南疆地区间作红枣苜蓿生理生态效应研究

黄光伟龚莉莎

陈国栋*樊文霞

田玉刚

张晓燕

渊塔里木大学植物科学学院袁阿拉尔843300冤

摘要本试验共设置了枣树单作渊CK冤尧距离两侧红枣0.50m种植苜蓿渊A冤尧距离两侧红枣1.00m种植苜蓿渊B冤尧距离两侧红枣1.45m种植苜蓿渊C冤4个处理袁研究不同种植模式对间作系统生理生态效应的影响遥结果表明袁在不同种植模式下袁间作系统对气温有着良好的调节作用袁其中A模式下苜蓿净光合速率较高曰间作复合系统对浅层地温有高温季节降温尧低温季节增温的作用袁不同时期土壤的物理性质渊土壤含水量尧土壤容重冤也发生相应的变化袁对降低土壤的无效蒸发有重要意义曰在苜蓿全年生产中袁A模式产量最高曰在灌溉定额的条件下袁A模式下作物的贮水量最高袁水分利用率也最高袁说明合理的间作距离可以提高作物水分利用率遥在不同种植模式中袁A模式对生态系统中光温的利用相对适宜尧土壤容重变化较为平稳尧水分利用率最高袁且产量也达到最高遥综合衡量间作系统内的光尧温尧水分等的生理生态效应可以得出袁A种植模式为红枣间作苜蓿的最佳种植模式遥

关键词间作曰苜蓿曰枣园小气候曰光合效应曰水分利用率中图分类号S665.1曰S1文献标识码A文章编号1007-5739渊2019冤07-0160-04

渊CollegeofPlantScienceandTechnology袁TarimUniversity袁AlarXinjiang843300冤

AbstractInthisexperiment袁fourtreatmentsweresetuptostudytheeffectsofdifferentplantingpatternsonthephysiologicalandecologicaleffectsofintercroppingsystem袁namelyplantingsingleplantofjujube渊CK冤袁plantingalfalfa0.50mfrombothsidesofjujube渊A冤袁plantingalfalfa1.00mfrombothsidesofjujube渊B冤袁andplantingalfalfa1.45mfrombothsidesofjujube渊C冤.Theresultsshowedthatintercroppingsystemhadagoodregulatingeffectontemperatureunderdifferentplantingmodes袁andalfalfahadahighernetphotosyntheticrateunderAplantingpattern.Intercroppingcompoundsystemhadtheeffectofcoolinginhightemperatureseasonandwarminginlowtemperatureseasononshallowsoiltemperature袁andsoilphysicalproperties渊soilmoisturecontent袁soilbulkdensity冤alsochangedcorrespondinglyindifferentperiods袁whichwasofgreatsignificancetoreduceineffectiveevaporationofsoil.Inalfalfaannualproduction袁Aplantingpatternhadthehighestyield.Undertheconditionofirrigationquota袁thewaterstoragecapacityandwaterutilizationrateofcropswerethehighestinAplantingpattern袁indicatingthatreasonableintercroppingdistancecouldimprovecropwaterutilizationrate.Amongthedifferentplantingpatterns袁Aplantingpatternhadrelativelyappropriateutilizationoflightandtemperatureintheecosystem袁stablechangeofsoilbulkdensity袁thehighestwaterutilizationrateandthehighestyield.Bysyntheticallymeasuringthephysiologicalandecologicaleffectsoflight袁temperatureandwaterintheintercroppingsystem袁itcanbeconcludedthatAplantingpatternwasthebestoneforalfalfaintercroppingwithjujube.

Keywordsintercropping曰alfalf曰jujubeyardsmicroclimate曰photosyntheticeffect曰waterutilizationrate

StudyonPhysiologicalandEcologicalEffectsofIntercroppingJujubeandAlfalfainSouthernXinjiangHUANGGuang-weiGONGLi-shaCHENGuo-dong*FANWen-xiaTIANYu-gangZHANGXiao-yan

维吾尔自治区光热资源丰富袁昼夜温差大且干旱少雨袁享有瓜果之乡的盛名遥自2000年以来袁维吾尔自治区大力推进特色林果业发展袁南疆塔里木盆地已成为重要的林果发展地区袁红枣种植面积逐年增加袁但低矮幼龄果树植被覆盖率低袁枣树行间裸露面积大袁导致枣园土壤侵腐尧蒸发尧风蚀尧次生盐渍化等情况加剧[1]遥果农为充分利用果树行间土地资源尧提高果园综合效益袁多采取果树幼苗与其他作物间作尧套作的模式[2]遥枣草间作是重要的模式之一袁号称野牧草之王冶的紫花苜蓿渊Medicagosativa冤不仅适应性强尧产量高尧品质优袁同时具有改良土壤尧防风固土尧清除田间杂草等特点[3-5]袁与枣树间作[6]可保持水土尧提高土壤肥力[7]尧优化枣园生态环境尧提高枣树产量和品质等[8]遥枣草间作不仅有利于土壤养分的累积与利用袁而且可以增加作物的经济产量袁对作物生产起到很大的促进作用遥

2种生物学不同的作物种植在一起袁必然存在种间的竞争和互补袁如何利用不同作物的生态学特性搭配间作种植袁弱化种间竞争尧强化种间互补作用袁是构建合理间作群体的关键[9]遥通过农艺措施果草种间关系的相关研究未见报国家自然科学基金项目渊31601272冤曰塔里木大学校长基金项目渊TDZKJC201606冤曰国家大学生创新创业训练计划项目渊107572017061冤遥

作者简介黄光伟渊1994-冤袁男袁贵州松桃人袁在读硕士研究生遥研究方

向院作物高效生理生态遥*通信作者

收稿日期2018-12-11基金项目

道袁因而本研究以红枣尧紫花苜蓿构成的枣草间作系统为研究对象袁通过在枣树行间设置不同的间距袁研究南疆地区间作红枣苜蓿的生理生态效应袁旨在为阿拉尔地区枣草间作技术科学尧规范化发展提供理论依据遥1材料与方法1.1试验地概况本试验于2016要2017年在阿拉尔市塔里木大学园艺实验站渊北纬40毅32忆34义尧东经81毅18忆07义袁海拔1015m冤进行袁阿拉尔市位于北半球中纬度地带袁属暖温带干旱荒漠气候区袁降水稀少袁空气中水分含量低袁大气透明度相对较好曰光照时间长袁年均气温10.7益袁逸10益积温4113益曰无霜期较长袁为149耀246d曰年日照逾2900h袁4要10月平均日照长9.5h/d曰年降水量50mm左右袁是典型的灌溉农业区遥试验地土壤为黏壤土袁地形相对平坦袁土层深厚[10]袁供试枣园为2012年酸枣直播建园袁2014年春嫁接红枣袁枣树行株距为3.0m伊0.5m遥1.2试验材料供试苜蓿品种为大叶苜蓿袁该品种生育期100耀110d袁根系较发达袁分枝可达120株袁茎方形内空袁叶片较大袁花紫色[11-12]遥条播苜蓿播种量为15kg/hm2袁行距30cm遥1.3试验设计本研究设计4个处理袁分别为行间距离两侧红枣0.5m种植苜蓿渊A冤尧行间距离两侧红枣1m种植苜蓿渊B冤尧行间距160黄光伟等院南疆地区间作红枣苜蓿生理生态效应研究离两侧红枣1.45m种植苜蓿渊C冤尧红枣单作常规栽培渊CK冤渊图1冤袁3次重复袁小区面积72m2袁田间随机排列遥灌溉方式为滴灌袁试验地其他田间管理措施同当地枣园保持一致袁适时进行人工除草遥

A

1.4.1

1.4测定项目及方法枣园小气候遥新梢长至20cm左右时袁开始记录树冠内空气最高温度和最低温度袁试验所分析的温度数据为每B

10d的平均值遥空气温度由温度计测定袁按照叶农田气象观C

0.50m2.00m0.50m

CK

1.00m1.00m1.00m

1.45m0.10m1.45m3.00m

图1种植模式示意图测规范曳[13]的规定进行测定并记录遥1.4.2

间作红枣苜蓿的光合效应遥选择晴朗无云的天气袁采用美国LI-COR公司生产的LI-00便携式光合仪在田间活体测定苜蓿叶片的净光合速率[Pn袁滋molCO2/渊m2窑s冤]尧蒸腾速率[Tr袁mmolH2O/渊m2窑s冤]尧气孔导度[Gs袁molH2O/渊m2窑s冤]尧胞间CO2浓度渊滋mol/mol冤遥测定时期为第3茬苜蓿初花期袁

2年平均降雨量为.70mm冤袁I为灌溉量渊mm冤袁驻W为作物播种前和收获后的0耀40cm土壤含水量之差渊mm冤袁WUE为作物水分利用效率[kg/渊mm窑hm2冤]袁Y为苜蓿产量渊kg/hm2冤遥1.4.5

产量测定遥在苜蓿种植第4年渊2017年冤测定枣园间作条件下不同种植模式相对苜蓿的产量遥在紫花苜蓿初花期进行刈割袁共计3次遥每个小区选取3个有代表性的样方袁样方面积为1m伊1m袁2次重复袁留茬高度3cm遥每小区1m2样本收割后袁田间测定鲜草产量袁自然风干后袁测其干草重量遥1.5

数据统计与分析采用Excel2007和DPS渊7.05冤统计软件对数据进行统计分析遥2结果与分析2.1

不同种植模式对苜蓿光合速率的影响此时苜蓿已有少量开花袁时间选择在13院30遥测试时选取长势相近的健康植株上长势一致尧无病斑的叶片袁为降低测定误差袁应在植物充分见光下测定光合作用遥

7月19日尧9月23日取土遥用直径4cm的土钻分别采集枣树与苜蓿行间0耀20尧20耀40尧40耀60尧60耀80尧80耀100cm土层土样遥土壤含水量采用烘干法袁测定0耀20尧20耀40尧40耀60尧60耀80尧80耀100cm土层土样袁使用的电子天平型号为LT502E袁1.4.3土壤物理性状遥分别在2017年5月15日尧6月19日尧

光合作用就是植物进行物质和能量转化的生理基础袁光能利用情况可以反映植株生长状态袁对产量有很大影响遥植物的光合性能可通过净光合速率尧气孔导度尧蒸腾速率尧胞间CO2浓度等指标进行衡量遥研究植物光合特性袁有利于了解植物对光能的利用效率袁阐明植物光合的生态学特征遥

结果表明袁不同种植模式下苜蓿净光合速率最大的为试验前先测量各个空铝盒重渊m0冤袁取样后称量湿土+铝盒重渊m1冤袁先于105益下烘干至恒重袁再称干土+铝盒重渊m2冤遥测量取回的鲜土+环刀重袁根据公式计算土壤容重遥5尧10尧15尧20尧25cm土层温度袁同时采用地面温度计测定0cm隔2h观测1次[14]遥

土壤温度采用插入式地温计定点观测袁测定不同位置土壤容重采用环刀法袁测定0耀20尧20耀40cm土层土样遥

及最低地温和最高地温遥每组地温计均沿着种植方向直线布置袁每隔9耀10d观测1次袁观测时间为6院00要24院00袁每1.4.4作物耗水特征遥计算公式如下院

土壤贮水量W=土壤体积含水量伊h曰耗水量ET=P+I+驻W曰水分利用效率WUE=Y/ET遥

式中袁W为土壤贮水量渊mm冤袁h为土层厚度渊mm冤袁ET为作物生长期间的耗水量渊mm冤袁P为降水量渊mm冤渊试验中A模式袁为20.00滋molCO2/渊m2窑s冤袁与B模式之间存在极显著差异袁与C模式之间不存在极显著差异袁变异系数达到了51.65%曰不同种植模式下袁气孔导度和蒸腾速率不存在显著差异袁变异系数分别为7.47%尧4.53%曰不同种植模式下袁胞间CO2浓度以B模式最大渊600.00滋mol/mol冤袁A模式最低渊为553.00滋mol/mol冤袁B模式与C模式之间不存在显著差异尧与A模式存在极显著差异渊表1冤遥2.2

枣草间作系统内空气温湿度的变化试验结果表明袁不同种植模式下枣草间作系统地上80cm处的气温日变化均呈野双峰型冶袁峰值出现在14院00和18院00

161

资源与环境科学表1不同种植模式苜蓿光合性能比较-2种植模式净光合速率/滋molCO窑s-12m窑A20.00AB4.06BC14.17AB均值12.75标准差6.58变异系数/%51.65

注院同列数据后不同小写字母表示差异显著渊P约0.01冤遥

现代农业科技圆园19年第7期气孔导度/molH2O窑m-2窑s-10.69A0.83A0.78A0.770.067.47蒸腾速率/滋molH2Om-2窑s-111.83A11.24A10.59A11.220.514.53

胞间CO2浓度/滋mol窑mol-1553.00B600.00A575.33AB576.1119.203.33

左右渊图2冤遥6院00要14院00袁空气温度随着光照强度的增强而增强曰14院00要18院00袁由于空气温度较高袁植物蒸腾作用增强袁从而引起近地面气温下降曰18院00要0院00袁光照强度减弱袁空气温度随之降低遥从整体来看袁间作种植模式下空气温度变化较CK相对平稳袁改善了间作系统炎热季节的温度条件袁有利于枣树在盛夏季节的生长遥

353127231915

时间

ABC图3所示遥不同种植模式下间作系统内的土壤含水量差异显著袁总体上表现为B>CK>A>C曰且40~60cm处含水量较低遥随着红枣和苜蓿的成熟袁对水分的需求量增大袁土壤含水量逐渐降低遥2.3.2

不同种植模式下间作系统内不同深度土层土壤温度日变化遥利用7月18日观测的间作土壤温度数据绘制了土壤温度日变化过程渊图4冤袁在0尧-5尧-10尧-15尧-20cm具有相同的变化趋势袁并且随着土层深度的增加曰相对于单作系统袁间作系统中A尧B尧C模式下中午高温时段土壤温度均明显降低袁温度变化越缓慢遥在不同的种植模式下-5尧-10尧-15尧-20cm的地温变化趋势均为CK>B>A>C遥在-10~0cm土层地温变化过程均呈现先增加要后下降要再增加要再下降的趋势袁在-25~-15cm土层地温变化波动相对不大袁由此可看出袁变化较小遥随着土壤深度增加袁变化趋势逐渐变得平稳遥2.3.3

-15~0cm土层土壤地温变化较大袁而-25~-15cm土层地温不同种植模式下间作系统内不同土层土壤容重变CK化遥土壤容重的大小可以直接反应土壤结构状况的好坏袁若容重越小渊不低于1.14g/cm3冤袁则表明土壤越疏松多孔袁其结构性越好遥结果如图5所示袁4种不同种植模式在不同时期土壤容重均表现为先下降后上升的野V冶形变化规律袁并且4种不同种植模式均以7月土壤容重值最小曰CK种植模式ABC3530252015105005-15ABC06-1907-1909-232.3

2.3.1

图2间作系统内空气温度日变化枣草间作对农田土壤物理性状的影响不同种植模式下间作系统内不同深度土壤含水量变5040302010005-1506-1907-196050403020100

05-1506-1907-1909-2309-23化遥不同种植模式下间作系统不同深度土壤含水量变化如aABC5040302010005-15ABCbcABCCKCKCK日期

06-19日期

07-1909-23日期

d706050403020100eCKCK日期

05-1506-19日期

07-1909-23注院a为0~20cm土层袁b为20~40cm土层袁c为40~60cm土层袁d为60~80cm土层袁e为80~100cm土层遥

图3间作系统不同深度的土壤含水量变化下袁0~20cm土层土壤容重在7月下降幅度最大袁显著低于其他3个处理袁说明单作种植模式下袁土壤结构状况最差袁最不利于苜蓿生长遥A种植模式下袁土壤容重在7月下降幅162度最小袁而且在整个时期变化较平稳袁较利于苜蓿生长遥2.4不同种植模式下苜蓿产量与水分利用效率比较对3茬苜蓿的产量进行方差分析渊表2冤袁研究表明袁在黄光伟等院南疆地区间作红枣苜蓿生理生态效应研究403530252015

时间

403530252015

时间

aABCCK403530252015bABCCK403530252015时间

cABCCK时间

403530252015dABCCK403530252015eABCCKfABCCK时间时间

注院a尧b尧c尧d尧e尧f分别为0尧-5尧-10尧-15尧-20尧-25cm土层地温日变化遥

图4

3.53.02.52.01.5

567a间作系统不同深度土壤温度日变化ABC3.53.02.52.0

bABCCKCK月份

91.5

56月份

79注院a为0~20cm土层袁b为20~40cm土层遥

图5苜蓿间作条件下土壤容重变化规律P约0.05的水平下袁不同种植模式苜蓿的产量差异明显袁3茬均表现为A>B>C袁总体以第1茬最高尧第2茬最低遥结果表明袁在这3种种植模式中袁A模式的产量最高且较稳定遥对3茬苜蓿的生长期间总耗水量进行方差分析袁随着种植间距茬次第1茬种植模式ABCABCABC产量/kg窑hm-27829.73a83.92b4327.10c6144.b3150.35d2385.62e7422.67a4368.87c32.32d生育期灌水量/mm175175175175175175175175175的增加袁耗水量先减少后增加曰不同种植模式下水分利用效率有明显差异袁第1茬水分利用效率为B>A>C袁第2尧3茬水分利用效率均为A>B>C袁从水分利用效率来看袁以A模式最高遥

表2不同种植模式下苜蓿水分利用效率比较贮水量/mm62.1410.4526.9836.6.7819.95.7212.4427.66总耗水量/mm245.84a194.15c210.68bc252.44a222.68b235.86ab253.72a220.44b234.66ab水分利用效率/kg窑mm窑hm-231.85ab32.40a20.d24.34c14.15e11.11f29.26b20.82d13.02e第2茬

第3茬

注院同列数据后不同小写字母表示差异性显著渊P约0.05冤遥

3.1不同模式下枣苜间作对空气温度的影响本试验结果表明袁间作系统对气温有着良好的调节作用袁不仅能预防初春的骤然降温对植物的危害袁同时还能保3结论与讨论持较高的空气湿度袁在干旱年份或空气比较干燥的月份渊6要8月冤可降低植物的蒸腾作用袁避免高温对枣树的灼伤袁对枣树授粉受精非常有利遥综合4种种植模式可以看出袁

渊下转第166页冤

163

资源与环境科学气和决心袁早抓尧快抓尧下狠手抓遥要用法律手段筑牢生态文明建设的法治屏障袁严厉打击破坏生态环境特别是污染农田和灌溉水源的违法犯罪行为遥对于环保检查时玩野冶的野小散乱污冶作坊业主和非法倾倒危险废物者袁尧尧尧环保局要联合制定环境保护执法联动机制袁做到依法快捕尧快诉遥对已经停产尧转产或关闭的污染企业和小作坊袁要对其周围土壤尧水塘进行全部清理和检测袁使其各项指标控制在安全范围内袁消除潜在的安全隐患[5]遥应对土壤尧水塘改良给予相应的财政补助袁并请相关专家就如何降低尧消除环境危害提供指导措施袁逐步净化保障农产渊上接第163页冤行间距离红枣0.5m种植草苜蓿的模式下袁空气温度相对较优遥光合能力的强弱在一定程度上取决于物种的遗传特性袁3.2

但是适宜的外部生态条件会促使其固有光合潜能的发挥[15]遥

不同模式下枣苜间作对土壤物理性状的效应分析本试验结果表明袁间作复合系统对浅层地温有显著的降低作用袁对降低土壤的无效蒸发[16]有重要意义袁间作系统对浅层地温有高温季节降温尧低温季节增温作用[17]遥本结论与王来等[18]对农林复合系统对近地面微气候环境的影响研究结果相一致遥吴发启等[19]也指出袁农林复合系统对林内温度和土壤表层温度有双重影响袁即春季增温尧夏季降温袁与本试验结果研究结果相一致遥但是在-25~-20cm处袁地温的波动范围非常小袁可见对-25cm以下耕层的地温无较大影响遥在对不同土质不同土层深度的温度变化还有待研究遥在不同种植模式的农林间作系统内袁不同时期土壤的物理性质渊土壤含水量尧土壤容重冤发生着相应的变化袁土壤含水量表现为先下降要再上升要再下降的变化规律袁且土壤容重均表现为先下降后上升的野V冶形变化规律遥在不同种植模式中袁行间距离红枣0.50m种植苜蓿的模式对生态系统中的光温利用相对适宜袁土壤容重变化较为平稳遥3.3

不同模式下枣苜间作对苜蓿产量的效应分析产量是衡量苜蓿生产性能的主要指标之一袁同时也是品品质尧安全的土壤和水源遥3参考文献现代农业科技圆园19年第7期[1]陈美球袁刘桃菊袁李志朋袁等.农户生态耕种的现状与激励对策院基于江西省2028户农户化肥农药使用行为的专题调研[J].土地经济研究袁2017渊2冤院103-117.

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对红枣苜蓿间作距离与水分胁迫的相关分析还有待研究遥

综合衡量间作系统内的光尧温尧水分等的生理生态效应袁可以得出行间距离红枣0.50m种植苜蓿的模式为最佳种植模式遥

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4参考文献衡量苜蓿经济价值的最直接指标遥枣园间作条件下不同种植模式对苜蓿产量特性的研究可以确定不同种植模式对产量的效应袁对苜蓿新模式的高产栽培具有十分重要的意义遥本试验结果显示袁在苜蓿全年生产中行间距离红枣0.50m种植苜蓿的间作模式产量最高遥

3.4对不同模式下枣苜间作对作物需水效应分析在作物生长发育过程中作物对水的需求量较大袁苜蓿是一种耗水性能非常强的作物袁需要消耗非常多的土壤水分才可以合成较多的干物质[20]遥通过对不同种植模式水分利用率[21-22]的研究表明袁灌溉定额条件下袁与其他种植模式相比袁行间距离红枣0.50m种植苜蓿模式的贮水量最高袁说明对水分利用效率最高袁随着种植间距的增加袁水分利用率呈现逐渐下降的趋势遥枣苜间作显著提高了水分利用率袁水分利用率是净光合速率与蒸腾速率的比值袁水分利用率越高袁说明植物同化作用下积累物质的能力越强遥万素梅等[23]的研究结果表明袁不同品种尧不同刈割次数的苜蓿之间耗水量尧水分利用效率之间也有明显不同遥然而如今水资源日益短缺袁如何有效提高水资源利用效率成为旱地农业生产的主题袁

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