空间布局对西北极端干旱区枣棉间作复合系统水分利用效率的影响

2019-07-10黄光伟陈国栋万素梅刘太杰李燕芳樊文霞

安徽农业科学 2019年11期

黄光伟陈国栋万素梅刘太杰李燕芳樊文霞

摘要 [目的]解析农林间作水分高效利用机制。[方法]以西北极端干旱区典型模式枣棉间作为研究对象，通过设置不同棉花种植行数和棉花株距研究空间布局对枣棉间作复合系统水分利用效率的影响。[结果]与单作相比，枣棉间作具有明显提高产量和土地利用率的优势，种植行数对间作产量的影响效应显著。间作条件下耗水量高于对应单作，但也能显著提高水分利用效率，种植行数与棉花株距互作作用对间作水分利用效率的产生效应，通过空间布局能夠协调枣棉间作种间关系，提高水分高效性。[结论]枣棉间作群体较单作更能够显著提高水分利用效率，在农林复合群体中，林木根系一般较深，能充分利用土壤深层营养物质和水分，农作物则利用浅层土壤中的养分和水分，由于根系垂直生长呈多波顺次递推特点，使根系生长中心和吸收中心交错出现，提高了养分和水分的利用效率。

关键词枣棉间作;叶面积指数;耗水量;水分利用效率;空间布局;西北极端干旱区

中图分类号 S181.6文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2019）11-0086-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.11.024

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Abstract [Objective] In order to analyze the mechanism of water efficient utilization in agroforestry intercropping.[Method]Taking the typical model of the extreme arid area in Northwest China as the research object，the effects of spatial distribution on water use efficiency of jujubecotton intercropping system were studied by setting different rows of cotton and cotton spacing in the typical model of jujubecotton intercropping. [Result]Compared with single cropping， jujubecotton intercropping had obvious advantages in increasing yield and land use efficiency， and the number of rows had a significant effect on the yield of intercropping. Water consumption under intercropping was higher than that under corresponding monoculture， but water use efficiency could also be significantly improved. The interaction between rows and cotton plant spacing had an effect on the yield of intercropping WUE. The spatial distribution could coordinate the intercropping relationship between jujube and cotton and improve water efficiency.[Conclusion] The water use efficiency of jujubecotton intercropping population is better than that of single cropping. In agroforestry complex population， the root system of trees is generally deeper， which can make full use of the deep soil nutrients and water. Crops use the nutrients and water in shallow soil. Because the vertical growth of roots is multiwave and successive recurrence characteristics， the root system of jujubecotton intercropping population can make full use of the deep soil nutrients and water. Root growth centers and absorption centers alternate， which improves nutrient and water use efficiency.

Key words Jujubecotton intercropping system;Leaf area index;Water consumption;Water use efficiency;Spatial distribution;Extreme arid area in Northwest China

基金项目国家自然科学基金项目（31601272）;塔里木大学校长基金（TDZKJC201606）;大学生创新创业训练计划项目（2018066）。

作者简介黄光伟（1994—），男，贵州松桃人，硕士研究生，研究方向：作物高效生理生态。*通信作者，副教授，博士，硕士生导师，从事作物高产理论与技术研究。

为明确种植行数和棉花株距对间作产量的影响，以种植行数为主因素，棉花株距为副因素，分析两者对间作产量的效应大小。结果表明，种植行数对间作产量的效应显著（P=0.128 < 0.05），棉花株距对间作产量的效应不显著（P=0914>0.05），根系分隔方式和供水水平的互作效应不显著。增加间作棉花行数有利于间作群体总产量的增加，种植4行棉花总产量较2行棉花增加3.6%;增加间作棉花行数有利于籽棉产量的增加，但红枣产量随着棉花种植行数的增加而减小。棉花株距显著影响间作组分作物的产量，随着株距的减小，籽棉产量随之增加，而红枣产量随之减小。

2.2 不同间作处理的叶面积指数

2.2.1 叶面积指数在红枣各生育期间的变化。

叶面积指数（LAI）对每一种作物来说是评价群体的重要指标，密度是影响叶面积指数的重要因素。从表2可以看出，不同处理红枣叶片指数从新稍期到膨大期，因枣叶的数量急聚增加，使叶片面积持续增长，由此LAI也呈现出逐渐上升的变化。对红枣叶面积的变化情况进行分析可知，其在盛花期和膨大期增长较快，且各处理红枣的LAI在膨大期均达最大值。进入盛花期后，枣叶片的光合作用慢慢下降同时把养分转移至果实，故导致叶片枯黄掉落，使得叶面积指数在成熟期后迅速降低。

2.2.2 叶面积指数（LAI）在棉花各生育期间的变化。

从单作和间作棉花叶片指数在生育期间的变化情况（表3）可看出，随着密度增加，叶面积指数呈增加趋势;从不同生育期来看，随着生育期推移，叶面积指数在盛铃期达到最大值，到了吐絮期后缓慢下降。同一密度同一时期比较来看差异不显著，而不同密度同一生育期的叶面积指数差异比较显著。初花期到盛铃期，各处理的棉花枝叶数量增加，叶面积指数增长。在初花期叶面积指数表现为CR1>C2R1、CR1>C2R2、CR1>C4R1、CR1>C4R2，表现为差异显著;盛花期叶面积指数表现为CR1>C4R1、CR2>C4R2、CR2>C4R1、CR2>C4R2，差异达到显著;盛铃期叶面积指数表现为CR2>CR1、CR2>C2R1、CR2>C2R2、CR2>C4R1、CR2>C4R2，差异达到显著。说明棉花CR1或CR2处理的叶面积指数是最大。吐絮期叶面积指数表现为C4R2>CR1、C4R2>CR2，差异达到显著。说明棉花在吐絮期阶段时叶面积指数随着密度而增加。

2.3 不同间作处理的耗水量

由表4可知，单作棉花和红枣的耗水量最小，间作较单作显著增加了作物耗水量，主要表现在间作在作物生长后期较单作消耗较多的土壤水分，对作物生长后期土壤水分利用较充分，使得间作群体收获后土壤贮水量显著低于单作，可以认为在当前灌溉制度下，在不影响作物生长的同时，单作枣树或单作棉花后期灌溉量仍有减少的可能性。

為明确种植行数和棉花株距对间作耗水量的影响，以种植行数为主因素，棉花株距为副因素，分析种植行数和棉花株距对耗水量的效应大小。结果表明，种植行数对间作耗水量的效应不显著（P=0.584> 0.05），棉花株距对间作产量的效应不显著（P=0.836 > 0.05），种植行数×棉花株距对间作耗水量的效应显著（P=0.035<0.05）。C4R1处理耗水量显著高于C2R2和C4R1。表明增加棉花行数的同时，适当减少棉花株距有利于间作耗水量的减小。

2.4 不同间作处理的水分利用效率

从图1可以看出，单作红枣的水分利用效率比单作棉花的水分利用效率高14%～22%，差异达到显著水平（P<0.05）。间作棉花水分利用效率高于单作棉花，说明间作种植模式具有提高水分利用效率的作用。

以种植行数为主因素，棉花株距为副因素，分析种植行数和棉花株距对水分利用效率的效应。结果表明，种植行数对间作水分利用效率的效应不显著（P=0.584>0.05），棉花株距对水分利用效率的效应不显著（P=0.836>0.05），种植行数×棉花株距对间作水分利用效率的效应不显著（P=0412>0.05）。

3 结论与讨论

土壤水分是农林复合系统中林木与间作物之间主要的竞争对象，因此，充分了解农林复合系统中土壤水分的时空分布特征及其影响机理，对于优化复合模式和实施种间调控具有重要的指导意义[8]。一方面研究结论认为，复合系统中树木降低作物蒸腾的作用，提高土壤含水量。赵斯等[9]研究表明，农林复合生态系统中土壤含水量高于纯农地，其中小黑杨-大豆复合模式土壤的含水量较高。高峻[10]研究山西中阳县黄土丘陵沟壑区梯田杏树-黄芪复合系统得出，复合系统较单作系统具有较高的土壤贮水量，复合系统树盘内 0～150 cm 深土层的土壤含水量高于单作杏园，有利于土壤水分状况的改善。另一方面，研究者认为农林复合系统不具有改善农田土壤水分状况的作用。徐明岗等[11]研究红壤丘陵区不同种草模式的水土保持效应得出，在高温干旱的7—9月0～80 cm土层内的水分含量明显低于梯田果树区，表明在干旱期牧草对果树生长有一定的影响。惠竹梅等[12]研究西北半干旱地区葡萄生产园行间生草对土壤含水量的影响，结果得出，生草可明显降低葡萄园土壤水分含量，这与该研究的结果基本一致，枣棉间作条件下，间作群体耗水量大大增加，C4R1处理耗水量显著高于C2R2和C4R1，表明增加棉花行数的同时，适当减少棉花株距有利于间作耗水量的减小。

水分利用效率是植物生理活动过程中消耗水形成有机物质的基本效率，是确定植物体生长发育所需要的最佳水分供应的重要指标之一，在一定程度上反映了植物的耗水性和干旱适应性[13]。水分利用效率越高，表明植株节水能力越强，耐旱生产力越高。高水分利用效率是植物适应水分亏缺的一种响应机制或响应干旱环境的一种重要特征。农林复合系统具有提高水分利用率的作用。陆光明等[14]研究表明，在泡桐树和冬小麦、玉米间作系统中，间作玉米水分利用率较对照高16.1%，系统中冬小麦水分利用率较对照高152%;卫林等[15]研究也指出，林带有一种致冷作用，它使小麦的叶温降低，减少叶片的蒸腾，提高农田土的水分含量或水分利用率;晁海等[16]通过各系统各土层深度含水量的比较，发现合理的株行间距配置，能够较对照显著提高水分利用率。该研究表明，枣棉间作群体较单作能够显著提高水分利用效率，主要原因是农林复合群体中，林木根系一般较深，能充分利用土壤深层营养物质和水分，农作物则利用浅层土壤中的养分和水分，由于根系垂直生长呈多波顺次递推特点，使根系生长中心和吸收中心交错出现，提高了养分和水分的利用效率[17-18]。

复合群体水分利用效率的提高受到组分作物产量、耗水特征及群体微环境的共同作用，间作组分作物间各影响因子的变化决定了群体水分利用状况，在研究群体耗水特征的同时，应该注意，土壤水分分布状况及土壤水分效应在一定程度也反映了种间竞争与互补的一种重要结果，因此，在研究了解种间水分相互作用结果的表现形式的同时，更应深入研究种间互作过程及其影响机制。

参考文献

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