棗棉間作下種植方式對棉花光合特征的影響

徐鵬 萬素梅 徐文修 陳國棟 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棉花光合特性的影響并篩選出適合南疆阿拉爾墾區棗棉間作適宜的棉花種植密度提供理論依據，在棗棉間作條件下，設置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棉花光合特征的影響。結果表明，m3的凈光合速率、氣孔導度都有較強的優勢，在日變化中蒸騰速率最低值出現的時間比較晚，水分利用率相對較高。在南疆阿拉爾墾區，棗棉間作不同種植密度對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： S562.04? 文獻標志碼： A? 文章編號：1002-1302（2019）05-0068-03

收稿日期：2018-09-30

基金項目：國家重點研發計劃（編號：2016FYC0501407-04）;國家自然科學基金（編號：31671644、31660410、31601272）。

作者簡介：徐 鵬（1990—），男，陜西城固人，碩士研究生，從事農業可持續發展理論與技術研究。E-mail：18193707786@163.com。

通信作者：胡守林，教授，從事農業可持續發展理論與技術。E-mail：hushoulinghu@163.com。

近年來，隨著南疆林果產業快速發展，果棉間作也必將成為棉花生產的主要模式[1-3]。棉花和紅棗最早是塔里木盆地經濟支柱型農業產業，農業化種植產業如何在棗棉間作條件下，合理地進行有效的種植密度，盡可能減輕棗樹對棉花生產的不利影響已成為南疆棉花保持穩產的一個重要課題[4-5]。農林間作系統可以有效地利用光、熱、水、肥等因素能夠實現資源的高效利用以及農業產業高產高效等優點。根據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]，并產生間作作物之間的互補效應，增加農作物產品整體的經濟效益，降低農產品的投入成本[10-11]。在農林間作系統中，光合作用效率是農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中，棗樹對棉花的遮陰會影響棉花的光合特性，既而影響棉花產量，但隨著棗樹與棉花之間種植密度的增加，棉花的其他農藝性狀指標和干物質質量等顯著提高，但株高卻顯著降低，結鈴數和單鈴質量等指標也逐漸減小[15-16]。然而，不同復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，可以提高棉花的產量，棗棉間作中高密度的棉花種植具有較強的潛力，尤其是在光能利用效率方面可提高作物種植的產量、增加經濟效益[17-20]。

現階段，一般在間作系統種植中對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。王志偉等研究發現，棉花的光合作用沒有“午休”現象，也不受氣孔導度因素的影響，從而為棉花提高更多的物質積累而高產穩產[21]。本試驗通過研究棗棉間作不同種植模式棉花的光合特性、水分利用率和產量變化規律，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際性的理論基礎和現實指導意義。

1 材料與方法

1.1 試驗品種及試驗條件

試驗于2014年4—10月在塔里木大學園藝站棗園（40°32′34″N、81°18′07″E，海拔1 015 m）進行，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。試驗地屬典型的暖溫帶大陸干旱荒漠氣候，太陽輻射年均為559.4～612.1 kJ/cm2，日照時數約為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，年均蒸發量1 976.6～2 558.9 mm，地下水埋深在3 m以下。園藝試驗站土壤類型為沙壤土，土壤pH值7.90，有機質含量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 試驗設計

本試驗以棗棉間作為研究對象，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，播種前進行平地、除草，使用旋耕機均勻翻耕，試驗地田間管理除嚴格按照試驗設計不同處理分別實施外，其余的栽培管理同大田一樣實施。

本試驗紅棗株行距為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發育，筆者選取最合適的灌水量300 m3（全生育期）進行灌溉，采用滴灌方式進行灌溉，采用水表嚴格要求控制水量，紅棗和棉花的施肥量分別按照需肥標準進行施肥，4個小區的棉花、紅棗的單獨施肥量相同。

1.3 測定項目與方法

本試驗主要測定棉花的光合生理指標，其中包括棉花葉片的凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導度（Gs），葉片瞬時水分利用效率（WUE）等生理指標。在棉花的花鈴期，每個處理分別選擇2株棉花，棉花要求生長健康、長勢一致、無病斑、光照均一的同一葉位，測定其光合日變化進程，采用LI-6400便攜式光合儀測定各個小區棉花葉片光合生理指標，每個小區測定6張葉片并取其平均數。測定時選擇晴朗的天氣，從08：00—20：00每2 h測定1次。

1.4 數據處理

采用Microsoft Excel 2003軟件進行數據處理、作圖。

2 結果與分析

2.1 不同種植模式對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和能量的前提，也是植物生長狀態的重要因素，同樣凈光合速率是表示光合作用程度的重要指標[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為單峰曲線，凈光合速率從12：00過后顯著提升，峰值出現在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，又因為CK與m3一樣是高密度種植，所以高密度種植（m3、CK）對棉花凈光合速率影響最大。

2.2 不同種植模式對棉花葉片蒸騰速率（Tr）日變化的影響

蒸騰速率能夠保證植物水分和養分得到充分的吸收，并能調節植物內的能量狀況。植物體內一定的物質積累，需要一定的水分來維持體內平衡，這些都是源于植物的蒸騰量，植物的干物質和水分利用率是蒸騰速率的重要指標。蒸騰速率是棉花水分代謝的重要一環，它既可以反映植物生長發育情況，又可以反映植物對水肥的吸收特點[23]。相對于大田種植棉花來說，一些高產的棉田相比于普通棉田，其光合能力更強、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出的差異比較明顯，但是4種種植模式的峰值都出現在16：00，說明此時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 不同種植模式對棉花氣孔導度（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進入到葉片中的細胞間隙，并在光照度下發生光合作用[26]。由圖3可以看出，在 08：00 時，不同種植模式之間氣孔導度有明顯差異，CK與m1較高，m2最低;從10：00過后，隨著溫度的升高，氣孔導度有緩慢增長的趨勢。不同種植模式氣孔導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，光照時間雖然很長，氣孔很難完全打開。這時如果水分不夠，也會使氣孔導度下降。

2.4 不同種植模式對棉花水分利用效率（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，對水分利用率也有較大影響[27]。

3 討論與結論

在棗棉間作系統中，棉花不同種植方式對光合特性和水分利用率等方面的研究都不盡相同，本試驗通過3種不同種植模式和1次對照的棗棉間作方式中來看，從凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導度日變化及其平均值來看，m1較m3有優勢，

m2最小，這是因為m1種植棉花密度較低，能得到較多的自然資源，單株生長情況比較好，能充分發揮個體優勢。但是，由于密度很低，群體數量不足，群體的光合速率比較低，光合物質積累少，產量低，無法達到預期的經濟效益，m3為高密度種植，雖然產量高，但經濟產量能力較低。但從不同種植密度對水分利用率來看，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現，棉花的種植密度越高，會導致生育期的延后，雖然單株棉花的干物質積累隨密度的增加而減小，但群體棉花干物質的積累會隨密度的增大而增加[28]。而劉天煜等認為，在間作后期，棗樹生長個體較大，對間作棉花造成遮陰，對棉花光合生理特性影響較為明顯，從而會在棗棉間作系統中影響棉花光合和產量的形成[29]。本研究表明，根據棗棉間作系統不同種植模式下，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棉花光合特性、農藝性狀、產量等都有較為明顯的影響，棉花高密度種植會導致個體之間存在競爭關系，會影響到各個生育期的生長，密度越高，水分利用率越大。低密度種植會導致群體間無法形成合理的種植結構，出現棉花倒伏等情況，從而影響棉花的產量，通過分析棗棉間作系統中棗樹對棉花光合特性分析表明，適當修剪棗樹樹枝和增加棗樹和棉花之間的距離，可以減小棗樹對棉花的光合作用的影響，尤其是棗樹的果枝長期對棉花遮陰的影響，這樣會更利于提高間作棉花的產量，從而取得更好的提高棗棉間作帶來的經濟效益。

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

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