风沙半干旱区仁用杏作物间作对作物光合性能和产量形成的影响

白 伟，孙占祥，郑家明，杜桂娟，蔡 倩，冯良山，杨 宁

(辽宁省农业科学院 耕作栽培研究所，辽宁省旱作节水工程中心，辽宁 沈阳 110161)

风沙半干旱区仁用杏作物间作对作物光合性能和产量形成的影响

白 伟，孙占祥，郑家明，杜桂娟，蔡 倩，冯良山，杨 宁

(辽宁省农业科学院 耕作栽培研究所，辽宁省旱作节水工程中心，辽宁 沈阳 110161)

间作能够提高资源利用效率，探讨仁用杏作物间作对作物光合性能和产量形成的影响，提出适合当地生态环境的最优间作模式，对东北风沙半干旱区农业发展具有重要意义。于2012-2014年在大田试验条件下设置了仁用杏花生间作、仁用杏谷子间作、仁用杏甘薯间作、仁用杏单作、花生单作、谷子单作、甘薯单作7个处理开展了研究。结果表明，仁用杏与作物间作能够提高光能利用效率，2012-2013年间作花生、间作谷子、间作甘薯光能利用效率分别比单作提高44.74%，51.60%，51.68%；仁用杏谷子间作比仁用杏花生间作、仁用杏甘薯间作分别高118.07%，33.09%，为提高土地生产能力奠定了基础。仁用杏作物间作作物越靠近树行，光合作用受影响越重，而仁用杏谷子间作谷子边3行并未受到影响，间作谷子边行的叶面积指数在后期差异也不显著，这是谷子产量降低较少的重要原因之一。2012-2014年间作花生、谷子、甘薯产量比单作分别减少62.90%，54.88%，64.32%，而间作仁用杏与单作产量差异不显著。综合分析认为，仁用杏谷子间作最能够适宜当地的生态环境，在东北风沙半干旱区持续雨养农业发展中具有很好的应用价值。

仁用杏；作物；间作；产量；光合性能

东北风沙半干旱区是我国的生态脆弱带之一，该区域主要的自然气候特点为降水量少、年际分配不均，风沙大、土地利用结构变化较大，土壤贫瘠，平均降水量仅为300～450 mm，素有“十年九旱”之称[1-2]，旱作农业一直是区域典型的农业生产方式。作物间套作、农林间套作等种植方式是我国传统农业的精髓之一，广泛分布于我国和世界各地，间套作能够使农田生物多样性增加[3]，能够提高农田生产力和产出[4]，同时由于空间和时间上的错位能够提高作物对光、温、水等资源的利用效率[5]，与作物单作相比，间套作有很强的优势[6-10]。仁用杏与作物间作是东北风沙半干旱区最重要的农林间作模式，据农业部和中国园艺学会李杏分会统计，辽宁省目前仁用杏栽培面积为1 933 hm2，结果面积227 hm2，产量为950万t，居全国第4位[11]，间作作物主要有花生、谷子、甘薯、南瓜等矮秆作物，农林间作模式在该区域农业可持续发展中具有重要的地位。关于农林间作对作物光合性能和产量研究方面，大多数研究结果显示，树木在空间上能够更好地利用光能，产量并未受到影响，在系统中处于优势地位，而作物受树木遮荫等影响，光能利用降低，作物产量也随之降低，处于劣势地位[12-14]。裴保华等[15]研究表明，杨树与小麦、花生间作导致作物的株高、叶面积均明显降低，小麦和花生分别比单作减产19.9%和22.3%；且作物越靠近树行，作物减产越多[16]。适宜的农林间作模式能够使系统冠层的光重新分布，提高光能利用效率[17-18]。但也存在着相悖的研究结论，有学者研究认为农林间作能够对一些耐荫的作物产生有利的促进作用[19-20]。国内外关于农林间作研究较多，但各地区气候条件、土壤条件等因子的不同，导致研究结果也存在不同，特别是关于东北风沙半干旱区仁用杏与作物间作的产量和光合性能研究报道较少。因此，本研究利用仁用杏作物间作定位试验，探讨仁用杏作物间作对作物光合性能和产量形成的影响，以期为东北风沙半干旱区确定适宜的农林间作模式，提高农田生产能力提供理论依据和技术支持。

1 材料和方法

1.1试验地点

本试验于2012-2014年在辽宁省彰武县章古台镇辽宁省农业科学院章古台试验站(42°43′N，122°22′E)进行。试验地点2012年作物生育期内平均温度为21.21 ℃，降雨量为526.0 mm；2013年作物生育期内平均温度为19.70 ℃，降雨量为455.8 mm；2014年作物生育期内平均温度为20.67 ℃，降雨量为356.30 mm。降雨均主要集中在6-8月，5月和9月降水较少，如图1所示。供试土壤为风沙土，基本理化性状为：有机质6.582 g/kg、全氮0.483 g/kg、速效氮63.17 mg/kg、全磷0.281 g/kg、速效磷2.01 mg/kg、全钾26.95 g/kg、速效钾73.31 mg/kg、容重1.45 g/ cm3、pH 值6.21。

图1 2012-2014年作物生育期内降雨量和平均温度Fig.1 Daily precipitation and mean temperature in crop growth period of experiment station in 2012-2014

1.2供试品种和试验管理

仁用杏(Prunusarmeniaca)品种为龙王冒(2008年栽植)、花生(ArachishypogaeaLinn)品种为白沙1016、谷子(Setariaitalica)品种为LG2008-31、甘薯(Ipomoeabatatas)品种为明水1号，由辽宁省农业科学院提供。单作和间作处理均在播种前施入复合肥375 kg/hm2作为种肥(复合肥含氮15%、磷15%、钾15%)，追施尿素1次(尿素含氮46%)，施肥量为225 kg/hm2。作物生育期内没有灌水。作物播种时间为2012年5月21日、2013年5月20日、2014年5月18日，仁用杏收获时间为2012年7月19日、2013年7月23日、2014年7月26日，作物收获时间为2012年9月25日、2013年谷子和甘薯为9月20日，花生为9月29日、2014年9月26日。

1.3试验设计

试验采用随机区组设计，共设7个处理，分别为仁用杏花生间作(Intercropping apricot and peanut，IP)、仁用杏谷子间作(Intercropping apricot and millet，IM)、仁用杏甘薯间作(Intercropping apricot and sweet potato，ISP)、单作仁用杏(Sole apricot，SA)、单作花生(Sole peanut，SP)、单作谷子(Sole millet，SM)、单作甘薯(Sole sweet potato，SSP)，每个处理小区面积为67.5 m2，3次重复。仁用杏方向为南北(株距2 m×行距4.5 m)，密度为1 111 株/hm2，花生、谷子和甘薯每个条带内种植6行，行距为50 cm，具体田间示意图见图2。作物种植密度为花生180 000 株/hm2，谷子450 000 株/hm2，甘薯60 000 株/hm2。

图2 田间种植模式示意图Fig.2 Sketch map of planting patterns in field

1.4测定项目及方法

1.4.1 土壤理化性质测定 作物播种前(2012年)采用常规方法测定土壤基本理化性状[21]。

1.4.2 光合测定 采用美国拉哥公司(LI-COR)生产的LI-6400便携式光合作用系统测定作物边1行、边2行和边3行光合特性，测定时间为2013年8月18日，测定时光强为1 200 μmol/(m2·s)，温度为31 ℃，测定位置为作物的倒三叶中部，3次重复，取平均值[2]。

1.4.3 光能利用率测定 采用线性光量子传感器LI-191SA(美国LI-COR公司生产)测定作物冠层光合有效辐射，通过实测光合有效辐射和条带光截获模型估算光截获分量，作物光能利用率为地上干物质与累积光截获量回归直线的斜率[22]。

1.4.4 叶面积指数测定 分别在作物不同生育时期(2012，2013年的6月26日、7月16日、8月5日、8月25日、9月14日)测定单位面积(1 m2)的叶面积，花生、谷子和甘薯的叶面积均用打孔法测定，计算叶面积指数，3次重复。

1.4.5 叶绿素测定 采用SPAD-502叶绿素计(日本美能达公司制造)测定，测定位置为作物的倒三叶，并分叶基、叶中、叶尖测定，10次重复。

1.4.6 作物产量测定 首先进行间作和单作的密度均一化，通过株距和行长密度计算单作和间作作物种植密度均一化，计算公式如下[10]：

HDi=Pi×RLDi

①

式中HDi表示均一化种植密度(株/m2)，Pi为株距密度(株/m2)，RLDi为行长密度(Row length density)[10]。在本试验中，间作花生的均一化种植密度为16.63 株/m2，单作花生的均一化种植密度为25.00 株/m2，间作谷子的均一化种植密度为29.93 株/m2，单作谷子的均一化种植密度为45.00 株/m2，间作甘薯的均一化种植密度为4.03 株/m2，单作甘薯的均一化种植密度为6.00 株/m2。收获时分别取边1行、边2行、边3行，长度为1 m，净面积4.5 m2，进行产量测定，3次重复。谷子和花生的经济产量是收获的籽粒产量放置通风处晒干至籽粒含水率14%左右，称重后获得，甘薯产量用块茎干质量和含水量为80%计算[10]。单株产量通过测产区的质量和株数计算得到。间作和单作中作物的产量都用均一化产量Yi表示，计算公式如下：

Yi=PYi×HDi

②

式中，Yi为均一化产量(g/m2)，PYi为单株平均产量(g/株)；人工采摘仁用杏取杏仁(自然晒干产量)称重折合成小区产量，3次重复。

1.5数据分析

采用Excel进行数据整理分析并作图，SPSS 16.0软件进行数据方差分析，在a=0.05显著水平上多重比较处理间的差异显著性。

2 结果与分析

2.1仁用杏作物间作对光能利用效率的影响

通过对仁用杏作物间作光能利用效率的方差分析表明(图3)，间作花生、间作谷子和间作甘薯与单作差异显著(P<0.05)。2012年间作花生比单作提高48.21%，间作谷子比单作提高53.39%，间作甘薯比单作提高50.28%；2013年间作花生比单作提高41.27%，间作谷子比单作提高49.80%，间作甘薯比单作提高53.07%；2012-2013年间作花生、间作谷子、间作甘薯分别比单作提高44.74%，51.60%，51.68%，说明仁用杏与作物间作能够提高花生、谷子和甘薯的光能利用效率。仁用杏谷子间作与仁用杏花生间作、仁用杏甘薯间作达到差异水平(P<0.05)，2012年仁用杏谷子间作系统光能利用效率最大，比仁用杏花生间作高118.07%，比仁用杏甘薯间作高33.09%；2013年与2012年表现一致，仁用杏谷子间作光能利用效率比仁用杏花生间作高106.18%，比仁用杏甘薯间作高33.94%，由此表明，3种间作模式中仁用杏谷子间作高光能利用效率，为提高土地生产能力奠定了基础。

IP.仁用杏花生间作；SP.花生单作；IM.仁用杏谷子间作；SM.谷子单作；ISP.仁用杏甘薯间作；SSP.甘薯单作。图4-7，10同。IP.Apricot and peanut intercropping; SP.Sole peanut; IM.Apricot andmillet intercropping; SM.Sole millet;ISP.Apricot and sweet potatointercropping; SSP.Sole sweet potato.The same as Fig.4-7，10.

2.2仁用杏作物间作对作物叶片光合作用的影响

2.2.1 光合速率 方差分析表明(图4)，间作花生与单作花生差异显著(P<0.05)，边1行、边2行、边3行分别比单作低92.70%，85.59%，84.68%，边1行、边2行和边3行差异不显著(P0.05)，说明花生受仁用杏遮荫影响严重，且越靠近树行影响越重；仁用杏谷子间作与仁用杏花生间作表现不同，边1行和边2行与单作差异显著(P<0.05)，分别比单作低83.29%，49.36%，但边3行与单作差异不显著(P0.05)，说明仁用杏谷子间作边3行的光合速率并未受到影响，而边1行和边2行受到影响。仁用杏甘薯间作与仁用杏谷子间作表现一致，边1行和边2行与单作差异显著(P<0.05)，分别比单作低80.09%，17.23%，边3行与单作差异不显著(P0.05)，甘薯较高的光合速率可能与自身叶绿素含量较大有关。

2.2.2 气孔导度 方差分析表明(图5)，间作花生与单作花生差异显著(P<0.05)，边1行、边2行、边3行分别比单作低76.02%，84.87%，51.74%；边2行与边3行差异显著(P<0.05)，边2行比边3行低68.65%。间作谷子与单作谷子差异不显著(P0.05)，说明间作谷子气孔导度受间作影响较小。仁用杏甘薯间作与单作差异显著(P<0.05)，边1行、边2行和边3行分别比单作低64.60%，39.89%，17.39%；边1行与边2行、边3行差异显著(P<0.05)，边1行分别比边2行、边3行低41.10%，79.82%。

IProw1.仁用杏花生间作边1行，IProw2.仁用杏花生间作边2行，IProw3.仁用杏花生间作边3行，SP.花生单作；IMrow1.仁用杏谷子间作边1行，IMrow2.仁用杏谷子间作边2行，IMrow3.仁用杏谷子间作边3行，SM.谷子单作；ISProw1.仁用杏甘薯间作边1行，ISProw2.仁用杏甘薯间作边2行，ISProw3.仁用杏甘薯间作边3行，SSP.甘薯单作。图5-7同。

IProw1.Apricot and peanut intercropping row1，IProw2.Apricot and peanut intercropping row2，IProw3.Apricot and peanut intercropping row3，SP.Sole peanut; IMrow1.Apricot and millet intercropping row1，IMrow2.Apricot and millet intercropping row2，IMrow3.Apricot and millet intercropping row3，SM.Sole millet; ISProw1.Apricot and sweet potato intercropping row1，ISProw2.Apricot and sweet potato intercropping row2，ISProw3.Apricot and sweet potato intercropping row3，SSP.Sole sweet potato.The same as Fig.5-7.

图4仁用杏作物间作对作物叶片光合速率的影响
Fig.4Effectofcropsleavesphotosyntheticrateinintercroppingapricotandcrops

图5 仁用杏作物间作对作物叶片气孔导度的影响Fig.5 Effect of crops leaves Gs in intercropping apricot and crops

2.2.3 胞间CO2浓度 方差分析表明(图6)，仁用杏花生间作中，边1行、边2行与单作差异不显著(P0.05)，但边3行与单作差异显著(P<0.05)，比单作高32.40%。仁用杏谷子间作与仁用杏花生间作表现不同，边2行、边3行与单作差异不显著(P0.05)，边1行与边2行、边3行、单作差异显著(P<0.05)，边1行分别比边2行、边3行、单作高189.00%，74.22%，121.33%。仁用杏甘薯间作，间作甘薯与单作差异均不显著(P0.05)。

2.2.4 蒸腾速率 方差分析表明(图7)，间作花生与单作差异显著(P<0.05)，边1行、边2行、边3行分别比单作低72.54%，79.56%，59.65%，与光合速率表现一致。边1行、边2行与边3行差异显著(P<0.05)，分别比边3行低31.93%，49.34%，说明作物越靠近树行，自身的蒸腾作用受间作影响越大。仁用杏谷子间作，边1行、边2行与单作差异显著(P<0.05)，分别比单作低75.96%，56.85%；边1行、边2行与边3行差异显著(P<0.05)，分别比边3行低78.37%，61.17%。说明仁用杏谷子间作边3行并未受到间作的影响，这是间作谷子与单作相比产量降低较少的另一重要原因。仁用杏甘薯间作与其他间作表现不一致，边1行、边3行与单作差异显著(P<0.05)；边2行与单作差异不显著(P0.05)，这可能与甘薯自身叶面积指数较大有关。

图6 仁用杏作物间作对作物叶片胞间CO2浓度的影响Fig.6 Effect of crops leaves Ci in intercropping apricot and crops

图7 仁用杏作物间作对作物叶片蒸腾速率的影响Fig.7 Effect of crops leaves Tr in intercropping apricot and crops

2.3仁用杏作物间作对作物叶面积指数的影响

作物叶面积指数分析结果表明(图8)，间作作物与单作作物叶面积指数均随着生育期的推进，表现出先增加后减小的变化趋势。2012年单作花生均高于间作花生边1行、边2行、边3行，其中边3行在36，56，76，96，116 d时分别比单作低40.29%，53.43%，62.06%，35.03%，53.13%；边2行在36，56，76，96，116 d时分别比单作低25.73%，49.14%，57.75%，44.44%，43.89%；边1行在36，56，76，96，116 d时分别比单作低30.10%，44.12%，55.60%，38.16%，49.83%，2013年与2012年表现基本一致。2012年单作谷子均高于间作谷子边1行、边2行、边3行，但后期边行比单作降低较少。2013年与2012年表现基本一致，间作谷子后期较高的叶面积指数为截获更多的光能，增加作物产量奠定了基础。2012年单作甘薯均高于间作甘薯边1行、边2行、边3行，其中边3行在36，56，76，96，116 d时分别比单作低14.16%，40.96%，55.89%，32.05%，31.09%；边2行在36，56，76，96，116 d时分别比单作低29.39%，47.52%，48.94%，39.02%，29.08%；边1行在36，56，76，96，116 d时分别比单作低20.33%，44.04%，50.99%，35.62%，28.40%，2013年与2012年表现基本一致。间作花生和间作甘薯的叶面积指数比单作降低四分之一以上，直接降低了对光能的利用效率，影响了产量。

图8 仁用杏作物间作对作物叶面积指数的影响Fig.8 Effect of crops leaf area index in intercropping apricot and crops

2.4仁用杏作物间作对作物SPAD值的影响

作物SPAD值分析结果表明(图9)，2012年间作花生边1行均低于单作，在36，56，71，98，123 d时分别比单作降低15.25%，6.76%，9.07%，9.36%，10.61%，边2行、边3行均低于单作。2012年间作谷子边1行均低于单作，在36，56，71，98，123 d时分别比单作降低14.23%，7.30%，12.80%，3.21%，7.75%，边2行、边3行与单作差异不显著(P0.05)。2012年间作甘薯的边1行均低于单作，在36，56，71，98，123 d时分别比单作降低11.30%，8.40%，8.11%，3.64%，15.19%，边2行、边3行与单作差异不显著(P0.05)。2013年单间作作物SPAD值与2012年表现一致，由此表明，仁用杏作物间作作物越靠近树行，作物SPAD值受间作影响越严重，降低作物叶片的叶绿素含量，导致了甘薯减产。

图9 仁用杏作物间作对作物叶绿素的影响Fig.9 Effect of crops leaves SPAD in intercropping apricot and crops

2.5仁用杏作物间作对作物产量的影响

产量方差分析表明(图10)，间作花生、间作谷子、间作甘薯产量与单作均达到显著水平(P<0.05)，间作仁用杏与单作仁用杏的产量差异均不显著(P0.05)，说明在仁用杏作物间作模式中，仁用杏是优势作物，作物为劣势作物，间作均会导致作物一定程度的减产。间作花生与单作花生产量差异显著(P<0.05)，2012-2014年分别比单作减少70.83%，58.63%，53.90%；间作谷子与单作谷子产量差异显著(P<0.05)，2012-2014年分别比单作减少63.24%，45.65%，52.20%；间作甘薯与单作甘薯差异显著(P<0.05)，2012-2014年分别比单作减少67.67%，61.48%，62.23%。从3年平均值看，间作花生比单作花生产量平均减少62.90%，间作谷子比单作谷子产量平均减少54.88%，间作甘薯比单作甘薯减少64.32%。由此表明，仁用杏与花生、谷子和甘薯间作，受间作影响最大的是甘薯，影响最小的是谷子。

AIWP.间作花生的仁用杏;AIWM.间作谷子的仁用杏;AIWSP.间作甘薯的仁用杏;SA.仁用杏单作。AIWP.The apricot intercropped with peanut; AIWM.Apricot intercropped with millet;AIWSP.Apricot intercropped with sweet potato; SA.Sole apricot.

3 讨论与结论

农林间作中作物的光能利用效率在不受养分和水分影响时，间作的生产力主要是由群体对光能的吸收和利用决定[23-25]。间作导致树木与作物在空间上的错位，改善了群体内的光分布，提高作物光的截获率与转化效率[26]；多数研究表明，农林复合系统能够增加叶面积指数和延长光合时间，提高光能利用率，最终增加作物产量，但是也有研究表明，农林间作中光能利用率没有显著的变化[27]。郭佳欢等[28]通过对枣麦间作研究发现，3 m×4 m的间作模式可有效改善间作内光分布，提高系统的光能利用效率。本研究结果表明，仁用杏与作物间作能够提高光能利用效率，其中仁用杏谷子间作的光能利用效率最大，比仁用杏花生间作高118.07%，比仁用杏甘薯间作高33.09%；仁用杏花生间作、仁用杏谷子间作、仁用杏甘薯间作分别比单作花生、单作谷子、单作甘薯提高44.74%，51.60%，51.68%。仁用杏作物间作作物越靠近树行，光合作用受间作影响越重，而间作谷子边3行并未受到影响，同时边行的叶面积指数在后期与单作差异不显著，这也是间作谷子产量降低较少的重要原因之一，而间作花生和间作甘薯的叶面积指数比单作降低四分之一以上，直接降低了对光能的利用效率。农林间作这种空间、时间上的差异改变了种间、种内竞争关系，进而影响作物产量[12-14]。Odhiambo等[29]对南洋樱玉米间作、银桦玉米间作研究发现，间作使玉米产量分别下降40%和50%。本研究结果表明，2012-2014年间作花生、谷子、甘薯比单作平均减产62.90%，54.88%，64.32%，而间作仁用杏与单作产量差异不显著，与前人研究结果一致。

仁用杏与花生、谷子、甘薯间作均能显著提高系统的光能利用效率，其中仁用杏谷子间作的光能利用效率最大，3种间作模式均会降低作物产量，谷子产量受间作影响最小，间作仁用杏与单作仁用杏差异不显著。综合分析认为，仁用杏谷子间作最能够适宜当地的生态环境，在东北风沙半干旱区具有较强的应用前景。另外，研究只从3种间作模式光能利用和产量角度进行了研究，关于土地生产能力、水分利用机理、养分互作机理等科学问题仍需要进一步深入探讨，后续将作跟踪报道。

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EffectofLeafPhotosyntheticCharacteristicsandYieldApricotandCropsIntercroppinginaSemi-aridArea

BAI Wei，SUN Zhanxiang，ZHENG Jiaming，DU Guijuan，CAI Qian，FENG Liangshan，YANG Ning

(Tillage and Cultivation Research Institute，Liaoning Academy of Agricultural Sciences，Engineering Research Centre for Dryland and Water-Efficient Farming of Liaoning Province，Shenyang 110161，China)

Intercropping can improve the efficiency of resource utilization.To study the effects of the apricot intercropping system on crop yield and yield formation，and put forward the optimal intercropping model suitable for the local ecological environment，which is of great significance to the agricultural development in the semi-arid region of Northeast China，a field experiment is conducted in 2012-2014 with seven treatments，including the apricot-peanut intercropping，the apricot-millet intercropping，the apricot-sweet potato intercropping，the sole apricot，the sole peanut，the sole millet and the sole sweet potato.The results showed that apricot and crop intercropping treatments could improve the photosynthetic efficiency，in which apricot-peanut intercropping，apricot-millet intercropping and apricot-sweet potato intercropping was 44.74%，51.60% and 51.68% higher than that of sole crop in 2012-2013，and apricot-millet intercropping was 118.07% and 33.09% higher than that of apricot-peanut intercropping and apricot-sweet potato intercropping，respectively.The more close the crop line，the more the photosynthesis is affected in apricot intercropping system，but 3 side rows of millet didn′t，while the leaf area index of side rows in millet intercropping was not different at the later stage，which was one of the important reasons why millet yield was low.The average yield of peanut，millet and sweet potato in intercropping system was 62.90%，54.88% and 64.32% lower than that of sole cropping in 2012-2014，but there was no significant difference in the yield between apricot intercropping and sole cropping.The comprehensive analysis shows that the apricot-millet intercropping can be suitable for the local ecological environment，and it has a good application value in the development of dry land agriculture in the wind and sand semi-arid area of Northeast China.

Apricot; Crops; Intercropping; Yield; Photosynthetic

2017-07-29

国家重点研发计划项目(2016YFD0300204)；国家自然基金面上项目(31170407)

白 伟(1982-)，男，内蒙古赤峰人，副研究员，博士，主要从事旱地耕作制度理论与技术研究。

孙占祥(1967-)，男，辽宁新宾人，研究员，博士，主要从事旱地耕作制度理论与技术研究。

S156

A

1000-7091(2017)05-0200-08

10.7668/hbnxb.2017.05.030