高永紅,雷鈞杰,張永強 ,陳傳信,方 輝,范貴強,丁銀燈,黃天榮
(新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所,烏魯木齊 830091)
【研究意義】新疆南疆四地州(喀什地區(qū)、和田地區(qū)、阿克蘇地區(qū)和克孜勒蘇柯爾克孜自治州)是新疆核桃的主要產(chǎn)區(qū),核桃種植面積超過36.67×103hm2(550×103畝),占全疆94%以上[1]。該區(qū)核桃多采用與果農(nóng)間作的模式種植,其中以核麥間作最多。在核麥間作模式中,由于核桃樹冠對下層小麥形成遮陰,導(dǎo)致小麥長期生長在弱光環(huán)境中。小麥是喜光作物,研究小麥不同密度群體對核桃樹遮陰下弱光脅迫的響應(yīng),篩選出適宜于核麥間作模式下小麥的密度,對優(yōu)化核麥間作具有重要意義。【前人研究進展】弱光顯著降低了作物光合作用,導(dǎo)致產(chǎn)量下降[2-4]。牟會榮等[5]研究表明,遮陰不僅降低了小麥灌漿中前期旗葉葉綠素含量,還顯著降低了旗葉凈光合速率。郭翠花等[6]研究表明,花后遮陰導(dǎo)致小麥旗葉凈光合速率及光合產(chǎn)物積累均明顯降低,且小麥開花后遮陰越早,對籽粒產(chǎn)量影響越大。小麥籽粒產(chǎn)量是個體與群體間相互協(xié)調(diào)的共同結(jié)果[7],合理的小麥種植密度不僅可協(xié)調(diào)個體和群體之間矛盾,改善群體內(nèi)部環(huán)境,使植株充分利用光熱資源,還能促進穗數(shù)、穗粒數(shù)和粒重的協(xié)調(diào)發(fā)展,達到增產(chǎn)增效[8-9]?!颈狙芯壳腥朦c】目前,在當(dāng)?shù)睾他滈g作條件下冬小麥種植仍按照常規(guī)的播種密度播種,但在核麥間作條件下冬小麥是增加密度還是降低密度,目前尚無定論,亟需開展相關(guān)研究。研究核麥間作模式下密度對冬小麥旗葉光合特性及產(chǎn)量的影響。【擬解決的關(guān)鍵問題】核麥間作條件下,設(shè)置不同的密度,研究核麥間作條件下不同密度對冬小麥旗葉光合特性及產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響,分析核麥間作條件下適宜的冬小麥種植密度,為新疆南疆核麥間作冬小麥高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。
1.1 材 料
試驗于2016~2017年在新疆澤普阿依庫勒鄉(xiāng)5村(77°17' E,38°18' N)進行。海拔高度1 215~1 490 m,屬暖溫帶大陸性干旱氣候,年平均氣溫11.4℃,極端最高氣溫39.5℃,極端最低氣溫-22.7℃。光熱資源充足,光照時間長,干旱少雨,蒸發(fā)強烈,晝夜溫差大;春夏多大風(fēng)、沙暴、浮塵天氣。試驗地土壤為沙壤土,前茬為夏大豆,土壤有機質(zhì)為 1.517 g/kg,全氮 0.712 g/kg,堿解氮38.4 mg/kg,速效磷17.9 mg/kg,速效鉀102.6 mg/kg。試驗地核桃樹樹齡8 a,長勢均勻,南北行向,行距8 m,株距4 m。
1.2 方 法
1.2.1 試驗設(shè)計
以冬小麥新冬40號為材料,在核麥間作模式中設(shè)置5個不同種植密度處理,分別為450×103株/hm2(M1處理),525×103株/hm2(M2處理),600×103株/hm2(M3處理),675×103株/hm2(M4處理),750×103株/hm2(M5處理),各處理均于2016年10月5日采用人工開溝播種,行距20 cm,小區(qū)面積36 m2(5 m×7.2 m),重復(fù)3次?;孰S整地深施尿素150 kg/hm2,磷酸二銨300 kg/hm2,其他田間管理與當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)田一致。
1.2.2 測定指標1.2.2.1 旗葉光合參數(shù)
于冬小麥開花期、花后10 d、花后20 d,采用LI-6400光合儀,于晴天11:00~13:00測定各處理冬小麥旗葉的凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、氣孔導(dǎo)度(Gs)和胞間CO2濃度(Ci)等指標,每個處理每個重復(fù)測定5片旗葉。
1.2.2.2 產(chǎn)量構(gòu)成因素
于冬小麥成熟期,每個處理每個重復(fù)均在冠下區(qū)和遠冠區(qū)分別取具有代表性的1 m×2行室內(nèi)考種,計算出有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重。每個處理每個重復(fù)均在冠下區(qū)和遠冠區(qū)分別收獲4 m2(2 m×2 m)用于測定生物量和籽粒產(chǎn)量。
1.3 數(shù)據(jù)處理
采用Microsoft Office 2016軟件進行數(shù)據(jù)處理和制圖,采用SPSS19.5統(tǒng)計分析軟件進行方差分析。
2.1 核麥間作條件下密度對冬小麥旗葉凈光合速率(Pn)的影響
研究表明,與遠冠區(qū)相比,冠下區(qū)由于核桃的遮陰明顯降低了冬小麥葉片的葉凈光合速率(Pn),且遠冠區(qū)和冠下區(qū)小麥葉片Pn均隨灌漿進程推進而逐漸降低。在不同密度處理間,冠下區(qū)冬小麥旗葉Pn隨著密度的增加而逐漸降低,遠冠區(qū)隨著密度的增加呈“先增后降”的變化規(guī)律,遠冠區(qū)在M2處理達到最大值。冠下區(qū)M1處理Pn最大為11.39 μmol CO2/(m2·s),較M2、M3、M4、M5處理相比,Pn提高了1.21%、8.24%、11.97%和29.17%,其與M2處理間差異不顯著,與M3、M4、M5處理間差異達顯著水平(P<0.05);遠冠區(qū)Pn以M2處理最大為17.55 μmol CO2/(m2·s),Pn較M1、M3、M4、M5處理提高了2.34%、6.34%、15.93%和30.78%,其與M1處理間差異不顯著,與M3、M4、M5處理間差異達顯著水平(P<0.05)。表1
表1 核麥間作不同密度下冬小麥旗葉凈光合速率(Pn)變化Table 1 Effects of density on flag leaf’s net photosynthetic rate of winter wheat under walnut- wheat intercropping condition
2.2 核麥間作條件下密度對冬小麥旗葉蒸騰速率(Tr)的影響
研究表明,與遠冠區(qū)相比,冠下區(qū)由于核桃的遮陰明顯降低了冬小麥旗葉的蒸騰速率(Tr),且遠冠區(qū)和冠下區(qū)小麥旗葉Tr均隨生育進程的推進而逐漸降低。不同密度間,冠下區(qū)冬小麥旗葉Tr均隨著密度的增加而降低,遠冠區(qū)隨著密度的增加呈“先升高后降低”的變化規(guī)律,遠冠區(qū)在M2處理達到最大值。冠下區(qū)M1處理Tr最大為2.20 μmol H2O/(m2·s),較M2、M3、M4、M5處理相比,Tr提高了10.79%、23.24%、46.82%和80.38%,處理間差異均達顯著水平(P<0.05)。遠冠區(qū)Tr以M2處理最大為3.76 μmol H2O/(m2·s),與M1、M3、M4、M5處理相比Tr分別增大了3.27%、4.49%、12.74%和25.30%,其與M1、M3處理間差異不顯著,與M4、M5處理間差異達顯著水平(P<0.05)。表2
表2 核麥間作不同密度下冬小麥旗葉蒸騰速率(Tr)變化Table 2 Effects of density on flag leaf’s transpiration rate of winter wheat under walnut- wheat intercropping condition
2.3 核麥間作條件下密度對冬小麥旗葉氣孔導(dǎo)(Gs)度的影響
研究表明,與遠冠區(qū)相比,冠下區(qū)由于核桃樹遮陰,冬小麥旗葉氣孔導(dǎo)度(Gs)明顯降低。隨著密度的增加,冠下區(qū)及遠冠區(qū)冬小麥旗葉的Gs與Pn、Tr的變化規(guī)律一致。冠下區(qū)以M1表現(xiàn)最優(yōu),Gs最大為0.165 mmol H2O/(m2·s),與M2、M3、M4和M5處理相比分別高出3.97%、11.67%、23.06%和28.30%,其與M2處理間差異不顯著,與M3、M4、M5處理間差異達顯著水平(P<0.05);而遠冠區(qū)以M2處理Gs最高為0.251 μmol/(m2·s),較M1、M3、M4和M5處理增幅分別為2.79%、6.08%、18.03%和27.22%,其與M1處理間差異不顯著,與M3、M4、M5處理間差異達顯著水平(P<0.05)。表3
表3 核麥間作不同密度下冬小麥旗葉氣孔導(dǎo)(Gs)度變化Table 3 Effects of density on flag leaf’s stomatal conductance of winter wheat under walnut-wheat intercropping condition
2.4 核麥間作條件下密度對冬小麥旗葉胞間CO2濃度(Ci)的影響
研究表明,與遠冠區(qū)相比,冠下區(qū)由于核桃樹遮陰,冬小麥旗葉的胞間CO2濃度(Ci)明顯升高。隨著密度的增加,冠下區(qū)及遠冠區(qū)冬小麥旗葉的Ci與Pn、Tr、Gs的變化規(guī)律相反。冠下區(qū)Ci以M1處理最小,M1處理的Ci最低為345.18 μmol CO2/mol,與M2、M3、M4和M5處理相比依次降低了3.82%、5.32%、10.33%和14.17%,其與M2處理間差異不顯著,與M3、M4、M5處理間差異達顯著水平(P<0.05)。而遠冠區(qū)以M2處理Ci最低為306.34 μmol/(m2·s),Gs較M1、M3、M4和M5處理降幅分別為6.21%、9.64%、13.73%和16.18%,差異均達顯著水平(P<0.05)。表4
表4 核麥間作不同密度下冬小麥旗葉胞間CO2濃度(Ci)變化Table 4 Effects of density on flag leaf’s intercellular CO2 concentration of winter wheat under walnut-wheat intercropping condition
2.5 核麥間作條件下密度對冬小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響
研究表明,在核麥間作模式下,與遠冠區(qū)相比,冠下區(qū)各密度處理的冬小麥有效穗、穗粒數(shù)及千粒重均明顯降低。隨著密度的增加,冠下區(qū)、遠冠區(qū)冬小麥有效穗數(shù)均呈增多的趨勢,穗粒數(shù)及千粒重均呈降低的趨勢;籽粒產(chǎn)量隨著密度的增加均呈現(xiàn)“先升后降”的變化趨勢,其中冠下區(qū)M1處理籽粒產(chǎn)量最高為3 212.19 kg/hm2,其與M2、M3、M4、M5處理間差異達顯著水平(P<0.05);而遠冠區(qū)M2處理籽粒產(chǎn)量最高為3 911.12 kg/hm2,其次是M3(3 809.15 kg/hm2)、M4(3 679.79 kg/hm2)處理,最小是M5處理為3 308.83 kg/hm2,M2與M1、M3處理間差異不顯著,但與與較密的M4、M5處理間差異均達顯著水平(P<0.05)。2個區(qū)域下冬小麥生物量均呈先升后降的變化趨勢,冠下區(qū)M4處理最大(12 214.92 kg/hm2),遠冠區(qū)M2處理最大(13 277.39 kg/hm2);而收獲指數(shù)(HI)冠下區(qū)隨著密度的增加而逐漸降低,最大值為0.278;遠冠區(qū)收獲指數(shù)隨著密度的增加呈先增后降的變化趨勢,在M2處理達到最大,最大值為0.294。表5
表5 核麥間作不同種植密度下冬小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素及收獲指數(shù)變化Table 5 Effects of different treatments on yield components and harvest index of winter wheat under walnut-wheat intercropping condition
光是影響作物生長發(fā)育和產(chǎn)量形成的重要環(huán)境因子[10],在核麥間作體系中,核桃樹與小麥高低相互交錯,上層的核桃樹冠改變了光在下層小麥群體內(nèi)的分布,在核桃樹冠下區(qū)及遠冠區(qū)明顯形成不同的光照環(huán)境,會對不同冠區(qū)冬小麥葉片的光合作用產(chǎn)生不同的影響。Acreche等[11]和Mu等[12]均研究表明,隨光照強度的降低植物葉片凈光合速率也降低。Li等[13]研究表明,小麥在遮光8%和15%的輕度遮陰條件下葉片光合速率(Pn)有所提高,而在遮光23%的中度遮陰條件下Pn有所降低。研究結(jié)果表明,與遠冠區(qū)相比,冠下區(qū)由于核桃的遮陰明顯降低了冬小麥旗葉Pn、Tr、Gs明顯降低,而Ci明顯升高,與前人的研究結(jié)果相似[14]。
光合作用產(chǎn)物是作物產(chǎn)量的物質(zhì)基礎(chǔ),光照強度影響小麥光合作用進而影響其籽粒產(chǎn)量。Evans[15]研究認為,當(dāng)遮陰不超過20%時,小麥的產(chǎn)量不受明顯影響。Mainard等[16]研究表明,小麥挑旗孕穗期遮光對小麥穗粒數(shù)的影響較為明顯。研究表明,由于受核桃樹冠遮陰的影響,冠下區(qū)各密度處理的冬小麥有效穗、穗粒數(shù)及千粒重均明顯低于遠冠區(qū)相應(yīng)密度處理;冠下區(qū)M1處理籽粒產(chǎn)量最高為3 212.19 kg/hm2,遠冠區(qū)M2處理籽粒產(chǎn)量最高為3 911.12 kg/hm2。核麥間作模式下,不能通過增加密度來增加有效穗數(shù),提高產(chǎn)量,應(yīng)該在冠下區(qū)降低密度,在遠冠區(qū)適當(dāng)增加密度。
在核麥間作模式下,核桃樹冠的遮陰改變了冠下區(qū)、遠冠區(qū)冬小麥的生長發(fā)育的光照環(huán)境,冠下區(qū)由于核桃樹冠遮陰嚴重,冬小麥生理特性葉片與遠冠區(qū)存在一定的差異。隨著密度的增大,冠下區(qū)冬小麥旗葉的Pn、Tr、Gs和產(chǎn)量均表現(xiàn)出不同程度的降低;遠冠區(qū),小麥旗葉的Pn、Tr、Gs、和產(chǎn)量均表現(xiàn)出“先升高后降低”的變化規(guī)律,各指標基本在M2處理達到最大,且冠下區(qū)各密度處理冬小麥旗葉Pn、Tr、Gs均低于相應(yīng)遠冠區(qū)。籽粒產(chǎn)量,冠下區(qū)M1(450×103株/hm2)處理最高為3 212.19 kg/hm2,遠冠區(qū)M2(525×103株/hm2)處理最高為3 911.12 kg/hm2。在核麥間作模式下,冠下區(qū)冬小麥應(yīng)采取稀播,密度應(yīng)控制在450×103株/hm2以內(nèi),遠冠區(qū)冬小麥適宜密度為525×103株/hm2。