核麥間作模式下密度對冬小麥旗葉光合特性及產量的影響

高永紅，雷鈞杰，張永強 ，陳傳信，方 輝，范貴強，丁銀燈，黃天榮

(新疆農業科學院糧食作物研究所，烏魯木齊 830091)

0 引 言

【研究意義】新疆南疆四地州(喀什地區、和田地區、阿克蘇地區和克孜勒蘇柯爾克孜自治州)是新疆核桃的主要產區，核桃種植面積超過36.67×103hm2(550×103畝)，占全疆94%以上[1]。該區核桃多采用與果農間作的模式種植，其中以核麥間作最多。在核麥間作模式中，由于核桃樹冠對下層小麥形成遮陰，導致小麥長期生長在弱光環境中。小麥是喜光作物，研究小麥不同密度群體對核桃樹遮陰下弱光脅迫的響應，篩選出適宜于核麥間作模式下小麥的密度，對優化核麥間作具有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】弱光顯著降低了作物光合作用，導致產量下降[2-4]。牟會榮等[5]研究表明，遮陰不僅降低了小麥灌漿中前期旗葉葉綠素含量，還顯著降低了旗葉凈光合速率。郭翠花等[6]研究表明，花后遮陰導致小麥旗葉凈光合速率及光合產物積累均明顯降低，且小麥開花后遮陰越早，對籽粒產量影響越大。小麥籽粒產量是個體與群體間相互協調的共同結果[7]，合理的小麥種植密度不僅可協調個體和群體之間矛盾，改善群體內部環境，使植株充分利用光熱資源，還能促進穗數、穗粒數和粒重的協調發展，達到增產增效[8-9]?！颈狙芯壳腥朦c】目前，在當地核麥間作條件下冬小麥種植仍按照常規的播種密度播種，但在核麥間作條件下冬小麥是增加密度還是降低密度，目前尚無定論，亟需開展相關研究。研究核麥間作模式下密度對冬小麥旗葉光合特性及產量的影響?！緮M解決的關鍵問題】核麥間作條件下，設置不同的密度，研究核麥間作條件下不同密度對冬小麥旗葉光合特性及產量和產量構成因素的影響，分析核麥間作條件下適宜的冬小麥種植密度，為新疆南疆核麥間作冬小麥高產優質提供理論依據和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2016～2017年在新疆澤普阿依庫勒鄉5村(77°17' E，38°18' N)進行。海拔高度1 215～1 490 m，屬暖溫帶大陸性干旱氣候，年平均氣溫11.4℃，極端最高氣溫39.5℃，極端最低氣溫-22.7℃。光熱資源充足，光照時間長，干旱少雨，蒸發強烈，晝夜溫差大；春夏多大風、沙暴、浮塵天氣。試驗地土壤為沙壤土，前茬為夏大豆，土壤有機質為 1.517 g/kg，全氮 0.712 g/kg，堿解氮38.4 mg/kg，速效磷17.9 mg/kg，速效鉀102.6 mg/kg。試驗地核桃樹樹齡8 a，長勢均勻，南北行向，行距8 m，株距4 m。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

以冬小麥新冬40號為材料，在核麥間作模式中設置5個不同種植密度處理，分別為450×103株/hm2(M1處理)，525×103株/hm2(M2處理)，600×103株/hm2(M3處理)，675×103株/hm2(M4處理)，750×103株/hm2(M5處理)，各處理均于2016年10月5日采用人工開溝播種，行距20 cm，小區面積36 m2(5 m×7.2 m)，重復3次。基肥隨整地深施尿素150 kg/hm2，磷酸二銨300 kg/hm2，其他田間管理與當地高產田一致。

1.2.2 測定指標1.2.2.1 旗葉光合參數

于冬小麥開花期、花后10 d、花后20 d，采用LI-6400光合儀，于晴天11:00～13:00測定各處理冬小麥旗葉的凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、氣孔導度(Gs)和胞間CO2濃度(Ci)等指標，每個處理每個重復測定5片旗葉。

1.2.2.2 產量構成因素

于冬小麥成熟期，每個處理每個重復均在冠下區和遠冠區分別取具有代表性的1 m×2行室內考種，計算出有效穗數、穗粒數和千粒重。每個處理每個重復均在冠下區和遠冠區分別收獲4 m2(2 m×2 m)用于測定生物量和籽粒產量。

1.3 數據處理

采用Microsoft Office 2016軟件進行數據處理和制圖，采用SPSS19.5統計分析軟件進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 核麥間作條件下密度對冬小麥旗葉凈光合速率(Pn)的影響

研究表明，與遠冠區相比，冠下區由于核桃的遮陰明顯降低了冬小麥葉片的葉凈光合速率(Pn)，且遠冠區和冠下區小麥葉片Pn均隨灌漿進程推進而逐漸降低。在不同密度處理間，冠下區冬小麥旗葉Pn隨著密度的增加而逐漸降低，遠冠區隨著密度的增加呈“先增后降”的變化規律，遠冠區在M2處理達到最大值。冠下區M1處理Pn最大為11.39 μmol CO2/(m2·s)，較M2、M3、M4、M5處理相比，Pn提高了1.21%、8.24%、11.97%和29.17%，其與M2處理間差異不顯著，與M3、M4、M5處理間差異達顯著水平(P<0.05)；遠冠區Pn以M2處理最大為17.55 μmol CO2/(m2·s)，Pn較M1、M3、M4、M5處理提高了2.34%、6.34%、15.93%和30.78%，其與M1處理間差異不顯著，與M3、M4、M5處理間差異達顯著水平(P<0.05)。表1

表1 核麥間作不同密度下冬小麥旗葉凈光合速率(Pn)變化Table 1 Effects of density on flag leaf’s net photosynthetic rate of winter wheat under walnut- wheat intercropping condition

2.2 核麥間作條件下密度對冬小麥旗葉蒸騰速率(Tr)的影響

研究表明，與遠冠區相比，冠下區由于核桃的遮陰明顯降低了冬小麥旗葉的蒸騰速率(Tr)，且遠冠區和冠下區小麥旗葉Tr均隨生育進程的推進而逐漸降低。不同密度間，冠下區冬小麥旗葉Tr均隨著密度的增加而降低，遠冠區隨著密度的增加呈“先升高后降低”的變化規律，遠冠區在M2處理達到最大值。冠下區M1處理Tr最大為2.20 μmol H2O/(m2·s)，較M2、M3、M4、M5處理相比，Tr提高了10.79%、23.24%、46.82%和80.38%，處理間差異均達顯著水平(P<0.05)。遠冠區Tr以M2處理最大為3.76 μmol H2O/(m2·s)，與M1、M3、M4、M5處理相比Tr分別增大了3.27%、4.49%、12.74%和25.30%，其與M1、M3處理間差異不顯著，與M4、M5處理間差異達顯著水平(P<0.05)。表2

表2 核麥間作不同密度下冬小麥旗葉蒸騰速率(Tr)變化Table 2 Effects of density on flag leaf’s transpiration rate of winter wheat under walnut- wheat intercropping condition

2.3 核麥間作條件下密度對冬小麥旗葉氣孔導(Gs)度的影響

研究表明，與遠冠區相比，冠下區由于核桃樹遮陰，冬小麥旗葉氣孔導度(Gs)明顯降低。隨著密度的增加，冠下區及遠冠區冬小麥旗葉的Gs與Pn、Tr的變化規律一致。冠下區以M1表現最優，Gs最大為0.165 mmol H2O/(m2·s)，與M2、M3、M4和M5處理相比分別高出3.97%、11.67%、23.06%和28.30%，其與M2處理間差異不顯著，與M3、M4、M5處理間差異達顯著水平(P<0.05)；而遠冠區以M2處理Gs最高為0.251 μmol/(m2·s)，較M1、M3、M4和M5處理增幅分別為2.79%、6.08%、18.03%和27.22%，其與M1處理間差異不顯著，與M3、M4、M5處理間差異達顯著水平(P<0.05)。表3

表3 核麥間作不同密度下冬小麥旗葉氣孔導(Gs)度變化Table 3 Effects of density on flag leaf’s stomatal conductance of winter wheat under walnut-wheat intercropping condition

2.4 核麥間作條件下密度對冬小麥旗葉胞間CO2濃度(Ci)的影響

研究表明，與遠冠區相比，冠下區由于核桃樹遮陰，冬小麥旗葉的胞間CO2濃度(Ci)明顯升高。隨著密度的增加，冠下區及遠冠區冬小麥旗葉的Ci與Pn、Tr、Gs的變化規律相反。冠下區Ci以M1處理最小，M1處理的Ci最低為345.18 μmol CO2/mol，與M2、M3、M4和M5處理相比依次降低了3.82%、5.32%、10.33%和14.17%，其與M2處理間差異不顯著，與M3、M4、M5處理間差異達顯著水平(P<0.05)。而遠冠區以M2處理Ci最低為306.34 μmol/(m2·s)，Gs較M1、M3、M4和M5處理降幅分別為6.21%、9.64%、13.73%和16.18%，差異均達顯著水平(P<0.05)。表4

表4 核麥間作不同密度下冬小麥旗葉胞間CO2濃度(Ci)變化Table 4 Effects of density on flag leaf’s intercellular CO2 concentration of winter wheat under walnut-wheat intercropping condition

2.5 核麥間作條件下密度對冬小麥產量及產量構成因素的影響

研究表明，在核麥間作模式下，與遠冠區相比，冠下區各密度處理的冬小麥有效穗、穗粒數及千粒重均明顯降低。隨著密度的增加，冠下區、遠冠區冬小麥有效穗數均呈增多的趨勢，穗粒數及千粒重均呈降低的趨勢；籽粒產量隨著密度的增加均呈現“先升后降”的變化趨勢，其中冠下區M1處理籽粒產量最高為3 212.19 kg/hm2，其與M2、M3、M4、M5處理間差異達顯著水平(P<0.05)；而遠冠區M2處理籽粒產量最高為3 911.12 kg/hm2，其次是M3(3 809.15 kg/hm2)、M4(3 679.79 kg/hm2)處理，最小是M5處理為3 308.83 kg/hm2，M2與M1、M3處理間差異不顯著，但與與較密的M4、M5處理間差異均達顯著水平(P<0.05)。2個區域下冬小麥生物量均呈先升后降的變化趨勢，冠下區M4處理最大(12 214.92 kg/hm2)，遠冠區M2處理最大(13 277.39 kg/hm2)；而收獲指數(HI)冠下區隨著密度的增加而逐漸降低，最大值為0.278；遠冠區收獲指數隨著密度的增加呈先增后降的變化趨勢，在M2處理達到最大，最大值為0.294。表5

表5 核麥間作不同種植密度下冬小麥產量構成因素及收獲指數變化Table 5 Effects of different treatments on yield components and harvest index of winter wheat under walnut-wheat intercropping condition

3 討 論

光是影響作物生長發育和產量形成的重要環境因子[10]，在核麥間作體系中，核桃樹與小麥高低相互交錯，上層的核桃樹冠改變了光在下層小麥群體內的分布，在核桃樹冠下區及遠冠區明顯形成不同的光照環境，會對不同冠區冬小麥葉片的光合作用產生不同的影響。Acreche等[11]和Mu等[12]均研究表明，隨光照強度的降低植物葉片凈光合速率也降低。Li等[13]研究表明，小麥在遮光8%和15%的輕度遮陰條件下葉片光合速率(Pn)有所提高，而在遮光23%的中度遮陰條件下Pn有所降低。研究結果表明，與遠冠區相比，冠下區由于核桃的遮陰明顯降低了冬小麥旗葉Pn、Tr、Gs明顯降低，而Ci明顯升高，與前人的研究結果相似[14]。

光合作用產物是作物產量的物質基礎，光照強度影響小麥光合作用進而影響其籽粒產量。Evans[15]研究認為，當遮陰不超過20%時，小麥的產量不受明顯影響。Mainard等[16]研究表明，小麥挑旗孕穗期遮光對小麥穗粒數的影響較為明顯。研究表明，由于受核桃樹冠遮陰的影響，冠下區各密度處理的冬小麥有效穗、穗粒數及千粒重均明顯低于遠冠區相應密度處理；冠下區M1處理籽粒產量最高為3 212.19 kg/hm2，遠冠區M2處理籽粒產量最高為3 911.12 kg/hm2。核麥間作模式下，不能通過增加密度來增加有效穗數，提高產量，應該在冠下區降低密度，在遠冠區適當增加密度。

4 結 論

在核麥間作模式下，核桃樹冠的遮陰改變了冠下區、遠冠區冬小麥的生長發育的光照環境，冠下區由于核桃樹冠遮陰嚴重，冬小麥生理特性葉片與遠冠區存在一定的差異。隨著密度的增大，冠下區冬小麥旗葉的Pn、Tr、Gs和產量均表現出不同程度的降低；遠冠區，小麥旗葉的Pn、Tr、Gs、和產量均表現出“先升高后降低”的變化規律，各指標基本在M2處理達到最大，且冠下區各密度處理冬小麥旗葉Pn、Tr、Gs均低于相應遠冠區。籽粒產量，冠下區M1(450×103株/hm2)處理最高為3 212.19 kg/hm2，遠冠區M2(525×103株/hm2)處理最高為3 911.12 kg/hm2。在核麥間作模式下，冠下區冬小麥應采取稀播，密度應控制在450×103株/hm2以內，遠冠區冬小麥適宜密度為525×103株/hm2。