‘華寧大砂殼核桃’不同樹形冠層特性與其產(chǎn)量的相關(guān)性研究

譚岷山，吳 濤，肖良俊，張曉林，李賢忠

（1.西南林業(yè)大學(xué)，云南 昆明 650224；2.云南省林業(yè)和草原科學(xué)院，云南 昆明 650201；3.云南省華寧縣林業(yè)局，云南 華寧 652899）

樹冠是由樹木上部郁閉的樹葉、枝條和冠層內(nèi)空氣所組成的[1]。冠層結(jié)構(gòu)是指葉面積指數(shù)（LAI）、葉方位角、葉傾角、枝角及其排列方位等在樹冠中隨高度而變化的分布情況，是樹木進(jìn)行光合作用的主要場(chǎng)所，冠層特性與樹木的生長(zhǎng)密切相關(guān)[2-3]。果樹冠層是一個(gè)復(fù)雜的微小氣候環(huán)境，冠層內(nèi)部的光照、溫度和濕度等都會(huì)影響果樹的生長(zhǎng)狀況，決定果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)。對(duì)于果樹而言，相對(duì)合理的冠層結(jié)構(gòu)有利于果樹樹冠內(nèi)光照的合理分布，進(jìn)而有助于提高果實(shí)的產(chǎn)量和品質(zhì)。不同樹形由于樹冠、枝條數(shù)量及著生方向、葉片分布等的不同，導(dǎo)致冠層結(jié)構(gòu)和微小環(huán)境存在差異。前人大量的研究結(jié)果都表明，不同樹形都有其獨(dú)特的冠層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和冠層微環(huán)境，這一特點(diǎn)對(duì)樹體自身利用光、水、肥具有很大影響，從而導(dǎo)致冠層不同部位的葉片營(yíng)養(yǎng)、果實(shí)產(chǎn)量與品質(zhì)等方面產(chǎn)生差異[4-8]。

核桃Juglansspp.又名胡桃，為胡桃科胡桃屬植物，與扁桃、腰果、榛子并稱為世界著名的“四大干果”，也是我國(guó)主要的栽培經(jīng)濟(jì)樹種，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值[9]。云南省是我國(guó)核桃主產(chǎn)大省，核桃栽培面積現(xiàn)已達(dá)到280多萬(wàn)hm2，其面積、產(chǎn)量和產(chǎn)值均位于全國(guó)之首，但在生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)中仍然存在著栽培管理粗放、產(chǎn)量低、品質(zhì)差等問題[10]?！A寧大砂殼核桃’原產(chǎn)于云南省玉溪市華寧縣，是經(jīng)過長(zhǎng)期的自然選擇和人工篩選培育而形成的核桃優(yōu)良品種[11]。本研究以云南省玉溪市主栽品種‘華寧大砂殼核桃’為研究對(duì)象，探討了不同樹形大砂殼核桃冠層特性和產(chǎn)量的差異性，分析其冠層特性、光能特征與其產(chǎn)量的相關(guān)性，以期為該品種核桃高產(chǎn)樹形的培養(yǎng)和整形修剪提供參考依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)設(shè)在云南省玉溪市華寧縣寧州鎮(zhèn)白龍河核桃示范基地，占地面積26.7 hm2，其地理位置為24°13′28″N、102°54′33″E。地處滇中腹地，位于玉溪市東部，撫仙湖東岸。海拔1 776 m，屬中亞熱帶半濕潤(rùn)高原季風(fēng)氣候，夏無(wú)酷暑，冬無(wú)嚴(yán)寒，干濕季分明，相對(duì)濕度為68%～79%，全年無(wú)霜，年平均氣溫17.4 ℃，年均降水量916 mm，全年日照時(shí)數(shù)為2 100～2 165 h。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為‘華寧大砂殼核桃’樹，樹齡為10 a，株行距8 m×10 m，南北行向。隨機(jī)選取立地條件相同、長(zhǎng)勢(shì)良好、樹形標(biāo)準(zhǔn)的 “主干分層形”“開心形”和“自然圓頭形”這3種樹形的參試品種核桃樹各5株，以單株為1個(gè)重復(fù)。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 樹體結(jié)構(gòu)指標(biāo)的調(diào)查

基徑：利用圍尺測(cè)量其樹干距地面20 cm處的直徑，單位為cm。樹高：采用測(cè)高器測(cè)量，單位為m。冠幅：利用皮尺沿樹冠垂直投影邊緣分別測(cè)量其南北方向和東西方向直徑，單位為m。

1.3.2 冠層特性指標(biāo)的觀測(cè)

參照李丹等人[12]的測(cè)定方法進(jìn)行觀測(cè)。2019年 8月中旬選擇無(wú)太陽(yáng)直射光照射的早晨，利用Hemi View數(shù)字植物冠層分析儀采集所選樣樹的冠層圖像，每株樹分別從東、西、南、北4個(gè)方向進(jìn)行定點(diǎn)拍攝，采集的不同樹形冠層圖像分別如圖1～3所示。圖像采集完畢后，使用Hemi View 2.1 冠層圖像分析軟件獲取冠層的相關(guān)數(shù)據(jù)。

1.3.3 產(chǎn)量測(cè)定

2019年9月中旬核桃果實(shí)成熟后，對(duì)所有樣樹果實(shí)進(jìn)行單株采收，測(cè)定其單株青果質(zhì)量，單位 為kg；并計(jì)算樹冠投影面積產(chǎn)量（樹冠投影面積產(chǎn)量=單株產(chǎn)量/樹冠投影面積，單位為kg/m2）。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采用Excel 2010進(jìn)行常規(guī)統(tǒng)計(jì)分析，用SPSS 21.0進(jìn)行差異性及相關(guān)性等分析。

圖1 主干分層形Fig.1 Trunk-layered shape

圖2 開心形Fig.2 Open center shape

圖3 自然圓頭形Fig.3 Natural round shape

2 結(jié)果與分析

2.1 不同樹形的樹體結(jié)構(gòu)和冠層特性分析

2.1.1 不同樹形的樹體結(jié)構(gòu)分析

不同樹形樹體結(jié)構(gòu)指標(biāo)的觀測(cè)結(jié)果見表1。由表1可知，自然圓頭形的基徑最粗，為20.41 cm；其次是主干分層形的，為19.70 cm；開心形的最小，為18.90 cm，與自然圓頭形的相差1.51 cm，且差異顯著（P＜0.05）。主干分層形的樹高達(dá)7.01 m，在3種樹形中最高；開心形的次之，為6.33 m；自然圓頭形的最小，為5.73 m，與主干分層形和開心形的分別相差1.28和0.60 m；3種樹形間差異顯著（P＜0.05）。3種樹形的核桃樹的南北冠幅和東西冠幅均基本相同；不同樹形的冠幅間差異也較小，其中南北冠幅相差不超過0.89 m，東西冠幅相差不超過0.86 m，3種樹形間其冠幅（南北、東西）無(wú)顯著差異（P＞0.05）。

2.1.2 不同樹形的冠層結(jié)構(gòu)特性分析

不同樹形冠層結(jié)構(gòu)特性指標(biāo)的觀測(cè)結(jié)果見 表2。由表2可知，3種樹形中，開心形樹冠層的總透光比最大，為0.310；其次是自然圓頭形的；主干分層形的總透光比最小，且與其他兩種樹形間存在顯著差異（P＜0.05）。葉面積指數(shù)的大小則與總透光比相反，最大的是主干分層形的（為1.574），其次是自然圓頭形的(為1.233），開心形的最?。?.172）；且主干分層形與其他兩種樹形間其葉面積指數(shù)存在顯著差異 （P＜0.05）。

從散射光、直射光和綜合光立地系數(shù)看，開心形樹形的3種光立地系數(shù)均大于其他兩種樹形的，其散射光立地系數(shù)、直射光立地系數(shù)和綜合光立地系數(shù)比自然圓頭形的分別增加了10.5%、36.6%和33.3%，比主干分層形的分別增加了31.1%、43.1%和41.7%。開心形樹與其他兩種樹形間其直射光立地系數(shù)和綜合光立地系數(shù)均存在顯著差異（P＜0.05）。

表1 不同樹形樹體結(jié)構(gòu)指標(biāo)的觀測(cè)結(jié)果?Table 1 Observation result of tree structure indexes with different tree shapes

表2 不同樹形冠層結(jié)構(gòu)特性指標(biāo)的觀測(cè)結(jié)果Table 2 Observation result of structure characteristic indexes of canopies with different tree shapes

2.1.3 不同樹形的冠層輻射量分析

不同樹形核桃樹冠層截獲的總輻射能、散射能和直射能如圖4所示。從圖4中可以看出，主干分層形核桃樹冠層截獲的總輻射能、散射能和直射能均高于開心形和自然圓頭形的；3種樹形樹冠截獲的總輻射能、散射能和直射能，開心形的最少，與主干分層形的相比，分別減少了8.9%、6.6%和9.3%。方差分析結(jié)果表明，主干分層形與其他兩種樹形間冠層截獲的總輻射能和直射能均存在顯著差異（P＜0.05），而3種樹形樹冠層截獲的散射能的差異不顯著（P＞0.05）。

圖4 不同樹形冠層截獲的總輻射能、散射能和直射能Fig.4 Total radiation, scattered radiation and direct radiation energies intercepted by canopies with different tree shapes

2.2 不同樹形的單株產(chǎn)量與樹冠投影面積產(chǎn)量分析

3種樹形核桃樹的單株產(chǎn)量與樹冠投影面積產(chǎn)量如圖5所示。圖5顯示，主干分層形樹的單株平均產(chǎn)量為110.90 kg，顯著（P＜0.05）高于開心形和自然圓頭形樹。從3種樹形核桃樹的單株產(chǎn)量看，開心形樹的最低，比主干分層形的減少了34.50%，比自然圓頭形的減少了2.69%。從 3種樹形樹冠投影面積產(chǎn)量看，主干分層形的依然最高，為2.14 kg/m2；開心形的為1.63 kg/m2，略高于自然圓頭形的。

圖5 不同樹形的單株平均產(chǎn)量及樹冠投影面積產(chǎn)量Fig.5 Average yield per plant and yield per unit canopy projection area of trees with different tree shapes

2.3 相關(guān)性分析結(jié)果

對(duì)3種樹形冠層特性指標(biāo)和單株產(chǎn)量間的相關(guān)性進(jìn)行了分析，結(jié)果見表3。表3表明：冠層總透光比與葉面積指數(shù)、冠層截獲總輻射量和單株產(chǎn)量間均呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01），與冠層截獲直接輻射能呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05），與散射光立地系數(shù)呈顯著正相關(guān)（P＜0.01）；葉面積指數(shù)與各指標(biāo)間的相關(guān)關(guān)系正好和總透光比相反，表現(xiàn)為葉面積指數(shù)與散射光立地系數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān) （P＜0.01），與冠層截獲總輻射能和單株產(chǎn)量均呈顯著正相關(guān)（P＜0.01），與冠層截獲直接輻射能呈顯著正相關(guān)（P＜0.05）；散射光立地系數(shù)與直射光立地系數(shù)和綜合光立地系數(shù)均呈顯著正相關(guān)（P＜0.01），而與單株產(chǎn)量呈顯著負(fù)相關(guān) （P＜0.01）；冠層截獲的總輻射能與單株產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)（P＜0.01）。

3 結(jié)論與討論

果樹的樹形決定了果樹冠層特性及冠層內(nèi)光的分布，影響冠層內(nèi)環(huán)境因子的變化，從而對(duì)果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)產(chǎn)生影響[13-17]。而果實(shí)的產(chǎn)量和品質(zhì)均為提高經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵因素，是果樹栽培和整形修剪的出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)[18-19]。因此，選擇合理的樹形、改善樹冠內(nèi)的光照條件及微氣候?qū)麑?shí)的產(chǎn)量和品質(zhì)至關(guān)重要[20]。

表3 冠層特性指標(biāo)與單株產(chǎn)量間的相關(guān)性分析結(jié)果?Table 3 Correlation analysis result between canopy characteristic indexes and yield per plant

葉面積指數(shù)作為表示果樹冠層光能利用效率和冠層結(jié)構(gòu)的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)果樹的生長(zhǎng)發(fā)育以及結(jié)實(shí)均有重要意義。葉面積指數(shù)的變化會(huì)影響果樹冠層的透光率，導(dǎo)致冠層內(nèi)光照分布和強(qiáng)度的變化。果樹的整形修剪就是通過調(diào)整果樹枝條的著生方向、數(shù)量等來(lái)改變果樹樹體結(jié)構(gòu)，進(jìn)而改善果樹樹冠內(nèi)通風(fēng)透光條件，提高葉片光合效率，促進(jìn)樹體營(yíng)養(yǎng)代謝和果實(shí)營(yíng)養(yǎng)積累, 進(jìn)而提高果實(shí)產(chǎn)量及品質(zhì)。在不同樹形果樹冠層特性的研究報(bào)道中，研究者們發(fā)現(xiàn)，開心形樹形相對(duì)于其他樹形來(lái)說(shuō)其透光性最好[21-22]，因此冠層截獲的輻射能相對(duì)較少，對(duì)于部分種類的果樹來(lái)說(shuō)這是一種較為適宜的樹形。另外，有研究結(jié)果表明，樹木冠層也可影響林下小氣候，尤其是林下光照條件[23-24]。開心形樹冠層下的輻射能通常較高，有利于林下植被的生長(zhǎng)，因此可通過開展林下種植，提高林地單位面積土地產(chǎn)值。而相對(duì)于開心形樹體而言，主干分層形的樹體較為密閉，其葉面積指數(shù)大，冠層截獲的輻射能相比其他樹形較高[25-26]，這均與本研究結(jié)果一致。與此同時(shí)，許多研究者在針對(duì)樹形對(duì)果樹產(chǎn)量的影響因子的相關(guān)研究中發(fā)現(xiàn)，在一定范圍內(nèi)，果樹冠層葉面積指數(shù)越高，冠層截獲的輻射量則越大，單位面積光合產(chǎn)物的積累量較高，有助于果樹產(chǎn)量的提高[27-30]。

本研究利用數(shù)字植物冠層分析儀對(duì)不同樹形的‘華寧大砂殼核桃’樹冠層特性指標(biāo)進(jìn)行了數(shù)字化處理，分析其樹體結(jié)構(gòu)特征、冠層特性和單株產(chǎn)量等相關(guān)指標(biāo)間的差異性和相關(guān)性。結(jié)果表明，主干分層形的葉面積指數(shù)和冠層截獲的總輻射能均顯著高于開心形和自然圓頭形。且單株產(chǎn)量與葉面積指數(shù)、冠層截獲的總輻射能間均呈極顯著的正相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)分別為0.969、0.829；與冠層截獲的直接輻射能呈顯著正相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)為0.801；單株產(chǎn)量與總透光比呈極顯著負(fù)相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)為-0.971，與散射光立地系數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)為-0.886。綜合分析得知，相對(duì)于開心形和自然圓頭形而言，主干分層形的葉面積指數(shù)較大，冠層結(jié)構(gòu)呈立體狀且分層明顯，能夠截獲更多的輻射能，從而增強(qiáng)其葉片的光合作用能力，增加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的積累。因此，從單株產(chǎn)量角度出發(fā)，該地區(qū)大砂殼核桃的3種整形修剪樹形中，主干分層形要優(yōu)于自然圓頭形和開心形。由于研究的局限性，本研究只分析了冠層特性對(duì)單株產(chǎn)量的影響情況，關(guān)于冠層特性對(duì)其果實(shí)大小、質(zhì)量和營(yíng)養(yǎng)成分等品質(zhì)指標(biāo)的影響情況尚不清楚，對(duì)此尚待今后進(jìn)一步研究。