张 雯,谢 辉,杨 磊,徐叶挺,龚 鹏,卢春生,张 平
(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)
新疆南疆地区杏树树形结构对杏麦间作的影响
张雯1,谢辉1,杨磊1,徐叶挺1,龚鹏1,卢春生1,张平2
(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)
杏树是新疆主要特色林果树种之一,在南疆地区广泛栽培,栽植模式主要以果粮间作种植为主,随着树龄的增加,树冠遮阴胁迫对间作小麦生长发育及产量造成严重的影响。为选择适宜间作模式的高光效杏树树形结构,以9 a生杏(‘胡安娜’)—冬小麦(‘新冬20’)间作为研究对象,设置主干分层形、高干圆头形(提干改造)、开心形(落头改造)和自然大冠形(不修剪对照)4个树形结构处理。对各树形体结构及负载量间的差异进行调查分析,测定树冠不同区域叶片质量及光合效率、不同间作区域冬小麦旗叶质量(灌浆期)、产量,综合分析不同处理间的经济效益。结果表明,各树形处理负载量和产量由高至低依次为主干分层形、自然大冠形、开心形、高干圆头形,各处理相同区域叶片指标及光合指标差异显著;树形处理对间作小麦产量构成指标的影响主要为冠下区和近冠区,间作区域小麦产量由高至低依次为开心形、主干分层形、高干圆头形、自然大冠形。综合分析认为:4个树形处理中,主干分层形树冠体积适中,单位体积负载量15.60 m-3,单株产量53.28 kg;对间作小麦生长和产量影响较小;果粮综合产值为1 826.71元/667 m2,综合经济效益较高干圆头形、开心形和自然大冠形提高136%、32%和41%。可见,9 a生杏-麦复合系统4 m×6 m种植模式适宜选择主干分层形作为主要栽培树形。
间作;杏树;小麦;树形
杏是新疆主要栽培果树树种之一[1],2013年新疆杏树栽培面积达到13.58万hm2,其中86.2%分布在南疆环塔里木盆地区域[2]。果粮间作是南疆绿洲农业主要栽植模式之一[3],随着树龄和树冠体积的不断扩大,间作系统内光环境恶化,小麦大幅减产[4]。通常认为这种情况下不再适宜间作,然而冬小麦是新疆主要粮食作物,特色林果业担负着支撑经济发展和保护生态环境的双重使命,因此,果粮间作种植模式必将在耕地面积有限、生态环境脆弱、经济水平落后的南疆地区长期现实存在。合理的群体结构和个体空间分布,良好的光照体系是间作系统优质丰产的关键[5]。间作系统中,位于生态位上层的植株冠层对光照的拦截透射直接影响整个系统的光能分布[6-7],进一步影响间作作物的生长发育[8],合理的树形结构和整形修剪措施能够改善间作区域的光环境。如何通过对果树树形的筛选和优化改造,在保证果树产量的基础上提高间作作物产量,实现果粮双赢,是目前生产上亟待解决的重要问题之一。但有关间作模式的研究多集中在行向选择、株行距配置及光能传输分配等方面,有关树形结构差异及对间作作物生长影响方面的研究报道较少。本试验通过对南疆主要杏-粮间作模式下,研究杏树不同树形结构对杏以及小麦产量的影响,旨在为南疆特殊生态环境下,选择适宜间作的杏树树形结构提供一定的理论依据。
1材料与方法
1.1试验材料
试验于 2011-2012 年在喀什地区莎车县阿拉买提乡5村杏丰产园内进行。以9 a生的杏树‘胡安娜’为材料,株行距4 m×6 m,南北行向,设置主干分层形、高干圆头形、开心形、自然大冠形4个树形结构处理,其中主干分层形是通过多年培养获得,自然大冠形为自然生长不修剪对照,高干圆头形和开心形均是通过对自然大冠形改造获得,其中对自然大冠形进行提干改造,逐步将下部主枝锯除,通过2 a改造建成高干圆头形,对自然大冠形进行落头改造,逐步降低主干高度,通过2 a改造建成开心形。其他生产管理措施保持一致。具体树形结构指标见表1。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525×104hm-2,整个生育期灌水5次,各处理栽培管理措施一致。
1.2间作区域调查取样测点分布
各树形处理,每小区(行内连续排列)3株,重复3次。取样点设置:将各树形处理每小区第1至第3株之间56 m2(8 m×7 m)(取树行东西方向各3 m,树行宽度1 m)间作区域内设置30个取样测点。具体测点分布如图1所示。
表1 不同树形结构基本参数
注:数据为平均数,表2同。
Note:The number in the table is mean value,the same as table 2.
图1 调查取样点分布
1.3测定指标及方法
1.3.1果树树冠不同部位叶片质量及光合指标 于2012年5月中旬(果实膨大期),将树冠由外至内划分成外围、中部和内膛3个同心圆区域。各小区按东、西、南、北4个方向各随机选取当年生健壮枝条中部叶片进行测定。叶片质量指标测定:使用千分之一天平测定叶片鲜质量,CI-202激光叶面积仪测定叶片面积,计算比叶鲜质量,SPAD502型手持叶绿素仪测定旗叶叶绿素SPAD值。叶片光合指标测定:于11:00-12:00使用TPS-2光合测定系统测定蒸腾速率(Tr)、气孔导(Gs)、净光合速率(Pn)、胞间二氧化碳摩尔分数(Ci)等指标,并计算气孔限制值(Ls)(Ls=1-Ci/C0,C0为外界CO2摩尔分数)。
1.3.2果树产量2012年6月(果实成熟期),对所有供试单株负载量进行测定,各处理每小区随机选取1株供试树(每个处理共选择3株)进行实测,其余6株供试树进行估产(实测5个结果枝组产量,根据整株结果枝组量推算整株负载量)。
1.3.3树冠投影面积按正午阳光直射时计算,依照椭圆形计算公式S=πab,其中a为1/2南北冠幅、b为1/2东西冠幅。
1.3.4小麦旗叶指标及产量构成指标2012年5月中旬(小麦灌浆期)在各小区对应间作区域每一调查取样点,随机选取15株小麦,使用千分之一天平测定其旗叶质量,CI-202激光叶面积仪测定旗叶面积,计算比叶鲜质量,SPAD502型手持叶绿素仪测定旗叶叶绿素SPAD值,并对数据分区域进行统计分析。
2012-06-10,使用0.5 m×0.5 m正方测产框,在各取样点随机框取0.25 m2区域(每个占整个调查区域的12.5%,一个小区共测定30个区域),将其中小麦全部收获进行室内考种,测定千粒质量、穗粒数、单穗质量等产量构成指标,并对数据分区域进行统计分析。
2结果与分析
2.1不同树形结构分析及产量差异
由表2可看出,4个树形结构中,树冠投影面积由高到低依次为开心形、自然大冠形、主干分层形和高干圆头形,开心形树冠投影面积分别是其他3个树形的1.06、1.20和1.59倍,其中自然大冠形和开心形与其他2个树形、主干分层形与高干圆头形的差异均达到极显著水平。树冠体积由高至低依次为自然大冠形、开心形、主干分层形和高干圆头形,自然大冠形树冠体积分别为其他3个树形的1.05、1.42和2.30倍,自然大冠形与主干分层形、高干圆头形间的差异达极显著水平,开心形、主干分层形与高干圆头形间的差异也达极显著水平。单株负载量和单位投影面积负载量由高至低依次为为主干分层形、自然大冠形、开心形、高干圆头形,方差分析结果显示,2个指标4个处理间的差异一致,均表现为主干分层形、自然大冠形显著高于其他2个树形,开心形显著高于高干圆头形。单位体积负载量由高至低依次为主干分层形、自然大冠形、高干圆头形、开心形,主干分层形单位体积负载量最大达到15.60 m-3,是开心形的2.14倍,与单位投影面积负载量方差分析结果不同,单位体积负载量主干分层形和自然大冠形间的差异达极显著水平。
表2 不同树形树冠体积及产量间的差异
注:同列不同大写字母表示差异极显著(P<0.01),表7同。
Note:The different capital letters mean in the same column significant difference (P<0.01),the same as table 7.
2.2不同树形处理树冠不同区域叶片质量间的差异
由表3可以看出,不同树形树冠不同部位1 a生枝条中部叶片的单叶面积间存在较大差异,其中树冠内膛区域,开心形显著高于其他3个树形处理,主干分层形显著高于高干圆头形和自然大冠形处理;树冠中部区域开心形显著高于其他3个处理,主干分层形显著高于高干圆头形;树冠外围区域高干圆头形显著低于其他3个处理;差异均达到极显著水平。4个树形处理内膛区域,开心形比叶鲜质量显著高于其他3个处理,主干分层形和高干圆头形均显著高于自然大冠形;树冠中部区域开心形处理显著高于主干分层形和自然大冠形;树冠外围区域主干分层形显著高于高干圆头形。树冠内膛区域开心形处理SPAD值显著低于其他3个处理,中部区域开心形显著高于其他3个处理,高干圆头形和自然大冠形均显著高于主干分层形;外围区域SPAD值4个处理无显著差异。
2.3不同树形处理树冠不同区域叶片光合能力的差异
由表4可以看出,各树形处理树冠不同部位Pn间存在较大差异,其中主干分层形和高干圆头形处理由内至外Pn依次增大,内膛、中部叶片Pn与外围叶片存在较大差异;开心形处理树冠内膛和中部叶片Pn均较高,外围叶片Pn较低;自然大冠形处理叶片Pn的最高值出现在树冠中部,整体水平较低。蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)的变化趋势与净光合速率相同。不同树形处理树冠相同部位统计结果表明,开心形树冠中部和内膛区域Tr、Gs和Pn均极显著高于其他3个处理,外围区域Tr主干分层形和高干圆头形显著高于其他2个处理,Gs主干分层形显著高于其他3个处理,Pn高干圆头形显著高于其他3个处理。
各树形结构处理树冠不同部位Ls变化趋势存在一定差异,其中主干分层形Ls的最大值和最小值分别出现在中部和内膛,高干圆头为外围和内膛,开心形和自然大冠形2个处理均为中部和内膛。同一区域不同树形处理间的差异显著性分析表明,内膛区域Ls开心形和自然大冠形显著高于其他2个树形,中部区域高干圆头形显著低于其他3个树形处理,外围区域自然大冠形显著低于高干圆头形处理。
2.4树形对间作区域小麦旗叶质量的影响
由表5可以看出,各树形处理叶面积的最大值均出现在近冠区域,不同树形处理同一区域统计分析结果表明,叶面积冠下区自然大冠形显著低于其他3个处理,近冠区高干圆头形显著低于其他3个处理,远冠区各处理间无显著性差异;比叶鲜质量冠下区自然大冠形显著低于其他3个树形处理,近冠区高干圆头形显著低于其他处理,远冠区高干圆头形显著低于主干分层形和开心形处理;SPAD值冠下区主干分层形>开心形>高干圆头形>自然大冠形,各处理间差异均达到极显著水平,近冠区和远冠区各处理间差异不显著,主干分层形>开心形>高干圆头形和自然大冠形,除高干圆头形和自然大冠形间无显著性差异外,其他各处理间差异均达到极显著水平。
表3 不同树形树冠不同部位叶片质量间的差异
注:数据为“平均值±标准差”,同行不同大写字母表示邓肯氏新复极差法差异极显著水平(P<0.01)。下表同。
Note: The number is “mean±standard deviation”,different capital letters in each line stand for significant difference a(P<0.01).The same as below.
表4 不同树形树冠不同部位叶片光合能力差异
2.5树形对间作区域小麦产量构成指标的影响
从表6中可以看出,各树形处理对应不同间作区域小麦千粒质量指标间存在较大差异,4个处理由远冠区至冠下区千粒质量指标逐渐降低,不同树形相同区域统计结果表明,千粒质量除远冠区无显著差异外,其他2个区域自然大冠形均显著低于其他处理;各处理穗粒数之间存在较大差异,开心形处理各区域穗粒数指标均较高,其他3个树形处理均较低;自然大冠形处理冠下区穗粒数显著低于其他处理,近冠区开心形显著高于高干圆头形和自然大冠形,远冠区开心形显著高于高干圆头形处理;穗粒质量同穗粒数的变化情况相似,开心形处理各区域整体较高,其他3个树形处理均较低,远冠区自然大冠形显著低于其他处理,近冠区自然大冠形显著低于开心形和主干分层形处理,远冠区各处理间无显著性差异;3个间作区域自然大冠形均显著低于其他处理,其他3个处理间无差异显著性。
表5 不同树形处理对应间作区域小麦旗叶质量间的差异
表6 不同树形处理对应间作区域小麦产量构成指标间的差异
从图2中可以看出,不同树形对应作区域间作冬小麦籽粒产量间存在较大差异,同一树形处理籽粒产量最高值均为远冠区,最低值均为冠下区,同一区域不同处理间的统计结果表明,各区域开心形均极显著高于其他处理,除远冠区外自然大冠形均显著低于其他处理。整体分析,开心形>主干分层形>高干圆头形>自然大冠形。
图中每个区域不同大写字母表示邓肯氏新复极差法差异显著水平(P<0.01)。Different capital letters in each area stand for significant difference(P<0.05).
图2不同树形对应间作区域小麦单位面积产量对比
Fig.2Comparison chart of wheat per unit area yield in different tree form corresponding intercropping area
2.6不同树形处理对杏树、小麦产量及经济效益的影响
从表7中可以看出,各树形处理间果树产量存在较大差异,其中主干分层形结果部位多,单株产量最高,杏(鲜质量)折合每667 m2产量达到1 491.84 kg,显著高于其他3个处理;高干圆头形处理由于提干去除过多结果枝组,结果部位少单株产量低,每667 m2产量仅为主干分层形处理的31.4%,极显著低于其他处理;开心形虽然改善了树冠内部光照条件但是结果部位减少,产量降低,每667 m2产量仅达到主干分层形的62.9%;自然大冠形虽然树冠体积大,但枝条过密,树冠内部光照条件差,结果部位外移,单果质量低且果实品质差。不同树形处理对间作区域小麦产量影响大,自然大冠形处理产量最低,折合667 m2产量仅为94.65 kg,极显著低于其他处理,仅达到最高值开心形处理的43.2%。主干分层形处理产值最高为1 826.71元/667 m2,极显著高于其他处理,分别为高干圆头形、开心形和自然大冠形处理的2.36、1.32、1.41倍。
表8是各树形处理的投入产出分析,从表中可以看出,主干分层形净产值最高,为1 216.71元/667 m2,高干圆头形净产值最低,仅为164.3元/667 m2,开心形和自然大冠形净产值接近。投入产出比主干分层形>自然大冠形>开心形>高干圆头形。综合分析可知,主干分层形经济效益最高,分别较高干圆头形、开心形和自然大冠形处理提高了136%、32%和41%。开心形处理改造虽然有效提高了小麦产量,但由于杏树产量降低而导致整体经济效益降低。
表7 不同树形处理果树、小麦产量及经济效益间的差异
注:果树每667 m2产量按每667 m228株计算,小麦折合667 m2产量按每667 m23/4小麦有效面积计算;产值按小麦2.04元/kg,杏鲜果1.0元/kg计算。
Note:Fruit tree output calculated as 28 tree per 667 m2,wheat yield per 667 m2calculated as 3/4 667 m2,wheat is 2.04 yuan/kg,apricot fresh fruit is 1.0 yuan/kg.
表8 不同树形杏树-小麦间作模式投入产出分析
3讨论与结论
本研究结果表明,4种树形处理中,主干分层形处理树冠体积适中,结果枝组分布合理,负载量大,产量高,这和龚鹏等[9]在扁桃上的研究结果相同;高干圆头形,通过去除下部主枝提干后,树冠上部光照条件未得到有效改善,树冠内部光合能力低,树冠体积小,结果部位少,负载量和产量大幅降低;开心形,树冠体积大,有效改善树冠内部光环境,提高内膛叶片质量和光合能力,与刘娟等[10]研究结果相同,但由于落头后主枝分支部位低,树体结构较松散,结果部位少,产量较低;自然大冠形,缺乏修剪管理,树冠体积大,枝叶密度高,内膛光环境恶化,虽然负载量与主干分层形接近,结果部位外移,单位体积负载量明显降低,单果质量和产量低,与杨青松等[11]在梨和李敏敏[12]在苹果树的研究结果一致。分析主干分层形、高干圆头形和自然大冠形树冠内膛叶片及自然大冠形外围叶片Ci和Ls的变化趋势,结合前人研究[13-14],树冠不同区域叶片Pn降低,主要是由叶肉细胞自身活性下降的非气孔限制因素引起的。
农林复合经营模式下,果树对光的吸收、反射和透射,造成间作区域光质和光强的改变[15-16],小麦灌浆期的弱光胁迫不利于光合产物的合成和分配,果树的遮阴胁迫是造成小麦减产的关键原因[17-18]。本研究结果表明,各树形处理对小麦生长和产量均存在一定影响,距树冠距离越近影响程度越大,与前人研究结果一致[4,19]。对旗叶面积的分析结果表明,各树形处理叶面积的最大值均出现在光照条件较差近冠区域,这与前人在其他作物上的研究结果一致[20],大量研究表明植物在一定的光强适应范围内,叶面积随光照强度的减小而增加,这一形态特征的变化使得植物在弱光条件下能更好地截获光能[21],表明近冠区域的小麦植株通过形态调整适应树冠遮阴造成的弱光胁迫,而冠下区域弱光胁迫已超出小麦的适应范围。几个树形处理对小麦旗叶质量和产量构成指标影响程度由高至低为:自然大冠形>高干圆头形>主干分层形>开心形。影响程度与树冠体积之间无正相关关系,这与张雯等[22]在扁桃小麦间作模式中的研究结果不同,造成这一结果的原因可能与‘胡安娜’杏树枝叶类型和分布特点有关。
杏树成枝力强,枝叶密度较大,在整形管理不到位的情况下,树冠体积大,透光率低,结果部位外移,单位体积负载量降低,树冠内部无效结果区体积变大。杏-冬小麦间作系统中,杏树位于上层生态位,其冠层结构不仅影响树冠对光能的截获,更进一步影响间作区域的光能分布。通过对果树树形结构进行优化改造,能够实现光能在系统内的合理分布,降低对间作小麦的遮阴胁迫。但在生产实践过程中,受品种特性的影响,树形改造同时会对产量和经济效益产生负面影响。如本试验中采用的高干圆头形和开心形树形,改造后杏产量受到较大影响。因此,果树树形改造过程应逐步进行,改形过程中应注意结果枝组的培养。同时改造结果还有待于进一步调查研究。
有关间作经济效益分析的研究主要集中在不同间作物配置、和间作模式配置等方面,关于固定种植模式下树形结构对间作物影响,间作系统经济效益方面的研究较少。本试验结果表明,杏(成龄)麦农林复合系统4 m×6 m种植模式,主干分层形、自然大冠形果实产量高,但自然大冠形对小麦产量影响大,开心形处理小麦产量高,但果树产量低。综合分析认为主干分层形经济效益最高,适合在生产中应用。
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Study on Effect of Tree Form Structure on System of Apricot-Wheat Intercropping in Southern Xinjiang
ZHANG Wen1,XIE Hui1,YANG Lei1,XU Yeting1,GONG Peng1,LU Chunsheng1and ZHANG Ping2
(1.Institute of Horticulture,Xinjiang Academy of Agricultural Sciences,Urumqi830091,China; 2.Institute of Agriculture Products Storage and Processing,Xinjiang Academy of Agricultural Sciences,Urumqi830091,China)
Apricot is one of main fruit tree in Xinjiang,which is widely growed in southern area of Xinjiang. In southern Xinjiang,the major planting model for apricot is intercropping with wheat. With the growth of tree age, growth and output of wheat was influenced by shading of fruit tree crowns. Not only have the fruit tree structures impacted fruit production,but also have great influence on light distribution in intercropping area. Therefore,it is important to choose tree form which is suitable in agro-forestry intercropping systems. This experiment took 9 years old apricot(‘Huanna’)-winter wheat intercropping system as research objects,four treatments such as trunk-delaminating shape,high stem-dome(improve the trunk height),open(remove center pole) and non-pruning big crown shape(CK) were conducted in the paper. We studied the structure indexes of crown,leaves quality and photosynthetic capacity,and we also studied the flag quality,yield components index in different intercropping areas,and predicted the fresh apricot and wheat yield,and comprehensively analyzed the economic efficiency and input-output rate in the different intercropping systems. The results showed that the load and amount of fruit bearing of different tree forms form high to low were in the order of trunk-delaminating shape,no pruning big crown shape,open shape,high stem-domes shape. The leaves quality and photosynthetic indexes in different crown areas among different tree forms had significant difference. The difference of wheat grain output index among treatments was mainly under crown area and near crown area,output of wheat grain form high to low was in the order of open shape,trunk-delaminating shape,high stem-domes shape,no pruning big crown shape. Compared with other treatments,the trunk-delaminating tree form had moderate canopy volume of 53.28 kg per plant yield and 15.60 m-3unit volume load,and it had a little influence on intercropping wheat growth and yield. The comprehensive economic benefits of apricot and wheat were high and its production value per 667 m2was 1 826.71 yuan,and respectively increased by 136%,32% and 41% comparing with high stem-dome,open and no pruning big crown shape. The results preliminary showed that trunk-delaminating tree form is a suitable choice for a tree form of main planting tree in the 4 m×6 m planting pattern of apricot (bearing) wheat agroforestry intercropping system .
Intercropping system; Apricot; Wheat; Crown-shape
2015-08-21
2016-12-28
Agro-research Projects in Public Interest(No.201003043);Natural Science Funds of Xinjiang Uygur Autonomous Region (No.2014211A040); Youth Science and Technology Foundation of Xinjiang Academy of Agricultural Sciences (No.xjnykxy-2012-036).
ZHANG Wen,female,assistant researcher.Research area:fruit cultivation physiology, functional components.E-mail:zwxilin@126.com
ZHANG Ping,male,research fellow.Research area:cultivation and processing of Xinjiang indigenous fruit tree,functional components.E-mail:zhangpingyys@163.com
(责任编辑:成敏Responsible editor:CHENG Min)
2015-08-21修回日期:2015-12-28
公益性行业(农业)科研专项(201003043);新疆维吾尔自治区自然科学基金(2014211A040);新疆农业科学院优秀青年科技人才基金(xjnykxy-2012-036)。
张雯,女,助理研究员,研究方向为果树栽培生理。E-mail:zwxilin@126.com
张平,男,研究员,研究方向为新疆特色果树栽培与加工。E-mail:zhangpingyys@163.com
S662.2;S753.53
A
1004-1389(2016)07-0997-09
网络出版日期:2016-06-30
网络出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1220.S.20160630.1624.014.html