果樹根系修剪裝置設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

毛 雷，王鵬飛，楊 欣，李建平，邵建柱，錢 稷，李雪軍

（1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī) 電工程學(xué)院，河北 保定071001；2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院，河北 保定071001）

果樹冠層修剪是果園果樹管理的重要管理環(huán)節(jié)之一，果樹管理是1個(gè)統(tǒng)一的有機(jī)整體，果樹冠層生長(zhǎng)與根系生長(zhǎng)有相互影響［1］。果樹根系的合理管控對(duì)果樹營養(yǎng)的吸收和地上冠層的生長(zhǎng)影響顯著，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)果樹冠層生長(zhǎng)的促控效果［2］。果樹根系修剪還能夠有效控制果樹根系輻射范圍，有利于果樹精準(zhǔn)施肥、精確灌溉等果園智能監(jiān)管的實(shí)施［3-5］。根據(jù)國外梨園控根中傳統(tǒng)的人工修剪樹枝方法費(fèi)時(shí)且昂貴，在梨園中采用了化學(xué)生長(zhǎng)抑制劑來控制冠層生長(zhǎng)，這導(dǎo)致水果化學(xué)殘留物增加，對(duì)環(huán)境造成負(fù)面影響［6-9］。因此，目前丹麥和歐洲在梨的生產(chǎn)中禁止使用化學(xué)生長(zhǎng)抑制劑，根系修剪已被證明是控制果樹營養(yǎng)生長(zhǎng)和冠層控制的的有效途徑［10-11］。同樣的，應(yīng)用在矮砧密植果園中，根系修剪能有效控制果樹冠層，增強(qiáng)果園果樹管理。為此，依據(jù)蘋果樹根系管控的園藝技術(shù)要求和蘋果樹經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量等問題相結(jié)合，設(shè)計(jì)1種應(yīng)用于蘋果園的根系修剪裝置，在河北省唐縣丹鳳山蘋果園進(jìn)行試驗(yàn)，研究不同的修剪處理對(duì)果樹新梢生長(zhǎng)量的影響，來反映果樹根系修剪裝置的最優(yōu)參數(shù)和對(duì)果樹新梢生長(zhǎng)的影響，找出適合的根系管理措施，對(duì)于提高果園經(jīng)濟(jì)效益有重要意義［12-13］。

1 果樹根系修剪裝置結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 整體結(jié)構(gòu)

果樹根系修剪裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，主要由機(jī)架、限深輪、配重裝置、修剪刀等組成。

圖1 果樹根系修剪裝置結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Orchard root cutting machine structure

1.2 工作原理

使用拖拉機(jī)通過3點(diǎn)懸掛與果樹根系修剪裝置連接以提供動(dòng)力，工作時(shí)，修剪刀在限深輪的作用下達(dá)到所要求的入土深度并對(duì)此深度的根系進(jìn)行修剪，通過調(diào)節(jié)液壓伸縮缸來控制斷根刀到蘋果樹主干的距離，刀具安裝可調(diào)節(jié)不同的安裝角度，實(shí)現(xiàn)斷根刀切割角度的調(diào)整。果樹根系修剪裝置在動(dòng)力機(jī)械的牽引下勻速前進(jìn)，對(duì)蘋果樹進(jìn)行不同修剪處理，滿足斷根要求。

2 根系修剪試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)條件

試驗(yàn)時(shí)間：2018年7月21日；數(shù)據(jù)采集區(qū)間：2018年7月22日至2018年10月24日；

試驗(yàn)地點(diǎn)：河北省保定市唐縣丹鳳山果園基地（北緯38°、東經(jīng)115°、海拔190 m），地表相對(duì)平整，土質(zhì)為沙質(zhì)土，有小石塊、小土塊。土壤含水率19.75%，土壤硬度480.33 HB。

試驗(yàn)對(duì)象：蘋果長(zhǎng)枝富士和短枝富士品種，試驗(yàn)地點(diǎn)長(zhǎng)枝、短枝富士品種隨機(jī)混合栽植，樹齡5年，矮砧密植果園行株距為4 m×1 m，樹高4 m，樹行呈南北行，地頭處于樹行北側(cè)，果樹枝條密集，果樹長(zhǎng)勢(shì)均勢(shì)。

試驗(yàn)儀器設(shè)備：東方紅554拖拉機(jī)；果樹根系修剪裝置；盒尺。

2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

蘋果矮砧密植栽培模式采用寬行距窄株距的栽培技術(shù)，果樹栽植行距一般為3.0～4.2 m，株距0.8～1.5 m，果樹根系修剪示意圖如圖2所示。

圖2 果樹根系修剪示意圖Fig.2 Schematice diagram of fruit tree root pruning

蘋果樹根系修剪時(shí)，通過調(diào)節(jié)修剪裝置控制修剪刀的角度θ，拖拉機(jī)液壓帶動(dòng)刀具入土，控制刀具入土垂直深度H，果樹根系修剪裝置上的液壓裝置控制距樹主干距離L，修剪位置W通過試驗(yàn)方案確定該行果樹單側(cè)或者雙側(cè)進(jìn)行修剪。

2.3 試驗(yàn)方案

以矮砧密植果樹為材料，以修剪位置（W）、距離（L）、深度（H）、角度（θ）為因素作L9（21×33）正交設(shè)計(jì)，其中修剪位置為2水平，其余因素為3水平，測(cè)試指標(biāo)為果樹新梢生長(zhǎng)量。正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)L9（21×33）如表 1［14］。

表1 蘋果樹根系修剪因素水平表Table 1 Table of the roots of apple tree roots

3 結(jié)果與討論

3.1 正交試驗(yàn)結(jié)果

由正交試驗(yàn)［14］得結(jié)果如表2、表3。

表2 長(zhǎng)枝富士蘋果樹根系修剪正交試驗(yàn)及結(jié)果Table 2 Orthogonal test and results of root branch pruning of long-branched ‘Fuji’ apple tree

表3 短枝富士蘋果樹根系修剪正交試驗(yàn)及結(jié)果Table 3 Orthogonal test and results of root branch pruning of short-branched ‘Fuji’ apple tree

由表2可知，長(zhǎng)枝富士品種蘋果樹影響新梢生長(zhǎng)量的4個(gè)因素由高到低依次為：距離、修剪位置、角度、深度。根據(jù)計(jì)算的R值可以發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)枝富士品種不同處理中影響新梢生長(zhǎng)量最佳因素水平組合為W2H3θ2L1。

由表3可知，短枝富士品種蘋果樹影響新梢生長(zhǎng)量的4個(gè)因素由高到低依次為：角度、距離、深度、修剪位置。根據(jù)計(jì)算的R值可以發(fā)現(xiàn)，短枝富士品種不同處理中影響新梢生長(zhǎng)量最佳因素水平組合為W1H3θ2L2。

3.2 數(shù)據(jù)分析

測(cè)量蘋果樹新梢長(zhǎng)度共10組，每組3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)5棵樹，共15棵樹，每棵樹9個(gè)數(shù)據(jù)，使用Excel2010對(duì)每棵樹9個(gè)枝條所得數(shù)據(jù)平均，然后對(duì)每組處理共15棵樹所得數(shù)據(jù)平均，每次測(cè)量共得10個(gè)數(shù)，命名處理1為CTr1，處理2為CTr2...對(duì)照試驗(yàn)為bla1，在試驗(yàn)時(shí)間區(qū)間內(nèi)，共測(cè)量9次，第1次測(cè)量代表基準(zhǔn)，所得長(zhǎng)枝、短枝富士蘋果樹新梢生長(zhǎng)量初始數(shù)據(jù)如表4、表5。

表4 長(zhǎng)枝富士新梢生長(zhǎng)量Table 4 Long-branched ‘Fuji’ new shoot elongation

表5 短枝富士新梢生長(zhǎng)量Table 5 Short-branched ‘Fuji’ new shoot elongation

由表4、表5應(yīng)用Excel繪制如圖3、圖4的具體新梢生長(zhǎng)量折線。

圖3 長(zhǎng)枝、短枝富士蘋果樹新梢生長(zhǎng)量折線圖Fig.3 Line diagram of new shoot elongation of long-branched and short-branched Fuji apple trees

圖4 長(zhǎng)枝、短枝富士蘋果樹新梢總生長(zhǎng)量折線圖Fig.4 Line diagram of new shoot total elongation of long-branched and short-branched ‘Fuji’ apple trees

由圖3、圖4的a、b可知，長(zhǎng)枝、短枝富士品種在不同處理下曲線走向大致相同，說明不同處理只能抑制蘋果樹新梢生長(zhǎng)速度，不會(huì)直接改變蘋果樹生長(zhǎng)趨勢(shì)。

由圖3、圖4的a可知，在對(duì)長(zhǎng)枝富士蘋果樹的9組處理中，和對(duì)照試驗(yàn)組作對(duì)比，第9組處理抑制蘋果樹新梢生長(zhǎng)最為顯著，其次還有第1、2、7、8組處理有抑制效果；由圖3、圖4的b知，在短枝富士蘋果樹的9組處理中，在處理試驗(yàn)20 d時(shí)，9組處理的蘋果樹新梢相較于對(duì)照組促進(jìn)了生長(zhǎng)，在20 d以后第2、4、5、6組處理試驗(yàn)開始呈現(xiàn)抑制效果。

由表2知影響長(zhǎng)枝富士蘋果樹新梢生長(zhǎng)量最優(yōu)因素水平為W2H3θ2L1，和圖3（a）折線圖對(duì)比可知，影響長(zhǎng)枝富士蘋果樹新梢生長(zhǎng)量最為顯著的處理為處理9，即為雙側(cè)，深度40 cm，角度20°，距離50 cm；由表3可知影響短枝富士蘋果樹新梢生長(zhǎng)量最優(yōu)因素水平為W1H3θ2L2，和圖3（b）折線圖對(duì)比可知，影響短枝富士蘋果樹新梢生長(zhǎng)量最為顯著的處理為處理6，即為單側(cè)，深度40 cm，角度10°，距離70 cm。

3.3 灌溉影響結(jié)果

在第20和第40天蘋果樹新梢生長(zhǎng)量處于1個(gè)峰值，在第20和第40天時(shí)，試驗(yàn)時(shí)間為2018年8月13日和2018年9月4日，由表6整理的試驗(yàn)果園灌溉記錄可知，2018年8月13日正是灌溉后10 d左右，2018年9月4日在灌溉3 d天之后，蘋果樹枝條生長(zhǎng)達(dá)到峰值。

表6 試驗(yàn)果園灌溉記錄Table 6 Test orchard irrigation records

4 結(jié)論

通過根系修剪裝置，研究不同的根系修剪處理對(duì)長(zhǎng)枝和短枝富士蘋果樹新梢生長(zhǎng)量的影響，來反映矮砧密植果園根系修剪試驗(yàn)的最優(yōu)參數(shù)，也反映了果樹根系修剪裝置的參數(shù)與性能，對(duì)于果樹控冠，根系修剪，降低勞動(dòng)成本具有重要意義。

（1）采用正交試驗(yàn)，選取正交試驗(yàn)表L9（21×33）列出根系修剪處理的不同試驗(yàn)方案及結(jié)果，結(jié)果表明，影響長(zhǎng)枝富士蘋果樹新梢生長(zhǎng)量的4個(gè)因素由高到低依次為：距離、修剪位置、角度、深度。由R值可知，長(zhǎng)枝富士蘋果樹不同處理中影響新梢生長(zhǎng)量最佳因素水平組合為雙側(cè)，深度40 cm，角度20°，距離50 cm。影響短枝富士蘋果樹新梢生長(zhǎng)量的4個(gè)因素由高到低依次為：角度、距離、深度、修剪位置。由R值可知，短枝富士蘋果樹不同處理中影響新梢生長(zhǎng)量最佳因素水平組合為單側(cè)，深度40 cm，角度10°，距離70 cm。

（2）根據(jù)新梢生長(zhǎng)量的折線圖可知，修剪處理試驗(yàn)后，長(zhǎng)枝、短枝富士蘋果樹新梢生長(zhǎng)量趨勢(shì)大體相同，說明蘋果樹進(jìn)行修剪處理不影響果樹正常生長(zhǎng)趨勢(shì)。通過對(duì)長(zhǎng)枝、短枝富士蘋果樹新梢生長(zhǎng)量折線圖中處理試驗(yàn)和對(duì)照試驗(yàn)對(duì)比可知，進(jìn)行根系修剪試驗(yàn)后，不同處理影響長(zhǎng)枝、短枝富士蘋果樹新梢生長(zhǎng)量每10 d生長(zhǎng)趨勢(shì)大體相同，不同處理有加快新梢生長(zhǎng)的反作用產(chǎn)生。

下一階段將繼續(xù)通過不同處理對(duì)不同品種蘋果樹生長(zhǎng)影響進(jìn)行探究，進(jìn)一步優(yōu)化試驗(yàn)參數(shù)。