棗棉間作下種植方式對(duì)棉花光合特征的影響

徐鵬 萬(wàn)素梅 徐文修 陳國(guó)棟 陳旭 張金龍 胡守林

摘要：為探尋棗棉間作下不同種植方式對(duì)棉花光合特性的影響并篩選出適合南疆阿拉爾墾區(qū)棗棉間作適宜的棉花種植密度提供理論依據(jù)，在棗棉間作條件下，設(shè)置m1、m2、m3 3種不同的種植方式，分別距離紅棗1.5、1.0、0.5 m種植棉花，研究不同種植方式對(duì)棉花光合特征的影響。結(jié)果表明，m3的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度都有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，在日變化中蒸騰速率最低值出現(xiàn)的時(shí)間比較晚，水分利用率相對(duì)較高。在南疆阿拉爾墾區(qū)，棗棉間作不同種植密度對(duì)棉花光合特征具有很大的影響，選擇頭年嫁接灰棗與高密度棉花種植方式能有效改善這種立體種植模式。

關(guān)鍵詞：棗棉間作立體種植模式;棉花;日變化;光合特征;水分利用效率;種植密度配置模式

中圖分類號(hào)： S562.04? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A? 文章編號(hào)：1002-1302（2019）05-0068-03

收稿日期：2018-09-30

基金項(xiàng)目：國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（編號(hào)：2016FYC0501407-04）;國(guó)家自然科學(xué)基金（編號(hào)：31671644、31660410、31601272）。

作者簡(jiǎn)介：徐 鵬（1990—），男，陜西城固人，碩士研究生，從事農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展理論與技術(shù)研究。E-mail：18193707786@163.com。

通信作者：胡守林，教授，從事農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展理論與技術(shù)。E-mail：hushoulinghu@163.com。

近年來(lái)，隨著南疆林果產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，果棉間作也必將成為棉花生產(chǎn)的主要模式[1-3]。棉花和紅棗最早是塔里木盆地經(jīng)濟(jì)支柱型農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)，農(nóng)業(yè)化種植產(chǎn)業(yè)如何在棗棉間作條件下，合理地進(jìn)行有效的種植密度，盡可能減輕棗樹對(duì)棉花生產(chǎn)的不利影響已成為南疆棉花保持穩(wěn)產(chǎn)的一個(gè)重要課題[4-5]。農(nóng)林間作系統(tǒng)可以有效地利用光、熱、水、肥等因素能夠?qū)崿F(xiàn)資源的高效利用以及農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)高產(chǎn)高效等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)合理高效的間作種植模式可以使間作作物有效地配合光、熱、水、氣等氣候之間各因素的效能[6-9]，并產(chǎn)生間作作物之間的互補(bǔ)效應(yīng)，增加農(nóng)作物產(chǎn)品整體的經(jīng)濟(jì)效益，降低農(nóng)產(chǎn)品的投入成本[10-11]。在農(nóng)林間作系統(tǒng)中，光合作用效率是農(nóng)作物與林木最重要的效能之一[12-14]。在間作棗樹和棉花的系統(tǒng)中，棗樹對(duì)棉花的遮陰會(huì)影響棉花的光合特性，既而影響棉花產(chǎn)量，但隨著棗樹與棉花之間種植密度的增加，棉花的其他農(nóng)藝性狀指標(biāo)和干物質(zhì)質(zhì)量等顯著提高，但株高卻顯著降低，結(jié)鈴數(shù)和單鈴質(zhì)量等指標(biāo)也逐漸減小[15-16]。然而，不同復(fù)合栽培種植密度之間也有不同的光照度和光能利用率。在1年果的棗園里，棗樹較矮，所需要的水量不多，對(duì)棉花光合作用的影響有限。因此，在棗棉間作中棉花適宜高密度種植可使棉花光合作用的效率得到增強(qiáng)，可以提高棉花的產(chǎn)量，棗棉間作中高密度的棉花種植具有較強(qiáng)的潛力，尤其是在光能利用效率方面可提高作物種植的產(chǎn)量、增加經(jīng)濟(jì)效益[17-20]。

現(xiàn)階段，一般在間作系統(tǒng)種植中對(duì)棉花光合作用的研究都在單作大田，間作中的棉花光合作用研究較少。王志偉等研究發(fā)現(xiàn)，棉花的光合作用沒(méi)有“午休”現(xiàn)象，也不受氣孔導(dǎo)度因素的影響，從而為棉花提高更多的物質(zhì)積累而高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)[21]。本試驗(yàn)通過(guò)研究棗棉間作不同種植模式棉花的光合特性、水分利用率和產(chǎn)量變化規(guī)律，并探明棗棉間作最佳種植密度，為研究并制定合理而高效的棗棉間作種植密度配置模式提供實(shí)際性的理論基礎(chǔ)和現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)品種及試驗(yàn)條件

試驗(yàn)于2014年4—10月在塔里木大學(xué)園藝站棗園（40°32′34″N、81°18′07″E，海拔1 015 m）進(jìn)行，棗樹是2012年酸棗直播建園，2014年嫁接頭年灰棗，棉花品種為新路中36號(hào)。試驗(yàn)地屬典型的暖溫帶大陸干旱荒漠氣候，太陽(yáng)輻射年均為559.4～612.1 kJ/cm2，日照時(shí)數(shù)約為2 996 h/年，日照率66%，≥10 ℃的年積溫在4 000 ℃以上，年均氣溫 10.8 ℃。年均降水量40.1～82.5 mm，年均蒸發(fā)量1 976.6～2 558.9 mm，地下水埋深在3 m以下。園藝試驗(yàn)站土壤類型為沙壤土，土壤pH值7.90，有機(jī)質(zhì)含量11.2 g/kg，堿解氮含量33.67 mg/kg，全氮含量1.51 g/kg，速效磷含量 58.70 mg/kg，速效鉀含量107.34 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)以棗棉間作為研究對(duì)象，間作種植模式為塔里木盆地紅棗主要種植模式，紅棗為嫁接頭年灰棗，棉花于2014年4月13日播種，播種前進(jìn)行平地、除草，使用旋耕機(jī)均勻翻耕，試驗(yàn)地田間管理除嚴(yán)格按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)不同處理分別實(shí)施外，其余的栽培管理同大田一樣實(shí)施。

本試驗(yàn)紅棗株行距為0.5 m×3 m，分為3種不同的間作模式：第1種命名為m1，指在2行紅棗之間種植1行棉花，棉花與紅棗的距離是1.5 m;第2種命名為m2，指在2行紅棗之間種植4行棉花，棉花與紅棗的距離是1 m;第3種命名為m3，指在2行紅棗之間種植6行棉花，棉花于紅棗的距離是0.5 m;對(duì)照CK，采用和m3相同的種植模式。為了保證面棉花和紅棗的正常生長(zhǎng)發(fā)育，筆者選取最合適的灌水量300 m3（全生育期）進(jìn)行灌溉，采用滴灌方式進(jìn)行灌溉，采用水表嚴(yán)格要求控制水量，紅棗和棉花的施肥量分別按照需肥標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施肥，4個(gè)小區(qū)的棉花、紅棗的單獨(dú)施肥量相同。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

本試驗(yàn)主要測(cè)定棉花的光合生理指標(biāo)，其中包括棉花葉片的凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導(dǎo)度（Gs），葉片瞬時(shí)水分利用效率（WUE）等生理指標(biāo)。在棉花的花鈴期，每個(gè)處理分別選擇2株棉花，棉花要求生長(zhǎng)健康、長(zhǎng)勢(shì)一致、無(wú)病斑、光照均一的同一葉位，測(cè)定其光合日變化進(jìn)程，采用LI-6400便攜式光合儀測(cè)定各個(gè)小區(qū)棉花葉片光合生理指標(biāo)，每個(gè)小區(qū)測(cè)定6張葉片并取其平均數(shù)。測(cè)定時(shí)選擇晴朗的天氣，從08：00—20：00每2 h測(cè)定1次。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2003軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種植模式對(duì)棉花葉片凈光合速率（Pn）日變化的影響

植物的光合作用是決定植物干物質(zhì)和能量的前提，也是植物生長(zhǎng)狀態(tài)的重要因素，同樣凈光合速率是表示光合作用程度的重要指標(biāo)[22-24]。從圖1可以看出，在不同種植密度下，棉花凈光合速率日變化都表現(xiàn)為單峰曲線，凈光合速率從12：00過(guò)后顯著提升，峰值出現(xiàn)在16：00、18：00，之后由于光照減弱，凈光合速率迅速下降。m1、m2、m3、CK凈光合速率峰值依次為7.69、5.52、6.20、7.90 μmol/（m2·s），其中m1和CK處理明顯高于其他2個(gè)處理。CK的凈光合速率明顯高于其他處理，最低的是m2，日平均凈光合速率從大到小依次為CK[4.96 μmol/（m2·s）]>m1[4.83 μmol/（m2·s）]>m3[4.32 μmol/（m2·s）]>m2[4.07 μmol/（m2·s）]。CK凈光合速率最大，又因?yàn)镃K與m3一樣是高密度種植，所以高密度種植（m3、CK）對(duì)棉花凈光合速率影響最大。

2.2 不同種植模式對(duì)棉花葉片蒸騰速率（Tr）日變化的影響

蒸騰速率能夠保證植物水分和養(yǎng)分得到充分的吸收，并能調(diào)節(jié)植物內(nèi)的能量狀況。植物體內(nèi)一定的物質(zhì)積累，需要一定的水分來(lái)維持體內(nèi)平衡，這些都是源于植物的蒸騰量，植物的干物質(zhì)和水分利用率是蒸騰速率的重要指標(biāo)。蒸騰速率是棉花水分代謝的重要一環(huán)，它既可以反映植物生長(zhǎng)發(fā)育情況，又可以反映植物對(duì)水肥的吸收特點(diǎn)[23]。相對(duì)于大田種植棉花來(lái)說(shuō)，一些高產(chǎn)的棉田相比于普通棉田，其光合能力更強(qiáng)、蒸騰速率更高。由圖2可以看出，不同棗棉間作種植密度間棉花的蒸騰速率所表現(xiàn)出的差異比較明顯，但是4種種植模式的峰值都出現(xiàn)在16：00，說(shuō)明此時(shí)棉花的蒸騰速率最高。不同種植模式蒸騰速率的光合日變化平均值由大到小依次為CK[3.20 mmol/（m2·s）]>m1[3.15 mmol/（m2·s）]>m3[2.91 mmol/（m2·s）]>m2[2.82 mmol/（m2·s）]。

2.3 不同種植模式對(duì)棉花氣孔導(dǎo)度（Gs）日變化的影響

氣孔張開程度能夠直接影響光合作用、呼吸作用和蒸騰作用，在光合作用下，空氣中的CO2進(jìn)入到葉片中的細(xì)胞間隙，并在光照度下發(fā)生光合作用[26]。由圖3可以看出，在 08：00 時(shí)，不同種植模式之間氣孔導(dǎo)度有明顯差異，CK與m1較高，m2最低;從10：00過(guò)后，隨著溫度的升高，氣孔導(dǎo)度有緩慢增長(zhǎng)的趨勢(shì)。不同種植模式氣孔導(dǎo)度的光合日變化平均值由大到小依次為m1[0.107 mol/（m2·s）]>CK[0.106 mol/（m2·s）]>m3[0.089 mol/（m2·s）]>m2[0076 mol/（m2·s）]。溫度降低時(shí)，光照時(shí)間雖然很長(zhǎng)，氣孔很難完全打開。這時(shí)如果水分不夠，也會(huì)使氣孔導(dǎo)度下降。

2.4 不同種植模式對(duì)棉花水分利用效率（WUE）日變化的影響

由圖4可以看出，m3水分利用率日變化較為明顯，且有最大峰值2.91 μmol/mmol。不同種植模式水分利用效率日變化平均值由大到小依次為m3（1.52 μmol/mmol）>CK（1.502 μmol/mmol）>m1（1.5 μmol/mmol）>m2（1.32 μmol/mmol），m3與m2相比，由于棉花密度較大，對(duì)水分利用率也有較大影響[27]。

3 討論與結(jié)論

在棗棉間作系統(tǒng)中，棉花不同種植方式對(duì)光合特性和水分利用率等方面的研究都不盡相同，本試驗(yàn)通過(guò)3種不同種植模式和1次對(duì)照的棗棉間作方式中來(lái)看，從凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度日變化及其平均值來(lái)看，m1較m3有優(yōu)勢(shì)，

m2最小，這是因?yàn)閙1種植棉花密度較低，能得到較多的自然資源，單株生長(zhǎng)情況比較好，能充分發(fā)揮個(gè)體優(yōu)勢(shì)。但是，由于密度很低，群體數(shù)量不足，群體的光合速率比較低，光合物質(zhì)積累少，產(chǎn)量低，無(wú)法達(dá)到預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效益，m3為高密度種植，雖然產(chǎn)量高，但經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量能力較低。但從不同種植密度對(duì)水分利用率來(lái)看，高密度的水分利用率要高于中密度和低密度的水分利用率。寧新柱等在棉花不同種植密度的研究中發(fā)現(xiàn)，棉花的種植密度越高，會(huì)導(dǎo)致生育期的延后，雖然單株棉花的干物質(zhì)積累隨密度的增加而減小，但群體棉花干物質(zhì)的積累會(huì)隨密度的增大而增加[28]。而劉天煜等認(rèn)為，在間作后期，棗樹生長(zhǎng)個(gè)體較大，對(duì)間作棉花造成遮陰，對(duì)棉花光合生理特性影響較為明顯，從而會(huì)在棗棉間作系統(tǒng)中影響棉花光合和產(chǎn)量的形成[29]。本研究表明，根據(jù)棗棉間作系統(tǒng)不同種植模式下，隨著棗樹和棉花間的距離減小，棉花的不同間距之間光合日變化也逐漸降低，間作棉花的光合特性明顯降低。

棗棉間作中，不同的棉花種植密度對(duì)棉花光合特性、農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量等都有較為明顯的影響，棉花高密度種植會(huì)導(dǎo)致個(gè)體之間存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，會(huì)影響到各個(gè)生育期的生長(zhǎng)，密度越高，水分利用率越大。低密度種植會(huì)導(dǎo)致群體間無(wú)法形成合理的種植結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)棉花倒伏等情況，從而影響棉花的產(chǎn)量，通過(guò)分析棗棉間作系統(tǒng)中棗樹對(duì)棉花光合特性分析表明，適當(dāng)修剪棗樹樹枝和增加棗樹和棉花之間的距離，可以減小棗樹對(duì)棉花的光合作用的影響，尤其是棗樹的果枝長(zhǎng)期對(duì)棉花遮陰的影響，這樣會(huì)更利于提高間作棉花的產(chǎn)量，從而取得更好的提高棗棉間作帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益。

綜上所述，本試驗(yàn)研究結(jié)果表明，在棗棉間作條件下，頭年嫁接灰棗與高密度棉花（m3）有較強(qiáng)優(yōu)勢(shì)，尤其是在增加單位面積光合利用效率方面，在提高單位面積產(chǎn)量和增加經(jīng)濟(jì)效益方面較有潛力，可供南疆大面積棗棉間作提供理論依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]羅 立. 間作套種的作用與方法[J]. 農(nóng)技服務(wù)，2008，25（7）：37.

[2]楊友瓊，吳伯志. 作物間套作種植方式間作效應(yīng)研究[J]. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2007，23（11）：192-196.

[3]夏嬋娟，史彥江. 棗棉間作的生態(tài)效應(yīng)對(duì)棉花產(chǎn)量的影響[J]. 西安工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，26（2）：161-167.

[4]董宛麟，張立禎，于 洋，等. 農(nóng)林間作生態(tài)系統(tǒng)的資源利用研究進(jìn)展[J]. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2011，27（28）：1-8.

[5]Soto-Pinto L，Perfecto I，Castillo-Hernandez J A. Shade effect on coffee production at the northern Tzeltal zone of the state of Chiapas，Mexico[J]. Agriculture Ecosystems & Environment，2000，80（1/2）：61-69.

[6]王海珍，韓 路，曹新川，等. 海島棉新海21號(hào)光合生理特性的初步研究[J]. 中國(guó)棉花，2004（11）：12-14.

[7]耿 濤，戴 路，許占偉. 棉花高密度種植群體結(jié)構(gòu)的研究[J]. 新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)，2003，40（5）：269-272.

[8]呂 新，張 偉，曹連莆. 不同密度對(duì)新疆高產(chǎn)棉花冠層結(jié)構(gòu)光合特性和產(chǎn)量形成的影響[J]. 西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2005，14（1）：142-148.

[9]趙天榜，吳增琪，趙國(guó)全，等. 棗農(nóng)間作群體結(jié)構(gòu)的光照及效益研究[J]. 河南農(nóng)學(xué)院學(xué)報(bào)，1982（2）：38-52.

[10]祁衛(wèi)江，邵成利，王建慶. 新疆棉花新品種在棗棉間作模式中的種植表現(xiàn)[J]. 農(nóng)業(yè)工程技術(shù)，2017，37（05）：68-69.

[11]段志平，劉天煜，張永強(qiáng)，等. 棗棉間作系統(tǒng)棉花產(chǎn)量的形成與影響因素[J]. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2018，36（03）：93-100.

[12]郝向東，李魯華，張 偉. 棗棉間作系統(tǒng)光合特性研究[J]. 新疆農(nóng)墾科技，2016，39（2）：6-8.

[13]張東升. 不同棉花密度配置的棗棉間作系統(tǒng)光分布和光能利用率研究[D]. 石河子：石河子大學(xué)，2014.

[14]賈新兵. 不同種植方式棉花光合效率的研究[J]. 農(nóng)村科技，2006（6）：15-16.

[15]郭仁松，林 濤，崔建平，等. 配置模式對(duì)棗棉間作棉花光合及干物質(zhì)積累特征的影響[J]. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2013，31（6）：34-38，43.

[16]高 勝，夏紹南，柯興盛. 棉花不同密度對(duì)鈴重和衣分的影響[J]. 江西棉花，2009，31（5）：22-24.

[17]王 婷. 干旱區(qū)棗棉復(fù)合系統(tǒng)種間相互作用關(guān)系研究[D]. 烏魯木齊：新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)，2016.

[18]張東升，韓 碩，王 旗，等. 棗棉間作條件下棉花密度對(duì)棉花光合特性及產(chǎn)量影響[J]. 棉花學(xué)報(bào)，2014，26（4）：334-341.

[19]潘獻(xiàn)濤，萬(wàn)素梅. 棗棉間作中利用光合數(shù)據(jù)篩選棉花種植模式[J]. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2013，31（5）：79-83，190.

[20]彭桃桃，趙金祥，孫 勇，等. 棗棉間作不同模式對(duì)棉花光合特性影響的研究[J]. 塔里木大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，25（2）：9-13.

[21]王志偉，張建偉，張金寶，等. 4個(gè)棉花栽培品種的光合特性研究[J]. 棉花科學(xué)，2012，34（5）：16-20.

[22]宋鋒惠，吳正保，史彥江. 棗棉間作對(duì)棉花產(chǎn)量和光環(huán)境的影響[J]. 新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，48（9）：1624-1628.

[23]高 祺，李 明，樸 琳，等. 拔節(jié)期弱光和漬水脅迫對(duì)春玉米光合作用、根系生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2018，34（6）：1276-1286.

[24]黃靜艷，李 臣，李 歡，等. 光照度和光周期對(duì)水培薯芽菜品質(zhì)的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2018，34（3）：630-635.

[25]王愛(ài)玉，孔祥良，張桂芝，等. 不同種植密度對(duì)棉花產(chǎn)量及其相關(guān)性狀的影響[J]. 山東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，48（12）：80-82.

[26]盧成達(dá)，郭志利. 花鈴期棉花光合日變化研究[J]. 農(nóng)學(xué)學(xué)報(bào)，2012，2（6）：6-9.

[27]牛玉萍. 有限滴灌下種植密度對(duì)棉花產(chǎn)量形成及水分利用效率的影響[D]. 石河子：石河子大學(xué)，2016.

[28]寧新柱，林 海，宿俊吉，等. 不同種植密度對(duì)棉花產(chǎn)量性狀的影響[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39（15）：8878-8880.

[29]劉天煜，段志平，張永強(qiáng)，等. 北疆棗棉間作模式中棉花光合特性的研究[J]. 新疆農(nóng)墾科技，2016，39（12）：7-9.刁智華，袁萬(wàn)賓，刁春迎，等. 病害特征在作物病害識(shí)別中的應(yīng)用研究綜述[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2019，47（5）：71-74.