北疆枣棉间作模式中棉花光合特性的研究*

刘天煜，段志平，张永强，焦 超，栾鹏飞，杨 涛，石岩松，张 伟*

（石河子大学农学院农学系，新疆 石河子 832000）

北疆枣棉间作模式中棉花光合特性的研究*

刘天煜，段志平，张永强，焦 超，栾鹏飞，杨 涛，石岩松，张 伟*

（石河子大学农学院农学系，新疆 石河子 832000）

为了探明北疆地区枣棉间作系统中棉花的光合特性变化，利用Li-6400光合仪与Spad-502叶绿素仪测定单作棉花与间作棉花的光合特性与叶绿素含量，结果表明,随着生育时期的推进，与单作棉花相比，间作棉花的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间CO2浓度均有一定的差异，而棉花叶片叶绿素含量基本没有差异,枣棉间作系统中枣树对棉花的光合生理特性产生一定影响，此研究为北疆地区发展农林复合农业提供理论指导。

枣棉间作；光合特性；叶绿素含量

随着我国经济高速发展，城市面积扩张，同时土地荒漠化、盐渍化、土壤和水体污染等问题导致我国耕地面积不断减少，探索和发展更加高效利用耕地的耕作模式成为当前农业的一个重要课题。近年来，农林复合系统受到人们的重视和提倡，因其组分结构合理、类型多样、生产及生态防护功能稳定，并有利于土地利用率的提高，而成为世界各国生态农林业范围内的一个主流并发展迅速。

经济效益作为农林间作复合经营的经济基础，特别对发展中国家来说，只要求生态效益而不抓经济效益是不符合发展中国家国情的[1]。果棉间作种植，是解决特色林果前期土地利用率低，增强整体经济效益的新型种植模式，对稳定和突出特色林果与优质棉花独特区位优势，提升优势资源转换战略具有重要的作用[2]。新疆优越的水、土、光、热组合条件为开展特色林果产业提供了条件[3]。近年来，南疆大力发展林果业，棉花的生产方式发生了巨大的变化，从单作模式演变为果棉间作模式。截止2012年，麦盖提县定植枣树37 333.3 hm2，多为2～5年生，该县绝大多数棉花种植在枣树园内，棉花生产在一定程度上受到枣树的影响[4]。枣树和棉花对光热等资源最优化利用是提高枣棉间作系统产量和生产力的核心[5]，但是在北疆地区，采用该种植模式相对较少，相关研究资料也不是很充足。本研究以北疆枣棉间作模式为研究对象，探究枣棉间作复合系统的光合特性与叶绿素含量等特征，以期为新疆北疆枣棉间作的栽培技术、科学管理提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点

本试验在兵团第八师一五〇团15连进行，该连种植红枣46.67 hm2。枣树于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 试验材料

供试红枣种植品种为赞皇，棉花品种为新陆早48号。

1.3 试验配置

枣树株行距配置为行距2.8 m，株距为1.4 m，枣树行间套种棉花。棉花采用人工手推播种机点播，膜宽1.2 m，一膜四行，行距20 cm+40 cm+20 cm（见图1）。

图1 枣棉间作小区示意图

1.4 测量项目及其方法

1.4.1 光合生理指标测定

于棉花苗期、现蕾期、花铃期、吐絮期4个关键生育期相对应的日期，在当日11：00对棉花倒四叶进行光合生理特性的测定，在枣棉间作处理中，选择生长健康、长势一致、无病斑、光照均一的同一叶位棉花倒四叶叶片，使用美国进口Li-6400光合仪测定3个叶片并取平均值，单作棉花做对照。主要测定指标包括叶片的光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）、胞间CO2浓度（Ci）等生理因子。

1.4.2 叶绿素含量测定

分别于棉花苗期、现蕾期、花铃期、吐絮期4个关键生育时期内，选取单作棉花和间作棉花各10株，用Spad-502叶绿素仪测定棉花倒四叶的叶绿素含量，取其平均值。

1.5 数据统计与分析

利用Excel2013进行数据整理分析，利用SigmaPlot 10.0制作图表。

2 结果与分析

2.1 单/间作棉花主要生育时期净光合速率（Pn）变化

图2 单/间作棉花4个生育时期净光合速率值（Pn）变化

随着生育期的推进，单作棉花与间作棉花的净光合速率值（Pn）变化（图2）基本呈“单峰型”变化，在棉花出苗期到现蕾期，间作棉花与单作棉花净光合速率值基本无差异，但在现蕾期后出现明显差异，其中，间作棉花净光合速率峰值（28.64 μmol/m2·s）出现在现蕾期，而单作棉花的净光合速率峰值（29.93 μmol/m2·s）出现在花铃期，相比间作棉花较晚。

2.2 单/间作棉花主要生育时期气孔导度（Cs）变化

图3 单/间作棉花4个生育时期气孔导度值（Cs）变化

随着生育期的推进，单作棉花与间作棉花的气孔导度值（Cs）变化（图3）基本呈“单峰型”变化，在棉花出苗期到现蕾期，间作棉花与单作棉花净光合速率值基本无差异，间作棉花的气孔导度峰值（0.56 mmol·m·s）出现在现蕾期，而单作棉花气孔导度的峰值（0.67 mmol·m·s）则出现在花铃期。

2.3 单/间作棉花主要生育时期胞间CO2浓度（Ci）变化

图4 单/间作棉花4个生育时期胞间CO2（Ci）浓度变化

在4个关键生育时期中，单作棉花和间作棉花胞间CO2浓度（Ci）变化趋势（图4）基本相同，呈“单峰型”曲线，二者的差异也主要出现在现蕾期之后，峰值均出现在花铃期，其中间作棉花的胞间CO2浓度峰值（266.75 μmol/mol）相比单作棉花的胞间CO2浓度峰值（253.15 μmol/mol）较高。

2.4 单/间作棉花主要生育时期蒸腾速率（Tr）变化

图5 单/间作棉花四个生育时期蒸腾速率（Tr）变化

一般来说，气孔导度（Cs）与蒸腾速率（Tr）成正相关关系，本试验数据表现亦是如此，通过对比单/间作棉花关键生育期气孔导度（Cs）变化（图3）和单/间作棉花主要生育时期蒸腾速率（Tr）变化（图5），可以发现二者变化趋势类似，二者均呈“单峰型”变化趋势，峰值出现期稍有不同，间作棉花在现蕾期出现其峰值（11.13 mmol/m2·s），而单作棉花则稍晚，在花铃期出现其峰值（12.76 mmol/m2·s），单作棉花的蒸腾速率最高值大于间作棉花。

2.5 单/间作棉花主要生育时期叶绿素含量对比

图6 单/间作棉花4个生育时期叶绿素含量对比

棉花前期叶绿素含量较低，之后随着生育期的推进，叶绿素含量逐渐升高，花铃期前后棉花叶片叶绿素含量维持高值并稳定一段时间，间作棉花与单作棉花差异不明显（图6）。

3 讨论与小结

3.1 讨论

本研究表明，间作棉花和单作棉花在不同生长时期的光合生理指标表现出一定差异，尤其表现在现蕾期到吐絮期之间，枣树为落叶乔木，具有发叶迟（5月初）、落叶早（10月下旬）、枝叶稀疏、透光度大的特点。生长期集中在5月上旬至9月上旬[6]。在棉花播种直到现蕾期，枣树处于生长期，植株个体较小，对间作棉花基本没有遮荫影响，而从现蕾期到吐絮期，枣树植株较大，与棉花关键生育期重叠，对棉花造成一定的遮荫，进而影响棉花的光合生理指标，单作棉花和间作棉花之间产生一定差异。

胞间CO2浓度（Ci）是光合生理生态研究中经常用到的一个参数。实际上，Ci的大小取决于4个可能变化的因素:叶片周围空气的CO2浓度、气孔导度、叶肉导度（gm）和叶肉细胞的光合活性。在研究实践中，可能会遇到多种不同的情况[7]。在本试验数据中，胞间CO2浓度（Ci）基本与其他几个光合生理指标成正相关关系，但是在间作模式下现蕾期到花铃期这一阶段二者成负相关关系，分析其原因，可能与枣棉间作条件下田间小气候因素导致周围CO2浓度不稳定有关。

叶绿素含量与植被的光合能力、发育阶段具有较好的相关性，它通常是光合作用能力和植被发育阶段（特别是衰老阶段）的指示器[8]。在本研究中，间作和单作棉花的叶绿素含量有一定差异，但结合大田生产实际，该差异不大，分析其原因：虽然间作条件下会对棉花造成一定的遮荫影响，但是叶片叶绿素含量主要与水肥条件有关，尤其与氮肥的含量有关，可能是因为间作棉花与单作棉花水肥供应措施一样，且一年生枣树对间作棉花水肥的影响较小，因此间作棉花与单作棉花叶片叶绿素含量差异不明显。

3.2 小结

本研究表明，枣棉间作系统内，随着枣树与棉花生育时期的推进，在间作后期，由于枣树个体较大，对间作棉花造成遮荫，导致间作棉花各项光合生理指标均与单作模式相比有所差异，而间作模式中棉花的叶绿素含量与单作相比基本没有差异。同时，枣棉间作系统内可能形成某种农田小气候，产生了水、温、气等各方面的差异，对枣棉间作系统内的棉花各项光合生理指标和叶绿素含量也造成了一定影响，因此，对枣棉间作系统内农田小气候因子的变化仍需进一步的研究。

[1]甘雅文.南疆地区核桃冬麦间作复合系统根系分布特征研究[D]：石河子大学，2015.

[2]林涛，田立文，郭仁松，等.果树类型及配置方式对南疆间作棉花产量、品质及经济效益的影响研究[J].新疆农业科学，2013（3）：393-400.

[3]郝向东，李鲁华，张伟.枣棉间作系统光合特性研究[J].新疆农垦科技，2016，39（2）：6-8.

[4]蒋从军，徐利民，沙红，等.枣棉间作条件下棉花各种植行生长差异研究[J].棉花科学，2014（3）:17-19.

[5]张东升，韩硕，王旗，等.枣棉间作条件下棉花密度对棉花光合特性及产量影响[J].棉花学报，2014（4）：334-341.

[6]周长东，武永祥.枣树与小麦实行间作技术[J].经济林研究，1998（1）：37.

[7]陈根云，陈娟，许大全.关于净光合速率和胞间CO2浓度关系的思考[C].纪念殷宏章先生百年诞辰暨全国光合作用学术研讨会论文摘要汇编，2008：64-66.

[8]宫兆宁，赵雅莉，赵文吉，等.基于光谱指数的植物叶片叶绿素含量的估算模型[J].生态学报，2014（20）：5736-5745.

2016-10-27

国家自然科学基金（31560376），石河子大学SRP项目（2016005）。

*通讯作者：张伟，男，博士，副教授，主要从事耕作学与农业生态学研究。E-mail：bluesky2002040@163.com。