檳榔間作咖啡模式對(duì)咖啡光合特性及產(chǎn)量的影響

趙少官，董云萍，趙青云，鐘壹鳴，化黨領(lǐng)，張 昂*

檳榔間作咖啡模式對(duì)咖啡光合特性及產(chǎn)量的影響

趙少官1,2，董云萍1,3，趙青云1，鐘壹鳴1，化黨領(lǐng)2，張 昂1*

1. 中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院香料飲料研究所/海南省熱帶香辛飲料作物遺傳改良與品質(zhì)調(diào)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，海南萬(wàn)寧 571533；2. 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，河南鄭州 450003；3. 云南省董云萍專家工作站，云南普洱 665099

為了探明檳榔-咖啡間作檳榔冠層的遮蔭度對(duì)咖啡葉片的光合特性及其產(chǎn)量的影響，在海南省瓊海大陸基地設(shè)計(jì)3種不同間作模式的大田試驗(yàn)：（1）高密度種植（H）：咖啡、檳榔株行距均為2.5 m×3.0 m；（2）中密度種植（M）：咖啡株行距2.0 m×3.0 m、檳榔4.0 m×3.0 m；（3）低密度種植（L）：咖啡株行距2.0 m×3.0 m、檳榔株行距6.0 m×6.0 m。分別測(cè)定不同種植模式處理下土壤理化性質(zhì)和咖啡植株光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率等光合指標(biāo)，以及咖啡單株產(chǎn)量，并利用灰色關(guān)聯(lián)度分析評(píng)價(jià)不同間作模式下葉片光合特性指標(biāo)和產(chǎn)量，并對(duì)其影響因子進(jìn)行探究。結(jié)果表明，在不同間作處理中除低密度種植模式下土壤溫度顯著低于其他種植模式外，其余指標(biāo)并無(wú)顯著差異；相較于M，H和L葉片的凈光合速率和氣孔導(dǎo)度分別降低了0.06～0.97 μmol/(m2·s)、0.49～0.97 μmol/(m2·s)和0～0.04 mol/(m2·s)、0.01～ 0.08 mol/(m2·s)。M葉片的蒸騰速率年變化除了夏季低于H 0.11 mmol/(m2·s)左右，高于L 0.47 mmol/(m2·s)左右。其他時(shí)期M曲線分別高出H和L 0.33～0.78 mmol/(m2·s)、0.17～0.92 mmol/(m2·s)。在水分利用率方面3種種植模式之間全年變化較為復(fù)雜，沒(méi)有明顯的差異性。其中咖啡葉片的氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率指標(biāo)響應(yīng)于種植模式；中密度種植處理下的咖啡單株鮮果產(chǎn)量相較于高、低密度種植處理分別增產(chǎn)19.41%和18.69%，咖啡單位面積產(chǎn)量方面顯著增產(chǎn)50.62%和41.67%。通過(guò)灰色關(guān)聯(lián)度分析發(fā)現(xiàn)，中密度種植模式表現(xiàn)較好，在咖啡不同生長(zhǎng)時(shí)期等權(quán)關(guān)聯(lián)度和加權(quán)關(guān)聯(lián)度位次均為第一。以上結(jié)果表明，在檳榔-咖啡間作體系中，適當(dāng)密植咖啡以及增加檳榔行間距有助于提高咖啡總產(chǎn)量，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中建議推行中密度間作的種植模式，可以有效地提升間作模式的綜合優(yōu)勢(shì)，提高土地單位面積的收益。

復(fù)合栽培；光合速率；蒸騰速率；水分利用效率；灰色關(guān)聯(lián)度分析

間套作是一種利用不同作物間互惠作用以提高資源利用效率的重要農(nóng)業(yè)模式，不僅可以使作物高效利用地上部的光、熱資源，還可以通過(guò)根際間的互作提高養(yǎng)分、水分利用率，是促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要技術(shù)[1-2]。此外，從市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)的角度分析，不同種作物市場(chǎng)價(jià)格的變化規(guī)律不同，通過(guò)2種作物的復(fù)合經(jīng)營(yíng)，有利于規(guī)避單一作物經(jīng)營(yíng)帶來(lái)的市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)[3]。

海南作為檳榔的主要產(chǎn)區(qū)，種植面積達(dá)7333 hm2[4]，而檳榔寬大的行間距具有發(fā)展林下經(jīng)濟(jì)作物的基礎(chǔ)。在林下經(jīng)濟(jì)作物中，咖啡作為一種海南特色飲料作物[5]，屬于多年生常綠灌木或小喬木，是一種熱帶雨林下層植物，喜靜風(fēng)、半蔭蔽、濕潤(rùn)環(huán)境。適度蔭蔽能對(duì)光、熱、水、土、肥及病蟲草害等因素有較好的調(diào)控作用，是發(fā)展檳榔林下種植的適宜作物[6]，也是熱區(qū)農(nóng)民收入的重要來(lái)源之一。檳榔林下間作咖啡不僅可以提高檳榔林下資源利用率，還能提高農(nóng)民收入，提振海南特色咖啡產(chǎn)業(yè)，助力鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略實(shí)施。

GOU等[7]研究表明小麥/玉米的體系中，間作有效地提高了穗葉的光合速率。王曉陽(yáng)等[6]研究表明，檳榔間作咖啡的根系互作具有對(duì)土壤養(yǎng)分資源利用的互饋效應(yīng)。釧相仙等[3]認(rèn)為咖啡與澳洲堅(jiān)果間作不但提高了土地復(fù)種指數(shù)，并且能夠獲得穩(wěn)定的高產(chǎn)。前期研究表明，在檳榔林中間作其他作物不僅能夠提高土壤微生物的多樣性還對(duì)土壤微生物數(shù)量、種群分布和土壤養(yǎng)分含量有良好的調(diào)節(jié)作用[8]。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)咖啡-遮陰性作物種植體系中對(duì)地下部生態(tài)環(huán)境的關(guān)注度很高，但對(duì)咖啡與檳榔的合理間作模式及該體系中光合特性的研究較少。本研究通過(guò)設(shè)置不同種咖啡-檳榔間作模式，為林下咖啡植株提供不同程度的遮蔭，以探究不同間作模式對(duì)咖啡葉片的光合特性以及產(chǎn)量的影響，為海南省咖啡綠色高效種植提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)設(shè)置于中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院香料飲料研究所瓊海大路基地（110°27'29''E，19°26'44''N），屬于熱帶季風(fēng)海洋性氣候，年均溫23.4℃，年降雨量1500～2000 mm，土壤為磚紅壤。有機(jī)質(zhì)含量約為35.9 g/kg；速效氮含量約為188.6 mg/kg；速效磷含量約為10.9 mg/kg；速效鉀含量約為172.1 mg/kg；pH約為5.26。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 檳榔與咖啡定植時(shí)間為2012年4月，試驗(yàn)觀測(cè)時(shí)間為2019年7月至2021年7月。大田試驗(yàn)總種植面積0.4 hm2，采取隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)3個(gè)間作模式，每個(gè)處理重復(fù)3次。高密度種植模式（H）：咖啡、檳榔株行距均為2.5 m×3.0 m，每0.06 hm2種植咖啡88株，檳榔88株；中密度種植模式（M）：咖啡株行距2.0 m×3.0 m、檳榔4.0 m×3.0 m，每0.06 hm2種植咖啡111株，檳榔55株；低密度種植模式（L）：咖啡株行距2.0 m×3.0 m檳榔株行距6.0 m×6.0 m，每0.06 hm2種植咖啡93株，檳榔18株。

1.2.2 指標(biāo)測(cè)定 （1）土壤理化性質(zhì)和微氣候測(cè)定。每個(gè)處理隨機(jī)選取3株長(zhǎng)勢(shì)一致的植株，在咖啡植株冠幅范圍內(nèi)利用LI-8100A土壤呼吸檢測(cè)儀測(cè)定土壤溫度、濕度；利用環(huán)刀法收集土壤，用于測(cè)定土壤容重、速效磷、堿解氮；利用型號(hào)光量子儀測(cè)定每個(gè)處理樣地的有效光合輻射。

（2）光合指標(biāo)測(cè)定。在一年4個(gè)季節(jié)中用便攜式光合儀LI-6400XT于上午11：00在每個(gè)處理地塊中選取3株有代表性的植株利用LI-6400XT光合儀測(cè)定咖啡葉片的光合指標(biāo)，包括凈光合速率（net photosynthesis，n）、氣孔導(dǎo)度（stomatalconducta-nce,s）、蒸騰速率（transpiration rate,r）、水分利用率（water utilization ratio, WUE）、空氣溫度（air temperature, AT）。

（3）產(chǎn)量測(cè)定?？Х犬a(chǎn)量：每個(gè)處理隨機(jī)選取長(zhǎng)勢(shì)一致的6株植株掛牌，于果實(shí)成熟期分批采摘成熟果實(shí)稱重，測(cè)定單株鮮果產(chǎn)量。檳榔產(chǎn)量：每個(gè)處理隨機(jī)選取長(zhǎng)勢(shì)一致的檳榔植株6株掛牌，于果實(shí)成熟期分批采摘成熟果實(shí)稱重，測(cè)定單株鮮果產(chǎn)量。

（4）灰色關(guān)聯(lián)度分析。將3種種植模式作為評(píng)價(jià)對(duì)象，評(píng)價(jià)指標(biāo)選取4個(gè)季節(jié)咖啡葉片的P、s、r、WUE和產(chǎn)量構(gòu)成數(shù)據(jù)列。

建立參考數(shù)據(jù)列和比較數(shù)據(jù)列，由各指標(biāo)實(shí)測(cè)的最優(yōu)值組成“理想種植模式”，從而構(gòu)成參考數(shù)據(jù)列：0()= {0(1),0(2),0(3), … ,0(m)}，其中= 1、2、3、…m, m為測(cè)定指標(biāo)數(shù)；同一種植模式各指標(biāo)的實(shí)測(cè)值構(gòu)成比較數(shù)據(jù)列：i()= {i(1),i(2),i(3)…i()},= 1、2、3、…n , n為不同種植模式。本研究選取咖啡各時(shí)期葉的光合作用、r、s、WUE五個(gè)光合指標(biāo)和產(chǎn)量的最優(yōu)值為理想種植模式相應(yīng)的特性值。

為了消除各指標(biāo)量綱帶來(lái)的影響，需要進(jìn)行無(wú)量綱區(qū)間化，即把各指標(biāo)的實(shí)測(cè)值轉(zhuǎn)化為評(píng)價(jià)值，用n()=i()/0()表示，所有數(shù)值均在[0, 1]之間。

建立關(guān)聯(lián)系數(shù)，i()= [min min Δi ()+max max Δi()]/[Δi()+max maxΔi()]

式中：Δi()=|0()-i()|，表示0和i在第的絕對(duì)差值；min minΔi()為二級(jí)最小差；max maxΔi()為二級(jí)最大差；為分辨系數(shù)，越小，則關(guān)聯(lián)系數(shù)間的差異越大，區(qū)分能力越強(qiáng)，取值范圍為[0, 1]，一般取0.5。

根據(jù)以上公式建立灰色關(guān)聯(lián)度

式中：H為各評(píng)價(jià)指標(biāo)熵值，ω為權(quán)重系數(shù)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析采用SAS V8軟件進(jìn)行雙因素分析，以季節(jié)和間作模式為2個(gè)固定因素，比較咖啡葉片光合特性指標(biāo)在不同季節(jié)和不同間作模式間分別是否存在顯著差異；冗余分析用于探究光合指標(biāo)與環(huán)境因子之間的關(guān)系，在RDA中選擇manual forward selection程序以使用具有499個(gè)排列的蒙特卡羅測(cè)試來(lái)確定環(huán)境變量參數(shù)的顯著性。使用Origin 2021軟件進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種植模式下土壤理化性質(zhì)及微氣候

由表1可知，處理L的土壤溫度顯著低于處理H、M。不同種植模式下土壤理化性質(zhì)除土壤溫度外沒(méi)有顯著差異，表明不同的間作模式對(duì)土壤理化性質(zhì)及咖啡園氣候指標(biāo)沒(méi)有影響。

表1 不同種植模式下土壤理化性質(zhì)及微氣候指標(biāo)

注：同列不同小寫字母表示處理間差異顯著（<0.05）。

Note: Different lowercase letters in the same column indicate significant difference (<0.05).

2.2 不同間作配置季節(jié)對(duì)咖啡葉片光合特性的影響

由表2可知，季節(jié)對(duì)咖啡葉片的4種光合特性有極顯著影響（<0.01）；不同間作模式對(duì)咖啡葉片的氣孔導(dǎo)度有顯著影響（<0.05），但二者交互作用對(duì)于光合特性沒(méi)有顯著影響。

由圖1可知，M和L全年n變化呈現(xiàn)先降低后升高的曲線，H曲線在秋季達(dá)到峰值后又開(kāi)始下降。3種種植模式咖啡葉片全年s變化呈現(xiàn)先升高后下降的曲線，均在秋季達(dá)到峰值。相較于M，H和L葉片的n和s分別降低了0.06～0.97 μmol/(m2·s)、0.49～0.97 μmol/(m2·s)和0～0.04 mol/(m2·s)、0.01～ 0.08 mol/(m2·s)。M和L葉片全年r變化呈現(xiàn)先下降后上升再下降的曲線，H曲線先升高后下降，均在秋季達(dá)到峰值。M葉片的r年變化除了夏季低于H約0.11 mmol/(m2·s)，高于L約0.47 mmol/(m2·s)。其他時(shí)期M曲線分別比H和L高0.33～ 0.78 mmol/(m2·s)、0.17～0.92 mmol/(m2·s)。WUE三種種植模式之間全年變化較為復(fù)雜，均呈現(xiàn)先降低后升高的曲線，但是出現(xiàn)拐點(diǎn)的季節(jié)不盡相同，H曲線在夏季達(dá)到最低值，M和L在秋季到達(dá)最低值。

不同間作模式的光合特性值在一個(gè)年度4個(gè)季節(jié)中均呈現(xiàn)先低后高的現(xiàn)象。春夏季的光合特性值顯著低于秋冬季，氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率在秋季達(dá)到最高，凈光合速率和水分利用率在冬季達(dá)到最高。不同季節(jié)中3種處理的光合指標(biāo)間均不存在顯著差異。

表2 處理、季節(jié)與光合特性雙因素方差分析的F值

注：**表示差異極顯著（<0.01）；*表示差異顯著（<0.05）。

Note:**indicates extremely significant difference (<0.01);*indicates significant difference(<0.05).

2.3 不同間作模式下環(huán)境因子對(duì)光合特性的影響

為了更加確定環(huán)境因子對(duì)光合特性的影響，利用冗余分析（圖2）來(lái)表示7種環(huán)境因子與植株光合特性的關(guān)系。由圖2可知，在7種環(huán)境因子中對(duì)光合特性貢獻(xiàn)度最高的是空氣溫度（=3，=0.048）和土壤容重（=2.8，=0.07）（表3），上述2個(gè)環(huán)境因子與光合指標(biāo)存在顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。所有環(huán)境因子解釋了80.6%的光合特性變化，其中空氣溫度和容重分別解釋了4種光合指標(biāo)變化的30.2%和22.1%。RDA的前2個(gè)排序軸分別解釋了總方差的83.31%和9.00%。

圖1 不同間作模式和季節(jié)對(duì)咖啡葉片光合特性的影響

圖2 環(huán)境因子與光合指標(biāo)之間的冗余分析（RDA）

表3 環(huán)境因子對(duì)光合指標(biāo)的貢獻(xiàn)以及顯著性

2.4 不同間作模式對(duì)作物產(chǎn)量的影響

由圖3可知，雖然各間作處理咖啡的單株鮮果產(chǎn)量無(wú)顯著差異，但在單位面積產(chǎn)量上有顯著性差異。在咖啡單株鮮果產(chǎn)量方面處理M的單產(chǎn)相較于處理H和處理L分別增產(chǎn)19.41%、18.69%，咖啡單位面積產(chǎn)量更是顯著增產(chǎn)50.62%、41.67%。

2.5 間作系統(tǒng)光合與產(chǎn)量灰色關(guān)聯(lián)度評(píng)價(jià)

對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)按照變異系數(shù)法的原則進(jìn)行賦值，計(jì)算咖啡各項(xiàng)指標(biāo)和產(chǎn)量所占權(quán)重（表4）。將表1數(shù)據(jù)與各處理的關(guān)聯(lián)系數(shù)代入1.2.2公式中，可以得出不同間作模式各時(shí)期光合特性與產(chǎn)量的等權(quán)關(guān)聯(lián)度和加權(quán)關(guān)聯(lián)度，由此可以得到其大小順序（表4、表5）。根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)度評(píng)價(jià)的規(guī)則可知，關(guān)聯(lián)度越高說(shuō)明處理越接近理想的狀態(tài)。根據(jù)表5可知，在各個(gè)時(shí)期，處理M的加權(quán)關(guān)聯(lián)度和等權(quán)關(guān)聯(lián)度均高于其他處理，間作處理M各時(shí)期的位次均為第一。表明間作處理M能更好地提高資源的利用率，突顯出間作優(yōu)勢(shì)。

3 討論

間作系統(tǒng)在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用逐漸廣泛，在維護(hù)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性和穩(wěn)定性、提高資源利用效率、實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)等方面發(fā)揮著極其重要的作用[10-12]。同時(shí)，間作與單作種植系統(tǒng)相比充分提高了土壤水平的光照可用性[13]。前人研究表明，相對(duì)于單作大多數(shù)間作系統(tǒng)都顯示出產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)[14-15]。篩選并應(yīng)用適宜的間作模式對(duì)提高單位土地面積產(chǎn)值，提升整體經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義[16]，檳榔在海南省種植面積超過(guò)10萬(wàn)hm2，是海南省“十四五”期間重點(diǎn)發(fā)展的第二大經(jīng)濟(jì)林，在實(shí)施鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)振興中占據(jù)重要地位。作為間作咖啡的高位植株，可以為咖啡的生長(zhǎng)提供適宜的遮陰度，是一種適合與咖啡間作的作物。莊輝發(fā)等[17]研究表明檳榔行間間作香草蘭可以顯著提高香草蘭葉片的光合指標(biāo)。這是本研究選擇檳榔作為間作植株的先決條件。

圖3 不同間作模式下的咖啡產(chǎn)量

表4 間作系統(tǒng)不同季節(jié)咖啡光合指標(biāo)與產(chǎn)量權(quán)重

表5 間作系統(tǒng)中不同季節(jié)咖啡光合與產(chǎn)量關(guān)聯(lián)度

間作體系植物的光合生理特征通常是用來(lái)檢驗(yàn)植物生長(zhǎng)狀況的重要指標(biāo)[18]。植物光合作用主要受氣孔因素和非氣孔因素的限制[19-20]。氣孔導(dǎo)度（s）是指氣孔的張開(kāi)程度，主要影響著植物與外界CO2和水汽的交換，進(jìn)而影響到凈光合速率、呼吸及蒸騰作用。蒸騰速率（r）是單位時(shí)間內(nèi)單位葉面積經(jīng)過(guò)蒸騰作用而損失的水分，通常是用來(lái)反映植物體內(nèi)的水分代謝及利用情況。植物水分利用率（WUE）可以從側(cè)面反映植物的耗水性以及抗旱性，通常作為植株響應(yīng)水分脅迫下適生性的指標(biāo)[21]。本研究對(duì)咖啡的環(huán)境因子和光合生理指標(biāo)進(jìn)行了分析，結(jié)果顯示僅有空氣溫度（AT）和光合指標(biāo)之間呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系。因此光合指標(biāo)在環(huán)境因子差異不顯著的3種植模式間并未出現(xiàn)顯著差異。秋冬季空氣溫度開(kāi)始降低，是引起光合指標(biāo)提高的主要原因。而秋冬季節(jié)是咖啡的主要成熟期，一般咖啡豆都會(huì)在這個(gè)時(shí)期進(jìn)行采摘。這一時(shí)期的光合作用增強(qiáng)是為了提升掛果率和干物質(zhì)的積累，符合一般規(guī)律。郭春芳等[22]的研究結(jié)果表明茶樹(shù)的光合速率與蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度呈顯著的正相關(guān)，蒸騰速率和水分利用率呈顯著負(fù)相關(guān)，與本實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有一定的相似性。不同間作模式只對(duì)氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率有著顯著的影響。處理M的氣孔導(dǎo)度除夏季外，在其他3個(gè)季節(jié)優(yōu)于其他處理，且光合速率和蒸騰速率的表現(xiàn)也較好，這可能是由于氣孔的影響，不同種植模式改變了葉片的氣孔特性，導(dǎo)致葉片對(duì)CO2的固定能力增加，進(jìn)而使得光合速率和蒸騰速率提高。

種植密度對(duì)于植物產(chǎn)量和品質(zhì)是一項(xiàng)重要影響因素。密度效應(yīng)是指隨著植物種群內(nèi)個(gè)體數(shù)目的增加，出現(xiàn)的個(gè)體之間的相互影響[23-24]。不同的種植密度使植株個(gè)體之間對(duì)于光照、水分和CO2濃度的競(jìng)爭(zhēng)有差異，進(jìn)而影響著葉片的光合特性，最終導(dǎo)致作物產(chǎn)量形成差異。大量的研究資料顯示，適當(dāng)?shù)脑黾幼魑锏姆N植密度，有助于干物質(zhì)的積累，從而增加作物產(chǎn)量[25]。本研究結(jié)果表明，不同的種植密度對(duì)于咖啡和檳榔的單株產(chǎn)量無(wú)顯著影響，但是有助于提高群體產(chǎn)量，與前人的研究結(jié)果一致[26]。段云佳等[27]研究表明低密度棗棉間作，單株生長(zhǎng)條件較好，能充分發(fā)揮單個(gè)植株的生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)，但是因?yàn)槿后w數(shù)量不足，導(dǎo)致總體產(chǎn)量較低；高密度種植群體數(shù)量過(guò)大，個(gè)體發(fā)育會(huì)受到限制，同樣總體產(chǎn)量也較為低。段龍飛等[28]研究表明隨著種植密度的增加，魔芋的實(shí)際產(chǎn)量呈現(xiàn)先增高后下降的趨勢(shì)。所以合理的密植不僅能發(fā)揮群體個(gè)體的最佳生產(chǎn)力，又能發(fā)揮群體的增產(chǎn)潛力，可以使產(chǎn)值最大化。

灰色關(guān)聯(lián)度評(píng)價(jià)常用于指導(dǎo)多個(gè)性狀相對(duì)重要性的研究。王志軍等[29]的研究結(jié)果表明，灰色關(guān)聯(lián)度分析可以在篩選不同品種棉花的產(chǎn)量和纖維品質(zhì)方面起到關(guān)鍵作用。王美霞等[30]研究結(jié)果表明，在育種工作中可以通過(guò)灰色關(guān)聯(lián)度分析來(lái)選擇最重要的性狀，使玉米產(chǎn)量有較大的提升。本研究對(duì)咖啡-檳榔3種間作模式下一年當(dāng)中4個(gè)時(shí)期的葉片光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度、水分利用率和產(chǎn)量5個(gè)指標(biāo)進(jìn)行了灰色關(guān)聯(lián)度分析。分析表明，處理M在整個(gè)2020年度的光合特性最為優(yōu)異，并且所得到的產(chǎn)量高于其他處理。無(wú)論是等權(quán)關(guān)聯(lián)度位次，還是加權(quán)關(guān)聯(lián)度位次，在各個(gè)季節(jié)都位居第一，這一結(jié)果表明處理M的間作模式更突出、更趨近于理想狀態(tài)。

4 結(jié)論

不同的間作模式對(duì)咖啡單株鮮果產(chǎn)量沒(méi)有影響，但是合理的密植有助于提高咖啡單位面積產(chǎn)量。本研究中處理M的間作模式能夠獲得更高的綜合產(chǎn)量，并且關(guān)聯(lián)度位次最高，有助于提高農(nóng)田單位面積收益。在生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)推廣咖啡和檳榔株行距分別為2 m×3 m和3 m×4 m的種植模式。

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Production and Photosynthetic Characteristics of Interspecific Coffee under Different Intercropping Patterns ofL. andReyan No. 1

ZHAO Shaoguan1,2, DONG Yunping1,3, ZHAO Qingyun1, ZHONG Yiming1, HUA Dangling2, ZHANG Ang1*

1. Spice and Beverage Research Institute, Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences / Hainan Key Laboratory of Genetic Improvement and Quality Control of Tropical Sweet and spicy Beverage Crops, Wanning, Hainan 571533, China; 2. College of Resources and Environment, Henan Agricultural University, Zhengzhou, Henan 450003, China; 3. Yunnan Province Dong Yunping Expert Workstation, Pu’er, Yunnan 665099, China

In order to figure out the effects of various shade degrees of areca catechu canopy on the photosynthetic characteristics of coffee leaves and the yield at different planting densities in the betel nut-coffee intercropping system, we designed three different intercropping patterns in Qionghai, Hainan based on the diverse effectiveness of areca catechu canopy on the lower plant coffee. The patterns included high-density planting (H): row spacing of coffee and areca catechu was 2.5 m×3.0 m, medium density planting (M): coffee plant spacing 2.0 m×3.0 m, areca nut 4.0 m×3.0 m and low-density planting (L): coffee plant spacing 2.0 m×3.0 m, areca plant spacing 6.0 m×6.0 m. Four photosynthetic indicators including net photosynthetic rate (n), stomatal conductance (s), transpiration rate (r), and water use efficiency (WUE) of coffee plants, soil physical and chemical properties under different cropping patterns were investigated. The yield of coffee plants was also measured. Finally, the photosynthetic characteristics and yield of the leaves under different cropping patterns were evaluated by grey correlation analysis, meanwhile, the impact factors were also further explored. The results demonstrated that there was no significant difference in soil temperature except that the soil temperature at low-density cropping pattern was notably lower than that under other cropping patterns. Therefore, it could be summarized as followed: stomatal conductance and transpiration rate indicators in coffee leave varied with cropping pattern, simultaneously, the four photosynthetic indicators fluctuated due to the season. The redundancy analysis showed that the air temperature and soil bulk density contributed the most to the photosynthetic characteristics in the seven environmental factors. Moreover, the two kinds of environmental factors appeared to be a significantly negative relation with the four photosynthetic indices.The net photosynthetic rate and stomatal conductance of H and L decreased by 0.06?0.97 μmol/(m2·s) and 0.49?0.97 μmol/(m2·s), 0?0.04 mol/(m2·s) and 0.01?0.08 mol/(m2·s), respectively compared with M. Furthermore, the annual change of transpiration rate in M leaves was lower than 0.11 mmol/(m2·s) in H and higher than 0.47 mmol/(m2·s) in L in summer. In contrast, the M curve was 0.33?0.78 mmol/(m2·s) and 0.17? 0.92 mmol/(m2·s) higher than H and L respectively in other periods. Subsequently, there was no obvious difference among the whole year of three planting patterns in moisture utilization. The fresh fruit yield per plant under medium density planting increased 19.41% and 18.69% respectively and the coffee yield per unit area significantly increased 50.62% and 41.67% respectively compared with high and low-density planting. Based on grey correlation degree analysis, the medium-density planting pattern performed better, ranking first in equal weight correlation degree and weighted correlation degree in different growth stages of coffee. The above results indicated that proper dense planting of coffee and increasing row spacing of areca in the areca-coffee intercropping system could improve the total production of coffee, especially for the medium density intercropping pattern in actual production, which could effectively improve the comprehensive advantages of the intercropping pattern and enhance the income per unit area of land.

compound cultivation; photosynthesis; transpiration rate; water use efficiency; grey correlation analysis

S571.2

A

10.3969/j.issn.1000-2561.2022.09.010

2021-12-20；

2022-03-02

海南省自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目（No. 322QN406）；海南省自然科學(xué)基金高層次人才項(xiàng)目（No. 421RC653）。

趙少官（1996—），男，碩士研究生，研究方向：植物生理生態(tài)。*通信作者（Corresponding author）：張 昂（ZHANG Ang），E-mail：angzhang_henu@163.com。