杨－麦复合模式对小麦产量和品质的影响

马永春，程 鹏，佘诚棋，季琳琳，赵 康

(1．安徽省林业科技推广总站，安徽合肥230001;2．安徽省林业厅，安徽合肥230001;3．安徽省林业科学研究院，安徽合肥230031;4．安徽农业大学，安徽合肥230036)

杨树是全球速生、丰产的主要树种之一，具有生长快、产量高、轮伐期短、易更新的特点，在中国种植面积达 336．27 万 hm2［1］．为了充分开发杨树林下资源，实行林下养殖、种植等农林复合经营是重要的手段．杨农复合系统中存在多种生物，一种生物通过改造环境，从而可直接或间接地影响相邻生物，即种间互作，其作用方式有减弱光照度、改变光质、改变土壤湿度、吸收限制性养分、提供固氮、遮荫或防护牲畜、促进或削弱病原体活动、增加土壤有机物、解毒以及改变土壤反应等．根据种间互作发生的空间位置可分为地上部分相互作用和地下部分相互作用．前者主要是上层林木通过改变小气候来影响林下生物，后者则是林木与其他生物对土壤中水分及养分资源的竞争或互利，两者共同决定了杨农复合系统的资源利用模式［2，3］．据报道，杨树吸收根总量的84%集中在40～100 cm的土层，而多数农作物吸收根的74% ～85%分布在10～40 cm的土层［4］．从根系在土层中垂直分布来看，杨树与农作物复合经营是完全可行的．但是，还要考虑到地上部分的空间结构及时间的变化，这不仅直接关系到各物种能否对资源的高效利用，而且决定农林复合系统的产出率［3，6］．因此，在实行杨农复合经营过程中，在不明显减少单位面积杨树木材蓄积的前提下，如何选择杨树的配置模式，实现农作物高产和间作年限的延长，是研究杨树林下资源开发的重要内容．笔者以欧美杨107(Populus×euramericana cv．‘Neva’)与小麦(Triticum aestivum L．)复合模式和小麦单作模式为研究对象，比较不同模式内小气候因子、小麦产量及品质的差异，并分析小气候因子对小麦产量及品质的影响程度，以阐明杨农复合系统的生态效应，为实现杨农复合模式的科学配置和持续性经营提供理论依据．

1 材料与方法

1．1 试验林地概况

试验地设在安徽省界首市陶庙镇吕寨村，其地理坐标为东经 115°23'、北纬 33°16'．属暖温带半湿润季风气候，年日照时数为2 423 h，年平均气温为14．7℃，年降水量817 mm，无霜期为216 d，土壤为砂姜黑土，全氮含量为0．559 g·kg－1、全磷含量为 0．833 g·kg－1、全钾含量为 13．680 g·kg－1．

试验林为2006年春营造的欧美杨107，2010－04修除苗木顶部在造林第1年时所生枝条，2011－03修除造林第1年所生主干上的枝条．各模式内南北向栽植，其基本情况见表1．在欧美杨107行间种植小麦，品种为周麦22号，3 m×6 m，5 m×6 m，3 m×10 m杨－麦复合模式内小麦带宽依次为5，5 ，9 m，东西两侧离树基各 0．5 m，2010－10机械整地条播，行距为0．04 m，播种量为148 kg·hm－2，并在无林地设小麦单作模式(CK)．各模式内小麦的水肥管理基本一致．5 m×6 m，3 m×10 m杨－麦复合模式面积均为0．3 hm2，3 m×6 m杨－麦复合模式、CK模式面积均为0．2 hm2．

表1 不同杨－麦复合模式内欧美杨107基本情况Table 1 Basic conditions of poplar clone 107 in different poplar-wheat agroforestry patterns

1．2 测定指标及方法

1．2．1 小气候因子的测定 对杨树行间距离进行6均分，即5个均分点，在这5个均分点处离地面60 cm的高度测光合有效辐射(PAR)及空气温度(Tair)和湿度(RH)、地下15 cm测土壤温度(Tsoil)及含水量(Msoil)，均用TNHY－10手持式农业气象监测仪(浙江托普)测定，测定日期为2011－06－01—02(小麦灌浆期，天气晴朗)，时间为10:00～11:00，重复测3次．在小麦CK模式内随机设10个观测点作同样观测．各指标值用同一模式内各观测点所测值的均值表示．

1．2．2 小麦指标的测定 2011－06－05在各复合模式内设3个以行间小麦种植区域的东西向中点到南北向一侧的垂直距离(长、宽为0．5 m)的样方，并在小麦CK模式内设3个1 m2的正方形样方，全部收获各样方内小麦植株，带回实验室处理测定．所测指标:①从每个样方随机取15个麦穗，测量单个麦穗的穗长和单穗重;②将每个样方收获的麦穗脱粒、净种，所得麦粒的质量即为该样方的产量;③从每个样方随机取15粒麦粒，测其长度(麦粒长);④将同一模式不同样方的麦粒混合，用百粒法［6］测定麦粒的千粒重;⑤可溶性糖含量采用蒽酮比色法［7］测定;⑥淀粉含量采用蒽酮比色法［10］测定;⑦粗脂肪含量采用索氏提取法［8］测定．

2 结果与分析

2．1 不同杨－麦复合模式内小气候因子的差异

小气候因子在各模式内有着不同的表现(表2)．不同模式间光合有效辐射、空气温度、湿度均达到显著差异，而土壤温度和含水量未达到显著差异．光合有效辐射、空气温度、土壤湿度表现出相似的变化趋势．CK的各指标值最大，其次是3 m×10 m，5 m×6 m，3 m×6 m模式内各指标值最小，其中光合有效辐射最大差值为 19 884 μmol·m－2·s－1;而空气相对湿度和土壤含水量则表现出与前三者相反的趋势，即 CK，3 m ×10 m，5 m ×6 m，3 m ×6 m模式内空气相对湿度和土壤含水量依次增大．可见，杨－麦复合经营能降低林内光合有效辐射及温度和提高林内湿度，其变幅在杨－麦复合模式间存在明显差异．

表2 不同杨－麦复合模式内小气候因子的差异Table 2 The difference of microclimate fators in different poplar-wheat agroforestry patterns

2．2 不同杨－麦复合模式内小麦性状及产量的差异

由表3可以看出，CK的小麦穗长显著大于其他3种复合模式，而3种复合模式内小麦穗长未达到显著差异．小麦穗长在3 m×6 m模式内最小、在CK中最大，其中CK的小麦产量比3 m×6 m模式高出3．4倍．小麦单穗重、千粒重、产量在3 m×10 m模式的表现要明显好于5 m×6 m模式，其差值分别为0．12，3．04，107．24 g．总的来看，CK的小麦性状及产量要好于复合模式，而3 m×10 m模式内小麦性状及产量是3种复合模式中是最好的．

2．3 不同杨－麦复合模式内小麦营养成分的差异

由图1可知，小麦营养成分在模式间表现不一，其中淀粉含量达到显著差异．淀粉和可溶性糖含量在模式间表现基本相似，3 m×10 m模式内小麦淀粉含量和可溶性糖含量均最高，之后依次为CK模式、5 m×6 m模式、3 m×6 m模式．就粗脂肪含量而言，CK，3 m ×10 m，3 m ×6 m，5 m ×6 m模式内小麦粗脂肪含量依次增多，但差异未达到显著水平．

2．4 杨－麦复合模式内小麦产量及品质与小气候因子的回归分析

为了解小麦产量及品质与其所处的生境之间关系，以穗长(Y1)、单穗重(Y2)、麦粒长(Y3)、千粒重(Y4)、小麦产量(Y5)、淀粉含量(Y6)、可溶性糖含量(Y7)、脂肪含量(Y8)为因变量，分别对自变量光合有效辐射PAR(X1)、空气温度Tair(X2)、空气相对湿度RH(X3)、土壤温度Tsoil(X4)及土壤含水量Msoil(X5)进行多元回归分析，分别建立最优回归方程．由表4可以看出，小麦穗长、单穗重、麦粒长、千粒重、产量、淀粉含量、可溶性糖含量的回归方程能很好地反映各因变量与小气候因子的关系，而粗脂肪含量的回归方程则不能反映其与小气候因子的关系．

各因变量经回归选出相应影响较大的因子，可按偏相关系数的大小来表示小气候因子对因变量的影响程度．由表5可知，影响小麦性状及产量的主要因子有空气相对湿度、空气温度及土壤含水量，其中空气相对湿度的影响程度最大．影响小麦品质的因子与影响小麦性状及产量的因子略有不同，影响淀粉的因子依次为光合有效辐射、空气温度、土壤温度，而影响可溶性糖的因子为空气温度和光有效辐射．

图1 不同杨－麦复合模式内小麦营养成分含量Fig．1 Nutrient content of wheat in different poplar-wheat agroforestry patterns

3 讨论与结论

气候调节是林农复合经营最基本的生态效应，包括了光照效应、温湿度效应、水分效应防风效应等［9］．俞涛等［10］研究表明，与单作小麦模式相比，2 m×6 m枣－麦复合模式内气温和地表温度分别降低了0．56和2．17℃，光照度也降低，林冠下观测点的光照度降幅高于中间观测点，而空气相对湿度提高了8．33%．高椿翔等［11］测定了3 m ×15 m枣粮复合系统、4 m×25 m桐粮复合系统和3 m×20 m杨粮复合系统内空气温湿度，结果表明对比单作麦田，3种复合系统内温度分别降低了1．2～5．0℃、0．4～2．3 ℃和 1．0 ～2．0 ℃，而湿度分别提高了5% ～10%，7% ～10%和6% ～11%．该研究表明，与小麦CK模式相比，杨－麦复合模式内光有效辐射、空气温度的降幅分别为16．3% ～75．8%，4．1% ～13．4%，而空气相对湿度、土壤含水量的升幅依次为 39．5% ～ 64．9%，9．7% ～18．7%．可见不同杨－麦复合系统对光照度、温湿度等因子的调节力度存在明显差异，这主要与复合系统中林木的密度及其配置模式有极大关系．

表4 杨－麦模式内小麦产量及品质与小气候因子的回归分析Table 4 Regression analysis among yield and quality of wheat and microclimate factors in different poplar-wheat agroforestry patterns

表5 杨－麦复合模式内小气候因子对小麦产量和品质的影响程度Table 5 The degree on wheat yield and quality affected microclimate factors in different poplar-wheat agroforestry patterns

环境的改变是引起农作物产量及品质发生变化的重要因素之一［12～14］．赵英等［15］研究表明，低丘红壤上南酸枣－花生复合系统促进了南酸枣生长，但花生产量却减小了20% ～50%，其原因之一是南酸枣遮荫降低了花生净光合速率．吕志英等［16］研究表明杨树－水稻复合系统中宽窄配置模式间作前3 a对稻穗生物量、产量、谷草比、蛋白质、直链淀粉含量的影响不显著，但对千粒重、单穗重、穗长等指标有显著影响．在该研究中，杨－麦复合模式内小麦穗长、单穗重、麦粒长、千粒重及产量均显著低于CK模式，但小麦营养成分含量表现不一，其中3 m×10 m模式内小麦淀粉含量和可溶性糖含量均高于CK模式．经多元回归分析，影响小麦性状及产量的主要因子有空气相对湿度、空气温度及土壤含水量，影响小麦品质的主要因子有光有效辐射和空气温度．因此，可通过调整杨树密度和配置方式来实现杨农复合模式科学、持续经营．方升佐等［17］研究表明，6种双行大间距的杨－麦复合模式的生物生产力、光能利用率和经济效益均高于单作模式，其大小顺序为:(3 m×3 m)×20 m模式＞(3 m×3 m)×30 m模式≥(4 m×4 m)×20 m模式＞(3 m×3 m)×40 m模式≥(4 m×4 m)×30 m模式＞(4 m×4 m)×40 m模式＞单作模式，这与林分密度的大小顺序基本一致．在该研究中，就3 m×6 m杨－麦复合模式而言，该模式内杨树密度达555株·hm－2，林下生境已不适合小麦的生长，小麦产量仅1 756．7 kg·hm－2，远低于 CK模式内小麦产量(7 741．7 kg·hm－2);对5 m ×6 m，3 m×10 m杨－麦复合模式来说，两模式内杨树密度相同但配置方式不同，3 m×10 m模式内生境及小麦产量均好于5 m×6 m模式，其小麦产量为4 303．7 kg·hm－2，低于 CK模式内小麦产量，但小麦品质要优于CK模式．综合杨树的经济效益，建议采用杨树株行距为3 m×10 m的宽行配置方式进行杨农复合经营，这样既保证单位面积杨树蓄积不明显减少，又为林下作物提供适宜的生境，从而提高林地的复种指数和整体效益．

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