南疆间作模式下扁桃树形差异对间作区域光环境及冬小麦相关产量指标的影响

张 雯，谢 辉, 张 平, 杨 磊,徐叶挺,

龚 鹏1, 钟海霞1，张付春1，卢春生1

(1.新疆农业科学院园艺作物研究所,乌鲁木齐　830091;2.新疆农业科学院农产品贮藏加工所,乌鲁木齐　830091)



南疆间作模式下扁桃树形差异对间作区域光环境及冬小麦相关产量指标的影响

张 雯1，谢 辉1, 张 平2, 杨 磊1,徐叶挺1,

龚 鹏1, 钟海霞1，张付春1，卢春生1

(1.新疆农业科学院园艺作物研究所,乌鲁木齐830091;2.新疆农业科学院农产品贮藏加工所,乌鲁木齐830091)

摘要：【目的】南疆地区间作种植模式下，研究成龄扁桃4种不同树形树体结构、枝叶分布差异；树形对间作区光合有效辐射(灌浆期)分布、日变化规律及小麦产量构成指标差异，为南疆扁桃-冬小麦间作模式选择适宜高光效树形提供一定的理论依据。【方法】以11年生扁桃(晚丰)-冬小麦(新冬20号)间作模式为研究对象，设主干分层形、高干开心形、开心形和小冠半圆形四个树形结构处理，对其树冠结构指标、枝条及产量分布范围进行调查；对间作区域光合有效辐射分布及日变化规律、小麦产量构成指标进行分区测定。【结果】不同树形处理树冠体积、枝量、单位体积枝量、不同区域枝条分布比例、单株负载量之间均存在一定差异；树形对不同间作区域PAR强度和日变化规律存在影响较大，影响程度由高至低依次为开心形、主干分层形、高干开心形和小冠半圆形；树形对不同间作区域小麦产量构成指标存在较大影响，部分差异达到极显著水平，不同区域小麦千粒重、单穗粒重与PAR日均值呈极显著正相关关系。【结论】树冠对光能的拦截受树冠体积、枝条量、枝条分布的共同影响，树冠截光造成的遮阴胁迫是盛果期扁桃-小麦间作系统中小麦籽粒减产的主要原因之一。小冠半圆形和高干开心形树形间作区光环境优于其它2个树形处理，对间作小麦产量影响小。

关键词：间作；扁桃；冬小麦；树形；光环境

0引言

【研究意义】新疆南疆地区即天山以南的区域，主要包括巴音郭楞州、阿克苏、喀什、克孜勒苏州、和田等五地州，该区域具有发展特色林果业得天独厚的地域和环境优势[1]，截至2012年底南疆环塔里木盆地果树栽培面积达到100.24×104hm2(1 503.58万亩)[2]。南疆地区耕地面积150×104hm2(2 205万亩)，人均耕地仅为1 467.4 m2(2.2亩)，随着人口数量不断增加，果树与粮棉争地的矛盾日益突出[3]。开展果粮间作种植模式，是保证粮食安全生产，实现果粮双赢的有效途径。对于栽植密度和行向都已确定的成龄园而言，冠层结构特征成为影响间作系统内光照分布的主要因素[4-6]。随着树龄和树冠体积不断增大，果树树冠对光照的截留不断增加。在果粮间作复合系统中，果树对农作物的遮阴往往是造成农作物减产的主要原因，尤其是小麦灌浆期的弱光胁迫不利于光合产物的合成和分配，对产量和品质造成影响[7]。通过高光效树形的选择与构建，在保证果树优质丰产的基础上，减轻对间作作物的遮光胁迫，实现果树和间作物的双赢。【前人研究进展】农林复合生态系统中，树体对间作作物的遮荫程度受树种、株行距离、林带走向等因素共同影响，徐呈祥等[8]通过对生长发育重叠期、树冠结构、枝叶分布特性等方面分析认为枣树适宜与粮食间作；李连国等[5]研究认为果粮间作系统中株距应大于0.5倍树高，行距宜大于2倍最长遮荫范围；季永华等[9]研究发现林带胁地范围存在明显差异，其中林带南侧最严重，东西侧次之，北侧无明显的胁地范围。【本研究切入点】有关固定栽植模式下，树体结构、冠层特征对间作系统内光能分布和间作作物生长影响方面的研究较少。【拟解决的关键问题】为新疆南疆地区扁桃-冬小麦间作模式下适宜果树树形的选择提供依据。

1材料与方法

1.1材 料

试验于2012～2013 年, 在喀什地区莎车县阿热勒乡十四村扁桃丰产示范园内进行。以莎车本地品种晚丰(莎车18号)为材料，供试树2001年定植，株行距3 m×7 m，南北行向。设置主干分层形、小冠半圆形、高干开心形、开心形四个树形结构处理，列出具体树形结构指标。间作冬小麦品种为新冬20号 ，小麦沿树行(树行宽度1 m)种植，行距20 cm，播种密度基本苗525×104株/hm2，整个生育期灌水5次。各处理田间管理措施一致。表1

表1不同树形树体结构对照
Table 1 The different of crown structure between different tree froms

树形Treefrom树高Heightoftree(m)干高Heightoftrunk(m)冠幅Crowndiameter东西East-west(m)南北South-north(m)单株主枝数Numberofmainbranch枝量Numberofshoot(104条/hm2)(10thousand/hm2)主干分层形Trunk-delaminatingshape6.230.826.046.218.4574.85高干开心形Hightrunkopencentershape5.731.584.634.524.4149.25开心形Open-centershape5.980.927.036.015.3214.29小冠半圆形Littlecrown semicircleshape3.50.743.612.677.383.71

1.2方 法

1.2.1果树枝叶量及产量测定1.2.1.1不同区域枝叶量

6月中旬叶幕完全形成后，各处理选一株标准株，按照冠层厚度将树冠从下至上划分成高度相同的10层，每层又按照冠幅由内至外划分成厚度相同的3个同心圆区域，将树冠由内至外、由下至上划分成30个小区。使用50 cm×50 cm×50 cm的立方体框在各小区随机框取0.25 m3体积，测定此体积内的实际枝叶量，再根据各小区体积推算出每个小区的枝叶量。并对数据分区域进行合并统计(由下至上10层中1～3层为底层、4～6层为中层、7～10层为上层)。

1.2.1.2树冠总体积计算

根据观察和测量，将树冠分为椭圆台体和椭圆柱体两部分，按公式①、②计算各部分体积，合并得到树冠体积。

V椭圆柱体=ABHπ ②

单株负载量及产量测定方法：果实采收前对统计各处理5株供试树的果实个数，求平均值为处理的单株负载量。

1.2.2间作区域光环境变化测定

间作调查区域平面划分分区方法：为了方便调查取样提高实验精度，对各小区对应间作区域进行区域划分，树行东西两侧的间作区域划分成66个1m×1m的小麦生长调查区，并着重对1～6行与Ⅰ-Ⅵ纵交叉的36个区域进行重点调查。

间作区域PAR日变化规律测定方法：使用美国ONESETHOBO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 500μmol/(m2·s)；光谱范围：400～700nm；精度：±5%μmol/(m2·s)；分辨率：2.5μmol/(m2·s)对间作区域PAR变化进行测定，11:00～17:00对PAR的日变化情况进行测定，每5min记录一次。探头分别安放在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。图1

图1间作区域平面分区示意
Fig. 1IntercroppingAreaPartitionSchemes

1.2.3间作区域小麦产量分区调查

小麦收获前，各处理对66个调查区域内，使用50cm×50cm正方形框随即框取0.25m2区域，将其中的小麦麦穗全部收获，带回实验室进行考种，对其千粒重、穗粒数、单穂粒重等产量构成指标进行测定，并对数据分区域进行合并统计。

1.3数据统计

使用Excel2010和SAS数理统计软件对数据进行处理。

2 结果与分析

2.1不同树形枝叶及产量分布情况

研究表明，不同树形枝条总量和分布情况存在较大差异，单株枝条量由高至低分别为主干分层形>开心形>高干开心形>小冠半圆形；由于树冠体积存在较大差异，单位体积枝量由高到低分别为主干分层形>小冠半圆形>高干开心形>开心形；从枝条分布情况分析，主干分层形超过40%的枝条分布在底层和外围区域，开心形底层区域枝量更是达到总枝量的52.62%，高干开心形中层和外围枝条量分别占总枝量的43.85%和53.88%，小冠半圆形枝条纵向主要分布在中、上层，横向主要分布在外围和中部，占总枝条量比例接近，分布较均匀。表2

表2不同树形处理枝条分布情况对照
Table 2The different of crown structure and branch distribution between different tree froms

树形Treefrom单株枝量Numberofbranches(条)单位体积枝量Unitvolumequantity(条/m3)树冠内不同区域枝量占总枝量比例Theproportionofthecanopyvolumetototalbranchvolume纵向Lengthways比例(%)Proportion横向Crosswise比例(%)Proportion枝条类型ThetypeofBranches主干分层形Trunk-delaminatingshape10645.34112.35底层46.52内堂16.29中层39.85中部38.66上层13.63外围45.05多为中短枝高干开心形Hightrunkopencentershape2763.9743.92底层26.61内堂8.14中层43.85中部39.70上层29.54外围53.88内堂多长枝,其他部位长短枝分布均匀开心形Open-centershape3968.4138.11底层52.62内堂19.32中层31.16中部36.21上层16.22外围44.47多为中长枝小冠半圆形Littlecrown semicircleshape1550.09589.50底层15.83内堂18.08中层48.11中部43.17上层36.06外围38.75短枝和中长枝分布均匀

研究表明，主干分层形、高干开心形、开心形三个处理单株负载量较接近，小冠半圆形单株负载量最低仅为805.2个/株；从果实分布范围可以看出高干开心形和小冠形分布比较均匀，主干分层形和开心形主要分布在树冠外围；小冠形单位体积负载量最高达到46.49个/m3，分别为其它三个树形的3.01、1.97和3.06倍。表3

表3不同树形处理产量分布
Table 3The differences of production and distribution between 4 tree froms

树形Treefrom树冠体积Canopyvolume(m3)单株负载量(个)Loadofindividualplant(fruit)果实分布范围Fruitdistributionrange单位体积负载量(个/m3)Unitvolumecapacity(fruit/m3)主干分层形Trunk-delaminatingshape94.751465.2主要分布在树冠外围15.46高干开心形Hightrunkopencentershape62.931478.3分布均匀23.49开心形Open-centershape104.131579.6主要分布在树冠外围15.17小冠半圆形Littlecrownsemicircleshape17.32805.2分布均匀46.49

图2不同树形小麦灌浆期间作区域光合有效辐射日平均分布
Fig. 2The differences of PAR day average value (wheat milk-filling stage) between 4 tree froms

2.2不同树形对应间作区域光合有效辐射分布情况及日变化趋势

研究表明，小冠半圆形和高干开心形处理对应间作区PAR日均值分布规律一致，两个株间区和远冠区高于两个株下区域；主干分层形东侧冠下区域略高于西侧区域和远冠区，开心形远冠区和西侧冠下株下区略高于其他三个区域。其中小冠半圆形对应5个间作区域光合有效辐射日平均值均较高，两个冠下株间区和远冠区PAR日平均值均在1 400 μmol/(m2·s) 之上，东、西侧冠下株下区较低分别为575和987 μmol/(m2·s)；高干开心形处理远冠区和两个冠下株间区较高日平均值在700 μmol/(m2·s)之上，东、西两个冠下株下区分别为478.4和591 μmol/(m2·s)；主干分层形对应间作区域光照均较差，除东侧区域大于600 μmol/(m2·s)外，其他均低于500 μmol/(m2·s)；开心形对应区域光照强度均较低，5个区域日均值均低于500 μmol/(m2·s)，东侧冠下株间区日平均PAR仅为141 μmol/(m2·s)。由以上分析可以看出，树冠对PAR的截获不仅受树冠体积和总枝量的影响，同时也受枝条分布影响，开心形处理单株枝量和单位体积枝量低，由于枝叶分布不均匀主要分布在中下层，因此对间作区域PAR分布存在较大影响，日平均光合有效辐射低于主干分层形处理。心形两个处理对应5个间作区域均高于其它两个处理，差异达到了极显著水平。

四个树形处理不同间作区域PAR日变化趋势存在较大差异。其中主干分层形除西侧冠下株下区域呈平缓曲线外，其它四个区域均呈单峰曲线；西侧冠下株下区11～17时间光合有效辐射强度始终低于400 μmol/(m2·s)；两个东侧区域峰值时光照强度达到1 000 μmol/(m2·s)，持续1～2 h。高干开心形对应5个间作区域均呈单峰曲线；两个株下区域低于600 μmol/(m2·s)持续时间较长；远冠区和株间区的光照条件较好，其中远冠区自13：00至17：00均高于1 000 μmol/(m2·s)。开心形远冠区域和两个株下区域呈单峰曲线变化趋势，而两个株间区域光合有效辐射强度始终较低，呈平缓曲线变化趋势；两个株间区域大部分时间段低于200 μmol/(m2·s)；远冠区和两个株下区峰值时超过1 000 μmol/(m2·s)，但持续时间短。小冠形半圆形5个间作区域均呈单峰曲线变化趋势；远冠区和两个株间区光照条件好，13：00至17：00光照强度均高于1 000 μmol/(m2·s)；西侧株下区上午光照条件较差，14：00之后迅速上升至1 000 μmol/(m2·s)。东侧株下区全天大部分时间维持低于600 μmol/(m2·s)。图3

图3 小麦灌浆期间作区域光合有效辐射日变化趋势
Fig.3 PAR daily variation trend in different intercropping areas (wheat milk fling stage)

2.3不同树形对应间作区域小麦产量构成指标的影响

研究表明，各树形不同间作区域小麦产量构成指标之间存在较大差异，千粒重指标分布在27.03～45.68 g，小冠形半圆形远冠区和两侧近冠区小麦千粒重指标均显著高于其它三个树形，差异达到极显著水平，高干开心形处理对应5个间作区域小麦千粒重指标均显著高于主干分层形和开心形处理，差异达到极显著水平；穗粒数指标分布在18.73～28.29粒，最高值为高干开心形西侧冠下区域，最低值为主干分层形西侧冠下区域，各树形对应区域内无统一差异规律；单穂粒重指标分布在0.530～1.097 g，其中小冠半圆形和高干开心形两个处理对应5个间作区域均高于其它两个处理，差异达到了极显著水平。表4

2.4灌浆期日平均光合有效辐射与小麦产量构成指标的相关性

研究表明，灌浆期PAR日均值与小麦千粒重、穗粒重指标均存在极显著正相关关系，相关系数分别为0.931 68和0.726 98；千粒重与穗粒重指标也为极显著正相关关系，相关系数为0.589 96；穗粒数与灌浆期日平均PAR无显著的相关关系。表5

表4不同树形处理对应间作区域小麦产量构成指标
Table 4 The effect of different tree from on components of wheat yield in intercropping areas

树形Treefrom区域Intercroppingarea千粒重1000grainweight(g/1000粒)穗粒数Grainsperspike(粒/穗)单穗粒重Grainsweightperspike(g/穗)高干开心形Hightrunkopencentershape东侧冠下38.21±2.02C22.15±0.57CDE0.846±0.023DEF东侧近冠37.94±0.68C21.14±1.03CDE0.802±0.054EF远冠区37.67±0.67C26.91±2.13AB0.964±0.037BC西侧近冠37.48±0.52C22.32±0.47CDE0.799±0.052EF西侧冠下38.80±1.44C28.29±0.72A1.097±0.023A主干分层形Trunk-delaminatingshape东侧冠下27.03±2.84F22.02±1.39CDE0.598±0.102HI东侧近冠28.69±3.18EF21.19±0.95CDE0.609±0.079HI远冠区28.48±2.74EF21.07±1.35CDE0.581±0.021HI西侧近冠27.90±1.50EF20.01±2.64D0.556±0.060I西侧冠下27.44±2.06EF18.73±1.43E0.530±0.046I开心形Open-centershape东侧冠下29.17±2.20EF23.22±0.04CD0.840±0.050GH东侧近冠27.52±2.15EF24.63±2.55BC0.771±0.100GH远冠区30.38±2.01DE22.78±1.10CD0.855±0.069GH西侧近冠32.55±0.48D24.96±0.52ABC0.987±0.008DEF西侧冠下32.39±0.46D23.21±1.16CD0.914±0.043FG小冠半圆形Littlecrownsemicircleshape东侧冠下39.14±1.66C24.61±3.74BC0.962±0.133BC东侧近冠42.35±0.52B21.75±0.39CDE0.921±0.005CD远冠区45.68±0.34A19.90±0.27DE0.909±0.016CDE西侧近冠43.20±0.43AB23.89±0.24BC1.032±0.021AB西侧冠下38.57±0.93C22.53±0.84CDE0.870±0.054CDE

注：表中大写字母表示同列数据存在极显著差异，P<0.01

Note : Different capital letters in each column stand for significant difference atP<0.05

表5灌浆期日平均光合有效辐射与小麦产量指标相关系数
Table 5 The correlation between wheat yield index and PAR day average value in wheat milk-filling stage

光合有效辐射强度PAR千粒重1000grainweight穗粒重Grainsweightperspike穗粒数Grainsperspike光合有效辐射强度PAR1.0000千粒重1000grainweight0.93168**P<0.000011.0000穗粒重Grainsweightperspike0.72698**P=0.00030.76022**P=0.00011.0000穗粒数Grainsperspike-0.02325P=0.9225-0.06740P=0.77770.58996**P=0.00621.0000

注：**表示达到极显著相关性水平

Note ：**means achieve extremely significant correlation

3 讨 论

3.1树冠对间作区域光环境的影响

果粮间作复合系统是一个双层受光系统，到达作物冠层的光经过上层果树叶幕的拦截、透射及选择性吸收后发生不可逆转的消弱[8]，在水肥充足的情况下果树对农作物的遮阴胁迫往往是造成农作物减产的主要原因[9]。因此合理的光照分布是间作模式下实现果粮双赢的重要前提之一。研究结果表明，扁桃不同树形对间作区域PAR分布和日变化规律影响较大，其中小冠半圆形和高干开心形树形间作区域灌浆期光环境较好，主干分层形和开心形间作区域光环境差。Jackson[10]和 Palmer[11]认为果树叶幕，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[12]叶幕厚度和高度有关。研究分析认为在栽植密度相同的情况下，树冠对光的截获不仅受树冠体积、总枝量影响，同时也受枝叶分布情况和枝条类型的影响。在冬季整形修剪管理过程中，通过落头等措施改善果树内部光照的同时，还应注意控制枝条的合理分布，增大透光率，保证光照在间作系统内的合理分布。

3.2树冠遮阴对间作小麦产量的影响

光合产物是小麦产量的根本来源，大量研究表明遮光造成小麦的干物质积累和籽粒产量降低[13]。光照强度与小麦产量和品质形成有显著的相关性[14]，尤其是小麦灌浆期的弱光胁迫不利于光合产物的合成和分配，对产量和品质造成影响[15,16]。研究结果表明盛果期扁桃-小麦间作模式下，不同间作区域小麦千粒重与灌浆期此区域PAR日平均值存在极显著正相关性，与前人研究结果相同。表明在该间作系统中，地上部光能竞争是限制小麦产量的主要原因，这与张建雄[17]等对杏麦复合系统、Newman[18]等对泡桐-玉米、泡桐-豆角复合系统的研究结果相一致。果粮间作模式下要保证小麦产量，必须增加树冠透光率保证间作区域合理的照光时间。穗粒数变化规律复杂，同灌浆期PAR均值呈现负相关，可能主要扬花期受光强或光质改变影响，还有待于进一步研究。

4结 论

盛果期扁桃-小麦间作体系，3 m×7 m种植模式下，扁桃采用小冠半圆形和高干开心形等树形结构时间作区光环境较优，对间作小麦籽粒产量影响小；采用主干分层形和开心形等树形结构时间作区域光环境较差，对间作小麦籽粒产量影响大；树冠对光能的拦截受树冠体积、枝条量、枝条分布的共同影响。不同间作区域小麦千粒重、单穂粒重与该区域灌浆期PAR日平均值呈极显著正相关关系，树冠截光造成的遮阴胁迫是造成盛果期扁桃-小麦间作系统中小麦籽粒产量降低的主要原因。

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Effect of Tree Form on Intercrop Area Light Environment and Grain Yield Related Indexes of Wheat in Almond -Winter Wheat Intercropping Systems in Southern Xinjiang

ZHANG Wen1, XIE Hui1, ZHANG Ping2, YANG Lei1, XU Ye-ting1, GONG Peng1,ZHONG Hai-xia1, ZHANG Fu-chun1, LU Chun-sheng1

(1.ResearchInstituteofHorticulturalCrops,XinjiangAcademyofAgriculturalSciences,Urumqi830091,China; 2.ResearchInstituteofAgro-productsStorageandProcessing，XinjiangAcademyofAgriculturalSciences,Urumqi830091,China)

Abstract：【Objective】 This projects aims to study the crown structure，shoots distribution between various tree forms, and the photosynthetically active radiation (PAR) distribution and change regularity and winter wheat grain yield difference in various intercrop area caused by almond tree crown structure in Southern Xinjiang. 【Method】 Use 11a old almond (Wanfeng)- winter wheat(Xindong 20)intercropping system as materials, set 4 treatments as trunk- delaminating shape, high trunk open centre shape, open and little crown semicircle shape. Investigate the tree structure, shoots and almond nuts distribution; determinate the PAR intensity change regularity and wheat grain yield components index in various intercrop area. 【Result】 There were various canopy volumes, quantity of branches, number of branches in unit volume, the proportion of different regional branches distribution and tree lode between tree froms. The daily average value and daily variation trend of PAR in various intercropping areas were largely influenced by tree forms, and the influence degrees from high to low in order were open center shape, trunk- delaminating shape, high trunk open center shape and little crown semicircle shape. There were large differences in wheat indicators of yield components between tree form treatments, some difference reached a significant level. There was significant positive correlation between wheat kilo grain weight and PAR daily average value (grain-filling stage). 【Conclusion】 Light interception of tree crown is influenced by crown volume, number of brunches and brunch distribution. High trunk open centre and little crown shape tree from intercropping area light environment is better than the other two forms. In adult almond-winter wheat intercropping system light competition is one of the main reasons of wheat production reduction.

Key words:intercropping；almond；winter wheat；tree from；light environment

中图分类号：S662·9;S605·1

文献标识码：A

文章编号：1001-4330(2016)03-0411-09

作者简介:张雯(1984-)，女，陕西人，助理研究员，硕士，研究方向为果树栽培生理，(E-mail)zwxilin@126.com通讯作者:张平(1964-)，男，重庆人，研究员，博士，研究方向为新疆特色果树栽培与加工,(E-mail)zhangpingyys@163.com

基金项目:新疆维吾尔自治区自然科学基金“扁桃小麦间作模式中小麦产量对树冠光截留特性响应模型的构建”(2014211A040)

收稿日期：2015-10-14

doi:10.6048/j.issn.1001-4330.2016.03.004

Fund project:Supported by Natural Science Fund of Xinjiang Uygur Autonomous Region "Response model between wheat yield and tree canopy light interception characteristic construction in almond wheat intercropping system"(2014211A040)