模式改造對(duì)灰棗樹個(gè)體和群體冠層特性及機(jī)械適應(yīng)性的影響

王文軍,陳奇凌,鄭強(qiáng)卿,王晶晶,張桂兵,李海霞

(1.新疆農(nóng)墾科學(xué)院林園研究所/庫爾勒香梨種質(zhì)創(chuàng)新與提質(zhì)增效兵團(tuán)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,新疆石河子 832000;2.新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第一師十團(tuán)農(nóng)業(yè)發(fā)展服務(wù)中心,新疆阿拉爾 843300;3.新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第一師九團(tuán)農(nóng)業(yè)發(fā)展服務(wù)中心,新疆阿拉爾 843300)

0 引 言

【研究意義】棗是新疆南疆支柱產(chǎn)業(yè)之一。目前,該區(qū)域的棗栽培模式不一、樹冠結(jié)構(gòu)尚不合理。栽培密度、樹形以及株高是確立統(tǒng)一模式的3個(gè)關(guān)鍵因子,圍繞3個(gè)因子開展棗栽培模式改造以及對(duì)各模式的冠層特性進(jìn)行測(cè)定分析研究,對(duì)實(shí)現(xiàn)該區(qū)域棗栽培模式有實(shí)際意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】?jī)?nèi)地棗產(chǎn)區(qū)由于陰雨天氣頻發(fā),棗栽培模式多為設(shè)施栽培[1-4],張勤等[5]對(duì)靈武長(zhǎng)棗的栽培模式進(jìn)行研究,總結(jié)了設(shè)施棗的栽培管理技術(shù),包括:棚內(nèi)溫濕度調(diào)控[6-7]、整形修剪[8]、土肥水管理[9]、花果管理[10-11]、病蟲害防治[12]等;高梅秀等[13]對(duì)馬牙棗、早脆王、沙窩棗、馬鈴脆棗、紅螺脆棗、冬棗的需冷量及相關(guān)特性進(jìn)行了研究;王長(zhǎng)柱等[14]對(duì)七月鮮在設(shè)施內(nèi)矮化密植栽培的適應(yīng)性進(jìn)行了研究。而新疆產(chǎn)區(qū)光熱資源豐富利于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的集約化、機(jī)械化管理。該區(qū)域棗生產(chǎn)多以露地栽培為主,但其栽培模式多為密植[15-16]或間作模式[17]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】目前鮮有與機(jī)械化棗生產(chǎn)相適應(yīng)且對(duì)特定株行距、樹形、株高相結(jié)合的模式研究。冠層特性是能夠較好地衡量樹冠結(jié)構(gòu)的基本特征性指標(biāo),其中個(gè)體冠層特性代表著單株植株的冠層特征,而群體冠層特性則是代表一定數(shù)量植株群體(將包括除樹冠的其它空間也一并計(jì)算在內(nèi))的冠層特征?！緮M解決的關(guān)鍵問題】研究以新疆產(chǎn)區(qū)露地主栽品種之一的灰棗樹為材料,調(diào)整樹形及種植行距的模式,測(cè)定分析不同模式的株高、冠幅、作業(yè)間距及其個(gè)體與群體的冠層特性差異以及個(gè)體與群體冠層特性間的相關(guān)關(guān)系,研究適宜灰棗機(jī)械化生產(chǎn)栽培模式的冠層特征,為棗標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)模式的確立提供參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗(yàn)地在新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第一師13團(tuán)(E 81.54°,N 40.65°),該地區(qū)屬暖溫帶極端大陸性干旱荒漠氣候,太陽輻射年均559.8～612.5 kJ/cm2,年均日照2 556.3～2 991.8 h,日照率58.69%,年平均氣溫10.7℃,無霜期209 d左右,降雨量稀少,冬季少雪,地表蒸發(fā)強(qiáng),年均降水量為40.1～82.5 mm,年均蒸發(fā)量1 876.6～2 558.9 mm。土壤質(zhì)地為沙壤土,肥力中等,地勢(shì)平坦,灌溉方式為天山雪融水漫灌與滴管相結(jié)合,棗園相對(duì)整齊。試驗(yàn)棗園面積為1.33 hm2(20畝)。以3～4 a灰棗樹為試材。

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

圖1 樹形結(jié)構(gòu)示意

1.2.2 指標(biāo)測(cè)定

間伐后經(jīng)過3年的樹形培養(yǎng),于2021年5～7月的每月中旬,對(duì)4種模式的株高、冠徑、冠幅、作業(yè)間距以及植株個(gè)體和群體冠層特性進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

從每個(gè)模式的中央位置順行連續(xù)選取相對(duì)具有代表性的10株棗樹,用5 m量程的鋼卷尺對(duì)樹冠頂端到地面的垂直距離進(jìn)行測(cè)量,測(cè)得數(shù)值即為株高;

用5 m量程鋼卷尺對(duì)測(cè)株高的10株棗樹的冠徑進(jìn)行測(cè)量,測(cè)得的行內(nèi)和行間樹冠寬度的最大值分別記為行內(nèi)冠徑和行間冠徑,取行內(nèi)冠徑與行間冠徑的均值即為冠幅;

行距(4.5 m)減行間冠徑即為作業(yè)間距;

利用2200c-LAI植物冠層分析儀進(jìn)行測(cè)定。將上述10株樹進(jìn)行單株測(cè)定,群體冠層特性:從每個(gè)模式的中間位置選取2行,每行連續(xù)選擇5株與另一行相對(duì)應(yīng)的連續(xù)5株具代表性的棗樹,構(gòu)建成一個(gè)由10株棗樹(2行×5株/行)組成的小型植株群體,再對(duì)其進(jìn)行群體冠層特性的測(cè)定。圖2

圖2 植物冠層分析儀對(duì)個(gè)體和群體的測(cè)定方法俯視圖

1.3 數(shù)據(jù)處理

運(yùn)用EXCEL2010版對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理,運(yùn)用GraphPad Prism 8的制圖分析軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行制圖并進(jìn)行分析。

綜上所述,今后很長(zhǎng)一段時(shí)間液壓和電控結(jié)合的EHPS系統(tǒng)仍為汽車轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)的最佳選擇,圖1為EHPS系統(tǒng)的示意圖.

2 結(jié)果與分析

2.1 模式改造對(duì)株高及冠幅的影響

2.1.1 對(duì)株高的影響

在5～7月,新模式M1、M2、M3和原模式CK的株高均有隨生育時(shí)間的延長(zhǎng)而略微有增高的趨勢(shì),各模式中棗樹長(zhǎng)勢(shì)較強(qiáng)且生長(zhǎng)發(fā)育狀況良好。各模式的株高均在2.5 m左右,其中M2的株高最高,M1株高最低但到6、7月時(shí)與M3和CK差異不顯著。圖3

注:小寫字母表示在0.05水平上的差異顯著性,下同

2.1.2 對(duì)冠幅的影響

研究表明,在5～7月,M1的冠幅最小且顯著小于其它3種模式,M1為89.1 cm,較CK小13.1%;M2的冠幅與CK無顯著差異,M2為99.0 cm;M3的冠幅顯著大于其它3種模式,M3為139.0 cm。模式改造對(duì)M1和M3的冠幅影響較大,而對(duì)M2無顯著影響。圖4

2.2 模式改造對(duì)作業(yè)間距的影響

研究表明,改造的新模式中,M1、M2、M3均明顯比原模式CK的作業(yè)間距大,作業(yè)間距由大到小為:M1>M2>M3。M1和M2的作業(yè)間距均超過300.0 cm,此作業(yè)間距已基本能夠滿足各種類型機(jī)械的作業(yè)要求;M3的作業(yè)間距在270 cm左右,能夠滿足中型及其以下的機(jī)械作業(yè)條件,而原模式CK的作業(yè)間距僅不到50 cm,只能人工生產(chǎn)作業(yè),無法實(shí)行機(jī)械化的生產(chǎn)及管理。模式改造極大的提升了機(jī)械化的作業(yè)空間,尤其M1、M2便于各類農(nóng)業(yè)機(jī)械進(jìn)行棗園作業(yè)管理。圖5

圖4 模式改造下灰棗冠幅變化

圖5 模式改造下灰棗作業(yè)間距變化

2.3 模式改造對(duì)灰棗個(gè)體及群體冠層特性影響

2.3.1 對(duì)灰棗個(gè)體及群體葉面積指數(shù)的影響

M1、M2的個(gè)體葉面積指數(shù)在5、6月與CK無顯著性差異,M3顯著小于CK,7月M1、M2、M3均顯著小于CK,M1的葉面積指數(shù)為2.91,相對(duì)于原模式CK減小18.49%,M2為3.29,減小7.84%,M3為2.63,減小73.67%,且各模式間的個(gè)體葉面積指數(shù)均存在顯著性差異,其大小排序?yàn)镃K>M2>M1>M3。M1、M2、M3的群體葉面積指數(shù)在5、7月均顯著小于原模式CK,M2與M3無顯著性差異,各模式的群體葉面積指數(shù)大小排序?yàn)镃K>M2>M3>M1。模式改造對(duì)灰棗個(gè)體和群體葉面積指數(shù)均具有減小作用,其中對(duì)M3個(gè)體與M1群體減小強(qiáng)度最大,新模式中,對(duì)M2的個(gè)體和群體LAI值的減小作用最小,該模式的樹冠葉片數(shù)量分布最多且對(duì)光照輻射的截獲量最大。圖6

圖6 模式改造下灰棗個(gè)體與群體葉面積指數(shù)(LAI)變化

2.3.2 對(duì)個(gè)體與群體無截取散射的影響

研究表明,M3的個(gè)體無截取散射值在5～7月均顯著大于CK,M1除6月外,5和7月均顯著大于CK,而M2在3個(gè)月中的個(gè)體無截取散射值與CK均無顯著性差異,而在7月,M1、M2、M3的個(gè)體無截取散射值均顯著大于原模式CK,且各模式間存在顯著性差異,其大小排序?yàn)镸3>M1>M2>CK;M1的群體無截取散射值在5～7月均顯著大于CK,M2在5月與原模式CK無顯著性差異,但6～7月顯著大于CK,M3在5～6月與CK差異不顯著,但7月顯著大于CK。模式改造對(duì)個(gè)體和群體無截取散射具有增大作用,且隨樹體生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程的推進(jìn),對(duì)單株個(gè)體的作用效果更明顯。圖7

圖7 模式改造下灰棗個(gè)體與群體無截取散射(DIFN)變化

2.3.3 對(duì)個(gè)體與群體透射率的影響

研究表明,M1的個(gè)體透射率在5、7月均顯著大于CK,M2與CK無顯著性差異,但M3的個(gè)體透射率均顯著大于CK,且在5和7月顯著大于M1、M2;M1的群體透射率在5～7月均顯著大于CK,M2在5～6月的群體透射率與CK無顯著性差異,但7月差異顯著,M3在6～7月的群體透射率顯著大于CK,但5月差異不顯著,M1、M2、M3在7月的群體透射率均顯著大于CK。模式改造對(duì)M3的個(gè)體和M1的個(gè)體及群體透射率具有顯著增大作用。圖8

圖8 模式改造下灰棗個(gè)體與群體透射率(TRANS)變化

2.3.4 對(duì)個(gè)體與群體葉傾角的影響

研究表明,M1、M3的個(gè)體葉傾角在5～7月均顯著大于CK,M2的個(gè)體葉傾角在5和7月與CK無顯著性差異,但6月顯著大于CK;M1的群體葉傾角在5和7月均顯著大于CK,M2的群體葉傾角與CK無顯著性差異,但M3在5～7月均顯著大于CK,模式改造對(duì)灰棗個(gè)體及群體的葉傾角具有增大作用,且對(duì)M1和M3的作用效果較為明顯。圖9

圖9 模式改造下灰棗個(gè)體及群體葉傾角(MTA)變化

2.4 對(duì)個(gè)體與群體冠層特性相關(guān)關(guān)系的影響

研究表明,灰棗個(gè)體的葉面積指數(shù)(LAI)與群體均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.000 1),線性擬合度R2(M1)=0.781 8,R2(M2)=0.794 7,R2(M3)=0.731 9,R2(CK)=0.795 8,R2(CK)>R2(M2)>R2(M1)>R2(M3),模式改造減小了灰棗個(gè)體葉面積指數(shù)與群體葉面積指數(shù)關(guān)系的緊密度,且對(duì)M3的作用效果最明顯。圖10

灰棗個(gè)體無截取散射(DIFN)與群體均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.000 1),線性擬合度R2(M1)=0.736 1,R2(M2)=0.696 8,R2(M3)=0.662 7,R2(CK)=0.783 2,R2(CK)>R2(M1)>R2(M2)>R2(M3),模式改造減小了灰棗個(gè)體無截取散射與群體無截取散射關(guān)系的緊密度,且對(duì)M3的作用最明顯。圖11

灰棗個(gè)體透射率(TRANS)與群體均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.000 1),線性擬合度R2(M1)=0.760 6,R2(M2)=0.766 8,R2(M3)=0.711 6,R2(CK)=0.812 8,R2(CK)>R2(M2)>R2(M1)>R2(M3),模式改造同樣也減小了灰棗個(gè)體透射率與群體透射率關(guān)系的緊密度,且對(duì)M3的減小最大。圖12

灰棗個(gè)體葉傾角(MTA)與群體均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.000 1),線性擬合度R2(M1)=0.697 9,R2(M2)=0.758 5,R2(M3)=0.644 3,R2(CK)=0.616 0,R2(M2)>R2(M1)>R2(M3)>R2(CK),模式改造增加了灰棗個(gè)體葉傾角與群體葉傾角關(guān)系的緊密度,且對(duì)M2的增加最大。圖13

圖10 模式改造下灰棗個(gè)體與群體間葉面積指數(shù)相關(guān)關(guān)系變化

圖11 模式改造下灰棗個(gè)體與群體間無截取散射相關(guān)關(guān)系變化

圖12 模式改造下灰棗個(gè)體與群體間透射率相關(guān)關(guān)系變化

圖13 模式改造下灰棗個(gè)體與群體間葉傾角相關(guān)關(guān)系變化

3 討 論

3.1 模式改造對(duì)機(jī)械適應(yīng)性的影響

株高是衡量群體株型狀況是否合理最敏感的指標(biāo)之一[18]。葉面積指數(shù)(leaf area index,LAI),即植物葉片表面積之和與土地表面積的比率[19],是定量描述群體水平上葉片的空間分布和密度變化的特征參數(shù)[19]。無截取散射(DIFN)指天空沒有被植物葉片遮擋的部分[20]。葉片對(duì)光的反射率和透射率能夠反映葉片對(duì)光的利用能力[21]。葉傾角是葉片形態(tài)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵因子之一,可根據(jù)其對(duì)冠層光照輻射的多少來改良株型[22]。汪懋華[23]提岀精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的綜合效益。周麗等[24]結(jié)合現(xiàn)代果業(yè)發(fā)展趨勢(shì)和新疆棗區(qū)的特點(diǎn),提出了建立現(xiàn)代紅棗栽培模式,研究表明寬行密植和寬行栽培模式適合機(jī)械化管理,效益顯著。同樣,王彥偉等[25]研究表明,黃金梨生產(chǎn)株行距為2.5 m×4.0 m和3.0 m×4.0 m比2.0 m×3.0 m的管理技術(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單易行、省工省力,是更適宜的栽培密度,具有較高的栽培推廣價(jià)值。研究表明,通過調(diào)整樹形且將其株行距調(diào)至1.0 m×4.5 m的寬行栽培模式,隨著作業(yè)間距擴(kuò)大,極大地滿足了多數(shù)農(nóng)用機(jī)械進(jìn)園作業(yè)的需求,但如何讓棗園與機(jī)械農(nóng)藝充分融合,還需進(jìn)一步對(duì)棗樹樹形結(jié)構(gòu)與功能型農(nóng)機(jī)具的緊密設(shè)計(jì)要求進(jìn)行研究。

3.2 模式改造對(duì)高光效樹形樹冠結(jié)構(gòu)特性影響

樹冠中的葉片對(duì)太陽輻射能的截獲、吸收、透射比例是決定高光效樹形及種植模式是否合理的重要理論依據(jù)[26]。鄭強(qiáng)卿等[27]研究表明,駿棗低密度栽培模式下,棗吊的生長(zhǎng)空間充足,提高了光合作用以及果實(shí)品質(zhì)和等級(jí),降低了生產(chǎn)成本。安佰義等[28]研究表明,李樹自然開心形具有更高透射率、更強(qiáng)光合能力、更高光電子傳遞效率和更多的碳水化合物積累,其次為“Y”形,最后為紡錘形。楊煥枝[29]認(rèn)為進(jìn)行果實(shí)優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)時(shí),葉片對(duì)光能截獲率不宜超過65%～70%,為保證優(yōu)質(zhì)花芽分化,太陽輻射透射率通常需維持在30%左右。研究表明,模式改造雖在一定程度上降低了個(gè)體及群體的葉面積指數(shù),但同時(shí)也更大程度的增加了個(gè)體及群體樹冠內(nèi)的無截取散射(散射光輻射)與光照透射率,這更有利于提高樹冠整體的光照輻射強(qiáng)度,進(jìn)而促進(jìn)群體凈光合作用,提高碳水化合物累積量與品質(zhì)。

3.3 模式改造對(duì)灰棗個(gè)體與群體相互關(guān)系影響

李守娟等[30]研究證明個(gè)體與群體的變化規(guī)律相一致。研究中,灰棗個(gè)體葉面積指數(shù)、無截取散射、透射率以及葉傾角均與群體呈顯著的正相關(guān)關(guān)系,其研究結(jié)果與之一致,但模式改造會(huì)對(duì)單株與群體關(guān)系的緊密度產(chǎn)生不同程度的影響。如:灰棗個(gè)體葉面積指數(shù)和透射率與群體均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.000 1),線性擬合度R2(CK)>R2(M2)>R2(M1)>R2(M3),增大種植行距和簡(jiǎn)化樹形,對(duì)灰棗個(gè)體葉面積指數(shù)、透射率與群體關(guān)系會(huì)造成疏遠(yuǎn)現(xiàn)象,且對(duì)M3的作用效果最為明顯,模式M3的單株個(gè)體的積極調(diào)控對(duì)其群體產(chǎn)生的影響會(huì)弱于M1和M2,其個(gè)體高光效冠層結(jié)構(gòu)的調(diào)優(yōu)也會(huì)對(duì)群體效益的提升較小。

4 結(jié) 論

改造后的灰棗樹新模式顯著增加了籬壁形(M1)、主干形(M2)、“Y”型(M3)的作業(yè)間距,極大的提升了機(jī)械作業(yè)空間,且籬壁形(M1)、主干形(M2)能夠滿足更多的果園機(jī)械行走作業(yè);新模式促進(jìn)了個(gè)體及群體樹冠光照的有利分布。其中籬壁形(M1)的樹冠群體透光性能最好,主干形(M2)的群體光照輻射截獲量在新模式中最多,且而“Y”型(M3)個(gè)體LAI、DIFN、TRANS與群體關(guān)系的緊密度最小(線性擬合度R2值最小),其單株個(gè)體的調(diào)控對(duì)群體光合效益提升相對(duì)較低。模式籬壁形(M1)、主干形(M2)是適宜當(dāng)?shù)鼗覘棛C(jī)械化、集約化、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的栽培模式。