修剪与施氮互作对板栗光环境及产量品质的影响

郭素娟，孙慧娟，谢明明，张 丽，宋 影

(北京林业大学 省部共建森林培育保护与利用教育部重点实验室,北京 100083)

板栗(CastaneamollissimaBl.)是我国重要的木本粮食树种，分布广泛，其栗仁营养丰富，味美香甜，深受人们喜爱，因此我国板栗种植面积不断扩大，产业发展迅速。由于板栗兼具顶端优势和发枝力极强等生物学特性，易使树冠郁闭，导致树冠内部光照不足，而板栗属于喜光树种，光照条件对板栗的花芽分化、叶片发育与营养、果实产量及品质均会产生极其重要的影响[1]。同时，不合理施氮肥引起的树体营养不平衡，会使板栗应有的生产潜力不能得到充分发挥，从而造成低产。因此，探索有效的板栗提质增产技术具有重要意义。

修剪在果树生长发育过程中具有关键性作用[2]。修剪是通过调控果树地上部分，特别是协调树体与环境、生长与结果的关系[3]，使各器官营养合理分配和利用，以确保果树稳产、高产、优产[4]。在生产实践中，通过不同程度修剪培养合理的树体结构，能够明显改善树体内的通风透光条件，使枝叶量分布合理，从而提高果实产量及品质。王刚等[5-6]研究表明，中度修剪可明显改善树冠内光照条件，提高叶片质量和光合能力，进而提高锥栗产量及品质。熊欢等[7]和彭晶晶等[8]研究表明，三主枝且开张角度大于60°是板栗理想的树体结构，合理的修剪强度能够改善树体冠层内的微环境，提高板栗冠层内膛光照强度，进而提高果实产量及品质。

氮被称为“生命元素”，不仅影响果树的营养生长，而且强烈影响果树的生殖生长[9]。在合理的树体结构下，科学施氮可为树体增加营养，促进光合作用，进而提高产量及品质[2]。栗树雌花分化期正值新梢生长高峰期，板栗花原基分化前追施速效氮肥，能促进板栗雌花分化和枝叶生长，对提高当年果实产量效果较好[10-11]。田寿乐等[12]研究表明，施氮对板栗产量和品质有不同程度的提高，而且氮与磷、钾配合使用可有效提高板栗坚果产量，并提高果实总糖和淀粉含量。

目前，通过修剪改善板栗树冠内部光照条件[7-8]及通过施肥调节板栗营养平衡[10-15]，以此提高板栗产量等的研究已有报道。孙慧娟等[16]探索了修剪与氮肥互作对板栗树体光合特性及产量的作用效果，但二者互作对板栗树体光环境及果实产量、品质的影响鲜有报道，故本试验对此进行了研究，以期为板栗科学修剪和施肥措施的制定提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

研究区位于河北省唐山市迁西县西荒峪村板栗园，地理坐标为118°21′E，40°12′N。该地属于东部季风暖温带半湿润气候，最冷月平均气温-6.5 ℃ ，最热月平均气温 25.4 ℃，年平均气温10.9 ℃，年平均降水量744.7 mm。研究区成土母质为片麻岩，土壤类型主要为砂质壤土，pH值6.44，土壤有机质含量 2.89 g/kg，土壤碱解氮含量53.48 mg/kg，土壤肥力水平中等。

1.2 试验材料

供试板栗品种以当地主栽品种‘燕山早丰’(C.mollissima‘Yanshanzaofeng’)为主，树龄 13年，株距3 m，行距4 m，平均树高 2.7 m。选择生长状况基本一致(修剪前树体结果母枝158～171条/株)的健康板栗树(三主枝，开张角度约60°)为试验材料。

1.3 试验设计

采用双因素随机区组试验设计。试验于2016-2017年进行，2月底修剪，强度设置3个水平，即每平方米投影面积保留果枝17～18个(X1，常规修剪)、14～15个(X2)和11～12个(X3)。保留结果母枝时其枝长控制在34～38 cm，枝粗控制在7.70～8.60 mm。氮肥施用量设置3个水平，即0，375和750 kg/hm2[1]，分别记为N0、N1和N2；所有肥料均在4月初以基肥形式一次性开沟均匀施入，施肥时沿每棵树树冠滴水线4个方向开沟，沟深30 cm[15]，将肥料均匀平铺至沟内，填土，一次性全量施入。除氮肥外，磷肥(164 kg/hm2)和钾肥(311 kg/hm2)的施入量各处理保持一致，肥料种类分别为尿素、磷酸二铵和硫酸钾。本试验共9个处理，6株小区为1个处理，重复3次。

2016-2017年，于每年9月初果实成熟后，全树调查刺苞数，每棵树在树冠中部外围东南西北4个方向共随机采摘20个刺苞(长势良好且无病虫害)，每重复120个刺苞，每处理3个重复，用于测定果实品质，并计算平均产量[16]。

1.4 测定指标与方法

1.4.1 光照强度 以树干为中心，用竹竿将树冠分成不同层次和方位的50 cm的立方体。在7月选择晴天，于09:00，12:00和15:00，用TSE-1332型数字照度计测不同层次和不同方位的光照强度，取平均值；同时测定树冠上方无枝叶部分的光照强度，树冠下方与上方光照强度的比值为相对光照强度[17]。

1.4.2 叶面积指数和无截取散射 于2016和2017年7月中旬，使用LAI-2200C冠层分析仪(美国)“鱼眼”光学传感器，通过测定5个不同天顶角方向的散射天空辐射缩减(即冠层上下光强变化)，测出冠层的叶面积指数(LAI)和无截取散射。无截取散射表示未被叶片遮挡的天空部分，其范围在0(全叶片)～1(无叶片)，反应树体冠层透光率及叶片对光的截取能力。

1.4.3 果实品质 板栗果实中可溶性糖的质量分数采用蒽酮比色法[18]测定，淀粉(直链、支链)的质量分数采用双波长法[19]测定。

1.5 数据分析

采用Microsoft Excel 2016软件和SPSS 20.0软件对试验数据进行整理及方差分析，对各处理间的差异进行Duncan’s多重比较(P<0.05)，采用Origin 2017软件绘制图表。

2 结果与分析

2.1 修剪与施氮量互作对板栗光环境的影响

2.1.1 冠层光照分布 在修剪与施氮量的交互作用下，树冠光照强度分布状况如图1所示。

X.树冠内某点到树干的垂直距离(m)；Y.树冠离树干基部的距离(m)X.Axis is the distance to the trunk (m);Y.Axis is the distance from canopy to ground (m)

由图1可知，修剪与施氮量的交互作用对树体冠层的光照强度有显著影响，且存在一定的规律性，具体表现为水平方向上由内向外逐渐增加，垂直方向上由下至上逐渐增加。在施氮量相同的情况下，中强度修剪(X2)、重强度修剪(X3)树冠内膛和中部的光照强度显著高于常规修剪(X1)；在修剪强度相同的情况下，施氮量对树冠光照强度的影响差异不显著。一般认为，相对光照强度小于30%为无效光区，对果实产量及品质会产生直接的负作用。随着修剪强度的增加，树冠内相对光照强度有不同程度提高，同一冠层内，对照处理树冠内的相对光照强度较低，且无效光区所占比例较大。

由表1可知，不同修剪强度下，处理X2N1、X2N0树冠内相对光照强度小于30%的无效光区均明显低于其余处理，相对光照强度大于30%的树冠体积占83.33%，明显高于其余处理；中等修剪强度(X2)树冠内相对光照强度大于 80%的树冠体积比例比重修剪(X3)和轻修剪(X1)高，更有利于改善树冠内的光分布条件。

表1 修剪与施氮量互作下不同相对光照强度的板栗树冠体积占树冠总体积的比例Table 1 Effect of pruning and nitrogen interaction on ratio of chestnut crow volume to total canopy volume for different relative light intensities %

2.1.2 叶面积指数与无截取散射 由表2可知，修剪与施氮量互作对板栗树体叶面积指数和无截取散射有显著影响。各处理叶面积指数表现为X2N1>X1N2>X1N1>X3N0>X1N0>X2N0>X3N1>X3N2>X2N2，即X2N1处理的叶面积指数最高，其次是X1N2。各处理无截取散射表现为X2N1

表2 修剪与施氮量互作对板栗叶面积指数和无截取散射的影响Table 2 Effect of pruning and nitrogen interaction on leaf area index and no interception scattering of chestnut

注:同列数据后标不同字母表示差异显著(P<0.05)。表4同。

Note:Data in the same column with different letters indicate significant difference (P<0.05).Table 4 is same.

2.2 修剪与施氮量互作对板栗果实产量及品质的影响

由表3可知，修剪与施氮量互作对板栗果实的产量、可溶性糖含量及淀粉含量均有显著影响。

由表4可以看出，各处理板栗产量均明显高于X1N0，较其增产7.03%～127.03%，其中X2N1产量最高，增产效果最明显，其次是X1N2、X2N2、X3N0处理，分别较X1N0增产112.16%，79.60%和59.46%。

淀粉是板栗果实的主要成分，是决定板栗食用品质的主要因素。由表4可知，板栗果实中直链淀粉含量以X2N1处理最高，比X1N0提高了23.30%；其次是X1N2和X3N0处理，分别比X1N0提高了20.43%和19.69%。支链淀粉含量与直链淀粉相似，也以X2N1处理最高，比X1N0提高了10.8%；其次是X1N2和X3N0处理，分别比X1N0提高了7.5%和4.8%。可溶性糖含量也以X2N1处理最高，其次是X1N2和X3N0处理，分别比X1N0提高了111.42%，85.46%和68.94%。

表3 修剪与施氮量对板栗产量、可溶性糖及淀粉含量的主效应及交互效应方差分析Table 3 ANOVA analysis of main effects of pruning and nitrogen on yield,soluble sugar content and starch content and their interactions of C. mollissima

注：*表示P=0.05显著性水平。

Note: *means significant atP=0.05 level.

表4 修剪与施氮量互作对板栗果实产量及品质的影响Table 4 Effect of pruning and nitrogen interaction on yield and fruit quality of chestnut

综合分析板栗果实产量与品质特征可知，适宜的修剪强度和施氮量可显著提高板栗产量及品质，X2N1、X1N2处理的板栗果实产量、淀粉含量和可溶性糖含量均较高；X3N0处理的产量虽低于X2N2，但其淀粉含量和可溶性糖含量均高于X2N2，因此综合分析认为X3N0处理优于X2N2。可见，处理X2N1、X1N2、X3N0为修剪与施氮量的较优组合，其中X2N1为最优处理。

3 讨 论

树体冠层内枝条的合理空间分布影响其对光能的截获能力[20]，决定了树冠各部分的光照条件，影响树体的光合速率，进而影响果实产量及品质[21]，因而是影响植物生长发育的限制因素。通过修剪调整树体主枝数和总枝量，调节枝叶空间结构，可影响树体的光照分布条件及有效光强；通过施氮可为树体提供营养，促进碳水化合物形成；两者的交互作用共同影响树体光照分布及营养发育，进而影响果实产量及品质。

本试验结果显示，修剪强度与施氮量的交互作用对板栗树体光照分布、有效光区大小、果实产量及品质有显著影响。树体冠层内光照强度分布在水平方向上由内向外逐渐增加，垂直方向上由下至上逐渐增加，这与熊欢等[7]的研究结果一致。在修剪与施氮量的交互作用下，处理X2N1、X2N0冠层内小于30%的无效光区明显低于其余处理，且高光区增加，光照条件明显改善。

就修剪而言，本试验中等修剪强度下，树冠内相对光照强度大于 80%的树冠体积比例最高；果实产量随着修剪强度的增加先增高后降低，即中等修剪强度(X2)下果实产量最高；X2N1处理下果实可溶性糖、直链淀粉及支链淀粉含量均最高，这与王刚等[5]的研究结果一致。究其原因可能是，中等强度修剪为板栗树体提供了最适宜的主枝数及总枝量，改善了冠层内的光照、温度和CO2含量等微环境[22-24]，保证了树体光照分布及冠层截取光强的能力最为合理。果实品质与光照水平有着极为密切的关系，树冠内有效光照强度过小不利于优质果实的形成。适宜强度的修剪可改善树体的光照条件，减少树冠内的无效光区比例，增加光照强度，同时提高叶面积指数，增强冠层叶片对光的截取能力，有利于叶片进行光合作用及产物的积累[25]，从而提高果实品质。

施氮量影响板栗生长发育。本研究中，中等施氮量(N1)水平下，在树体具有良好的光照条件时，其产量及果实可溶性糖、淀粉含量均最高(X2N1)。这可能是适宜的施氮量能够有效提高树体叶片营养含量，保证叶片适宜的生长量。同时，氮作为合成叶绿素不可缺少的元素，有利于促进叶片光合作用，进而促进干物质的积累[26]及碳水化合物的形成与转化[27-28]，最终提高果实产量及品质。

综上所述，板栗树体在修剪与施氮量的交互作用下，首先通过修剪作用改善树体光照条件，保证树体合理留枝量，增强冠层对光能的截取能力；其次通过适量施氮增加树体营养，保证枝条及叶片合理生长；两者共同作用提高了树体的光合作用，促进了碳水化合物的形成及转化，进而提高了果实产量及品质，这与李明霞等[29]的研究结果相似。本研究表明，修剪强度与施氮量两种措施之间具有协同性。本试验中,随着修剪强度的增加即单位面积留枝量减少，叶片、枝条、果实对氮肥的需求量也随之降低。高氮则会造成板栗营养生长过度加强，光合产物大量被营养生长所消耗，反而致使生殖生长受到抑制[10-12]。

4 结 论

综合分析本研究各指标表明，采用中等修剪强度(每平方米留结果母枝14～15个)和中等施氮量(375 kg/hm2)处理，板栗叶面积指数最高，光照环境最好，果实产量及可溶性糖、直链淀粉与支链淀粉含量均最高，是当地板栗修剪与施氮量组合的较佳选择。