扁桃-冬小麦间作模式下树体结构、光环境和小麦产量间的相关性

张 雯，刘翠荣，周玉梅，周 皓，谢 辉

(1.新疆农业科学院园艺作物研究所，乌鲁木齐 830091； 2.石河子大学农学院，新疆石河子 832003； 3. 喀什地区莎车县园艺站，新疆莎车 844700；4.新疆农业大学科学技术学院，乌鲁木齐 830052；5.喀什地区农业技术推广中心，新疆喀什 844000)

0 引 言

【研究意义】果粮间作种植模式在新疆南疆地区农业生产中占有重要地位，目前该地区70%左右的粮食、棉花等大田作物长期与果树间作[1]。扁桃是新疆南疆地区种植的主要特色果树品种之一，栽培面积超过7.5×104hm2[2]，主要与粮食、棉花等作物间作种植，间作比例超过总栽培面积的95%以上[3]。随着树龄的增加，树冠不断扩大，果树遮阴程度不断加重，导致间作区域光环境条件不断恶化[4]。对间作作物生长发育和产量形成均有较大影响。研究树体结构对间作区域光环境和间作小麦产量形成影响具有实际意义。【前人研究进展】光照与作物产量形成密切相关，弱光导致作物籽粒干物质积累降低，对粒重和产量均有较大影响[5]。研究指出，水分和营养物质供应充足的情况下，光照是低矮间作作物产量形成的主要限制因子[4,6]，间作区域光照条件受树种[7]、树龄[8]、行间距、行向等因素共同影响。枣树由于与间作作物生育重叠期短、树冠矮小、枝叶稀疏，对间作作物生长发育影响小，而被广泛应用于西北黄土高原和新疆南疆地区的间作种植模式中[7,9]。李连国等[10]和蒋文伟等[11]研究指出间作系统中林带行向显著影响间作区域光胁地的范围，其中北林带胁地范围不明显，东西林带居中，南林带最严重，确定间作模式宜选用南北行向。在弱光照条件下，作物通常表现为较弱的生长能力和较低的产量[12]，Spiertz[13]研究表明，小麦灌浆期弱光对籽粒发育有重要影响，弱光使籽粒粒重显著降低。小麦灌浆期光照强度减少50%，千粒重下降，平均损失率为27.3%。【本研究切入点】当树种、行向、栽植密度等因素都已确定的情况下，光照在果农复合系统内的分布主要受果树冠层特征影响，摸清树体结构指标与间作区域光环境及间作小麦产量构成指标的相关关系，对于高光效树形的选择、间作作物适宜性评价和种植模式优化具有重要意义，目前有关南疆绿洲农业特殊生态区间作模式下树体结构对间作区域光照条件和小麦产量指标影响的研究较少，其相关性还不清楚。研究确定树体结构指标与间作区域光环境指标及间作冬小麦产量构成指标的相关性。【拟解决的关键问题】以扁桃-冬小麦间作模式为研究对象，通过田间实测与数理统计揭示树体结构指标与间作区域光环境和间作冬小麦产量形成的相关关系，为果粮间作种植模式高光效树形的选择和优化提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验地点位于新疆喀什地区莎车县阿热勒乡十四村扁桃丰产示范园内。该乡地处昆仑山脉北麓，叶尔羌河冲积扇平原中上游地带，属于暖温带大陆性干旱气候，气候干燥，日照长，蒸发量大，年平均气温11.4℃，日较差平均12～15℃。年日照时数为2 965 h，年平均降水量56.6 mm，无霜期192 d，昼夜温差大，能满足农作物一年两至三熟的热量要求。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

栽培模式：扁桃-小麦间作栽培，南北行向，株行距3 m×7 m；扁桃品种：晚丰，树龄10 a；以新冬20号为供试小麦品种，依扁桃行向种植(行宽1 m)，采用宽窄行种植(10×20)cm，播种密度525×104粒/hm2，栽培管理措施一致。设置不同树形处理，5株每小区(随行向连续水平排列)，3次重复。图1

1.2.2 测定指标1.2.2.1 间作区域光合有效辐射(PAR)日变化规律及生长季动态的测定

图1 扁桃-冬小麦间作模式间作区域测点分区示意
Fig.1 Schematic diagram of measuring points in intercropping area of almond - winter wheat intercropping mode

于间作小麦拔节期、花期和灌浆期3个时期，使用美国 ONESET HOBO公司生产的U30-NRC小型气象站中的光合有效辐射监测系统(测量范围：0～2 500 μmol/(m2·s)；光谱范围：400～700 nm；精度：±5% μmol/(m2·s)；分辨率：2.5 μmol/(m2·s))对间作区域PAR变化进行测定。选择晴朗无云的天气，10∶00～18∶55对PAR的日变化情况进行测定，每5 min记录一次。探头分别放在1～5行与Ⅰ-Ⅵ纵交叉的20个调查区域的中央，探头高度与小麦高度一致。并将灌浆期测定数据，按照日平均辐射强度，光辐射强度×持续时间， 200～400、400～600、600～800、800～1 000、1 000～1 200、1 200～1 400、1 400～1 600和>1 600 μmol/(m2·s)PAR辐射强度持续时间进行统计，其中1、6行为远冠区，2、5行为近冠区，3、4行为冠下区，I、III、IV、VI几列为株下区域，II、V为株间区。

1.2.2.2 测 产

小麦收获前，使用50 cm×50 cm正方形框，在每个调查区域内随即框取0.25 m2区域，将其中的麦穗全部收获，进行室内考种，调查千粒重、穗粒数、单位面积有效穗数。

1.3 数据处理

使用Excel2010和SAS数理统计软件进行数据处理和统计分析。

2 结果与分析

2.1 间作模式下不同生长关键时期PAR日均值与小麦产量构成指标的相关关系

研究表明，扁桃-冬小麦间作种植模式下，冬小麦不同生长关键时期PAR日均值与小麦产量构成指标均呈正相关关系，单位面积有效穗数与小麦拔节期、扬花期和灌浆期PAR日均值的相关系数分别达到0.78、0.66和0.62，其中与拔节期PAR日均值的相关性达到极显著性水平，与其它两个时期PAR日均值相关性达到显著性水平；穗粒数与3个生长关键时期PAR日均值的相关系数分别达到0.46、0.61和0.55，其中与扬花期PAR日均值的相关性达到极显著性水平，与其它2个时期的PAR日均值相关性达到显著性水平；千粒重指标与3个生长关键时期PAR日均值的相关系数分别达到0.42、0.45和0.66，其中与拔节期PAR日均值的相关性达到极显著性水平，与扬花期PAR日均值相关性达到显著性水平，与拔节期相关性未达到显著性水平。同时采用逐步回归法对单位面积产量与3个生长关键时期的PAR日均值进行拟合，获得拟合方程：单位面积产量=311.63+0.26 159X3(P=0.0134)(X3=灌浆期PAR日均值)，逐步回归方程拟合结果仅与灌浆期PAR强度日均值密切相关。表1

表1 间作模式下小麦产量构成指标与不同生长关键时期PAR日均值相关性Table 1 Correlation analysis between wheat yield components and daily mean values of PAR in different growth critical periods under intercropping mode

2.2 间作模式下灌浆期PAR强度与小麦产量指标的相关关系

研究表明，小麦千粒重与“光照强度×持续时间”与“>200 μmol/(m2·s)持续时间”至“>1 600 μmol/(m2·s)持续时间”等指标均呈正相关性，除与“>200 μmol/(m2·s)持续时间”的相关性未达到显著性水平外，与其它指标的相关性均达到极显著性水平，相关系数依次为0.93、0.43、0.88、0.89、0.92、0.94、0.94、0.91和0.83；除与“>1 600 μmol/(m2·s)持续时间”呈负相关性外，穗粒数指标与其它指标均呈正相关关系，但均未达到显著性差异；单穗粒重指标与各光照指标均呈正相关关系，相关系数依次为0.70、0.42、0.69、0.68、0.72、0.74、0.74、0.66和0.38，其中与“光照强度×持续时间”和“400～600 μmol/(m2·s)持续时间”至“1 200～1 400 μmol/(m2·s)持续时间”等指标的相关性达到极显著性水平，在光照强度高于400 μmol/(m2·s)情况下，小麦单穗粒重主要受千粒重影响，进一步说明间作条件下单穗小麦粒重与400～1 400 μmol/(m2·s)强度的光照的持续时间关系更为密切，应作为高光效树形构造与筛选的重要指标之一。表2

表 2 小麦产量指标与光合有效辐射强度及持续时间的相关性Table 2 Correlation analysis between wheat yield index and photosynthetic effective radiation intensity and duration

2.3 扁桃树体结构指标与对应间作区域光照分布的相关关系

研究表明，树高与小麦灌浆期不同间作区域光照指标均呈负相关关系，其中与西侧冠下株下区域PAR日均值、PAR强度×持续时间、1 200～1 400 μmol/(m2·s)PAR持续时间等指标的相关性达到显著性水平，与西侧冠下株间区1 200～1 400 μmol/(m2·s)PAR持续时间的相关性达到显著性水平；冠高与小麦灌浆期各间作区域光照指标均呈负相关关系，其中与西侧冠下株间、西侧冠下株下和远冠区3个区域的多项光照指标的相关性均达到显著或极显著水平；冠幅与小麦灌浆期各间作区域光照指标均呈负相关关系，其中与西侧冠下株间区的7项光照指标的相关性均达到极显著水平，与远冠区的5项光照指标(除400～600和600～800 μmol/(m2·s)PAR持续时间外)的相关性均达到显著性水平；投影面积与小麦灌浆期各间作区域光照指标均呈负相关关系，其中与西侧冠下株间区和远冠区的多项光照指标的相关性达到显著或极显著水平；树冠体积与西侧冠下株间区的7项光照指标的相关性均达到显著或极显著性水平，与远冠区PAR日平均强度、PAR强度×持续时间和1 200～1 400 μmol/(m2·s)PAR持续时间等3个指标的相关性达到显著性水平，与东侧冠下株间区1 000～1 200和1 200～1 400 μmol/(m2·s)PAR持续时间2个指标的相关性达到显著性水平。综合评价果粮间作模式下，与西侧冠下株下区光照指标相关性最高的树体结构指标为冠高，与西侧冠下株间区和远冠区2个区域光照指标相关性最高的冠层指标为冠幅，树冠体积与东侧冠下株间区光照指标有一定的相关性。表3

2.4 扁桃树体结构指标与负载量的相关关系

研究表明，扁桃负载量与平均冠幅、树冠投影面积和树冠体积均呈极显著正相关关系，相关系数分别为0.80、0.78和0.81；同时树冠体积和树冠投影面积与平均冠幅的相关性也均达到极显著正相关水平，相关系数均为0.99。表4

表 3 扁桃树体结构指标与间作区域光和有效辐射相关性Table 3 Correlation analysis between almond tree canopy structure index and light and effective radiation in intercropping area

表 4 扁桃树体结构指标与其负载量的相关性Table 4 Correlation analysis of almond tree structure index and its load

3 讨 论

3.1 果粮间作模式下小麦生长关键时期光照强度对小麦产量构成指标的影响

冬小麦是喜光作物，其产量由单位面积穗数、穗粒数和千粒重等主要指标构成。大量研究表明，光照强度与小麦产量形成有显著的相关性[14,15]。徐彩龙[16]、 刘希伟[17]、牟会荣[18]等研究表明，弱光会导致小麦光合物质产物合成量降低，籽粒干物质积累降低，粒重和产量下降。不同生育时期光照强度对籽粒产量构成指标的影响存在差异，Abbat[19]和Demotes Mainarda[20]等研究指出，花前30 d到开花期遮光显著降低了小麦的穗粒数。李芳东等[21]研究表明小麦穗粒数和千粒重分别与开花期和灌浆期的光照强度成正比，小麦花前遮光降低小麦结实率，花后特别是灌浆中期遮光对粒重的影响显著。研究结果表明，在新疆南疆地区果粮间作模式下，小麦拔节期、扬花期和灌浆期PAR强度分别与小麦单位面积有效穗数、穗粒数和千粒重呈正相关关系，相关性达到极显著水平，与前人研究结果一致。

3.2 果粮间作模式下小麦灌浆期光照强度及光照时间对小麦产量的影响

小麦籽粒灌浆是种子形成中重要的生理过程，它对籽粒重量和小麦产量的形成具有决定性作用[22]，粒重的增加与籽粒灌浆特性有密切的关系[23]，籽粒产量是籽粒灌浆速度和持续期的函数，小麦籽粒灌浆特性受基因型、环境以及栽培措施的影响。光合产物是小麦产量的根本来源，大量研究表明遮光降低了小麦的干物质积累和籽粒产量[15]。杨俊华等[24]通过抽穗期-蜡熟期设置25%和50%遮阴强度进行遮阴模拟试验，结果表明小麦千粒重、穗粒数和单位面积产量随遮阴强度的增加呈现下降趋势。Evans[25]认为当遮光强度不超过20%时，小麦和水稻的产量不受明显影响。研究表明，果粮间作模式下小麦千粒重和单穗粒重与灌浆期日平均光照强度、及400～1 400 μmol/(m2·s)PAR持续时长呈极显著正相关关系，进一步证实了前人的研究结果。

3.3 果粮间作模式下树体结构指标与扁桃产量及间作区域光照强度的影响

果树冠层是指主干以上集生枝叶的部分，一般由骨干枝、枝组和叶幕组成，冠层是果树树冠的主要组成部分，冠层的结构及组成对树体的通风透光有决定性的影响[27]，树体合理的树体结构和适当的枝叶量与果树产量形成密切相关，郭素娟等[28]、王刚等[29]指出，树冠大小、形状、枝叶量和分布比例等树体结构指标的差异影响树冠内各部分的光照条件和分布状况，这直接影响果树的产量分布。研究结果表明，树体负载量与树冠体积、树冠投影面积和平均冠幅等指标呈极显著正相关关系，获得了与前人相似的研究结果。

果粮间作模式下，果树处于生态位上层，间作区域光照强度主要受果树冠层截光特性影响[30]。徐立军[31]等研究发现，对杨树进行修枝处理能够有效提高间作区域特别是东侧区域的光照强度，改善程度与修剪强度相关。张雯[3,32]等通过对扁桃-冬小麦间作体系的研究表明，方位和株行距固定的情况下，体系内光分布情况与树形密切相关。对大冠树形进行提干、落头等改造，能够降低果树叶幕层厚度，增大透光率，提高间作区域特别是近冠区域的光照强度[33]。果树叶幕，对来自不同方向和不同强度的光照的截留能力与果树栽植密度、叶幕厚度和高度有关[34]。研究结果表明，树体结构指标中冠高对树体西侧冠下株间区光照指标影响最大，冠幅对树体西侧冠下株间区和远冠区2个区域光照指标的影响最大，树冠体积与东侧冠下株间区光照指标有一定的相关性。

4 结 论

果粮间作模式下，间作冬小麦单位面积有效穗数、穗粒数、千粒重分别与拔节期、扬花期和灌浆期PAR日均值呈极显著正相关关系，相关系数分别为0.78、0.61和0.66；单位面积产量与三个生长关键时期PAR日均值强度的逐步回归方程为，单位面积产量=311.63+0.261 59X3(P=0.013 4)(X3=灌浆期PAR日均值)，结果表明单位面积产量与灌浆期PAR日均值密切相关；灌浆期400～1 400 μmol/(m2·s) PAR的持续时间是影响间作小麦产量的关键因子；树体结构指标与树冠西侧和远冠区域光照强度显著相关，其中冠幅是影响间作区域光照条件和树体自身负载量的主要指标。