風沙地蘋果和紅薯間作對植物生長和產量的影響

劉洋,殷業超,張麗麗,艾婷婷

(遼寧省沙地治理與利用研究所,遼寧 阜新 123000)

遼西北風沙地地理環境不佳,水分匱乏,土壤貧瘠,土地荒漠化嚴重。農林復合生態系統在提高土地生產力、解決農林爭地矛盾和改善生態環境方面有著重要的促進作用。農林復合生態系統種間關系調控技術是農林復合研究的重點內容,是農林復合生態系統可持續發展、功能更好實現成功與否的主要關鍵技術[1]。因此,為降低物種間的競爭關系,有效提高土地利用率,加強農作物和果樹之間的互補關系,本試驗以蘋果與紅薯間作為研究對象,開展遼西北風沙地農林復合生態系統中植物生長和產量的研究,以探索出適宜遼西北及其他風沙區域的復合生態系統種植模式。

1 材料與方法

1.1 試驗區域概況

試驗地選在遼寧省西北邊緣彰武縣。該地區土壤以風沙土為主,沙層深厚,土壤瘠薄,有機質含量較低。沙丘下部和丘間低地約有1/3林地土壤剖面分布著埋藏古土層,厚度30～80 cm,土壤顏色灰黑,質地較細,具較強持水力。屬于大陸性干旱半干旱季風氣候區,年平均降水量510.2 mm。

1.2 試驗設計

試驗共設計蘋果與紅薯間作、蘋果單作和紅薯單作3個處理,每種種植模式均設置3塊樣地,3次重復,每個樣地面積為36 m2。蘋果品種為北方常見的寒富蘋果,株行距為6 m。

間作模式中蘋果與紅薯之間的距離(樹干行與作物行的距離)分別約為1.0、1.5、2.0和3.0 m。在種植紅薯時,于蘋果樹行和紅薯行一次性施足基肥,不再追肥,按正常澆水量澆水。在研究區布設蘋果單作和紅薯單作樣地,植株株行距、密度及管理方式與間作系統相一致。蘋果與紅薯基本特征見表1。

表1 蘋果和紅薯間作系統基本特征

1.3 測定指標及方法

1.3.1 對產量指標進行測量 在收獲期,測定每個樣地蘋果的果實量及紅薯的塊莖量。在每個樣地內,沿蘋果樹行一側分別按照離樹體由遠及近的順序,依次選取4個1 m×1 m樣方,中心點距離蘋果樹行依次為1.0、1.5、2.0和3.0 m;在紅薯單作系統中,按照“S”形布設6個1 m×1 m樣方。紅薯收獲后經105 ℃殺青30 min,再在50 ℃條件下烘干至恒質量,用電子天平稱質量,測定其產量。

1.3.2 對蘋果和紅薯株高和莖粗進行測量 測定每個樣地內蘋果和紅薯的株高和莖粗。株高為蘋果和紅薯的高度,莖粗為離地上1 cm處的植株莖粗。

1.3.3 果樹新枝生長量 在蘋果冠層中部從不同的方向隨機選取10個新枝測定長度。在蘋果單作區,選擇5株蘋果樹,采用同樣的方法測定新枝長度。

2 結果與分析

2.1 蘋果與紅薯間作對蘋果株高的影響

由圖1可以看出,蘋果與紅薯間作系統中蘋果株高為3.14 m,蘋果單作中蘋果平均株高為3.82 m,與單作相比,間作系統中蘋果株高減小了17.80%,間作系統中的紅薯對蘋果生長產生了影響,降低了蘋果株高,且影響效果顯著(P<0.05)。

圖1 蘋果株高的變化

2.2 蘋果與紅薯間作對蘋果莖粗的影響

由圖2可以看出,蘋果與紅薯間作系統中蘋果平均莖粗8.56 cm,蘋果單作中蘋果平均莖粗為9.47 cm,與單作相比,間作系統中蘋果莖粗減小了9.61%,盡管間作系統中的紅薯對蘋果生長產生了影響,減小了蘋果莖粗,但影響效果不顯著。

圖2 蘋果莖粗的變化

2.3 蘋果與紅薯間作對蘋果新枝生長量的影響

由圖3可以看出,蘋果與紅薯間作系統中蘋果新枝平均生長量為70.73 cm,蘋果單作中蘋果新枝平均生長量為75.85 cm,與單作相比,間作系統中蘋果新枝生長量減小了5.41%,間作系統中的紅薯對蘋果生長產生了影響,在一定程度上降低了新枝生長量,但影響不顯著。

圖3 蘋果新生枝生長量的變化

2.4 蘋果與紅薯間作對蘋果產量的影響

由圖4可以看出,蘋果與紅薯間作系統中蘋果平均產量為1.75 kg·m-2,蘋果單作中蘋果平均產量為1.85 kg·m-2;與單作相比,間作系統中蘋果產量減小了6.75%,說明盡管間作系統中的紅薯對蘋果生長產生了影響,在一定程度上降低了蘋果產量,但影響不顯著。

圖4 蘋果產量的變化

2.5 蘋果與紅薯間作對紅薯株高的影響

由圖5可以看出,在蘋果與紅薯間作系統中,紅薯距離蘋果行距越遠,紅薯株高越高。與紅薯單作相比,4種間作距離紅薯平均株高分別減小了23.60%、19.23%、8.93%和3.68%,蘋果與紅薯間作系統中的蘋果對紅薯的生長產生了影響,降低紅薯株高,在距離蘋果1.0、1.5和2.0 m位置處表現為顯著降低,當紅薯距離蘋果行距3.0 m株高無顯著差異,說明間作系統中蘋果對紅薯株高的影響主要分布在2.0 m范圍內。

圖5 紅薯株高的變化

2.6 蘋果與紅薯間作對紅薯莖粗的影響

由圖6可以看出,在蘋果與紅薯間作系統中,紅薯距離蘋果行距越遠,紅薯莖粗越粗。與紅薯單作相比,紅薯隨著距離的增加,平均莖粗分別減小了21.43%、18.25%、7.94%和3.17%,蘋果與紅薯間作系統中的蘋果對紅薯的生長產生了影響,降低紅薯莖粗,且影響效果顯著(P<0.05)。當紅薯距離蘋果行距3.0 m處紅薯莖粗無顯著差異。說明蘋果對不同距離范圍內的紅薯影響也不同,紅薯莖粗在距離蘋果1.0、1.5和2.0 m位置處表現為顯著降低。間作系統中蘋果對紅薯莖粗的影響主要分布在2.0 m范圍內,這與對紅薯株高的影響范圍相一致。

圖6 紅薯莖粗的變化

2.7 間作對紅薯產量的影響

由圖7可以看出,蘋果與紅薯間作系統中,紅薯距離蘋果越遠,紅薯產量越高,隨著距離蘋果行距的增加,紅薯平均產量分別減小了22.73%、18.18%、15.91%和4.55%,蘋果與紅薯間作系統中的蘋果對紅薯的生長產生了影響,降低紅薯產量,且影響效果顯著(P<0.05),紅薯單作產量與蘋果和紅薯間作系統中距離蘋果行距3.0 m處紅薯產量無顯著差異;蘋果對不同距離范圍內的紅薯影響也不同,紅薯產量在距離蘋果1.0、1.5和2.0 m位置處表現為顯著降低,說明間作系統中蘋果對紅薯產量的影響主要分布在2.0 m范圍內,這與對紅薯株高和莖粗的影響范圍相一致。

圖7 紅薯產量的變化

2.8 土地利用效率分析

從表2可以看出, 蘋果與紅薯間作系統中,隨著距離蘋果行距的增大,蘋果和紅薯產量總體上均增大,且土地當量比也增大;相比于1.0 m距離,其他距離的土地當量比分別提高2.33%、4.65%和11.05%,這說明間作系統可以有效提高土地利用效率,針對耕地緊張的遼西北風沙地而言,間作模式對提高土地利用效率有著重要的作用。在有限的空間中實現土地利用率的最大化是農林復合生態系統研究的最終目的。間作將生理、生態具有差異的作物組合在同一群體內,通過優化群體結構,發揮種間互補作用,在時空上集約利用光、熱、水、養分資源的高產高效種植[2-4]。 在空間配置上直接改變了作物地上物質的積累分配及產量潛力的發揮[5]。合理的空間配置促進群體作物間競爭互補和諧,促進作物對周圍環境資源的高效利用,以實現最大的產量效應。本研究利用風沙地蘋果與紅薯間作系統對植物生長、生產力及土地利用效率進行了探究,結果表明,間作系統中的蘋果和紅薯競爭有限的光照資源和土壤養分,降低了蘋果株高、莖粗、新枝生長量、產量和紅薯株高、莖粗、產量;隨著距離蘋果越遠,蘋果和紅薯競爭強度降低,進而降低了蘋果對紅薯的影響,且表現為不同間距的影響效果也不同;這與趙建華等[6]、侯建偉等[7]研究結果相一致。本研究對間作系統中蘋果對紅薯的影響范圍進行了探究,結果認為,間作系統中蘋果對紅薯的影響主要分布在2.0 m范圍內,這對后期蘋果與紅薯間作系統管護及其他模式間作系統中果樹與農作物行間距的布設提供了一定的依據,在后期管護過程中可以通過剪枝措施改善間作系統生長環境,提高間作系統產量。結合蘋果與紅薯間作系統的土地利用效率,遼西北風沙地土地生產力間作系統比單作系統具有更好的土地利用效率和經濟收益。

表2 蘋果與紅薯間作系統的土地利用效率

3 結論與討論