株行配置對(duì)南疆復(fù)播大豆光合特性的影響*

齊鑫，吳樹(shù)，黃興軍，高興，陳國(guó)棟，吳全忠，翟云龍*

（塔里木大學(xué)農(nóng)學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300）

合理株行配置可利于作物群體具有較高的葉面積指數(shù)（LAI），且在生長(zhǎng)的中后期LAI降低較慢，減少了漏光損失，增加凈光合速率（Pn），群體干物質(zhì)積累量增加，為獲得高產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)[1]。在冠層中下部，改善株行配置及種植方式葉片的Pn、Gs、Ci、Tr等也有一定程度的改善[2]。合理的株行配置表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢(shì)，可提高作物生產(chǎn)能力[3]。陳傳信[4]等研究得出，適當(dāng)縮行增加株距可促進(jìn)植株光合能力的提高，即合理的株行配置種植方式是復(fù)播大豆高產(chǎn)栽培的有效措施。在一定種植密度條件下，適宜的株行距是調(diào)節(jié)大豆群體合理分布的重要措施。梁熠[5]等人認(rèn)為由于一定的株行配置存在邊行優(yōu)勢(shì)效應(yīng)，導(dǎo)致邊行通風(fēng)透光好，個(gè)體間根系、葉片競(jìng)爭(zhēng)減緩，增大光合特性指標(biāo)而提高產(chǎn)量。這與李瓊[6]等認(rèn)為調(diào)整大豆種植間距，采用適當(dāng)?shù)闹晷信渲梅N植方式可提高光合速率，增加百粒重，提高產(chǎn)量，研究結(jié)果基本一致。另外，在灌溉方式一樣的條件下，相比于等行距平作種植、寬窄行平作種植，溝播種植方式具有較高葉面積和Pn，延緩了葉片中葉綠素降解，有利于植株干物質(zhì)的積累和籽粒產(chǎn)量的提高[7]。

隨著全球氣候變暖，新疆大部分地區(qū)氣候已表現(xiàn)出不同程度的暖濕化趨勢(shì)[8-9]。尤其是20世紀(jì)90年代以來(lái)北疆熱量資源明顯增加，秋季溫度增高，初霜期推遲，使新疆地區(qū)麥后種植大豆成為了可能[10-11]。近年來(lái)北疆地區(qū)麥后復(fù)播大豆的面積已達(dá)到3.33×104hm2左右，并且有不斷擴(kuò)大的趨勢(shì)[12]，然而高產(chǎn)高效栽培技術(shù)的缺乏制約著南疆地區(qū)大豆的發(fā)展。為此，在前人研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探討株行配置對(duì)復(fù)播大豆光合特性及產(chǎn)量的影響，篩選出適宜的最佳株行配置，為實(shí)現(xiàn)復(fù)播大豆高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

本試驗(yàn)在新疆阿拉爾市塔里木大學(xué)農(nóng)學(xué)試驗(yàn)站進(jìn)行，試驗(yàn)地前茬作物為冬小麥，地勢(shì)平坦，土壤肥力較好。試驗(yàn)所在地屬于暖溫帶極端大陸性干旱荒漠氣候。該地太陽(yáng)輻射年均133.7～146.3 kJ/cm2。年均日照時(shí)數(shù)2 556.3～2 991.8 h。雨量稀少，冬季少雪，地表蒸發(fā)強(qiáng)烈，年均降水量40.1～82.5 mm，年均蒸發(fā)量1 876.6～2 558.9 mm。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)選用大豆品種綏農(nóng)35為供試材料。采用裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，主區(qū)為行距處理，副區(qū)為種植密度。行距處理設(shè)3個(gè)處理：15 cm（H1）、30 cm（H2）、45 cm（H3），種植密度設(shè)3個(gè)處理：5.3 × 105株/hm2（M1）、5.5 × 105株/hm2（M2）、6.0 × 105株/hm2（M3）。共9個(gè)處理組合，小區(qū)面積4.5 m × 2.0 m，總面積9.0 m2，3次重復(fù)，試驗(yàn)底肥施加有機(jī)肥1 000 kg/hm2，盛花期追肥施用復(fù)合肥120 kg/hm2、尿素10 kg/hm2和磷酸二氫鉀1.5 kg/hm2。田間管理措施同一般高產(chǎn)大田。

2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

2.1 光合參數(shù)的測(cè)定

分別在大豆的開(kāi)花期、結(jié)莢期、鼓粒期在各小區(qū)選取長(zhǎng)勢(shì)均勻一致的植株10株，在天氣晴朗的條件下，使用Li-6400光合測(cè)定儀在11：00～13：00測(cè)定每一株倒3葉中間小葉片中Ci、Gs、Pn、Tr。

2.2 葉綠素?zé)晒鈪?shù)的測(cè)定

分別在大豆的開(kāi)花期、結(jié)莢期、鼓粒期在各小區(qū)選取長(zhǎng)勢(shì)均勻一致的植株10株，在天氣晴朗的條件下，使用YAXIN -1105熒光儀測(cè)定各處理Fo（初始熒光，也稱(chēng)基礎(chǔ)熒光，是PSII反應(yīng)中心處于完全開(kāi)放狀態(tài)時(shí)的熒光產(chǎn)量）、Fm（最大熒光產(chǎn)量，是PSII反應(yīng)中心處于完全關(guān)閉狀態(tài)時(shí)的熒光產(chǎn)量）、Fv/Fm、Fv/Fo等熒光參數(shù)，F(xiàn)v/Fm的變化主要因素是在脅迫條件影響，生長(zhǎng)條件的影響對(duì)其影響很小，F(xiàn)v/Fm值下降，說(shuō)明受到脅迫的作用；Fv/Fo是反映PSⅡ反應(yīng)中心的潛在活性。測(cè)定過(guò)程中，讓葉片充分暗適應(yīng)30 min后獲得暗處理數(shù)據(jù)，隨后選擇光強(qiáng)為2 000 mol/（m2·s），各處理熒光參數(shù)均為5次測(cè)定的平均值。

2.3 產(chǎn)量構(gòu)成因素及產(chǎn)量的測(cè)定

完熟期每小區(qū)去除左右各2個(gè)邊行、前后各1 m，取中間部分實(shí)收計(jì)產(chǎn)。

2.4 數(shù)據(jù)分析及處理方法

數(shù)據(jù)處理采用Excel 2010軟件和SPSS 13.0統(tǒng)計(jì)分析軟件。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同株行配置對(duì)復(fù)播大豆光合特性的影響

3.1.1 凈光合速率和蒸騰速率

植物葉片Pn能夠反映葉片光合同化作用的強(qiáng)弱，Tr可以用來(lái)測(cè)量植物在一定時(shí)間內(nèi)的蒸騰強(qiáng)度。由表1可以看出，各行距處理復(fù)播大豆Pn隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，各處理均在結(jié)莢期達(dá)到最大值，然后有所降低。

表1 株行配置對(duì)凈光合速率和蒸騰速率的影響

在不同行距處理?xiàng)l件下，各生育時(shí)期種植密度處理Tr表現(xiàn)均為M2 ＞M1 ＞M3。在開(kāi)花期，H1、H2處理?xiàng)l件下，M2處理與M1、M3處理均達(dá)到顯著水平，H2M2為T(mén)r最大，達(dá)到13.58 mmol/（m2·s）。在H3處理?xiàng)l件下，M2處理與M3處理達(dá)到顯著差異，且M2處理最高，達(dá)到9.08 mmol/（m2·s），較M1、M3處理分別高12.34%、27.17%。在結(jié)莢期，M2處理均與M1、M3處理達(dá)到顯著差異水平。其中H3M3處理Tr最低，達(dá)到8.51 mmol/（m2·s），顯著低于其他各處理，可能因?yàn)镠3M3處理株距最小，導(dǎo)致大豆群體空間分布不均使其Tr最低。在鼓粒期，大豆Tr較結(jié)莢期有所降低，在H1處理?xiàng)l件下，M2處理與M1、M3處理達(dá)到顯著水平。在H2、H3處理?xiàng)l件下，M2處理與M3處理達(dá)到顯著差異，與M1處理不顯著。

在開(kāi)花期，H2處理?xiàng)l件下，大豆各種植密度處理Pn差異不大。在H1、H3處理?xiàng)l件下，M2處理Pn最高，且M2處理均與M1、M3處理達(dá)到顯著水平，說(shuō)明M2處理對(duì)大豆Pn的促進(jìn)效果最好。在不同密度處理?xiàng)l件下，各行距處理表現(xiàn)均為H2 ＞H3 ＞H1，其中H2M2處理Pn最大，達(dá)到23.22 μmol/（m2·s），說(shuō)明H2M2處理對(duì)大豆Pn促進(jìn)效果最佳；在結(jié)莢期，Pn達(dá)到最大值；在不同行距處理?xiàng)l件下，各種植密度處理表現(xiàn)均為M2 ＞M1 ＞M3，且M2處理與M1、M3處理均呈現(xiàn)顯著差異，說(shuō)明M2處理對(duì)大豆Pn促進(jìn)效果最好。在M2處理?xiàng)l件下，各行距處理表現(xiàn)為H3 ＞H1 ＞H2，H3處理Pn最大，達(dá)到29.52 μmol/（m2·s），分別較H1、H2高5.54%、11.55%。M1、M3處理?xiàng)l件下，隨著行距的增加，各處理大豆Pn逐漸降低，具體表現(xiàn)為H1 ＞H2 ＞H3；在鼓粒期，各處理Pn下降，可能原因?yàn)檫M(jìn)入鼓粒期大豆葉片生理機(jī)能部分衰退，導(dǎo)致葉片Pn下降。在不同行距處理?xiàng)l件下，各種植密度處理表現(xiàn)均為M2 ＞M1 ＞M3，與開(kāi)花期和結(jié)莢期表現(xiàn)一致，其中M2處理與M1、M3處理均呈現(xiàn)為顯著差異水平。在M2處理?xiàng)l件下，H1處理Pn達(dá)到最高，為18.39 μmol/（m2·s），H3處理次之，為16.96 μmol/（m2·s），H2處理最低，為15.43 μmol/（m2·s）。在M1、M3處理?xiàng)l件下，各行距處理表現(xiàn)均為H3 ＞H1 ＞H2。

3.1.2 氣孔導(dǎo)度和胞間CO2濃度

氣孔是葉片和外界環(huán)境進(jìn)行CO2和水分交換的重要通道，其行為與葉片的光合作用和蒸騰作用密切相關(guān)，是影響光合速率和物質(zhì)生產(chǎn)能力的重要因素。由表2可知，復(fù)播大豆Gs隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，各處理均在結(jié)莢期取得最大值。

表2 株行配置對(duì)氣孔導(dǎo)度和胞間CO2濃度的影響

不同行距處理?xiàng)l件下，在各生育期各處理表現(xiàn)均為M2 ＞M1 ＞M3，在盛花期，H1、H3處理?xiàng)l件下，M2處理Gs顯著高于M1、M3處理，并呈顯著差異。H2處理?xiàng)l件下，M1、M2處理Gs相差不大，分別為0.38 mol/（m2·s）、0.39 mol/（m2·s），但均高于M3處理；在結(jié)莢期，H1處理?xiàng)l件下，各種植密度處理均無(wú)顯著差異。H2、H3處理?xiàng)l件下，M2處理與M1、M3處理達(dá)到顯著差異；在鼓粒期，3種行距處理?xiàng)l件下，M2處理與M1、M3處理均達(dá)到顯著水平。

隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)，大豆Ci逐漸增加至結(jié)莢期達(dá)到最大，生長(zhǎng)至鼓粒期逐漸減低。在不同行距處理?xiàng)l件下，在開(kāi)花期，H1、H2處理?xiàng)l件下，各種植密度處理表現(xiàn)均為M3 ＞M1 ＞M2，與Pn、Gs、Tr呈相反趨勢(shì)。在H3處理?xiàng)l件下，M2處理Ci最大，達(dá)到201.29 μmol/mol；M3次之，具體表現(xiàn)為M2 ＞M3 ＞M1，M2處理較M1、M3處理分別高44.40%、38.45%，說(shuō)明增加種植密度能促進(jìn)大豆Ci的增加，但種植密度過(guò)高反而會(huì)降低大豆Ci。在結(jié)莢期，大豆Ci達(dá)到最大值，在H1處理?xiàng)l件下，M3處理與M1、M2處理均未達(dá)到顯著差異。在H2處理?xiàng)l件下，各種植密度處理具體表現(xiàn)與開(kāi)花期相同，具體表現(xiàn)為M3 ＞M1 ＞M2，分別達(dá)到257.35 μmol/mol、247.84 μmol/mol、240.69 μmol/mol。在鼓粒期，各種植密度處理均為M3最大，M1次之、M2最低，與Pn、Gs、Tr呈相反趨勢(shì)。

3.2 不同株行配置對(duì)復(fù)播大豆熒光參數(shù)的影響

植物在光反應(yīng)過(guò)程中吸收光能的主要物質(zhì)是靠葉綠素提供的。Fo與Fm是反映植物光合活性的重要指標(biāo)，其中Fo為初始熒光，也稱(chēng)基礎(chǔ)熒光，是PSII反應(yīng)中心處于完全開(kāi)放狀態(tài)時(shí)的熒光產(chǎn)量；Fm為最大熒光產(chǎn)量，是PSII反應(yīng)中心處于完全關(guān)閉狀態(tài)時(shí)的熒光產(chǎn)量；Fv/Fm的變化主要因素是在脅迫條件影響，生長(zhǎng)條件的影響對(duì)其影響很小，F(xiàn)v/Fm值下降，說(shuō)明受到脅迫的作用。由表3可以看出，在不同行距處理?xiàng)l件下，各種植密度處理Fo均為M3處理最大，達(dá)到248.25，M3處理與M1、M2處理均達(dá)到顯著差異水平。Fm、Fv/Fm、Fv/Fo均為M2處理最大，分別達(dá)到856.33、0.80、3.91。各種植密度處理Fm均未達(dá)到顯著差異水平，在H2、H3處理?xiàng)l件下，各種植密度處理Fv/Fm、Fv/Fo均呈極顯著差異水平。在H1處理?xiàng)l件下，M2、M3處理與M1處理Fv/Fm、Fv/Fo均未達(dá)到顯著差異水平。說(shuō)明M3處理能夠更好地促進(jìn)大豆光合能力的提高，進(jìn)而提高大豆產(chǎn)量。

表3 株行配置對(duì)熒光參數(shù)的影響

根據(jù)差異顯著性檢測(cè)可以看出，行距處理對(duì)Fo、Fm、Fv/Fm產(chǎn)生極顯著差異，對(duì)Fv/Fo產(chǎn)生顯著差異。密度處理對(duì)Fo、Fm、Fv/Fm、Fv/Fo均產(chǎn)生顯著差異，且未達(dá)到極顯著差異。但其互作效應(yīng)對(duì)Fo、Fv/Fm、Fv/Fo產(chǎn)生極顯著差異，說(shuō)明改變?nèi)后w分布方式，調(diào)節(jié)大豆種植株距與密度可有效提高大豆葉片光合能力。

3.3 不同株行配置對(duì)復(fù)播大豆產(chǎn)量的影響

產(chǎn)量的形成不僅與作物品種特性有關(guān)，而且也受到種植措施的影響，合理的種植方式，有利于作物生產(chǎn)潛力的充分發(fā)揮，從而獲得高產(chǎn)。從圖1可以看出，不同行距處理?xiàng)l件下，各種植密度處理均表現(xiàn)為M3 ＞M1 ＞M2，且M1、M3處理與M2處理均呈現(xiàn)顯著差異水平。不同種植密度處理?xiàng)l件下，各行距處理均隨著行距的增加逐漸降低，均為H1處理產(chǎn)量最高，且顯著高于H2、H3處理，其中H1M3處理產(chǎn)量最高，達(dá)到6 155.8 kg/hm2；H2M3處理次之，達(dá)到5 850.6 kg/hm2，說(shuō)明H1M3處理對(duì)大豆產(chǎn)量提升效果最好。

圖1 株行配置對(duì)產(chǎn)量的影響

4 討論

合理密植是提高大豆LAI、群體光能利用的重要措施，是復(fù)播大豆獲得優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是塑造合理株型的手段之一。陳宗培[13]等研究表明，高密度種植模式下的玉米葉片的Pn、Gs、Ci和Tr均優(yōu)于低密度。王海燕[14]等研究表明，隨著種植密度的增加，葉片的凈光合速率在密度處理最大值下最高，葉片光合作用較強(qiáng)，更適于后期進(jìn)行干物質(zhì)積累和提高粒重。趙小光[15]等研究認(rèn)為，合理的作物群體結(jié)構(gòu)可形成良好的冠層內(nèi)光輻射分布，有利于提高光能利用率，而改變?cè)耘嗝芏仁钦{(diào)控群體特征的重要途徑。合理密植能有效地解決作物群體與個(gè)體之間的矛盾,構(gòu)建出合理的群體結(jié)構(gòu)，增大綠葉光輻射面積，從而提高作物群體對(duì)光能的利用率，促進(jìn)產(chǎn)量三要素的協(xié)調(diào)生長(zhǎng)，最終提高作物產(chǎn)量。本研究結(jié)果與前人研究結(jié)果基本一致，即隨著種植密度的增大，各項(xiàng)指標(biāo)均以H1M3處理表現(xiàn)最優(yōu)，Pn較高，光合物質(zhì)積累量較高。

前人對(duì)不同大豆品種在各株行距配置下的產(chǎn)量及其構(gòu)成進(jìn)行了研究，但得出的結(jié)果由于品種特性、種植密度、土壤肥力和氣候條件等差異而不盡相同[16-18]。在本試驗(yàn)中，通過(guò)不同株行配置影響復(fù)播大豆光合作用、葉綠素?zé)晒鈪?shù)等動(dòng)態(tài)變化進(jìn)而影響最終產(chǎn)量的形成，在不同行距處理?xiàng)l件下，隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)，在開(kāi)花期H2處理?xiàng)l件下Pn、Tr、Gs、Ci、Fm、Fv/Fm、Fv/Fo達(dá)到最大，在H3處理?xiàng)l件下Fo最大。H1M3處理產(chǎn)量最高，達(dá)到6 155.8 kg/hm2，H2M3處理次之，達(dá)到5 850.6 kg/hm2，說(shuō)明H1M3處理對(duì)大豆產(chǎn)量提升效果最好，縮小行距，增大株距可改善復(fù)播大豆的群體結(jié)構(gòu)，使植株分布更加合理，有效利用土壤面積，改善田間的通風(fēng)透光性，有助于復(fù)播大豆的生長(zhǎng)發(fā)育，以此增強(qiáng)光合作用進(jìn)而加大產(chǎn)量的形成。

5 結(jié)論

本試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)，大豆Pn、Gs、Tr、Ci均呈先增長(zhǎng)后降低的趨勢(shì)，在結(jié)莢期達(dá)到最大值。在結(jié)莢期，大豆Pn、Gs、Tr、SPAD值各密度處理表現(xiàn)均為M2 ＞M1 ＞M3，說(shuō)明M2處理對(duì)大豆Pn、Gs、Tr的促進(jìn)效果最佳。其中H3M2處理Pn、Gs、Tr為各處理中最高，分別達(dá)到9.52 μmol/（m2· s）、0.72 mol/（m2· s）、14.39 mmol/（m2·s），說(shuō)明H3M2處理大豆光合性能最強(qiáng)。不同行距處理?xiàng)l件下，各種植密度處理Fo均為M3處理最大，F(xiàn)m、Fv/Fm、Fv/Fo均為M2處理最大，分別達(dá)到856.33、0.8、3.91。H3M3 處理Fo最大，達(dá)到248.25，H2M2 處理Fm、Fv/Fm、Fv/Fo，分別為856.33、0.80、3.91。行距處理對(duì)Fo、Fm、Fv/Fm 產(chǎn)生極顯著差異，對(duì)Fv/Fo 產(chǎn)生顯著性差異。密度處理對(duì)Fo、Fm、Fv/Fm、Fv/Fo均產(chǎn)生顯著性差異，且未達(dá)到極顯著差異。但行距與密度互作效應(yīng)對(duì)Fo、Fv/Fm、Fv/Fo產(chǎn)生極顯著性差異。H1M3 處理產(chǎn)量最高，達(dá)到6 155.8 kg/hm2，H2M3次之，達(dá)到5 850.6 kg/hm2。