劉天煜，段志平，張永強(qiáng)，焦 超，欒鵬飛，楊 濤，石巖松，張 偉*

（石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院農(nóng)學(xué)系，新疆 石河子 832000）

北疆棗棉間作模式中棉花光合特性的研究*

劉天煜，段志平，張永強(qiáng)，焦 超，欒鵬飛，楊 濤，石巖松，張 偉*

（石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院農(nóng)學(xué)系，新疆 石河子 832000）

為了探明北疆地區(qū)棗棉間作系統(tǒng)中棉花的光合特性變化，利用Li-6400光合儀與Spad-502葉綠素儀測(cè)定單作棉花與間作棉花的光合特性與葉綠素含量，結(jié)果表明,隨著生育時(shí)期的推進(jìn)，與單作棉花相比，間作棉花的凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度均有一定的差異，而棉花葉片葉綠素含量基本沒有差異,棗棉間作系統(tǒng)中棗樹對(duì)棉花的光合生理特性產(chǎn)生一定影響，此研究為北疆地區(qū)發(fā)展農(nóng)林復(fù)合農(nóng)業(yè)提供理論指導(dǎo)。

棗棉間作；光合特性；葉綠素含量

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，城市面積擴(kuò)張，同時(shí)土地荒漠化、鹽漬化、土壤和水體污染等問題導(dǎo)致我國(guó)耕地面積不斷減少，探索和發(fā)展更加高效利用耕地的耕作模式成為當(dāng)前農(nóng)業(yè)的一個(gè)重要課題。近年來(lái)，農(nóng)林復(fù)合系統(tǒng)受到人們的重視和提倡，因其組分結(jié)構(gòu)合理、類型多樣、生產(chǎn)及生態(tài)防護(hù)功能穩(wěn)定，并有利于土地利用率的提高，而成為世界各國(guó)生態(tài)農(nóng)林業(yè)范圍內(nèi)的一個(gè)主流并發(fā)展迅速。

經(jīng)濟(jì)效益作為農(nóng)林間作復(fù)合經(jīng)營(yíng)的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)，特別對(duì)發(fā)展中國(guó)家來(lái)說(shuō)，只要求生態(tài)效益而不抓經(jīng)濟(jì)效益是不符合發(fā)展中國(guó)家國(guó)情的[1]。果棉間作種植，是解決特色林果前期土地利用率低，增強(qiáng)整體經(jīng)濟(jì)效益的新型種植模式，對(duì)穩(wěn)定和突出特色林果與優(yōu)質(zhì)棉花獨(dú)特區(qū)位優(yōu)勢(shì)，提升優(yōu)勢(shì)資源轉(zhuǎn)換戰(zhàn)略具有重要的作用[2]。新疆優(yōu)越的水、土、光、熱組合條件為開展特色林果產(chǎn)業(yè)提供了條件[3]。近年來(lái)，南疆大力發(fā)展林果業(yè)，棉花的生產(chǎn)方式發(fā)生了巨大的變化，從單作模式演變?yōu)楣揲g作模式。截止2012年，麥蓋提縣定植棗樹37 333.3 hm2，多為2～5年生，該縣絕大多數(shù)棉花種植在棗樹園內(nèi)，棉花生產(chǎn)在一定程度上受到棗樹的影響[4]。棗樹和棉花對(duì)光熱等資源最優(yōu)化利用是提高棗棉間作系統(tǒng)產(chǎn)量和生產(chǎn)力的核心[5]，但是在北疆地區(qū)，采用該種植模式相對(duì)較少，相關(guān)研究資料也不是很充足。本研究以北疆棗棉間作模式為研究對(duì)象，探究棗棉間作復(fù)合系統(tǒng)的光合特性與葉綠素含量等特征，以期為新疆北疆棗棉間作的栽培技術(shù)、科學(xué)管理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

本試驗(yàn)在兵團(tuán)第八師一五〇團(tuán)15連進(jìn)行，該連種植紅棗46.67 hm2。棗樹于2009年栽植，每年3月中旬平茬（自地面10 cm以上部分全部修剪）。

1.2 試驗(yàn)材料

供試紅棗種植品種為贊皇，棉花品種為新陸早48號(hào)。

1.3 試驗(yàn)配置

棗樹株行距配置為行距2.8 m，株距為1.4 m，棗樹行間套種棉花。棉花采用人工手推播種機(jī)點(diǎn)播，膜寬1.2 m，一膜四行，行距20 cm+40 cm+20 cm（見圖1）。

圖1 棗棉間作小區(qū)示意圖

1.4 測(cè)量項(xiàng)目及其方法

1.4.1 光合生理指標(biāo)測(cè)定

于棉花苗期、現(xiàn)蕾期、花鈴期、吐絮期4個(gè)關(guān)鍵生育期相對(duì)應(yīng)的日期，在當(dāng)日11：00對(duì)棉花倒四葉進(jìn)行光合生理特性的測(cè)定，在棗棉間作處理中，選擇生長(zhǎng)健康、長(zhǎng)勢(shì)一致、無(wú)病斑、光照均一的同一葉位棉花倒四葉葉片，使用美國(guó)進(jìn)口Li-6400光合儀測(cè)定3個(gè)葉片并取平均值，單作棉花做對(duì)照。主要測(cè)定指標(biāo)包括葉片的光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、胞間CO2濃度（Ci）等生理因子。

1.4.2 葉綠素含量測(cè)定

分別于棉花苗期、現(xiàn)蕾期、花鈴期、吐絮期4個(gè)關(guān)鍵生育時(shí)期內(nèi)，選取單作棉花和間作棉花各10株，用Spad-502葉綠素儀測(cè)定棉花倒四葉的葉綠素含量，取其平均值。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

利用Excel2013進(jìn)行數(shù)據(jù)整理分析，利用SigmaPlot 10.0制作圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 單/間作棉花主要生育時(shí)期凈光合速率（Pn）變化

圖2 單/間作棉花4個(gè)生育時(shí)期凈光合速率值（Pn）變化

隨著生育期的推進(jìn)，單作棉花與間作棉花的凈光合速率值（Pn）變化（圖2）基本呈“單峰型”變化，在棉花出苗期到現(xiàn)蕾期，間作棉花與單作棉花凈光合速率值基本無(wú)差異，但在現(xiàn)蕾期后出現(xiàn)明顯差異，其中，間作棉花凈光合速率峰值（28.64 μmol/m2·s）出現(xiàn)在現(xiàn)蕾期，而單作棉花的凈光合速率峰值（29.93 μmol/m2·s）出現(xiàn)在花鈴期，相比間作棉花較晚。

2.2 單/間作棉花主要生育時(shí)期氣孔導(dǎo)度（Cs）變化

圖3 單/間作棉花4個(gè)生育時(shí)期氣孔導(dǎo)度值（Cs）變化

隨著生育期的推進(jìn)，單作棉花與間作棉花的氣孔導(dǎo)度值（Cs）變化（圖3）基本呈“單峰型”變化，在棉花出苗期到現(xiàn)蕾期，間作棉花與單作棉花凈光合速率值基本無(wú)差異，間作棉花的氣孔導(dǎo)度峰值（0.56 mmol·m·s）出現(xiàn)在現(xiàn)蕾期，而單作棉花氣孔導(dǎo)度的峰值（0.67 mmol·m·s）則出現(xiàn)在花鈴期。

2.3 單/間作棉花主要生育時(shí)期胞間CO2濃度（Ci）變化

圖4 單/間作棉花4個(gè)生育時(shí)期胞間CO2（Ci）濃度變化

在4個(gè)關(guān)鍵生育時(shí)期中，單作棉花和間作棉花胞間CO2濃度（Ci）變化趨勢(shì)（圖4）基本相同，呈“單峰型”曲線，二者的差異也主要出現(xiàn)在現(xiàn)蕾期之后，峰值均出現(xiàn)在花鈴期，其中間作棉花的胞間CO2濃度峰值（266.75 μmol/mol）相比單作棉花的胞間CO2濃度峰值（253.15 μmol/mol）較高。

2.4 單/間作棉花主要生育時(shí)期蒸騰速率（Tr）變化

圖5 單/間作棉花四個(gè)生育時(shí)期蒸騰速率（Tr）變化

一般來(lái)說(shuō)，氣孔導(dǎo)度（Cs）與蒸騰速率（Tr）成正相關(guān)關(guān)系，本試驗(yàn)數(shù)據(jù)表現(xiàn)亦是如此，通過(guò)對(duì)比單/間作棉花關(guān)鍵生育期氣孔導(dǎo)度（Cs）變化（圖3）和單/間作棉花主要生育時(shí)期蒸騰速率（Tr）變化（圖5），可以發(fā)現(xiàn)二者變化趨勢(shì)類似，二者均呈“單峰型”變化趨勢(shì)，峰值出現(xiàn)期稍有不同，間作棉花在現(xiàn)蕾期出現(xiàn)其峰值（11.13 mmol/m2·s），而單作棉花則稍晚，在花鈴期出現(xiàn)其峰值（12.76 mmol/m2·s），單作棉花的蒸騰速率最高值大于間作棉花。

2.5 單/間作棉花主要生育時(shí)期葉綠素含量對(duì)比

圖6 單/間作棉花4個(gè)生育時(shí)期葉綠素含量對(duì)比

棉花前期葉綠素含量較低，之后隨著生育期的推進(jìn)，葉綠素含量逐漸升高，花鈴期前后棉花葉片葉綠素含量維持高值并穩(wěn)定一段時(shí)間，間作棉花與單作棉花差異不明顯（圖6）。

3 討論與小結(jié)

3.1 討論

本研究表明，間作棉花和單作棉花在不同生長(zhǎng)時(shí)期的光合生理指標(biāo)表現(xiàn)出一定差異，尤其表現(xiàn)在現(xiàn)蕾期到吐絮期之間，棗樹為落葉喬木，具有發(fā)葉遲（5月初）、落葉早（10月下旬）、枝葉稀疏、透光度大的特點(diǎn)。生長(zhǎng)期集中在5月上旬至9月上旬[6]。在棉花播種直到現(xiàn)蕾期，棗樹處于生長(zhǎng)期，植株個(gè)體較小，對(duì)間作棉花基本沒有遮蔭影響，而從現(xiàn)蕾期到吐絮期，棗樹植株較大，與棉花關(guān)鍵生育期重疊，對(duì)棉花造成一定的遮蔭，進(jìn)而影響棉花的光合生理指標(biāo)，單作棉花和間作棉花之間產(chǎn)生一定差異。

胞間CO2濃度（Ci）是光合生理生態(tài)研究中經(jīng)常用到的一個(gè)參數(shù)。實(shí)際上，Ci的大小取決于4個(gè)可能變化的因素:葉片周圍空氣的CO2濃度、氣孔導(dǎo)度、葉肉導(dǎo)度（gm）和葉肉細(xì)胞的光合活性。在研究實(shí)踐中，可能會(huì)遇到多種不同的情況[7]。在本試驗(yàn)數(shù)據(jù)中，胞間CO2濃度（Ci）基本與其他幾個(gè)光合生理指標(biāo)成正相關(guān)關(guān)系，但是在間作模式下現(xiàn)蕾期到花鈴期這一階段二者成負(fù)相關(guān)關(guān)系，分析其原因，可能與棗棉間作條件下田間小氣候因素導(dǎo)致周圍CO2濃度不穩(wěn)定有關(guān)。

葉綠素含量與植被的光合能力、發(fā)育階段具有較好的相關(guān)性，它通常是光合作用能力和植被發(fā)育階段（特別是衰老階段）的指示器[8]。在本研究中，間作和單作棉花的葉綠素含量有一定差異，但結(jié)合大田生產(chǎn)實(shí)際，該差異不大，分析其原因：雖然間作條件下會(huì)對(duì)棉花造成一定的遮蔭影響，但是葉片葉綠素含量主要與水肥條件有關(guān)，尤其與氮肥的含量有關(guān)，可能是因?yàn)殚g作棉花與單作棉花水肥供應(yīng)措施一樣，且一年生棗樹對(duì)間作棉花水肥的影響較小，因此間作棉花與單作棉花葉片葉綠素含量差異不明顯。

3.2 小結(jié)

本研究表明，棗棉間作系統(tǒng)內(nèi)，隨著棗樹與棉花生育時(shí)期的推進(jìn)，在間作后期，由于棗樹個(gè)體較大，對(duì)間作棉花造成遮蔭，導(dǎo)致間作棉花各項(xiàng)光合生理指標(biāo)均與單作模式相比有所差異，而間作模式中棉花的葉綠素含量與單作相比基本沒有差異。同時(shí)，棗棉間作系統(tǒng)內(nèi)可能形成某種農(nóng)田小氣候，產(chǎn)生了水、溫、氣等各方面的差異，對(duì)棗棉間作系統(tǒng)內(nèi)的棉花各項(xiàng)光合生理指標(biāo)和葉綠素含量也造成了一定影響，因此，對(duì)棗棉間作系統(tǒng)內(nèi)農(nóng)田小氣候因子的變化仍需進(jìn)一步的研究。

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2016-10-27

國(guó)家自然科學(xué)基金（31560376），石河子大學(xué)SRP項(xiàng)目（2016005）。

*通訊作者：張偉，男，博士，副教授，主要從事耕作學(xué)與農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)研究。E-mail：bluesky2002040@163.com。