；除與“>1 600 μmol/(m2·s)持續時間”呈負相關性外，穗粒數指標與其它指標均呈正相關關系，但均未達到顯著性差異；單穗粒重指標與各光照指標均呈正相關關系，相關系數依次為0.70、0.42、0.69、0.68、0.72、0.74、0.74、0.66和0.38，其中與“光照強度×持續時間”和“400～600 μmol/(m2·s)持續時間”至“1 200～1 400 μmol/(m2·s)持續時間”等指標的相關性達到極顯著性水平，在光照強度高于400 μmol/(m2·s)情況下，小麥單穗粒重主要受千粒重影響，進一步說明間作條件下單穗小麥粒重與400～1 400 μmol/(m2·s)強度的光照的持續時間關系更為密切，應作為高光效樹形構造與篩選的重要指標之一。表2

表 2 小麥產量指標與光合有效輻射強度及持續時間的相關性Table 2 Correlation analysis between wheat yield index and photosynthetic effective radiation intensity and duration

2.3 扁桃樹體結構指標與對應間作區域光照分布的相關關系

研究表明，樹高與小麥灌漿期不同間作區域光照指標均呈負相關關系，其中與西側冠下株下區域PAR日均值、PAR強度×持續時間、1 200～1 400 μmol/(m2·s)PAR持續時間等指標的相關性達到顯著性水平，與西側冠下株間區1 200～1 400 μmol/(m2·s)PAR持續時間的相關性達到顯著性水平；冠高與小麥灌漿期各間作區域光照指標均呈負相關關系，其中與西側冠下株間、西側冠下株下和遠冠區3個區域的多項光照指標的相關性均達到顯著或極顯著水平；冠幅與小麥灌漿期各間作區域光照指標均呈負相關關系，其中與西側冠下株間區的7項光照指標的相關性均達到極顯著水平，與遠冠區的5項光照指標(除400～600和600～800 μmol/(m2·s)PAR持續時間外)的相關性均達到顯著性水平；投影面積與小麥灌漿期各間作區域光照指標均呈負相關關系，其中與西側冠下株間區和遠冠區的多項光照指標的相關性達到顯著或極顯著水平；樹冠體積與西側冠下株間區的7項光照指標的相關性均達到顯著或極顯著性水平，與遠冠區PAR日平均強度、PAR強度×持續時間和1 200～1 400 μmol/(m2·s)PAR持續時間等3個指標的相關性達到顯著性水平，與東側冠下株間區1 000～1 200和1 200～1 400 μmol/(m2·s)PAR持續時間2個指標的相關性達到顯著性水平。綜合評價果糧間作模式下，與西側冠下株下區光照指標相關性最高的樹體結構指標為冠高，與西側冠下株間區和遠冠區2個區域光照指標相關性最高的冠層指標為冠幅，樹冠體積與東側冠下株間區光照指標有一定的相關性。表3

2.4 扁桃樹體結構指標與負載量的相關關系

研究表明，扁桃負載量與平均冠幅、樹冠投影面積和樹冠體積均呈極顯著正相關關系，相關系數分別為0.80、0.78和0.81；同時樹冠體積和樹冠投影面積與平均冠幅的相關性也均達到極顯著正相關水平，相關系數均為0.99。表4

表 3 扁桃樹體結構指標與間作區域光和有效輻射相關性Table 3 Correlation analysis between almond tree canopy structure index and light and effective radiation in intercropping area

表 4 扁桃樹體結構指標與其負載量的相關性Table 4 Correlation analysis of almond tree structure index and its load

3 討 論

3.1 果糧間作模式下小麥生長關鍵時期光照強度對小麥產量構成指標的影響

冬小麥是喜光作物，其產量由單位面積穗數、穗粒數和千粒重等主要指標構成。大量研究表明，光照強度與小麥產量形成有顯著的相關性[14,15]。徐彩龍[16]、 劉希偉[17]、牟會榮[18]等研究表明，弱光會導致小麥光合物質產物合成量降低，籽粒干物質積累降低，粒重和產量下降。不同生育時期光照強度對籽粒產量構成指標的影響存在差異，Abbat[19]和Demotes Mainarda[20]等研究指出，花前30 d到開花期遮光顯著降低了小麥的穗粒數。李芳東等[21]研究表明小麥穗粒數和千粒重分別與開花期和灌漿期的光照強度成正比，小麥花前遮光降低小麥結實率，花后特別是灌漿中期遮光對粒重的影響顯著。研究結果表明，在新疆南疆地區果糧間作模式下，小麥拔節期、揚花期和灌漿期PAR強度分別與小麥單位面積有效穗數、穗粒數和千粒重呈正相關關系，相關性達到極顯著水平，與前人研究結果一致。

3.2 果糧間作模式下小麥灌漿期光照強度及光照時間對小麥產量的影響

小麥籽粒灌漿是種子形成中重要的生理過程，它對籽粒重量和小麥產量的形成具有決定性作用[22]，粒重的增加與籽粒灌漿特性有密切的關系[23]，籽粒產量是籽粒灌漿速度和持續期的函數，小麥籽粒灌漿特性受基因型、環境以及栽培措施的影響。光合產物是小麥產量的根本來源，大量研究表明遮光降低了小麥的干物質積累和籽粒產量[15]。楊俊華等[24]通過抽穗期-蠟熟期設置25%和50%遮陰強度進行遮陰模擬試驗，結果表明小麥千粒重、穗粒數和單位面積產量隨遮陰強度的增加呈現下降趨勢。Evans[25]認為當遮光強度不超過20%時，小麥和水稻的產量不受明顯影響。研究表明，果糧間作模式下小麥千粒重和單穗粒重與灌漿期日平均光照強度、及400～1 400 μmol/(m2·s)PAR持續時長呈極顯著正相關關系，進一步證實了前人的研究結果。

3.3 果糧間作模式下樹體結構指標與扁桃產量及間作區域光照強度的影響

果樹冠層是指主干以上集生枝葉的部分，一般由骨干枝、枝組和葉幕組成，冠層是果樹樹冠的主要組成部分，冠層的結構及組成對樹體的通風透光有決定性的影響[27]，樹體合理的樹體結構和適當的枝葉量與果樹產量形成密切相關，郭素娟等[28]、王剛等[29]指出，樹冠大小、形狀、枝葉量和分布比例等樹體結構指標的差異影響樹冠內各部分的光照條件和分布狀況，這直接影響果樹的產量分布。研究結果表明，樹體負載量與樹冠體積、樹冠投影面積和平均冠幅等指標呈極顯著正相關關系，獲得了與前人相似的研究結果。

果糧間作模式下，果樹處于生態位上層，間作區域光照強度主要受果樹冠層截光特性影響[30]。徐立軍[31]等研究發現，對楊樹進行修枝處理能夠有效提高間作區域特別是東側區域的光照強度，改善程度與修剪強度相關。張雯[3,32]等通過對扁桃-冬小麥間作體系的研究表明，方位和株行距固定的情況下，體系內光分布情況與樹形密切相關。對大冠樹形進行提干、落頭等改造，能夠降低果樹葉幕層厚度，增大透光率，提高間作區域特別是近冠區域的光照強度[33]。果樹葉幕，對來自不同方向和不同強度的光照的截留能力與果樹栽植密度、葉幕厚度和高度有關[34]。研究結果表明，樹體結構指標中冠高對樹體西側冠下株間區光照指標影響最大，冠幅對樹體西側冠下株間區和遠冠區2個區域光照指標的影響最大，樹冠體積與東側冠下株間區光照指標有一定的相關性。

4 結 論

果糧間作模式下，間作冬小麥單位面積有效穗數、穗粒數、千粒重分別與拔節期、揚花期和灌漿期PAR日均值呈極顯著正相關關系，相關系數分別為0.78、0.61和0.66；單位面積產量與三個生長關鍵時期PAR日均值強度的逐步回歸方程為，單位面積產量=311.63+0.261 59X3(P=0.013 4)(X3=灌漿期PAR日均值)，結果表明單位面積產量與灌漿期PAR日均值密切相關；灌漿期400～1 400 μmol/(m2·s) PAR的持續時間是影響間作小麥產量的關鍵因子；樹體結構指標與樹冠西側和遠冠區域光照強度顯著相關，其中冠幅是影響間作區域光照條件和樹體自身負載量的主要指標。