枣棉间作下种植方式对棉花光合特征的影响

徐鹏 万素梅 徐文修 陈国栋 陈旭 张金龙 胡守林

摘要：为探寻枣棉间作下不同种植方式对棉花光合特性的影响并筛选出适合南疆阿拉尔垦区枣棉间作适宜的棉花种植密度提供理论依据，在枣棉间作条件下，设置m1、m2、m3 3种不同的种植方式，分别距离红枣1.5、1.0、0.5 m种植棉花，研究不同种植方式对棉花光合特征的影响。结果表明，m3的净光合速率、气孔导度都有较强的优势，在日变化中蒸腾速率最低值出现的时间比较晚，水分利用率相对较高。在南疆阿拉尔垦区，枣棉间作不同种植密度对棉花光合特征具有很大的影响，选择头年嫁接灰枣与高密度棉花种植方式能有效改善这种立体种植模式。

关键词：枣棉间作立体种植模式;棉花;日变化;光合特征;水分利用效率;种植密度配置模式

中图分类号： S562.04  文献标志码： A  文章编号：1002-1302（2019）05-0068-03

收稿日期：2018-09-30

基金项目：国家重点研发计划（编号：2016FYC0501407-04）;国家自然科学基金（编号：31671644、31660410、31601272）。

作者简介：徐 鹏（1990—），男，陕西城固人，硕士研究生，从事农业可持续发展理论与技术研究。E-mail：18193707786@163.com。

通信作者：胡守林，教授，从事农业可持续发展理论与技术。E-mail：hushoulinghu@163.com。

近年来，随着南疆林果产业快速发展，果棉间作也必将成为棉花生产的主要模式[1-3]。棉花和红枣最早是塔里木盆地经济支柱型农业产业，农业化种植产业如何在枣棉间作条件下，合理地进行有效的种植密度，尽可能减轻枣树对棉花生产的不利影响已成为南疆棉花保持稳产的一个重要课题[4-5]。农林间作系统可以有效地利用光、热、水、肥等因素能够实现资源的高效利用以及农业产业高产高效等优点。根据合理高效的间作种植模式可以使间作作物有效地配合光、热、水、气等气候之间各因素的效能[6-9]，并产生间作作物之间的互补效应，增加农作物产品整体的经济效益，降低农产品的投入成本[10-11]。在农林间作系统中，光合作用效率是农作物与林木最重要的效能之一[12-14]。在间作枣树和棉花的系统中，枣树对棉花的遮阴会影响棉花的光合特性，既而影响棉花产量，但随着枣树与棉花之间种植密度的增加，棉花的其他农艺性状指标和干物质质量等显著提高，但株高却显著降低，结铃数和单铃质量等指标也逐渐减小[15-16]。然而，不同复合栽培种植密度之间也有不同的光照度和光能利用率。在1年果的枣园里，枣树较矮，所需要的水量不多，对棉花光合作用的影响有限。因此，在枣棉间作中棉花适宜高密度种植可使棉花光合作用的效率得到增强，可以提高棉花的产量，枣棉间作中高密度的棉花种植具有较强的潜力，尤其是在光能利用效率方面可提高作物种植的产量、增加经济效益[17-20]。

现阶段，一般在间作系统种植中对棉花光合作用的研究都在单作大田，间作中的棉花光合作用研究较少。王志伟等研究发现，棉花的光合作用没有“午休”现象，也不受气孔导度因素的影响，从而为棉花提高更多的物质积累而高产稳产[21]。本试验通过研究枣棉间作不同种植模式棉花的光合特性、水分利用率和产量变化规律，并探明枣棉间作最佳种植密度，为研究并制定合理而高效的枣棉间作种植密度配置模式提供实际性的理论基础和现实指导意义。

1 材料与方法

1.1 试验品种及试验条件

试验于2014年4—10月在塔里木大学园艺站枣园（40°32′34″N、81°18′07″E，海拔1 015 m）进行，枣树是2012年酸枣直播建园，2014年嫁接头年灰枣，棉花品种为新路中36号。试验地属典型的暖温带大陆干旱荒漠气候，太阳辐射年均为559.4～612.1 kJ/cm2，日照时数约为2 996 h/年，日照率66%，≥10 ℃的年积温在4 000 ℃以上，年均气温 10.8 ℃。年均降水量40.1～82.5 mm，年均蒸发量1 976.6～2 558.9 mm，地下水埋深在3 m以下。园艺试验站土壤类型为沙壤土，土壤pH值7.90，有机质含量11.2 g/kg，碱解氮含量33.67 mg/kg，全氮含量1.51 g/kg，速效磷含量 58.70 mg/kg，速效钾含量107.34 mg/kg。

1.2 试验设计

本试验以枣棉间作为研究对象，间作种植模式为塔里木盆地红枣主要种植模式，红枣为嫁接头年灰枣，棉花于2014年4月13日播种，播种前进行平地、除草，使用旋耕机均匀翻耕，试验地田间管理除严格按照试验设计不同处理分别实施外，其余的栽培管理同大田一样实施。

本试验红枣株行距为0.5 m×3 m，分为3种不同的间作模式：第1种命名为m1，指在2行红枣之间种植1行棉花，棉花与红枣的距离是1.5 m;第2种命名为m2，指在2行红枣之间种植4行棉花，棉花与红枣的距离是1 m;第3种命名为m3，指在2行红枣之间种植6行棉花，棉花于红枣的距离是0.5 m;对照CK，采用和m3相同的种植模式。为了保证面棉花和红枣的正常生長发育，笔者选取最合适的灌水量300 m3（全生育期）进行灌溉，采用滴灌方式进行灌溉，采用水表严格要求控制水量，红枣和棉花的施肥量分别按照需肥标准进行施肥，4个小区的棉花、红枣的单独施肥量相同。

1.3 测定项目与方法

本试验主要测定棉花的光合生理指标，其中包括棉花叶片的净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs），叶片瞬时水分利用效率（WUE）等生理指标。在棉花的花铃期，每个处理分别选择2株棉花，棉花要求生长健康、长势一致、无病斑、光照均一的同一叶位，测定其光合日变化进程，采用LI-6400便携式光合仪测定各个小区棉花叶片光合生理指标，每个小区测定6张叶片并取其平均数。测定时选择晴朗的天气，从08：00—20：00每2 h测定1次。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2003软件进行数据处理、作图。

2 结果与分析

2.1 不同种植模式对棉花叶片净光合速率（Pn）日变化的影响

植物的光合作用是决定植物干物质和能量的前提，也是植物生长状态的重要因素，同样净光合速率是表示光合作用程度的重要指标[22-24]。从图1可以看出，在不同种植密度下，棉花净光合速率日变化都表现为单峰曲线，净光合速率从12：00过后显著提升，峰值出现在16：00、18：00，之后由于光照减弱，净光合速率迅速下降。m1、m2、m3、CK净光合速率峰值依次为7.69、5.52、6.20、7.90 μmol/（m2·s），其中m1和CK处理明显高于其他2个处理。CK的净光合速率明显高于其他处理，最低的是m2，日平均净光合速率从大到小依次为CK[4.96 μmol/（m2·s）]>m1[4.83 μmol/（m2·s）]>m3[4.32 μmol/（m2·s）]>m2[4.07 μmol/（m2·s）]。CK净光合速率最大，又因为CK与m3一样是高密度种植，所以高密度种植（m3、CK）对棉花净光合速率影响最大。

2.2 不同种植模式对棉花叶片蒸腾速率（Tr）日变化的影响

蒸腾速率能够保证植物水分和养分得到充分的吸收，并能调节植物内的能量状况。植物体内一定的物质积累，需要一定的水分来维持体内平衡，这些都是源于植物的蒸腾量，植物的干物质和水分利用率是蒸腾速率的重要指标。蒸腾速率是棉花水分代谢的重要一环，它既可以反映植物生长发育情况，又可以反映植物对水肥的吸收特点[23]。相对于大田种植棉花来说，一些高产的棉田相比于普通棉田，其光合能力更强、蒸腾速率更高。由图2可以看出，不同枣棉间作种植密度间棉花的蒸腾速率所表现出的差异比较明显，但是4种种植模式的峰值都出现在16：00，说明此时棉花的蒸腾速率最高。不同种植模式蒸腾速率的光合日变化平均值由大到小依次为CK[3.20 mmol/（m2·s）]>m1[3.15 mmol/（m2·s）]>m3[2.91 mmol/（m2·s）]>m2[2.82 mmol/（m2·s）]。

2.3 不同种植模式对棉花气孔导度（Gs）日变化的影响

气孔张开程度能够直接影响光合作用、呼吸作用和蒸腾作用，在光合作用下，空气中的CO2进入到叶片中的细胞间隙，并在光照度下发生光合作用[26]。由图3可以看出，在 08：00 时，不同种植模式之间气孔导度有明显差异，CK与m1较高，m2最低;从10：00过后，随着温度的升高，气孔导度有缓慢增长的趋势。不同种植模式气孔导度的光合日变化平均值由大到小依次为m1[0.107 mol/（m2·s）]>CK[0.106 mol/（m2·s）]>m3[0.089 mol/（m2·s）]>m2[0076 mol/（m2·s）]。温度降低时，光照时间虽然很长，气孔很难完全打开。这时如果水分不够，也会使气孔导度下降。

2.4 不同种植模式对棉花水分利用效率（WUE）日变化的影响

由图4可以看出，m3水分利用率日变化较为明显，且有最大峰值2.91 μmol/mmol。不同种植模式水分利用效率日变化平均值由大到小依次为m3（1.52 μmol/mmol）>CK（1.502 μmol/mmol）>m1（1.5 μmol/mmol）>m2（1.32 μmol/mmol），m3与m2相比，由于棉花密度较大，对水分利用率也有较大影响[27]。

3 讨论与结论

在枣棉间作系统中，棉花不同种植方式对光合特性和水分利用率等方面的研究都不尽相同，本试验通过3种不同种植模式和1次对照的枣棉间作方式中来看，从净光合速率、蒸腾速率、气孔导度日变化及其平均值来看，m1较m3有优势，

m2最小，这是因为m1种植棉花密度较低，能得到较多的自然资源，单株生长情况比较好，能充分发挥个体优势。但是，由于密度很低，群體数量不足，群体的光合速率比较低，光合物质积累少，产量低，无法达到预期的经济效益，m3为高密度种植，虽然产量高，但经济产量能力较低。但从不同种植密度对水分利用率来看，高密度的水分利用率要高于中密度和低密度的水分利用率。宁新柱等在棉花不同种植密度的研究中发现，棉花的种植密度越高，会导致生育期的延后，虽然单株棉花的干物质积累随密度的增加而减小，但群体棉花干物质的积累会随密度的增大而增加[28]。而刘天煜等认为，在间作后期，枣树生长个体较大，对间作棉花造成遮阴，对棉花光合生理特性影响较为明显，从而会在枣棉间作系统中影响棉花光合和产量的形成[29]。本研究表明，根据枣棉间作系统不同种植模式下，随着枣树和棉花间的距离减小，棉花的不同间距之间光合日变化也逐渐降低，间作棉花的光合特性明显降低。

枣棉间作中，不同的棉花种植密度对棉花光合特性、农艺性状、产量等都有较为明显的影响，棉花高密度种植会导致个体之间存在竞争关系，会影响到各个生育期的生长，密度越高，水分利用率越大。低密度种植会导致群体间无法形成合理的种植结构，出现棉花倒伏等情况，从而影响棉花的产量，通过分析枣棉间作系统中枣树对棉花光合特性分析表明，适当修剪枣树树枝和增加枣树和棉花之间的距离，可以减小枣树对棉花的光合作用的影响，尤其是枣树的果枝长期对棉花遮阴的影响，这样会更利于提高间作棉花的产量，从而取得更好的提高枣棉间作带来的经济效益。

综上所述，本试验研究结果表明，在枣棉间作条件下，头年嫁接灰枣与高密度棉花（m3）有较强优势，尤其是在增加单位面积光合利用效率方面，在提高单位面积产量和增加经济效益方面较有潜力，可供南疆大面积枣棉间作提供理论依据。

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