核(桃)麦间作系统内小气候特征的初步研究

王冀川，艾买尔江·吾斯曼，阿依谢姆古丽·玉苏普，吴爱琼，夏建华，张栋海

(1.中国农业大学农学与生物技术学院， 北京 100193；2.塔里木大学植物科学学院， 新疆 阿拉尔 843300； 3.墨玉县种子管理站， 新疆 和田墨玉 848100；4.新疆生产建设兵团第三师农业科学研究所， 新疆 图木舒克市 843901)



核(桃)麦间作系统内小气候特征的初步研究

王冀川1,2，艾买尔江·吾斯曼2，阿依谢姆古丽·玉苏普3，吴爱琼3，夏建华3，张栋海4

(1.中国农业大学农学与生物技术学院， 北京 100193；2.塔里木大学植物科学学院， 新疆 阿拉尔 843300； 3.墨玉县种子管理站， 新疆 和田墨玉 848100；4.新疆生产建设兵团第三师农业科学研究所， 新疆 图木舒克市 843901)

对墨玉县两种核(桃)麦间作模式小气候因素调查分析表明，小麦间作较单作成熟期推迟4～6 d，群体内CO2浓度和温度分别降低25.33～28.73 μmol·mol-1和0.23℃～0.43℃，相对湿度增加4.38～5.32个百分点，产量降低42.2%～74.5%。在间作区域内，拔节到抽穗，是核桃叶幕迅速形成期，遮荫率为52.22%～60.32%，重度遮荫率(光照强度≤1/2空地光照强度)为29.77%～34.09%，至扬花期的遮荫率最大，达52.21%～71.51%，重度遮荫率达37.15%～38.39%，并一直持续到小麦成熟，全期弱影响阶段(光照强度>1/2空地光照强度)50天左右，强影响阶段(光照强度≤1/2空地光照强度)45天左右，间作小麦群体内CO2浓度和温度大小顺序为顶部>中部>底部，距离树行越近，群体内平均CO2浓度越少，平均相对湿度越高，平均温度越低。9 m×3 m的核桃配置的综合小气候条件和产量构成优于6 m×4 m核桃配置，是值得推广的核(桃)麦间作模式。

核(桃)麦间作系统；小气候；遮荫率；光照强度

南疆位于天山以南昆仑山以北的东经73.5°～93.4°、北纬35.9°～42.8°的内陆区域，为典型的温暖型荒漠气候，区内光热丰富、降雨稀少、温差较大，适合特色林果业发展。近年来，随着南疆种植业的大力调整，枣、核桃、杏、苹果、梨、巴旦杏等种植面积不断扩大，对南疆粮食产业形成了较大冲击[1]，直接造成南疆的粮食安全和社会稳定等问题。南疆是新疆最大的少数民族聚集区，长期以来形成了以小麦为主的种植业格局，为了兼顾农民增收和粮食安全，积极推广林粮间作是解决问题的关键措施之一。小麦具有早熟、矮秆的特征，适合林下间作。目前，南疆间作小麦面积已达54.24万hm2，形成了以间作小麦为主的农林复合系统的特色种植模式[1]。

在林下间作系统中，间作小麦的生长环境产生了较大变化，林、粮对光、温、气、水、养等生长因素形成竞争关系，造成小麦生长的空间环境恶化，直接影响小麦的生长，且随着林木生长年限的增加，间作小麦生长空间环境条件越变越差，小麦产量直线下降，甚至达到绝产的境况。如何克服林下间作小麦空间小气候不利因素，充分利用间作系统中的有利因素，最大限度发挥小麦生长潜力获得高产，是目前间作区亟待解决的科学问题。

近年来，针对林下间作系统的研究主要集中在间作小麦的生长、生理特征的变化[2-3]、土壤环境[4]、水肥竞争关系[5]等方面，对间作系统中小气候的影响也主要对光分布进行了简单的研究[6]，对不同种植模式下的光、温、气的分布动态研究较少，从而对揭示小麦生长的影响特征研究造成困难，基于此，本文着重分析两种核桃种植模式下的间作系统中的光、温、气等小气候的动态变化，为间作小麦种植提供科学依据。

1　试验地点与条件

试验地点安排在和田地区墨玉县的喀尔赛乡，北临塔克拉玛干沙漠与阿克苏地区阿瓦提县相连，东部与兵团四十七团场部为邻，地域为东经79°33′～79°40′，北纬37°23′～37°34′，海拔高度1 298～1 305 m，该地处于天山南麓洪水冲积扇平原地带西北部，地势较平坦，气候属暖温带干燥荒漠气候，四季分明，夏季炎热，干燥少雨，春季升温快，秋季降温快，降水量稀少，光照充足，无霜期长，昼夜温差大。年平均气温11.3℃，1月平均气温-6.5℃，7月平均气温24.8℃，极端最低气温-18.7℃，年平均降水量为36～37 mm，蒸发量2 239 mm，无霜期226 d，年日照时数为2 655 h，日照百分率54.9%。本试验所在地核桃品种为温185，小麦品种为山农22。

2　调查方法

试验观察地点安排在两个村的不同树龄、不同种植配置的桃树林：赛先拜巴扎村核桃株行距配置为6 m×4m，南北向种植，树龄6 a，距离树行0.5 m处间作小麦；昆其村核桃株行距配置为9 m×3 m，东西向种植，树龄11 a，距离树行0.5 m处间作小麦。小麦在2013年10月3日播种，15 cm等行距条播，播量227.5 kg·hm-2。

在小麦不同生育阶段，对间作区域内按照《农田气象观测规范》[7]的规定测定并记录各项小气候指标。方法如下：以间作小麦带宽的一半(R)为测量区域长度，以树株距的一半(r)为测量区域宽度，在R长度上每间隔4行小麦、在r长度上每间隔50 cm确定监测点(如图1)，以单作麦田为对照。每个测定点于晴天无风的中午北京时间12∶00～14∶00，用GLA-C光量子计和SENTRY台湾先驰 ST-303 二氧化碳检测仪测定小麦群体底部、中部、顶部(按照群体自然高度，平均分点)的光照强度(μmol·m-2·s-1)、CO2浓度、温度和湿度等。成熟期每点连续测定15穗，包括穗粒数、粒质量等。每个调查行内数取1.1 m内小麦的有效穗数再乘以60000作为每公顷收获穗数，最后割取各调查行内(赛先拜巴扎村点割取行长为2 m，昆其村点为1.5 m)麦穗脱粒计实产。

图1林下观测取点示意图

Fig.1Schematic of observation points in intercropping wheat field

采用SPSS13.0统计软件对试验数据进行统计分析。用Sigmaplot10.0和Microsoft Excel 2003软件作图。

3　结果分析

3.1间作系统作物物候期分布

对试验点核桃、小麦按照《中国物候观测方法》[8]要求进行物候期观测，结果见表1。

小麦在10月3日播种，到10月8日出苗，此时，核桃开始成熟，树叶逐渐变黄；在小麦三叶期(10月23日)时，核桃开始落叶，至11月中旬入冬前树叶落尽，小麦在11月底进入越冬，第二年3月6日开始返青，3月18日起身，在起身中期(3月22日)核桃开始萌芽裂芽，4月初进入展叶期，当小麦拔节时(4月10日)核桃开始开花，叶幕出现，小麦孕穗期(4月20日至5月初)，对应核桃幼果期，核桃叶幕开始形成，从小麦抽穗(5月1日)到乳熟期(6月6日)，需经历扬花(5月7日)和灌浆(5月15日)，此阶段核桃处于果实速生期，树冠最大；从小麦乳熟到成熟(6月21日)是核桃硬核生长，至10月9日左右果实成熟。在间作系统中，小麦冬前生育阶段，受到核桃叶幕的一定影响，但影响不大；从核桃展叶开始，到叶幕基本形成，小麦处于起身拔节期，受到影响逐渐增加；从抽穗到成熟，是小麦生长的关键时期，也是核桃叶幕最茂盛时期，对小麦的影响也最大。核桃叶幕对小麦产生影响的时间为：10月上旬(出苗)至11月上旬(分蘖)和4月上旬(拔节)至5月初(抽穗)为弱影响阶段(光照强度>1/2空地光照强度)，计50天左右；5月上旬(扬花)至6月下旬(成熟)为强影响阶段(光照强度≤1/2空地光照强度)，计45天左右，占小麦生育期总天数(不包括越冬期)的28%左右。间作对小麦的生育进程有一定影响，与单作麦田相比，其扬花期推迟1～2天，灌浆期推迟2～3天，成熟推迟4～6天，其中6 m×4 m模式点小麦生育进程推迟天数较多。

表1　小麦、核桃物候动态

3.2间作系统内光照强度分布动态

对间作系统内按照图1的定点于4月5日(核桃展叶，小麦起身期)、4月29日(核桃幼果期，小麦孕穗期)、5月6日(核桃果实速生期，小麦扬花)、5月17日(核桃膨果期，小麦灌浆期)进行光照强度测定，对所测数据进行归一化处理(组内各数据与组内最大数据之比)，以便于不同期数组的统一比较，结果如图2、表2。

注：1.设每棵树的遮荫面积为短轴a、长轴b的标准椭圆，树间距为c，则田间每棵树的遮荫面积=椭圆面积-重叠面积，其中重叠面积(S)计算如下：

Note: 1. Assume each tree’s shaded area being a standard ellipse with the short axis a and long axis b, the shaded area per tree is equal to the ellipse area minus overlap area which is calculated as follows:

2.平均相对光强：均匀分布观测点的光照强度占最高光照强度比例的平均值，表示间作区域内平均受光度。

Note: 2. Average relative light rate was represented by the rate of light intensity of uniform distribution observation points to highest light intensity.

从图中可以看出，随时间推移，核桃叶幕增加，遮荫面积扩大。在核桃展叶期，系统内遮荫面积较小，遮荫率仅为19.17%～21.82%，严重遮荫(光照强度≤1/2空地光照强度)率为4.70%～6.74%，主要是干枝遮荫；从核桃幼果期开始至果实速生期的一周内(小麦拔节—孕穗)，核桃叶幕迅速形成，遮荫面积快速扩大，6 m×4 m模式(赛先拜巴扎村点)的遮荫纵横宽度从1.62 m×1.88 m增加到2.10 m×2.25 m，遮荫率从39.87%增加到60.32%，重度遮荫宽度从1.13 m×1.45 m增加到1.33 m×1.71 m，重度遮荫率从21.45%增加到29.77%；9 m×3 m模式(昆其村点)的遮荫纵横宽度从2.02 m×4.45 m增加到2.48 m×4.11 m，遮荫率从40.24%增加到52.22%，重度遮荫宽度从1.88 m×2.13 m增加到2.58 m×2.34 m，重度遮荫率从31.72%增加到34.09%；系统内遮荫度的增加一直持续到果实膨胀期，此时，遮荫率达到高峰，6 m×4 m模式的遮荫率达71.51%，严重遮荫率38.39%，9 m×3 m模式的遮荫率达52.21%，严重遮荫率37.15%。系统内的平均相对光照强度也随时间推进呈下降趋势，下降特点与遮荫率类似，但9 m×3 m模式略高于6 m×4 m模式。

从遮荫率变化动态看，赛先拜巴扎村点核桃叶幕形成速度快，遮荫率较高，这主要因为该点核桃为6 m×4 m模式，种植密度较高(416.7 株·hm-2)，树龄较小(6 a)树势强，而昆其村点的遮荫率不及赛先拜巴扎村点，主要是因为该点虽然树龄大(11 a)，但由于种植为9 m×3 m模式，密度较小(370.5 株·hm-2)，株间遮荫严重叠高，总的遮荫面积并未增加。另外，该点的核桃株间向遮荫宽度较高，这也与较宽行距有关。

3.3间作小麦群体内CO2浓度分布

小麦灌浆初期(5月17日)对不同观测点间作小麦群体内CO2浓度测定值列于表3，可以看出，小麦群体内CO2浓度大小为顶部>中部>底部，说明越靠近群体内部，其通风性变差，CO2光合同化消耗较重，这与单作麦田群体内CO2分布特征一致(其顶部、中部和下部分别为354.7 μmol·mol-1、350.7 μmol·mol-1和341.7 μmol·mol-1)，但间作麦田群体内CO2浓度的平均值较单作麦田低25.33～28.73 μmol·mol-1；间作小麦距离树行越近，群体内平均CO2浓度减少，且越深入群体内部，其顶部、中部和底部的值之间变异越大，说明越靠近树行，冠层通风性越差，加之与核桃进行CO2光合同化竞争，造成靠近树行的小麦生理性能下降[3]。不同观测点之间，与6 m×4 m模式相比，9 m×3 m模式下靠近树行的麦行内CO2浓度略小、远离树行的麦行内CO2浓度略大，但总的平均CO2浓度略大于6 m×4 m模式，说明其系统内CO2气体环境优于6 m×4 m模式。

表3　不同间作模式下小麦群体内CO2浓度/(μmol·mol-1)

3.4间作小麦群体内相对湿度分布

灌浆初期小麦群体内相对湿度分布见图3，平均值及变异系数列于表4，可知，距离树行较近和较远的麦行群体内湿度大小顺序为底部>中部>顶部，而距离树行中间距离(6 m×4 m模式点第4～12行，9 m×3 m模式点第12～24行小麦)的群体内湿度大小顺序为中部>底部>顶部，说明此段范围内小麦群体光热分布较合理，底部水分的蒸发聚集在中部，有利于小麦茎叶生理活动，9 m×3 m模式点间作小麦这段面积距离树行较远(与较大树龄有关)，范围较宽(与较大树行距有关)，虽然总的平均相对湿度略低于6 m×4 m模式点，但其系统内相对湿度变异系数较大(达41.29%)，说明此种植模式对间作系统内小麦群体内湿度的改善程度更高。另外，距离树行越远，冠层内平均相对湿度越低，如树下第一行小麦群体内的相对湿度为38.9%～39.1%，而树下第16行小麦群体内的相对湿度下降到33.4%～36.2%，这主要与树行间光照较充足有关。总的来看，间作小麦群体内的平均相对湿度要高出单作4.38～5.32个百分点。

图3　各点间作小麦群体内相对湿度分布

3.5间作小麦群体内温度分布

对间作小麦冠层内温度分析表明(图4)，距离树行越远，冠层内平均温度越高，如距离树行第一行小麦冠层内平均温度为27.0℃左右，至第16行小麦时温度增至27.3℃～28.3℃；冠层不同部位温度大小表现为顶部>中部>下部。9 m×3 m模式的平均温度略低于6 m×4 m模式，而其温度变异系数为66.4%，高于6 m×4 m模式的41.8%，说明该模式下对间作小麦冠层温度影响较大，这可能与9 m×3 m模式下遮荫率较小有关，由于遮荫面积内的冠层温度较低，未遮荫面积的冠层温度较高，较小的遮荫率造成间作小麦群体内温度空间分布的不均匀性增加。另外，与单作相比，间作小麦群体内平均温度要低0.23℃～0.43℃。

图4各点间作小麦群体内温度分布

Fig.4Distribution of temperature in the intercropped wheat group

3.6间作小麦产量结构特征

为便于比较，对间作小麦产量构成数据除以相应单作数据得到相对值见图5，可知，随着到树行距离的增加，穗粒数呈直线增加趋势，而粒重和收获穗数在6 m×4 m模式的1～8行(近树区)、9 m×3 m模式的1～12行(近树区)内呈波动增加趋势，在6 m×4 m模式的8～12行(远树区)和9 m×3 m模式的12～24行(远树区)内呈平缓增加趋势；同时，近树区小麦平均相对产量为0.5070～0.5781，显著低于远树区的0.7708～8692。远树区较近树区相对产量提高了77.08%～86.92%，说明近树区是间作小麦产量构成的主要受影响区域，对产量起到主导的影响作用。

从各因素变异系数上看(表5)，穗粒数为5.95%～9.75%，千粒质量为11.97%～18.40%，收获穗数为12.00%～17.15%，两种模式的产量构成因素变异系数的平均值大小顺序为千粒质量>收获穗数>穗粒数；从与单作小麦比较结果上看，间作小麦的平均穗粒数较单作减少12.1%～20.6%，千粒质量减少9.4%～23.5%，收获穗数减少18.9%～20.4%，籽粒质量较少幅度最大，表明间作重点影响籽粒物质积累。另外，间作对收获穗数影响也较大，这可能与随着核桃树盘加宽和叶幕形成的时间有关，此期正值分蘖转化高峰期，间作遮荫加快了分蘖死亡率，导致分蘖成穗率严重下降，造成收获穗数下降。从产量数据上看，间作小麦平均单产较单作减少了42.2%～74.5%，其中，越靠近树行，其减幅越大。两种间作模式中，9 m×3 m的产量构成因素减幅较之6 m×4 m的要小，其千粒质量和收获穗数明显高于6 m×4 m点，平均单产较6 m×4 m模式点增加22.67%，表明9 m×3 m模式是值得推广的间作模式。

注：产量数据标记下不同小写字母表示不同麦行间差异达显著水平(P<0.05)。

4　结论与讨论

1) 一般认为[9]，从核桃叶幕形成到小麦成熟期是影响的关键期，大约55 d左右，但实际上，除了小麦起身拔节期间，核桃处于休眠期，小麦生长基本不受到影响外，其余时间小麦均受到不同程度的影响，冬前的出苗至分蘖期(核桃叶幕衰落期)和早春的返青至抽穗(核桃叶幕形成期)，为弱影响阶段，约50天左右，小麦抽穗至成熟为强影响阶段，约45天左右。

2) 核桃为疏生高冠型落叶乔木，其树冠透光率为17%～25.6%[10]，由于树冠叶幕在空间上的分布不同，造成投影内光强分布不同。在5月6日前后(扬花)，核桃叶幕基本形成，遮荫面积迅速扩大，遮荫率达60.32%～52.22%，重度遮荫率达29.77%～34.09%，到5月17日左右(灌浆)，遮荫率达52.21%～71.51%，重度遮荫率达37.15%～38.39%，并一直持续到小麦成熟，此值要高于张立宇等[6]的研究结果，这可能与不同核桃种植配置有关。系统内的平均相对光照强度也随时间呈下降趋势，下降特点与遮荫率类似。

3) 与单作相比，间作能降低小麦群体内的温度，增加相对湿度，改善了小麦生长环境条件，这与乔旭等[11]的研究结果一直，但间作小麦群体内CO2浓度有所下降，这对小麦光合同化作用不利。距离树行越近，群体内平均CO2浓度减少，平均相对湿度越高，平均温度越低，这可能与树木能降低环境风速、林粮的CO2同化竞争和林下遮荫影响温湿度等有关[12]。

4) 近树区产量显著低于远树区，是引起间作小麦产量降低的主要原因，这主要与近树区入射的光合有效辐射量不足造成叶片光合性能下降有关[13]。间作对小麦产量构成因素影响的大小顺序为千粒质量>收获穗数>穗粒数，这与黄学芹等[14]的研究结果不同，可能与间作区域的土壤质地、管理水平有关[15]。

5) 与6 m×4 m模式相比，9 m×3 m模式下间作小麦冠层的平均光照度和CO2浓度略高，而平均遮荫度、平均相对湿度和平均温度略低，单产也较之增加22.67%，说明其综合小气候条件优于6 m×4 m模式点，是值得推广的核(桃)麦间作模式。

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Preliminary study on micro-climatic characteristics of walnut and wheat intercropping systems

WANG Ji-chuan1,2, Aimerjiang Wusiman2, Ayixiemuguli Yusup3,WU Ai-qiong3, XIA Jian-hua3, ZHANG Dong-hai4

(1.College of Agronomy and Biotechnology, China Agricultural University, Beijing 100193, China;2.CollegeofPlantScience,TarimUniversity,Alar,Xinjiang843300,China;3.SeedManagementStationofMoyuCounty,Hetian,Xinjiang848100,China; 4.InstituteofAgricultureScienceandTechnologyoftheThirdDivisionofXinjiangProductionandConstructionGroup,Tumisuk,Xinjiang843901,China)

The microclimate factors in two intercropping systems between walnut and wheat in Moyu County were studied. The results showed that compared with monoculture wheat, maturity of intercropped wheat was delayed by 4～5 days, CO2concentration, temperature and yield were decreased by 25.33～28.73 μmol·mol-1, 0.23℃～0.43℃ and 42.2%～74.5%, respectively, and relative humidity was increased by 4.38～5.32 percentage points. In the intercropping area, the stage from jointing to booting was the rapid formation period for walnut canopy. The shading rate reached to 60.32%～52.22% and the severe shading rate (light intensity≤1/2 light intensity of open space) was 29.77%～34.09%. At the stage from flowering to maturity, the shading rate reached to 52.21%～71.51% and the severe shading rate was 37.15%～38.39%. During the full growth period, duration with the weak influence (light intensity>1/2 light intensity of open space) was about 50 days, while duration with the strong influence (light intensity≤1/2 light intensity of open space) was about 45 days. The order of CO2concentration and temperature in intercropping wheat groups was top group> middle> bottom. The closer the distance between the tree rows to observation point, the lower the average CO2concentration in wheat population, the higher the average relative humidity, and the lower the average temperature. Micro-climate condition and yield components for walnut configured with 9 m×3 m were better than those configured with 6 m×4 m, a model worthy of being promoted for walnut and wheat intercropping.

walnut and wheat intercropping systems; micro-climate; shade rate; light intensity

1000-7601(2016)05-0138-08

10.7606/j.issn.1000-7601.2016.05.21

2015-05-30

国家自然科学基金项目(30960188，31260303)；自治区科技支撑计划项目 (201331113)；少数民族聚居团场(第三师51团)科技特派员科技帮扶三年行动专项(2013AA002)

王冀川(1968—)，男，河北廊坊人，教授，硕导，在读博士，主要从事作物高效生产理论与技术研究。 E-mail：wjcwzy@126.com。

S512.1；S344.2；S162.4

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