核麦间作模式下密度对冬小麦旗叶光合特性及产量的影响

高永红，雷钧杰，张永强 ，陈传信，方 辉，范贵强，丁银灯，黄天荣

(新疆农业科学院粮食作物研究所，乌鲁木齐 830091)

0 引 言

【研究意义】新疆南疆四地州(喀什地区、和田地区、阿克苏地区和克孜勒苏柯尔克孜自治州)是新疆核桃的主要产区，核桃种植面积超过36.67×103hm2(550×103亩)，占全疆94%以上[1]。该区核桃多采用与果农间作的模式种植，其中以核麦间作最多。在核麦间作模式中，由于核桃树冠对下层小麦形成遮阴，导致小麦长期生长在弱光环境中。小麦是喜光作物，研究小麦不同密度群体对核桃树遮阴下弱光胁迫的响应，筛选出适宜于核麦间作模式下小麦的密度，对优化核麦间作具有重要意义。【前人研究进展】弱光显著降低了作物光合作用，导致产量下降[2-4]。牟会荣等[5]研究表明，遮阴不仅降低了小麦灌浆中前期旗叶叶绿素含量，还显著降低了旗叶净光合速率。郭翠花等[6]研究表明，花后遮阴导致小麦旗叶净光合速率及光合产物积累均明显降低，且小麦开花后遮阴越早，对籽粒产量影响越大。小麦籽粒产量是个体与群体间相互协调的共同结果[7]，合理的小麦种植密度不仅可协调个体和群体之间矛盾，改善群体内部环境，使植株充分利用光热资源，还能促进穗数、穗粒数和粒重的协调发展，达到增产增效[8-9]。【本研究切入点】目前，在当地核麦间作条件下冬小麦种植仍按照常规的播种密度播种，但在核麦间作条件下冬小麦是增加密度还是降低密度，目前尚无定论，亟需开展相关研究。研究核麦间作模式下密度对冬小麦旗叶光合特性及产量的影响。【拟解决的关键问题】核麦间作条件下，设置不同的密度，研究核麦间作条件下不同密度对冬小麦旗叶光合特性及产量和产量构成因素的影响，分析核麦间作条件下适宜的冬小麦种植密度，为新疆南疆核麦间作冬小麦高产优质提供理论依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验于2016～2017年在新疆泽普阿依库勒乡5村(77°17' E，38°18' N)进行。海拔高度1 215～1 490 m，属暖温带大陆性干旱气候，年平均气温11.4℃，极端最高气温39.5℃，极端最低气温-22.7℃。光热资源充足，光照时间长，干旱少雨，蒸发强烈，昼夜温差大；春夏多大风、沙暴、浮尘天气。试验地土壤为沙壤土，前茬为夏大豆，土壤有机质为 1.517 g/kg，全氮 0.712 g/kg，碱解氮38.4 mg/kg，速效磷17.9 mg/kg，速效钾102.6 mg/kg。试验地核桃树树龄8 a，长势均匀，南北行向，行距8 m，株距4 m。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

以冬小麦新冬40号为材料，在核麦间作模式中设置5个不同种植密度处理，分别为450×103株/hm2(M1处理)，525×103株/hm2(M2处理)，600×103株/hm2(M3处理)，675×103株/hm2(M4处理)，750×103株/hm2(M5处理)，各处理均于2016年10月5日采用人工开沟播种，行距20 cm，小区面积36 m2(5 m×7.2 m)，重复3次。基肥随整地深施尿素150 kg/hm2，磷酸二铵300 kg/hm2，其他田间管理与当地高产田一致。

1.2.2 测定指标1.2.2.1 旗叶光合参数

于冬小麦开花期、花后10 d、花后20 d，采用LI-6400光合仪，于晴天11:00～13:00测定各处理冬小麦旗叶的净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)和胞间CO2浓度(Ci)等指标，每个处理每个重复测定5片旗叶。

1.2.2.2 产量构成因素

于冬小麦成熟期，每个处理每个重复均在冠下区和远冠区分别取具有代表性的1 m×2行室内考种，计算出有效穗数、穗粒数和千粒重。每个处理每个重复均在冠下区和远冠区分别收获4 m2(2 m×2 m)用于测定生物量和籽粒产量。

1.3 数据处理

采用Microsoft Office 2016软件进行数据处理和制图，采用SPSS19.5统计分析软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 核麦间作条件下密度对冬小麦旗叶净光合速率(Pn)的影响

研究表明，与远冠区相比，冠下区由于核桃的遮阴明显降低了冬小麦叶片的叶净光合速率(Pn)，且远冠区和冠下区小麦叶片Pn均随灌浆进程推进而逐渐降低。在不同密度处理间，冠下区冬小麦旗叶Pn随着密度的增加而逐渐降低，远冠区随着密度的增加呈“先增后降”的变化规律，远冠区在M2处理达到最大值。冠下区M1处理Pn最大为11.39 μmol CO2/(m2·s)，较M2、M3、M4、M5处理相比，Pn提高了1.21%、8.24%、11.97%和29.17%，其与M2处理间差异不显著，与M3、M4、M5处理间差异达显著水平(P<0.05)；远冠区Pn以M2处理最大为17.55 μmol CO2/(m2·s)，Pn较M1、M3、M4、M5处理提高了2.34%、6.34%、15.93%和30.78%，其与M1处理间差异不显著，与M3、M4、M5处理间差异达显著水平(P<0.05)。表1

表1 核麦间作不同密度下冬小麦旗叶净光合速率(Pn)变化Table 1 Effects of density on flag leaf’s net photosynthetic rate of winter wheat under walnut- wheat intercropping condition

2.2 核麦间作条件下密度对冬小麦旗叶蒸腾速率(Tr)的影响

研究表明，与远冠区相比，冠下区由于核桃的遮阴明显降低了冬小麦旗叶的蒸腾速率(Tr)，且远冠区和冠下区小麦旗叶Tr均随生育进程的推进而逐渐降低。不同密度间，冠下区冬小麦旗叶Tr均随着密度的增加而降低，远冠区随着密度的增加呈“先升高后降低”的变化规律，远冠区在M2处理达到最大值。冠下区M1处理Tr最大为2.20 μmol H2O/(m2·s)，较M2、M3、M4、M5处理相比，Tr提高了10.79%、23.24%、46.82%和80.38%，处理间差异均达显著水平(P<0.05)。远冠区Tr以M2处理最大为3.76 μmol H2O/(m2·s)，与M1、M3、M4、M5处理相比Tr分别增大了3.27%、4.49%、12.74%和25.30%，其与M1、M3处理间差异不显著，与M4、M5处理间差异达显著水平(P<0.05)。表2

表2 核麦间作不同密度下冬小麦旗叶蒸腾速率(Tr)变化Table 2 Effects of density on flag leaf’s transpiration rate of winter wheat under walnut- wheat intercropping condition

2.3 核麦间作条件下密度对冬小麦旗叶气孔导(Gs)度的影响

研究表明，与远冠区相比，冠下区由于核桃树遮阴，冬小麦旗叶气孔导度(Gs)明显降低。随着密度的增加，冠下区及远冠区冬小麦旗叶的Gs与Pn、Tr的变化规律一致。冠下区以M1表现最优，Gs最大为0.165 mmol H2O/(m2·s)，与M2、M3、M4和M5处理相比分别高出3.97%、11.67%、23.06%和28.30%，其与M2处理间差异不显著，与M3、M4、M5处理间差异达显著水平(P<0.05)；而远冠区以M2处理Gs最高为0.251 μmol/(m2·s)，较M1、M3、M4和M5处理增幅分别为2.79%、6.08%、18.03%和27.22%，其与M1处理间差异不显著，与M3、M4、M5处理间差异达显著水平(P<0.05)。表3

表3 核麦间作不同密度下冬小麦旗叶气孔导(Gs)度变化Table 3 Effects of density on flag leaf’s stomatal conductance of winter wheat under walnut-wheat intercropping condition

2.4 核麦间作条件下密度对冬小麦旗叶胞间CO2浓度(Ci)的影响

研究表明，与远冠区相比，冠下区由于核桃树遮阴，冬小麦旗叶的胞间CO2浓度(Ci)明显升高。随着密度的增加，冠下区及远冠区冬小麦旗叶的Ci与Pn、Tr、Gs的变化规律相反。冠下区Ci以M1处理最小，M1处理的Ci最低为345.18 μmol CO2/mol，与M2、M3、M4和M5处理相比依次降低了3.82%、5.32%、10.33%和14.17%，其与M2处理间差异不显著，与M3、M4、M5处理间差异达显著水平(P<0.05)。而远冠区以M2处理Ci最低为306.34 μmol/(m2·s)，Gs较M1、M3、M4和M5处理降幅分别为6.21%、9.64%、13.73%和16.18%，差异均达显著水平(P<0.05)。表4

表4 核麦间作不同密度下冬小麦旗叶胞间CO2浓度(Ci)变化Table 4 Effects of density on flag leaf’s intercellular CO2 concentration of winter wheat under walnut-wheat intercropping condition

2.5 核麦间作条件下密度对冬小麦产量及产量构成因素的影响

研究表明，在核麦间作模式下，与远冠区相比，冠下区各密度处理的冬小麦有效穗、穗粒数及千粒重均明显降低。随着密度的增加，冠下区、远冠区冬小麦有效穗数均呈增多的趋势，穗粒数及千粒重均呈降低的趋势；籽粒产量随着密度的增加均呈现“先升后降”的变化趋势，其中冠下区M1处理籽粒产量最高为3 212.19 kg/hm2，其与M2、M3、M4、M5处理间差异达显著水平(P<0.05)；而远冠区M2处理籽粒产量最高为3 911.12 kg/hm2，其次是M3(3 809.15 kg/hm2)、M4(3 679.79 kg/hm2)处理，最小是M5处理为3 308.83 kg/hm2，M2与M1、M3处理间差异不显著，但与与较密的M4、M5处理间差异均达显著水平(P<0.05)。2个区域下冬小麦生物量均呈先升后降的变化趋势，冠下区M4处理最大(12 214.92 kg/hm2)，远冠区M2处理最大(13 277.39 kg/hm2)；而收获指数(HI)冠下区随着密度的增加而逐渐降低，最大值为0.278；远冠区收获指数随着密度的增加呈先增后降的变化趋势，在M2处理达到最大，最大值为0.294。表5

表5 核麦间作不同种植密度下冬小麦产量构成因素及收获指数变化Table 5 Effects of different treatments on yield components and harvest index of winter wheat under walnut-wheat intercropping condition

3 讨 论

光是影响作物生长发育和产量形成的重要环境因子[10]，在核麦间作体系中，核桃树与小麦高低相互交错，上层的核桃树冠改变了光在下层小麦群体内的分布，在核桃树冠下区及远冠区明显形成不同的光照环境，会对不同冠区冬小麦叶片的光合作用产生不同的影响。Acreche等[11]和Mu等[12]均研究表明，随光照强度的降低植物叶片净光合速率也降低。Li等[13]研究表明，小麦在遮光8%和15%的轻度遮阴条件下叶片光合速率(Pn)有所提高，而在遮光23%的中度遮阴条件下Pn有所降低。研究结果表明，与远冠区相比，冠下区由于核桃的遮阴明显降低了冬小麦旗叶Pn、Tr、Gs明显降低，而Ci明显升高，与前人的研究结果相似[14]。

光合作用产物是作物产量的物质基础，光照强度影响小麦光合作用进而影响其籽粒产量。Evans[15]研究认为，当遮阴不超过20%时，小麦的产量不受明显影响。Mainard等[16]研究表明，小麦挑旗孕穗期遮光对小麦穗粒数的影响较为明显。研究表明，由于受核桃树冠遮阴的影响，冠下区各密度处理的冬小麦有效穗、穗粒数及千粒重均明显低于远冠区相应密度处理；冠下区M1处理籽粒产量最高为3 212.19 kg/hm2，远冠区M2处理籽粒产量最高为3 911.12 kg/hm2。核麦间作模式下，不能通过增加密度来增加有效穗数，提高产量，应该在冠下区降低密度，在远冠区适当增加密度。

4 结 论

在核麦间作模式下，核桃树冠的遮阴改变了冠下区、远冠区冬小麦的生长发育的光照环境，冠下区由于核桃树冠遮阴严重，冬小麦生理特性叶片与远冠区存在一定的差异。随着密度的增大，冠下区冬小麦旗叶的Pn、Tr、Gs和产量均表现出不同程度的降低；远冠区，小麦旗叶的Pn、Tr、Gs、和产量均表现出“先升高后降低”的变化规律，各指标基本在M2处理达到最大，且冠下区各密度处理冬小麦旗叶Pn、Tr、Gs均低于相应远冠区。籽粒产量，冠下区M1(450×103株/hm2)处理最高为3 212.19 kg/hm2，远冠区M2(525×103株/hm2)处理最高为3 911.12 kg/hm2。在核麦间作模式下，冠下区冬小麦应采取稀播，密度应控制在450×103株/hm2以内，远冠区冬小麦适宜密度为525×103株/hm2。