0引言 环塔里木盆地气候干燥、风沙危害严重，单作农田中常出现干热风和强对流等灾害性天气，而防止其对农作物造成危害的一项重要措施就是进行农林间作．红枣作为特色林果业发展的重点对象，枣农间作已成为当地农林间作的最佳模式之一［1－3］．棉花是新疆最主要的经济作物之一，棉花产业已成为新疆农业产业化经济发展的“龙头”［4］．因此，枣棉间作是目前环塔里木盆地重要的农林间作模式．前人对枣棉间作系统做了大量研究，主要集中于枣树生物学和生理学、间作系统模式、种间关系、小气候、生态和经济效益等方面［3，5－11］，对于新疆特有的枣棉间作系统的生态效应的研究未见报道．本文研究通过测定环塔里木盆地干旱区枣棉间作系统中光照、空气温湿度、风速等生态因子的变化情况，分析各生态因子的水平分布特征，探讨间作对棉花产量的影响，并估算枣棉间作系统的经济收益，从生态角度探讨枣棉间作系统的优化模式与管理配置技术体系，为充分利用阿克苏地区的自然资源优势发展枣农间作模式提供理论依据． 1试验 1．1试验地概况 试验地位于环塔里木盆地干旱区中心地带的阿克苏市，地处北纬40°56′，东经80°06′．地形北高南低，平均海拔1103．8m．属暖温带干旱气候区，降雨量稀少，蒸发量大，气候干燥．年平均气温10℃，1月份平均气温－8℃，7月平均气温25℃．年平均降水量100mm左右．年平均太阳总辐射量130～141Ka／cm2，年日照2855～2967h，无霜期长达205～219d；风沙浮尘天气较多，主要集中在春季和夏季．春季升温快而不稳，秋季降温快． 1．2材料与方法 （1）材料试验地点位于依干其乡农田林网内，枣树品种以灰枣为主，株行距3×4m，南北走向栽植．树龄8年，平均树高2．30m，枝下高52．46cm，地径4．44cm，冠幅1．6×1．7m，理论亩株数55株，间作棉花品种为中棉43号，两幅宽膜种植，每膜4行，行间距30cm，膜间距40cm． （2）方法2010年，选择依干其乡8大队2小队的枣棉间作地作为试验地．在枣棉共生期间，采取固定观测和同步移动观测相结合测量田间微气候变化． 测点确定：间作田中温度、湿度、风速、风向测点设置在整块条田的中央，即条田中线位置上．光照强度的测点设在垂直于枣树行的棉花种植行上，分别记为E－95cm、E－115cm、E－155cm、E－175cm、W－165cm、W－145cm、W－105cm、W－85cm．光合辐射测点位于垂直于枣树行的距枣树东侧105cm，165cm和西侧95cm，155cm处，分别记为E－105cm、E－165cm、W－95cm和W－155cm．土壤含水量土样采集点同光照强度测点． 生态因子观测：使用VantagePro2（美国戴维斯公司生产）自动气象站和KS4000手持气象站观测光照强度、空气温湿度、风速和风向等气象因子，按照《农田气象观测规范》［12］的规定测定并记录：选择一定的天气条件（晴天、阴天）连续观测3d，每天在8∶00～20∶00进行，每隔1h测定1次，观测高度为1．5m和棉花冠层．利用LAI2000冠层分析仪观测光合辐射，连续观测2～3d，每天在8：00～20：00进行，每隔2h测定1次，观测高度为棉花冠层表面．设对照棉田（CK），间作地与对照地土壤特性、水肥管理方法及所种棉花品种均一致，在地块中央设置一个具有代表性的位置作为测点． 地温采用河北衡水生产的WQG－15地面温度计进行测量，方法和观测时间与观测气象指标相同．土壤含水量的测定采用烘干称重法，每关键物候期测定1次，土样分0～20cm和20～40cm两个层次分别采集，且设置3次重复． 产量测算：棉花测产在棉花采收前（9月5日左右）进行，垂直于枣树行沿观测点方向（由行西向行东）逐行测算棉花株数、每株结铃数，测量长度3m，重复3次，然后每行采样30个棉铃，称重，求算距枣树行不同距离的棉花单铃重、单株产量和单位面积产量，并计算增（减）产量和增（减）产率． 2结果与分析 2．1枣棉间作对棉花光照的影响 （1）光照强度的时空分布在枣棉间作系统中，位于上层的枣树对位于下层的棉花形成遮挡阳光作用，改变了棉花的光照情况，使棉田中的光强减弱，光照时间缩短，对棉花生长有一定的影响．根据从棉花出苗到吐絮期对间作系统的光照强度的动态观测，将所有的观测结果求平均（见图1）得知，由于上层枣树的遮荫作用，使得间作系统不同高度的平均光照强度均明显低于对照棉田．从时间上看，一天之中，枣棉间作系统不同时间的光照强度变化大体呈抛物线形状，最小值出现在8∶00和20∶00，最高值出现在中午14∶00．间作系统150cm和棉花冠层的日平均光照分别为71．78％和69．9％．从空间上看（见表1并结合图2），受太阳方位角的影响，枣棉间作系统内（南北走向），自东向西各测点棉花冠层的光照强度明显低于对照棉田，光照分布基本呈抛物线形状，即两边低中间高，最高点为E－175cm测点．测定结果显示，行东与行西平均光照强度大体相当． （2）棉花冠层光合有效辐射的日变化棉花的光饱和点为1400～1500μmol•m2／s［4］．将测得的数据平均，得到各测点棉花冠层光合有效辐射的日变化，呈现出早晚较低中午较高的趋势．中午14∶00～16∶00各测点棉花冠层的光合有效辐射基本达1500～2000μmol•m2／s，超过其光饱和点，能够满足棉花进行光合作用的需要．距离枣树越远的棉花光合有效辐射越高，反之则越低，其大小关系为W－165cm＞E－155cm＞W－105cm＞E－95cm．#p#分页标题#e# 2．2枣棉间作对系统空气温湿度的影响 太阳辐射是地球表面热量的主要源泉，温度变化与光照状况有着紧密联系．树木展叶后，由于树冠的遮荫和枝叶的蒸腾作用，使林带两侧农田内光照、土温、气温都降低．又由于林带的防风效应，削弱了气流平移速度，使树木和作物蒸腾的水蒸气较长时间的停留在农田上空，从而增加了空气的湿度［11，13－14］． （1）空气温湿度的日变化通过自动气象站和手持气象站8∶00～20∶00观测的结果数据（将所有数据平均）如图4所示，间作系统的气温均随着太阳升高，光照强度的增强而增强，与光照强度表现出相同的规律．间作系统中气温日变化规律与对照田也基本一致．即最高气温出现在午后16∶00左右，最低气温出现在接近日出时，均比对照低，尤其是上午（8∶00～10∶00）差异显著．而间作系统内的空气相对湿度随时间变化呈现出从高到低再到高的现象；一天之中，早上气温较低，光照较弱，相对湿度较大；而相对湿度最小值则出现在14∶00时左右，当时气温最高，光照也最强．间作系统在白天各个时刻的空气相对湿度比对照棉田都要高，平均高出3．3％． （2）空气温湿度的物候期变化如表2所示，随着季节物候期的变化，间作系统内气温逐渐升高，但是和对照棉田相比，还是相对低一些．在棉花出苗至吐絮期，间作系统的日平均气温分别降低了1．8℃、5．0℃、2．1℃和2．0℃．而间作系统内的空气相对湿度明显高于对照棉田，平均比对照棉田高1．7％～4．4％．以上数据说明，间作系统对气温有着良好的调节作用，同时能保持较高的空气湿度，在干旱年份或空气比较干燥的月份，对棉花的生长发育非常有利． 2．3枣棉间作对土壤温湿度的影响 （1）枣棉间作对地表温度和不同深度土层温度的影响 与表2的观测日期和时间相同，分析从地表至地下20cm不同深度土层的温度日变化，所有观测数据的平均值如图5所示，在一天之中，间作系统与单作系统有基本相同的变化趋势，地表、地面以下5cm，10cm，15cm和20cm温度，白天的最高值分别出现在14∶00，16∶00，18∶00和20∶00左右．由此可以推测，土层越深温度达到最高值的时间就越晚；地表和地面下5cm的温度的变化趋势明显大于其他深度，这可能是由于地表温度和土壤表层温度受太阳辐射和地面辐射影响较大的缘故．从表3可以看出，间作系统的地表温度和不同深度土层温度均明显低于对照棉田．地表温度与气温成正比例关系，与对照棉田相比，夏季地温最高，间作系统对地温的降低效应也最大．这说明适当的遮荫可以降低地表温度，对棉花的生长起到有利的作用．间作系统在棉花关键物候期地表温度平均比对照棉田降低2．2℃，9．8℃，1．6℃和3．7℃，地下5cm降低了4．3℃，5．1℃，0．6℃，4．2℃，地下10cm降低了3．7℃，5．5℃，1．4℃，4．3℃，地下15cm降低了1．6℃，2．7℃，1．4℃，2．1℃，地下20cm降低了4．3℃、3．0℃、2．3℃、3．6℃．这种降温效应对于降低农田的水分消耗，减少高温对棉花的灼伤及光合能力的下降，具有重要的意义． （2）枣棉间作对不同深度土壤含水量的影响 土壤含水量的高低主要受降水量大小和土壤类型的影响．将枣树花期前后定期测量不同位点的地下0～40cm土壤含水量的平均值如图6所示．从图6可以看出，间作系统内地下0～20cm和20～40cm的土壤含水量均大于对照棉田，且在棉花整个生长期内，平均比对照棉田高出3．13％和3．62％．分析其原因，可能是由于间作系统光照强度仅为对照棉田的71．78％，空气湿度平均比对照棉田高2．97％，使得地表水分蒸发较少，土壤含水量较高．另外，还对距枣树不同距离各点的土壤含水量进行了测定（图7），其结果表明间作系统0～20cm，20～40cm的土壤含水量基本呈现中间较高、两边较低的趋势，最高点分别出现在W－165cm、W－145cm点，说明距枣树较近区域，存在棉花与枣树的水分竞争，使得距枣树越近，土壤含水量越低．同样，间作系统在0～20cm，20～40cm的土壤含水量均比对照棉田高，平均比对照棉田高2．14％，1．46％． 2．4枣棉间作的防风效应 与单作农田相比，降低风速是农林间作最明显的效应［15］．随着风力的减弱，湍流交换的改变，热量和水分也发生了相应的变化，林带可使风速降低而起到调节温度，提高湿度，减少蒸发，防御自然灾害的作用．枣棉间作系统的林木密度比农田林网大得多，降低风速的作用更为明显，但系统内风速变化受林分密度、树种、树冠大小及自然风向等多种因素影响．对于3×4m株行距的枣棉间作系统风速日变化测得数据分析表明：风穿过枣树后消耗了气流的动能而使风力减弱如见图8所示．系统的防风效能（％）＝（对照田风速－间作田风速）×100／对照田风速［3］．由此推算出3×4m枣棉间作系统的防风效能的平均值为38．6％． 2．5枣棉间作对棉花产量的影响 棉花的单位面积产量是由单铃重、平均单株铃数、单位面积株数决定的．在3×4m株行距的枣棉间作地中，从距离枣树不同测点棉花的测定结果分析看出：不同测点的单铃重、单株铃数有明显的差异．间作系统内棉花的平均单铃质量比对照棉田小0．3g，平均单株铃数少0．3个，显然间做系统的棉花是减产的，单株平均减产4．1g．另外，行东产量较行西高，单株平均高出5．9g．这可能是由于间作系统内光照强度行东略高于行西的缘故．当然，可能与水分、养分的竞争有关． 2．6枣棉间作系统经济效益的估算 枣粮（棉）间作，通过对农作物的施肥、灌水、中耕除草，枣树也相应地得到抚育，使枣树能得到较高的产量．由于枣树对粮食作物生长因子的改善，使农作物也得以丰收，可以充分利用地下空间，实现立体生产［3］．枣棉间作地的产值由棉花收益和枣果收益构成，即试验地的产值＝棉花产值＋枣果产值．试验研究显示，在间作地中棉花面积占55％左右，剩下的为红枣面积，那么一公顷地的总产值若以当年的价格估算，可达到25747元，而对照棉地则只有棉花单一产值，仅为22485．5元．不难看出，单位面积枣棉间作地的总产值比对照棉田提高25％以上．#p#分页标题#e# 3结论与讨论 （1）一天之中，枣棉间作系统不同时间的光照强度变化大体呈抛物线形状，最小值出现在8∶00和20∶00，最高值出现在中午14∶00．间作系统中距枣树150cm和棉花冠层的日平均光照分别为71．78％和69．9％．光合有效辐射方面表现为距离枣树越远的棉花光合有效辐射越高，反之则越低，表现为：W－165cm＞E－155cm＞W－105cm＞E－95cm． （2）间作系统有着明显的降温和增湿作用．在棉花出苗至吐絮期，间作系统的日平均气温降低2．7℃．而间作系统内的空气相对湿度明显高于对照棉田，平均比对照棉田高3．0％． （3）间作系统在棉花关键物候期地表温度平均比对照棉田降低4．3℃，地下5cm降低了3．5℃，地下10cm降低了3．7℃，地下15cm降低了1．9℃，地下20cm降低了3．3℃．间作系统不同深度的土壤含水量均大于对照棉田，且在棉花整个生长期内，平均比对照棉田高出3．13％和3．62％．且距枣树越近，土壤含水量越低，这是枣树与棉花的水平竞争而致．研究发现，0～20cm和20～40cm的土壤含水量最高点分别出现在远离枣树的W－165cm、W－145cm点．这可能与枣树与棉花的水分竞争有关． （4）间作系统有一定的防风效应．研究结果显示，枣棉间作系统的防风效能达到38．6％．（5）枣棉间作虽然在一定程度上降低了棉花的产量，但间作后单位面积的总产值达到25747元，比对照棉田高14．5％，在一定程度上提高了农民收入．
