春小麦/春玉米间作模式光温环境特征研究

春小麦/春玉米间作是我国西北地区一种较为普遍的间作种植模式。于2013年在内蒙古河套灌区开展试验,分析了小麦/玉米间作在不同供肥水平下光合有效辐射和土壤表层温度的空间和时间变化特征,以及光温环境改变对小麦和玉米农艺性状的影响。结果表明:在麦玉共生前期,间作玉米接收的太阳辐射减少,透光率平均比单作玉米降低3.9%~6.3%,土壤表层温度降低2.42~2.63℃。在共生后期,间作玉米的光照条件改善,透光率比单作玉米平均升高19.3%,土壤表层温度降低1.51~1.73℃。小麦收获之后间作玉米接收的光强显著增加,土壤温度平均比单作玉米升高2.14~2.37℃。间作条件下小麦的生长得到促进,表现出明显的边行效应;而间作玉米的营养生长受到限制,叶面积在各生育期都显著低于单作玉米。综合分析表明,间作模式对各组分作物农艺性状的影响主要是由于光温环境的改变所致。     

播期和播量对冬小麦冠层光合有效辐射和产量的影响

小麦适期播种不仅是达到全苗壮苗的关键, 还有利于小麦健壮生长发育, 是提高小麦单产的重要措施.本试验研究了不同播期和播量条件下小麦冠层底部光合有效辐射(TPAR)、叶面积指数(LAI)、冠层截获的光合有效辐射(IPAR)等的变化及播期对冬小麦产量的影响.结果表明, 叶面积指数和冠层截获的光合有效辐射随小麦播种时间的推迟而降低, 小麦冠层底部的光合有效辐射随小麦播种时间的推迟而增大.小麦冠层截获的光合有效辐射与叶面积指数呈显著正相关, 相关系数为0.756; 冠层底部的光合有效辐射与叶面积呈显著负相关, 相关系数为-0.872.小麦产量虽然随播期的推迟呈递减趋势, 但10月20日之前播种的小麦产量间无显著差异.因此, 在冬小麦和夏玉米一年两熟区, 可相应推迟小麦的播种时间, 尽量延长上茬玉米的生长期, 以实现两茬作物的均衡增产.     

播期和播量对冬小麦冠层光合有效辐射和产量的影响

小麦适期播种不仅是达到全苗壮苗的关键, 还有利于小麦健壮生长发育, 是提高小麦单产的重要措施。本试验研究了不同播期和播量条件下小麦冠层底部光合有效辐射（TPAR）、叶面积指数（LAI）、冠层截获的光合有效辐射（IPAR）等的变化及播期对冬小麦产量的影响。结果表明, 叶面积指数和冠层截获的光合有效辐射随小麦播种时间的推迟而降低, 小麦冠层底部的光合有效辐射随小麦播种时间的推迟而增大。小麦冠层截获的光合有效辐射与叶面积指数呈显著正相关, 相关系数为0.756; 冠层底部的光合有效辐射与叶面积呈显著负相关, 相关系数为-0.872。小麦产量虽然随播期的推迟呈递减趋势, 但10月20日之前播种的小麦产量间无显著差异。因此, 在冬小麦和夏玉米一年两熟区, 可相应推迟小麦的播种时间, 尽量延长上茬玉米的生长期, 以实现两茬作物的均衡增产。     

行距配置对冬小麦/白三叶草间作系统小麦群体结构和光合有效辐射的影响

2008~2010 年冬小麦/白三叶草不同栽培方式试验(6 种小麦行距配置, 3 个行距×2 个播种量)研究表明,单作条件下, 小麦群体总茎数、叶面积指数、生物量及产量在行距25 cm 与30 cm 处理间差异不大, 均显著高于行距40 cm 处理。行距30 cm、播种量217.5 kg·hm^-2 处理的籽粒产量和收获系数分别达7 857.8 kg·hm^-2 和0.483。小麦抽穗期和花期, 行距30 cm 与40 cm 处理的冠层底部向上20 cm 处的光合有效辐射(PAR)值差异不大, 行间全天PAR 在50 μmol·m^-2·s^-1 以上的时间至少有8 h, 而单作条件下白三叶草光补偿点在30~50μmol·m^-2·s^-1 之间, 这预示着在行距30 cm 与40 cm 处理的小麦行间间作白三叶草能为白三叶草光合作用提供有效光能。行距30 cm 条件下, “小偃81”与“济麦22”单作以及分别与白三叶草间作处理试验表明, “小偃81”与白三叶草间作系统小麦生物量不受间作影响, 小麦叶面积指数与穗数高于“小偃81”单作。“济麦22”与白三叶草间作系统的3 项指标则低于“济麦22”单作。间作条件下, 白三叶草冠层顶部PAR 日变化呈单峰曲线, 冠层底部PAR 较小, 全天最大仅30 μmol·m^-2·s^-1。与“济麦22”相比, “小偃81”与白三叶草间作冠层底部PAR 全天日变化较小。因此, 行距30 cm 处理小麦行间适合间作白三叶草, 小麦品种“小偃81”比“济麦22”更适合与白三叶草间作。本研究结论可为华北平原发展冬小麦/白三叶草间作种植模式提供参考依据。     

扁桃||冬小麦间作模式下树冠结构对间作 区域光环境的影响

本文研究了作物、果树间作模式下果树树冠结构对间作作物区域光环境的影响,为果粮间作模式下适宜果树高光效树形结构的确定提供理论依据。以南疆地区扁桃(10 a)||冬小麦间作种植模式为研究对象,扁桃树形分为疏散分层形、开心形、高干形、小冠半圆形4个树形处理,以非间作的冬小麦大田为对照,于冬小麦灌浆期对间作区域不同波段辐射强度、光谱组成和光合有效辐射(PAR)日变化规律进行分区测定。结果表明:1)各树形对应间作区域光环境优劣程度从高至低依次为小冠半圆形、高干形、开心形、疏散分层形,几个树形处理间作区域总辐射强度平均值分别为对照的55.63%、46.54%、37.87%和28.76%,光合有效辐射强度依次为自然光对照的55.84%、44.57%、35.52%和26.40%;2)与自然光对照相比,间作区域各波段光照辐射强度均有不同程度降低,其中PAR、蓝紫光、黄绿光和红橙光区域消减幅度高于总辐射平均值,紫外、近红外和远红外区域消减幅度低于总辐射平均值。以疏散分层形西侧冠下区为例,该区域总辐射消减为自然光的11.37%,蓝紫光、黄绿光、红橙光和光合有效辐射分别消减至对照的7.98%、8.42%、8.62%和8.30%;紫外光、近红外和远红外分别消减至对照的12.30%、15.94%和23.00%;3)光质参数中"红橙光/远红外"比值对树冠结构特征变化敏感度高,变异系数为23.34%,可作为对间作区域光环境评价的主要指标;4)冠幅、干高、树高、有无主干等树冠结构指标对间作区域特别是东侧区域的PAR日变化趋势影响大。综合以上结果,南疆扁桃||冬小麦间作模式下,控冠、提干、落头等整形修剪措施能够改善间作区域的光照条件,以采用小冠半圆形树形间作区域光环境最优。     

玉米/大豆间作条件下作物生物量积累模型

通过不同间作比例的玉米/大豆间作试验,建立了基于辐射截获与利用的玉米/大豆间作群体生长和产量的模拟模型。作物总生物量和产量为光合有效辐射(PAR)、辐射截获率(F)以及辐射利用效率(RUE)的函数,根据太阳辐射(SR)与PAR的比例可估算PAR,采用Keating和Carberry建立的公式计算F值,利用生长度日(GDD)确定作物的出苗、开花与成熟时期。模拟结果表明模型能够较为准确地模拟水分充足条件下间作群体的总生物量和产量。     

枣麦间作系统中冬小麦的冠层光分布特征及产量研究

针对近年来"林农生产争地争光"的问题,以株行距为3 m?4 m南北行向栽植的枣树||冬小麦间作系统为研究对象,大田条件下设置枣麦间作(JZ)和冬小麦单作对照(CK)两个处理,以2013—2014年生长季冬小麦光合生理参数和冠层光照强度为基础,以两棵枣树的定植点连成1条测定样线,在样线上以距枣树的东(E)、西(W)距离为基准,每50 cm设置1个测定点,设E50 cm、E100 cm、E150 cm、E200 cm(W200 cm)、W150 cm、W100 cm、W50 cm共7个测定位置,在不同调查时期测定各测定位置的冬小麦冠层光合有效辐射(PAR),并在冬小麦成熟期调查各测定位置上的产量。采用多项式回归和定区间积分等方法计算冬小麦分蘖期、拔节期、抽穗期、扬花期、灌浆期和成熟期冠层达到饱和PAR的时长与时空窗,探讨枣麦间作系统中枣树遮光对间作作物冬小麦冠层光照分布及产量的影响。结果显示,间作系统中冬小麦冠层光照强度及产量整体呈现出不同的时空分布特征,且相较于单作小麦系统均有一定程度的衰减。单作冬小麦冠层的饱和PAR时空窗比间作处理大56.1%,穗粒数、有效穗数、千粒重和产量分别比间作小麦高14.7%、15.9%、33.5%和53.0%。相对于单作对照,间作物冬小麦整个生育时期内在距枣树E50~E100 cm、E100~E150 cm、E150~E200 cm、W150~W200 cm、W100~W150 cm、W50~W100 cm处的冠层PAR时空窗损失严重,分别达92.5%、45.7%、7.0%、5.4%、10.9%、54.0%。冠层PAR时空窗损失导致冬小麦减产,在以上各处减产程度分别达46.2%、39.6%、26.3%、24.7%、32.4%和37.6%。故枣树遮阴程度的差异导致间作物冬小麦不同程度减产,且间作巷道内西侧光照质量整体优于东侧。这就要求在冬小麦扬花期后对枣树进行适当修剪,且适当增加巷道东侧枣树株距,以避免枣树新生枝徒长,提高冬小麦冠层光合有效辐射截获量,使间作系统获得更高产量。     

春玉米间作旱稻的田间小气候研究

玉米间作旱稻是一种新开发的种植制度,它有可能成为旱粮地区提高粮食产量的一条新途径.本试验就玉米行距大小,品种不同,侧重光、温、水、气等主要小气候要素的测定,研究其不同处理对间作旱稻产量的影响.结果指出:玉米叶片上举型的品种,适合于间作旱稻;玉米行距2.0米左右比较理想,其行间各种小气候要素互相间协调较好,因而有利于玉米、旱稻产量的提高.     

基于夏玉米冠层内辐射分布的不同层叶面积指数模拟

为了模拟夏玉米冠层内各层叶面积指数垂直分布,光合有效辐射（photosynthetically active radiation, PAR）是研究作物群体光合作用和长势的重要特征参数,阐明冠层内PAR的垂直分布规律与冠层结构等参数之间的相关关系,可为遥感定量反演冠层结构参数提供模型基础。该文基于PAR在冠层内的辐射传输规律结合冠层结构模拟不同太阳高度角的PAR透过率垂直分布模型,并用地面冠层分析仪测量值进行验证,结果表明模型对封垄前玉米抽雄期冠层内PAR透过率垂直分布模拟精度较高。通过不同太阳高度角PAR透过率的垂直分布模型结合消光系数运用不同算法分别反演层叶面积指数（leaf area index, LAI）,并与不同高度层LAI实测值进行比较。结果显示：Bonhomme& Chartier算法反演不同高度层LAI精度较高,上层均方根误差（root mean square error,RMSE）为0.18,中层RMSE为0.55,下层RMSE为0.09。不同太阳高度角反演结果存在差异,30°和45°高度角均能较好地反演下层LAI,RMSE分别为0.11与0.09;30°高度角反演中层LAI精度较高,RMSE为0.30;45°高度角反演上层LAI精度较高,RMSE为0.18。结果表明基于不同太阳高度角构建的层LAI反演模型更适于实现夏玉米不同高度层LAI的遥感估算。该研究可为模拟垄行结构冠层内LAI垂直分布提供参考。     

扁桃-冬小麦间作系统树冠截光程度对小麦产量和灌浆期光合特性的影响

为探明果粮间作模式下树冠遮阴对间作冬小麦灌浆期光合特性和产量的影响,为新疆南疆果粮间作模式的选择和优化提供理论依据,本研究以扁桃-冬小麦间作模式为研究对象,设置重度遮阴和轻度遮阴2个处理,以单作小麦为对照,对间作区域光合有效辐射(PAR)、小麦产量及灌浆期叶片光合色素和可溶性蛋白含量、光响应曲线、荧光动力学参数、群体光合速率进行测定。结果表明:间作区域遮阴程度受树冠结构和间作区域距树体距离共同影响,主干分层形扁桃(重度遮阴)近冠和远冠间作区域小麦灌浆期PAR日均值为自然光强的18.61%和25.90%,小冠圆头形扁桃(轻度遮阴)对应值为56.00%和64.53%。与扁桃间作导致小麦旗叶Chla+b含量和Chla/b比值降低; PAR日均值≤56.00%自然光时,小麦旗叶可溶性蛋白质含量显著降低; PAR日均值≤25.90%自然光时,旗叶光系统Ⅱ的实际光合效率(ΦSPⅡ)、光化学淬灭系数(qP)、最大净光合速率(P_(max))及群体光合速率日均值均显著降低; PAR日均值≥64.53%自然光时小麦群体光合速率存在明显的补偿现象。综上,扁桃-冬小麦间作模式下,小麦光合能力及产量与遮阴程度密切相关,重度遮阴导致小麦单叶和群体光合能力及产量显著降低;轻度遮阴条件下,小麦旗叶光合能力无显著变化,群体光合速率存在明显的补偿现象,对产量无显著影响。     

不同隔根方式下间作小麦玉米的竞争力及产量响应

通过田间试验研究了尼龙网隔根和塑料薄膜隔根对小麦间作玉米竞争优势的影响,并对间作作物竞争力与复合群体产量间的关系进行了量化分析。结果表明:小麦玉米间作群体中,小麦相对于玉米的竞争力呈先增后降趋势;隔根可降低小麦相对于玉米的竞争优势,未隔根间作处理比塑料膜隔根和尼龙网隔根间作处理的小麦竞争优势分别提高20.5%和4.9%。不隔根、塑料膜隔根和尼龙网隔根小麦间作玉米的土地当量比分别是1.46、1.20和1.39,间作群体的产量与小麦相对于玉米的竞争力呈二次曲线相关关系。适度提高小麦的竞争优势、特别是小麦开花期的竞争优势有利于间作群体整体产量的提高。     

单作和间作对玉米和大豆群体辐射利用率 及产量的影响

通过两个生长季(2006～2007年)的大田试验,研究了1:3和2:3两种问作模式及单作种植对玉米和大豆群体辐射截获与利用以及产量的影响.结果表明,单作玉米、单作大豆、1:3间作和2:3间作的消光系数分别为0.45、0.60、0.53和0.52.播后第79 d前,间作和单作玉米的干物质量间差异不显著;此后,1:3同作玉米的干物质量极显著高于单作玉米,1:3和2:3间作模式之间玉米干物质量的差异显著;观测期内,大豆干物质量单作和问作间差异显著.玉米/大豆1:3间作群体的辐射利用率(3.51 g·MS-1)和2:3间作群体的辐射利用率(3.49g·MJ-1)约为单作大豆辐射利用率(1.24g·MJ-1)的2.8倍.但略低于单作玉米(3.56g·MJ-).虽然单作玉米和大豆的籽粒产量均高于间作群体内玉米和大豆的籽粒产量,但间作群体的总产量分别比单作玉米和大豆的产量高约6.0%和320%;间作种植收入比单作玉米高56%～60%.比单作大豆高70%～74%.本研究表明,间作种植能够通过更有效地利用光能来增加作物产量,进而提高农民收入.     

冬小麦冠层对入射光合有效辐射吸收比例的估算方法评价

目前研究估算作物冠层对入射光合有效辐射的吸收比例 (fAPAR)时多采用冠层光能截获效率 (fIPAR)、冠层叶面积指数 (LAI) 和Beer-Lambert法则、冠层光谱植被指数等信息。该文以冬小麦为例,利用田间观测数据序列 (包括冠层LAI、冠层fIPAR和冠层光谱特性等方面)对各种fAPAR估算方法进行了较为全面的总结、分析、评价,以明确各法的优势和不足,为今后相关研究提供参考。结果表明,冬小麦营养生长期内fAPAR与fIPAR值较为接近,而冬小麦生殖生长期内二者差异显著;整个研究时段内,利用fIPAR估算的fAPAR结果较好;根据叶面积指数和Beer-Lambert法则估算的fAPAR在抽穗至腊熟期间结果偏小,原因在于该法不能体现穗部对光合有效辐射的有效吸收;直接借用文献记载的fAPAR～NDVI（归一化差值植被指数）函数关系估算的fAPAR在冬小麦营养生长阶段及生殖生长季末期均明显偏大。此外,通过将fAPAR与NDVI、比值植被指数 (RVI)、土壤调整植被指数 (SAVI)、修改型土壤调整植被指数 (MSAVI)等常用植被指数进行相关性分析,发现fAPAR与NDVI的相关关系最强,基于田间数据证实了采用NDVI估算fAPAR的合理性。     

我国4种主要苹果树形冠层结构和辐射三维分布比较研究

树体结构和辐射分布是影响果树冠层光合生产力和果实产量品质的主要因素。本文以"富士"苹果(Malus domestica Borkh.cv.‘Fuji’)为试材,采用田间调查方法,系统研究了我国苹果生产中4种主要树形的树体结构参数以及叶面积密度(LAD)和光合有效辐射(PAR)的三维分布特征。结果表明,开心形树冠的枝量(894×103·hm-2)和叶面积指数(LAI,2.53)最小,其他3种树形中小冠疏层形分别为2 280×103·hm-2、4.14,疏散分层形分别为2 119×103·hm-2、3.98,纺锤形分别为2 190×103·hm-2、3.88。不同树形LAD三维分布各不相同,小冠疏层形苹果树的叶片主要分布在树冠的0.5~1.5 m之间,疏散分层形和纺锤形主要分布在0.5~2.0 m之间,开心形主要分布在1.0~2.0 m之间。通过对不同树形LAD和PAR三维分布比较发现,每种树形的PAR都随树冠深度的增加而降低,在树冠中部LAD最大部位辐射消减最快,PAR的三维分布主要与叶片分布有关。其中开心形树冠的平均PAR最高,分布最均匀。4种树冠内叶片得到的平均相对PAR小冠疏层形为24.85%,疏散分层形为28.84%,纺锤形为27.71%,开心形为37.28%。开心形树冠内低光区的叶片所占比例只有35%,其他树形都超过50%。研究表明,不同相对PAR范围内的叶片比例能够更好地反映果树冠层的辐射情况,开心形树冠在辐射分布上优于其他3种树形。     

限量单次灌溉对套作冬小麦和春玉米产量的影响

A field experiment was conducted during the 2002/2003 cropping season of winter wheat (Triticum aestivum) and spring maize (Zea mays) to evaluate the effect of limited single drip irrigation on the yield and water use of both crops under relay intercropping in a semi-arid area of northwestern China. A controlled 35 mm single irrigation, either early or late, was applied to each crop at a certain growth stage. Soil water, leaf area, final grain yield and yield components such as the thousand-grain weight, length of spike, fertile spikelet number, number of grains per spike, and grain weight per spike were measured, and water use efficiency and leaf area index were calculated for the irrigated and non-irrigated relay intercropping treatments and sole cropping controls. The results showed that yield, yield components, water use efficiency, and leaf area index in the relay intercropping treatments were affected by limited single drip irrigation during various growth stages of wheat and maize. The total yields in the relay intercropping treatment irrigated during the heading stage of wheat and the heading and anthesis stage of maize were the highest among all the treatments, followed by that irrigated during the anthesis stage of wheat and silking stage of maize;so was the water use efficiency. Significant differences occurred in most yield components between the irrigated and non-irrigated relay-intercropping treatments. The dynamics of the leaf area index in the relay-intercropped or solely cropped wheat and maize showed a type of single-peak pattern, whereas that of the relay intercropping treatments showed a type of double-peak pattern. Appropriately, limited single irrigation and controlled soil water content level could result in higher total yield, water use efficiency, and leaf area index, and improved yield components in relay intercropping. This practice saved the amount of water used for irrigation and also increased the yield. Therefore, heading stage of wheat and heading and anthesis stage of maize were suggested to be the optimum limited single irrigation time for relay-intercropped wheat and maize in the semi-arid area.