冬小麦春玉米间作模式下光合有效辐射特性研究.pdf

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1、 “商丘农田生态系统国家野外观测研究站”开放基金资助 通讯作者收稿日期：改回日期：冬小麦春玉米间作模式下光合有效辐射特性研究高 阳 段爱旺（中国农业科学院农田灌溉研究所 新乡 ）摘 要 通过对单作和间作种植模式下作物冠层入射和透射光合有效辐射的观测，研究了不同种植模式下冠层光合有效辐射截获量（IPAR）的日变化规律及其与叶面积指数的关系以及冬小麦对预留行的遮荫作用。结果表明：种种植模式下光合有效辐射截获量日变化均为双峰曲线；叶面积指数 时，间作冬小麦日平均光合有效辐射截获量约为单作的 ，叶面积指数 时，种种植模式下的日平均光合有效辐射截获量相近；种种植模式下光合有效辐射截获量与叶面积指数均有较

2、好的相关性；间作冬小麦预留行遮荫率（FS）的日变化为双峰曲线，遮荫率与株高（H）有很好的相关性。关键词 间作 冬小麦 春玉米 光合有效辐射 叶面积指数Studies on the characteristics of photosynthetically active radiation under intercropping of wheat and maize GAOYang，DUAN AiWang（Farmland Irrigation Research Institute，Chinese Academy of Agricultural Sciences，Xinxiang，China），

3、CJEA，（）：Abstract On the basis of observation on the incident and transmitted photosynthetically active radiation（PAR）of the winterwheat canopy under the monoculture and intercropping ways，the diurnal change of interception photosynthetically active radiation（IPAR），the relationship between IPAR and l

4、eave area index（LAI），and the shading of the winter wheat were studiedThe results show that there is a bimodal curve in the diurnal change of IPAR When LAI is lower than ，IPAR of intercropping isabout of that of monoculture；when LAI is larger than ，IPAR is almost equal under two planting waysIn addit

5、ion，thereis a good relationship between IPAR and LAI The results also show that there is a bimodal curve in the diurnal change of fractionof shading（FS），and a good relationship between FS and height（H）Key words Intercropping，Winter wheat，Maize，Photosynthetically active radiation，Leaf area index（Rece

6、ived Dec ，；revised March ，）光是作物基本生活因素之一，作物干重的 是绿色叶片通过光合作用利用光能合成的。光合有效辐射（Photosynthetically active radiation，PAR）是指能被绿色植物用来进行光合作用的那部分太阳辐射。国内外学者对于单作模式下作物冠层入射、透射、反射光合有效辐射、冠层截获的光合有效辐射以及光合有效辐射截获量与叶面积指数的关系都做了深入研究，而对于间套作条件下作物冠层内光能分布规律研究不多。而间作套种在我国农业生产中占有很重要的地位，玉米小麦间作种植又是我国北方地区较常见的间作种植模式。研究间作种植模式下光合有效辐射特性，可

7、以为间作种植模式的完善和发展提供理论依据。为此，本研究通过对单作和间作 种种植模式下作物冠层入射和透射光合有效辐射的观测，研究了间作条件下冬小麦冠层光合有效辐射截获量及其与叶面积指数的关系，并对 种种植模式下冬小麦冠层光合有效辐射的截获量进行了对比分析，同时对间作田内春玉米预留行的光合有效辐射分布进行了研究。1 试验材料与方法试验于 年 月至 年 月在中国农业科学院农田灌溉研究所的作物需水量试验场进行。试验场地理位置为北纬，东经，海拔 m，土壤为轻沙壤土。供试作物为冬小麦“百农”和春玉米“农大”，南北向种植，冬小麦于 年 月 日播种，年 月 日收获，春玉米于 年 月 日播种。试验设置 个处理，

8、即单作冬小麦、单作春玉米及冬小麦间作春玉米，每个处理重复 次。间第 卷第 期中 国 生 态 农 业 学 报Vol No 年 月Chinese Journal of EcoAgricultureOct ，作种植方式为冬小麦与春玉米 式种植，冬小麦行距 cm，预留行宽 cm，春玉米行距 cm；单作时冬小麦行距 cm，春玉米行距 cm。试验区内每畦长 m，宽 m，畦埂宽 cm，高 cm。试验充分供水，灌水方式为地面灌溉。定期观测冬小麦的株高和叶面积。光合有效辐射采用美国 Licor 公司的 LiSA 光量子传感器（点状）观测冠层上方入射光合有效辐射，用 LiSA 光量子传感器（线状）观测冠层下方透射

9、光合有效辐射，使用 Li 数据采集器记录数据。光合有效辐射观测从 年 月 日开始（分蘖后期），观测从日出前一直到日落后，每 min 记录 次数据。冠层内光合有效辐射截获量（IPAR）用下式计算：IPAR （PAR PAR）PAR（）冬小麦对预留行的遮荫率（Fraction of shading，FS）用下式计算：FS （PAR PAR）PAR（）式中，PAR和 PAR分别为冠层上方入射和透过冠层到达地表的光合有效辐射。2 结果与分析21 不同种植模式下冬小麦冠层内光合有效辐射截获量的日变化 种种植模式下冬小麦不同时期晴天的光合有效辐射截获量（IPAR）日变化均呈双峰曲线，上下午曲线图 1 入射

10、、透射光合有效辐射及光合有效辐射截获量的日变化Fig Diurnal change of the incidentPAR，transmitted PAR and IPAR对称（图）。早上，随着太阳高度角的变大，入射光合有效辐射迅速增大，而透射光合有效辐射增幅较小，光合有效辐射截获量逐渐变大；当太阳高度角增大到一定角度时，入射光合有效辐射增幅变小，而透射光合有效辐射增幅变大，此时，光合有效辐射截获量达到第 个峰值；此后，入射光合有效辐射增幅越来越小，透射光合有效辐射迅速增大，光合有效辐射截获量开始减小；正午前后，太阳高度角达到最大，入射光合有效辐射达到最大值，透射光合有效辐射也达到最大值，此时光

11、合有效辐射截获量为最小值；此后，随着入射光合有效辐射缓慢减小，透射光合有效辐射迅速减小，光合有效辐射截获量又开始变大；当入射光合有效辐射开始快速减小，透射光合有效辐射减小变缓时，光合有效辐射截获量达到第 个峰值；此后随着太阳高度角的减小，光合有效辐射截获量逐渐减小。由图 可知，当叶面积指数 时（图 a），单作冬小麦冠层光截获呈明显的双峰曲线，而间作冬小麦冠层光截获只是在日出前、日落后的值较低，其他时间相差不大；当叶面积指数 而 时（图 b），单作和间作冬小麦的光合有效辐射截获量日变化曲线均呈双峰曲线，且两者各时刻的值相差不大；当叶面积指数 时（图 c），单作和间作冬小麦冠层光合有效辐射截获都在

12、 以上。由表 可知，当叶面积指数 时，间作冠层截获的光合有效辐射小于单作，约为单作的 。在分蘖期，间作冬小麦的光合有效辐射透过率高于单作，有利于下部叶片受光，分蘖数高，形成壮苗有利过冬；越冬和返青期，间作的光合有效辐射截获量均低于单作，有利于下部叶片的发育；拔节前期（叶面积指数 ），间作与单作的光合有效辐射截获量已非常接近，冠层截获了大部分的入射光合有效辐射，这样作物群体才能吸收转化更多的太阳能。图 2 不同种植模式下冬小麦冠层光合有效辐射截获量日变化Fig Diurnal change of IPAR under different planting patterns 中 国 生 态 农 业

13、 学 报第 卷22 光合有效辐射截获量与叶面积指数的关系冠层截获的光合有效辐射主要受叶面积指数的影响。由表 可知，随着叶面积指数的增加，光合有效辐射截获量逐渐增加，到冬小麦生长后期，叶面积指数减小，由于植株高度的增加和麦穗的影响，光合表 1 冬小麦不同种植方式下不同时期的光合有效辐射截获量与叶面积指数Tab IPAR and LAI of different periods of the winter wheatunder different planting patterns项 目Items种植模式Plantingpatterns分蘖期Tillering越冬期Winterovering返青期

14、Reviving拔节期Jointing抽穗期Heading灌浆期Filling成熟期Mature光合有效辐单作射 截 获 量间作叶面积指数图 3 冬小麦单作（a）与冬小麦间作（b）光合有效辐射截获量与叶面积指数的关系Fig Relationship between IPAR and LAI ofmonoculture（a）and intercorping（b）of winter wheat有效辐射截获量略有降低。对间作和单作冬小麦光合有效辐射截获量与叶面积指数进行相关分析，结果表明不同种植模式下，两者关系均为对数曲线（见图）。23 间作预留行遮荫率（FS）的日变化在冬小麦生育期内选择不同生长阶

15、段的 个典型晴天：年 月 日（越冬期）、年 月 日（拔节期）、年 月 日（抽穗期）、年 月 日（灌浆期）测定遮荫率。结果见图 ，在冬小麦不同生长阶段，冬小麦对预留行的遮荫率日变化曲线均呈双峰曲线。拔节前后遮荫率的日变化有明显的差别，这主要受株高和叶方位角的影响。拔节以前，遮荫率日变化曲线在峰值前后增加和减小都很快，在最小值附近变图 4 不同时期间作预留行遮荫率日变化Fig Diurnal change of fraction ofshading at different stages of theremained rows化平缓，持续时间较长，是由于此时冬小麦的株高较小（株高 cm）、叶面积指

16、数也较小（叶面积指数 ），对预留行的遮荫不严重；拔节以后随着冬小麦株高的增加，伸向预留行的叶片叶面积指数增加，遮荫效果越来越明显，遮荫率只在 ：到 ：个小时内在 以下。在春玉米出苗以后，遮荫率日平均在 以上，春玉米获得的光合有效辐射很少，春玉米高但苗不壮，且生长发育也迟于单作春玉米。24 光合有效辐射截获量对产量因素的影响作物冠层截获的光合有效辐射不同，对产量有着很大的影响。收获时，间作的小麦每 hm穗数为 ，单作为 ；间作的千粒重为 g，单 作 为 g；间 作 的 平 均 穗 长 为 cm，单 作 为cm；每穗的小穗数间作为 个，单作为 个；每穗的无效穗比例间作为 ，单作为 ；间作冬小麦产量

17、为 kghm，间作春玉米产量为 kghm（每 hm间作田 的面积为冬小麦，为春玉米），单作冬小麦产量为 kghm，单作春玉米产量为 kghm。25 遮荫率与株高的关系不同时期的遮荫率主要受株高和叶方位角的影响。由于预留行的光照条件优于间作麦行的光照条件，表 2 不同株高下的遮荫率Tab Fraction of shading of different high wheat遮荫率 株高cm遮荫率 株高cm伸向预留行的叶片多于伸向间作麦行的叶片，对预留行的遮荫有一定的影响。表 给出了不同株高下的日平均遮荫率，当株高 cm 时，日平均遮荫率 ，遮荫已比较重。在春玉米和冬小麦共生期间，春玉米能接受到的

18、光合有效辐射只约为冠层上方入射的 ，延迟了春玉米的生长。根据表 ，得出遮荫率与株高的关系：第 期高 阳等：冬小麦春玉米间作模式下光合有效辐射特性研究 FS ln h （R）（）26 春玉米、冬小麦共生期间春玉米接受到的光合有效辐射日变化图 5 间作预留行内东、西侧春玉米冠层下光合有效辐射日变化Fig Diurnal change of PAR underthe east and west canopy of springmaize in the remained rows于 年 月 日和 年 月 日 个典型晴天分别观测了间作群体上方入射光合有效辐射和间作春玉米行内东、西 行春玉米冠层下的光合有

19、效辐射。观测时，春玉米对地面遮盖很小，可认为间作春玉米冠层上下所接收到的光合有效辐射近似相等。由图 可知，冬小麦对春玉米的遮荫是很严重的，西行春玉米只有在 ：透过冠层的PAR 在 molms 以上；东行春玉米只在 ：透过冠层的光合有效辐射在 molms 以上，其余时间内间作春玉米冠层能接受到的 PAR 很小，严重影响了春玉米的光合作用。冬小麦对春玉米行遮荫严重，使春玉米突长苗弱，生长发育迟于单作春玉米。为使春玉米生长发育良好，应选择适宜的预留行宽和株高较矮的冬小麦品种，早播春玉米，以此改善春玉米苗期的光照状况。在春玉米出苗后，若土壤含水量较高，加之冬小麦遮荫、适宜的温度，预留行两侧的冬小麦易生

20、蚜虫，春玉米也易发生虫害。3 小 结单作和间作种植模式下冬小麦冠层的光合有效辐射截获量（IPAR）日变化均呈双峰曲线，且上下午曲线对称，光合有效辐射截获量与叶面积指数有较好的相关性；叶面积指数 时，单作和间作冬小麦冠层光合有效辐射截获量日变化曲线有差异，间作冠层截获的 PAR 约为单作的 ；叶面积指数 时，二者的日变化曲线相似，光合有效辐射截获量相差很小。在冬小麦不同生育阶段，遮荫率（FS）日变化均呈双峰曲线，拔节期前后遮荫率的日变化差别较大；遮荫率与株高有着较好的相关性，株高 cm 时，日平均遮荫率 ，遮荫较为严重。参 考 文 献 周晓东，朱启疆，王锦地等 夏玉米冠层内 PAR 截获及 FP

21、AR 与 LAI 的关系 自然资源学报，（）：项月琴，田国良 遥感估算水稻产量产量与辐射截获量间关系的研究 遥感学报，（）：潘学标，邓绍华，王延琴等 麦棉套种对棉行太阳辐射和温度的影响 棉花学报，（）：佟屏亚 我国耕作栽培技术成就和研究重点 耕作栽培，（）：Hipps L E，Asrar G，Kanemasu E T Assesing the interception of photosynthetically active radiation in winter wheat Agric Meteorol，：McCree K J Test of current definitions of photosynthetically active radiation against leaf photosynthesis data Agric Meteorol，：中 国 生 态 农 业 学 报第 卷