香梨不同树形冠层结构、光合特性及产量品质的比较

陈久红，马建江，李永丰，位杰，王岩，黄国辉

（新疆生产建设兵团第二师农业科学研究所，新疆 铁门关 841005）

库尔勒香梨（Pyrus sinkiangensisYu）简称香梨，是新疆特色林果业支柱产业之一，在新疆果品生产中占有重要的地位，具有很好的经济效益和社会效益[1]。香梨省力高效密植栽培技术，能达到早果、丰产、省工的效果，自2013年从河北引进该技术以来，新疆库尔勒香梨栽培面积迅速增加，在栽培管理上的问题也日益凸显，如在省力高效密植栽培模式下，香梨生长势较旺，配套修剪措施不到位，以致树形管理缺失，香梨园郁蔽现象日趋严重，从而导致冠层内部光照不良、树势衰弱、有效结果空间减小、结果枝组外移、树体单产和果实品质降低的现象普遍发生。适宜的树形能够形成合理的冠层结构，改善冠层内光辐射和分布，提高光能利用率，对产量和品质的形成都有直接影响。库尔勒香梨传统的整形方式多为疏散分层形和开心形，随着省力高效密植栽培技术的引进，圆柱形香梨树的面积也是逐年扩增，由于树形不同，树体结构及光照环境存在较大差异，从而导致产量和品质的差异。目前，有关树形与光合、冠层和产量品质的关系研究较多。江振斌等[2]对水平棚架形、疏散分层形和自然开心形库尔勒香梨进行了研究，提出水平棚架形光合能力最强，其次是自然开心形，疏散分层形最差，这与梅闯等[3]、成小龙等[4]的研究结果相似。孙桂丽等[5]研究认为，疏散分层形在光合利用效率方面优于自然开心形。伍涛等[6]研究发现，丰水梨棚架形树冠不同部位果实品质一致性优于疏散分层形，而产量低于疏散分层形。赵明新等[7]对早酥梨研究认为，纺锤形树形的果实产量、单果质量、可溶性固形物含量、可溶性糖含量、糖酸比数值均显著高于细长纺锤形和对照，且叶面积系数与单果质量、果形指数呈极显著负相关，与可溶性固形物含量呈显著负相关。WIDMER 等[8]研究发现，高种植密度下的苹果果个小，果实品质差，单株树的果实产量随着密度的增加而减小，但是果实的单位面积产量随着栽植密度的增加而增加，同时开心形树的光截获能力明显高于纺锤形，果实品质及产量也优于纺锤形。KURODA 等[9]借助数学模型建立方程研究苹果适宜的栽培密度，确定了高果实产量下的最佳栽培密度。杨馥霞[10]研究表明，在0.75 m×3.20 m 株行距的省力高效栽培模式下，雪青和红香酥均表现树体结构合理，生长结果良好，并提出了合理的树相指标。圆柱形作为我国现有梨园乔砧密植栽培新模式所采用的一种树形，具有节约土地、省工、早果、丰产等优势，由于省力高效密植栽培模式关键技术在香梨上还缺乏系统的研究，圆柱形香梨树表现出树势过旺、光照不良、品质及产量降低等现象。前人对库尔勒香梨不同树形光合特性的研究大部分在冠层的中部，对冠层上层、下层、外围和内膛的研究鲜见报道，有关圆柱形树形在库尔勒香梨上的光合特性、冠层特性研究尚未见报道。为此，以6年生香梨树为试材，对香梨不同树形冠层结构、光合特性、冠层特性、产量及品质的参数进行测定和比较，以期为省力高效密植栽培模式下圆柱形树形配套生产技术的建立提供依据，从而培养良好的结果枝组，改善冠层光合利用率，优化树体营养结构，逐步完善树形培养与维护的技术体系，促进香梨产业可持续健康发展。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验地点为新疆生产建设兵团第二师农业科学研究所 29 团试验基 地（41° 48′53″N，85°40′34″E），该地属于暖温带大陆性干旱气候，年平均气温11.4 ℃，年平均降水量58.6 mm，年最大蒸发量2 788.2 mm，无霜期185～205 d。土壤为荒漠土，盐碱较重，灌溉方式为大水漫灌，果园土壤管理方式采用自然生草制，每年秋季施基肥一次。

1.2 试验材料

试验于2018—2019 年连续开展2 a，供试材料为6 年生库尔勒香梨，冬季修剪分小区按照疏散分层形和圆柱形进行培养，株行距分别为2 m×4 m、1 m×4 m，东西行向，随机选取长势一致、树形端正的疏散分层形和圆柱形库尔勒香梨各3 株，将试验树编号，挂牌，田间管理措施一致。

1.3 试验方法

1.3.1 树体结构指标的测定 树高：用卷尺测量；干高：用卷尺测量从地面到第一个分枝处的高度；主干直径：嫁接口上5 cm 处，用数显游标卡尺测量；枝组长度：用卷尺测量；枝组粗度：在侧枝的基部0.5 cm 处，用数显游标卡尺测量；冠幅：用卷尺测量树冠东西向和南北向的树冠投影；总枝量、枝类比（长枝＞30 cm；中枝5～30 cm;短枝＜5 cm）、总果枝量等。树体结构各项指标在2018 年和2019 年冬季修剪后测量。

1.3.2 光合参数的测定 试验设2 个处理，分别为疏散分层形和圆柱形梨树，以树干为中心，对树体冠层水平、垂直方向进行划分，水平方向将树冠分为外围（距树冠边缘0～0.5 m）和内膛（距离树干0～0.5 m），垂直方向将树冠分为上层（距地面2.5 m 以上）、中层（距地面1.5～2.5 m）和下层（距地面1.5 m以下）。于2019 年8 月中旬，选择晴天，从8:00 至20:00 每2 h 测定香梨光合参数日变化。每个处理测定3 株，每株测定6 片成熟叶片，分别为上层内膛、上层外围、中层内膛、中层外围、下层内膛和下层外围，挂上标签做好标记，以3 d 测定的平均值作为最终结果。用CI-340 手持式光合作用测量系统测定各处理香梨叶片的光合特性指标，包括净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度(Gs)和胞间CO2浓度（Ci）。

1.3.3 冠层参数的测定 树体的冠层特性用CI-110 植物数字冠层分析仪进行测量。于2019 年8 月中旬，选择多云或傍晚的时候进行测量。将天顶角划分为5 环，角度分别为8.5°、25.5°、42.5°、59.5°和76.5°，方位角划分为四部分，分别为0°～90°、90°～180°、180°～270°和270°～360°[11]。测量时以树干为中心，将鱼眼睛头放在冠层下距主干50 cm 处，分东、南、西、北4个方向采集冠层图像，然后用仪器自带的冠层分析软件对采集到的图像进行分析处理。冠层参数包括直射辐射透过系数（TCRP）、叶面积指数（LAI）、平均叶倾角（MLA）和冠层消光系数（K）等。

1.3.4 果实品质和产量的测定 于2019 年9 月10日果实成熟期采果前，统计不同树形试验树的单株产量，计算出平均株产后，按单位面积栽植的株树核算总产量，选取树冠不同方位枝条上的15 个果实，采后立即用保鲜盒带回实验室，进行相关品质指标的测定。单果质量用电子天平（0.01 g）进行称量；果实纵、横径使用杭泰数显游标卡尺测量，然后计算纵径与横径的比值得出果形指数；果实硬度使用GY-1 型果实硬度计进行测定；可溶性固形物含量使用WYT糖度计测量，可溶性总糖含量采用蒽酮比色法测定，可滴定酸含量采用NaOH 溶液滴定法测定[12]，维生素C 含量采用2，6-二氯靛酚滴定法测定[13]。

1.4 数据处理

试验数据采用Excel 2003 进行常规分析，用DPS 6.5软件进行统计分析，采用新复极差法分析其差异显著性，用SPSS 19.0软件对冠层参数和光合参数进行相关性分析，用Origin 2018 等绘图软件进行图表的绘制，冠层特性参数用CI-110自带软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同树形库尔勒香梨树体结构指标

由表1可知，2种树形主干高度57.67～66.33 cm,在此主干高度下，树冠成形快，便于田间作业。2种树形间树高的差异均达到了显著水平（P＜0.05），在不同的年份中均是圆柱形高于疏散分层形。2019年圆柱形树体的主枝数显著高于疏散分层形，分别为37.33 个和5.33 个，这可能由于圆柱形树形定植后全树刻芽和冬季修剪所致。疏散分层形树形的主枝粗度显著高于圆柱形。2种树形的树冠直径、主枝长度和冠幅均无显著差异。

表1 不同树形库尔勒香梨树体结构指标Tab.1 The tree structure indexes of Korla fragrant pear with different tree shapes

由表2 可知，疏散分层形香梨树2018 年冬季修剪后单株平均保留枝量211.99 条，折算每公顷枝量264 987.50条，2019年单株留枝量为253.99条，折算每公顷留枝量为317 487.50 条；圆柱形香梨树2018年冬季修剪后单株平均保留枝量为180.66 条，折算每公顷451 650.00 条，2019 年单株留枝量为203.99条，折算每公顷509 975.00 条。说明随着树龄的增加枝量也逐渐增加，圆柱形树形单株枝量小而每公顷枝量大。疏散分层形单株树体枝类组成中，结果枝与营养枝的比例在（1∶1.01）～（1∶1.12），营养枝以中枝为主，占营养枝枝量的62.67%～63.10%，结果枝以短果枝为主，占结果枝枝量的67.02%～87.33%；圆柱形单株树体枝类组成中，结果枝与营养枝的比例在（1∶1.07）～（1∶1.09）。营养枝以中枝为主，占营养枝枝量的60.38%～62.70%，结果枝以短果枝为主，占结果枝枝量的71.33%～75.95%。

表2 不同树形库尔勒香梨留枝量和枝类组成Tab.2 Branch retention and branch composition of Korla fragrant pearea with different tree shapes 条

2.2 不同树形库尔勒香梨光合特性的变化

2.2.1 不同树形光合指标的日变化 由图1 可知，不同树形不同冠层部位的功能叶片净光合速率的日变化呈现不同的变化规律，疏散分层形和圆柱形在树冠的上层外围、上层内膛、中层外围、中层内膛、下层外围均呈现不对称双峰型曲线，而疏散分层形和圆柱形的下层内膛呈现单峰型曲线，且2种树形在垂直方向外围的净光合速率均高于内膛。从8:00—10:00，净光合速率随着光照和温度的升高开始上升，2种树形不同冠层方位出现第1 个峰值的时间不同。随光照和温度的持续上升，2种树形的净光合速率均呈下降趋势，出现第1个谷值，即光合“午休”现象，但2种树形在下层内膛均没有光合“午休”现象。之后净光合速率逐渐上升，达到第2个峰值。疏散分层形在上层外围、上层内膛、中层内膛、下层外围、下层内膛的净光合速率均高于圆柱形。比较2种树形各冠层净光合速率的日均值发现，疏散分层形较高，为6.972 6 μmol/(m2·s)，圆柱形树形为6.092 8 μmol/(m2·s)。

2种树形相同冠层部位之间的蒸腾速率日变化差异不大，树冠外围的蒸腾速率均高于树冠内膛。2种树形上层外围、上层内膛、中层外围、下层外围和下层内膛的蒸腾速率日变化均呈现单峰型曲线，2种树形树冠中层内膛蒸腾速率日变化整体上呈现不对称双峰型曲线，不同树形不同冠层出现峰值、谷值的时间不同。

2种树形不同冠层部位的气孔导度日变化呈现不同的规律，上层外围、上层内膛、中层外围、中层内膛、下层外围呈现不规则双峰型变化曲线，下层内膛呈现单峰型变化曲线。

2种树形不同冠层部位的胞间CO2浓度日变化呈先下降后上升的趋势。早晨胞间CO2浓度较高；随着光照和温度的增高，光合作用增强，碳同化的过程加快，之后出现光合“午休”现象，胞间CO2浓度慢慢回升；光合午休过后，净光合速率出现第2次峰值，胞间CO2浓度也出现第2 个谷值；随后叶片的光合作用下降，使得胞间CO2浓度上升。2种树形内膛的胞间CO2浓度整体高于外围，上层外围的变化趋势呈明显的W 形。圆柱形树形上层内膛和下层内膛的胞间CO2浓度均高于上层外围和下层外围，也高于疏散分层形树形的上层外围、上层内膛和下层外围、下层内膛。

2.2.2 不同树形各光合参数间的相关性分析 由表3 可知，疏散分层形和圆柱形树形均表现出净光合速率与蒸腾速率和气孔导度呈极显著正相关，与胞间CO2浓度呈极显著负相关，蒸腾速率与气孔导度呈极显著正相关，与胞间CO2浓度呈极显著负相关，气孔导度与胞间CO2浓度呈极显著负相关。

表3 不同树形库尔勒香梨各光合参数间的相关性分析Tab.3 Correlation analysis among photosynthetic parameters of Korla fragrant pear with different tree shapes

2.3 不同树形库尔勒香梨光截获能力比较

2.3.1 不同树形冠层特性指标比较 由表4 可知，圆柱形叶面积指数显著高于疏散分层形，较疏散分层形提高26.75%；疏散分层形直射辐射透过系数显著高于圆柱形，较圆柱形高出63.64%。2种树形的平均叶倾角无明显差异。

表4 不同树形库尔勒香梨冠层特性指标比较Tab.4 Comparison of canopy characteristic indexes of Korla fragrant pear with different tree shapes

2.3.2 不同树形各冠层参数间的相关性分析 2种树形的叶面积指数与直射辐射透过系数均呈现极显著负相关,相关系数分别为-0.88 和-0.95（表5）。说明叶面积越大，果树冠层对光的截获能力越强，直射辐射透过系数越低，从而影响树体内部枝叶对光的利用。因此，维持稳定的叶面积指数是果树高光效、低消耗、通风透光的前提。

表5 不同树形库尔勒香梨各冠层参数间的相关性分析Tab.5 Correlation analysis among the canopy parameters of Korla fragrant pear with different tree shapes

2.3.3 不同树形冠层指标比较分析 由表6 可知，圆柱形树体冠层光线透过能力较差，疏散分层形树体相对较好，在各个天顶角，其直射辐射透过系数均高于圆柱形树体，尤其是在天顶角为59.5°，疏散分层形树体直射辐射透过系数显著高于圆柱形。直射辐射透过系数是树体通风透光能力的重要标志性参数。利用CI-110 冠层分析仪测定树体冠层直射辐射透过系数时，将树冠夜幕层天顶角划分5个环，其中角度小的环反映从冠层顶部的直射辐射透过系数，角度大的环反映的是通过冠层较下部外侧的直射辐射透过系数。若树形直射辐射透过系数相对较大，则果园的透光性好，说明枝条、叶片和冠层的相互重叠遮阴小，可以使树体的中、下部枝条和叶片接受光照，提高光能利用率。说明圆柱形树体冠层内枝条、叶片相互重叠遮阴，不利于光能的利用。

冠层消光系数表示冠层夜幕对光效透入的阻碍作用。从表6可以看出，在天顶角42.5°～76.5°时，疏散分层形消光系数相对偏低，2种树形随着天顶角角度的增加呈上升趋势，说明2种树形中疏散分层形冠层顶部对太阳辐射的阻挡削弱能力相对小，有利于直射光线透入树冠内部，利于果实产量和品质的提高，而圆柱形由于枝叶量过多，枝叶之间重叠大，导致消光系数相对较大，对冠层内膛的光照强度影响大，导致冠层中下部光照不足。

表6 不同树形库尔勒香梨直射辐射透过系数和消光系数Tab.6 The transmission coefficient for radiation penetration and the extinction coefficient（K）of Korla fragrant pear with different tree shapes

2.4 不同树形库尔勒香梨果实品质与产量的差异

2.4.1 不同树形树冠相同部位果实品质的差异从表7 可以看出，疏散分层形的果实单果质量在上层外围、上层内膛、中层外围、中层内膛、下层内膛均显著高于圆柱形树形，疏散分层形上层外围的单果质量为134.747 g,而圆柱形上层外围为123.620 g，且2种树形均表现出自上而下果实单果质量下降的现象。果形指数是香梨果形精确分类、品质分级的重要指标。2种树形果实的果形指数均在1.10～1.29，表现为卵圆形。圆柱形树形的果形指数在上层外围显著高于疏散分层形，疏散分层形在上层内膛、中层外围、中层内膛和下层内膛显著高于圆柱形。疏散分层形的果实硬度在各冠层均显著高于圆柱形。疏散分层形的可溶性固形物的含量在上层外围、上层内膛、中层外围、中层内膛和下层外围均显著高于圆柱形，下层内膛有差异但差异不显著。疏散分层形的维生素C 含量在中层外围、中层内膛显著高于圆柱形，其他冠层差异不显著。可溶性糖含量均表现出疏散分层形显著高于圆柱形。除了下层外围，圆柱形树形的可滴定酸含量在其他冠层位置均显著高于疏散分层形。

表7 不同树形库尔勒香梨果实品质的差异Tab.7 The differences in fruit quality of Korla fragrant pear with different tree shapes

2.4.2 不同树形产量的差异 由表8 可知，疏散分层形平均单果质量和单株产量显著高于圆柱形，而每公顷产量显著低于圆柱形。

表8 不同树形库尔勒香梨产量的差异Tab.8 The differences in fruit yield of Korla fragrant pear with different tree shapes

3 结论与讨论

树体结构与栽培模式是果树优质高效的基础[14-15]。适宜的树形不仅能够增加果园产量，也能改善果实品质[16]。树冠内枝条的数量及其比例是反映树体营养状况的重要指标，各类树形枝条对树体生长都有着促进作用[17]。疏散分层形和圆柱形是目前库尔勒香梨主要栽培树形模式。本研究结果表明，圆柱形树形树高显著高于疏散分层形，7年生圆柱形树形主干上直接着生主枝数量为37.33 个，折算每公顷枝量为509 975 条，7 年生疏散分层形树体主枝数量为5.33 个，折算每公顷枝量为317 487.5条；2种树形都以短果枝结果为主。省力化高效栽培模式下，香梨树定植2～4 a 后生长迅速，5 年生枝量趋于稳定，能达到早果丰产、提早收回成本的目的，但是随着树龄增加，到6～7 年表现出枝量过剩，树冠郁蔽，树体衰弱，优势逐渐下降[10]。而此时疏散分层形树形逐渐培养起来，树形张开，枝组合理，优势逐渐显现。

叶片是树体进行光合作用的主要器官，不同树形不同冠层位置的叶片受光照的影响不同，导致其光合特性的差异性。香梨净光合速率在一天中的变化情况和出现峰值的高低是叶片光合能力与环境条件日变化综合作用的结果[14,18]。本研究结果表明，2种树形香梨叶片不同冠层方位净光合速率日变化呈现不同的变化规律，在上层外围、上层内膛、中层外围、中层内膛、下层外围均呈现不对称双峰曲线，而在下层内膛呈现单峰曲线。2种树形外围的净光合速率均高于内膛，且不同树形不同冠层方位出现峰值、谷值的时间不同。2种树形除下层内膛外，其他冠层均有明显的光合“午休”现象。有研究表明，植物出现“午休”现象的主要原因是强光、高温、低湿和土壤干旱等环境条件引起的保卫细胞失水、气孔关闭和光合作用光抑制的发生[14,19-20]。比较2种树形香梨各冠层净光合速率的日均值发现，疏散分层形较高为6.972 6 μmol/(m2·s)，圆柱形树形为6.092 8 μmol/(m2·s)，这可能由于疏散分层形树体结构透光能力强。本研究发现，2种树形香梨均表现出净光合速率与蒸腾速率和气孔导度呈极显著正相关（P＜0.01），与胞间CO2浓度呈极显著负相关(P＜0.01)。这说明净光合速率越高，同化CO2的能力越强，从而造成CO2亏缺，使胞间CO2浓度降低。这与张振英[21]、张治安等[22]的研究结果一致。

叶面积指数是果树冠层生物学特征的重要参数，其大小代表着植物体叶片进行光合作用的有效叶面积，也是评价植株生长旺盛与否的重要标志，与果园的光能截获及利用、产量和品质的形成等过程关系密切，是决定植物个体或群体冠内光合总量的重要指标，在一定程度上决定了果园的生产效率[7,23-25]。本研究结果表明，疏散分层形树形的叶面积指数显著低于圆柱形，而直射辐射透过系数显著高于圆柱形。主要是因为圆柱形的栽植密度较大，树体与树体间枝条叶片相互遮蔽和重叠，枝组量较大，树体郁蔽，从而导致叶面积指数相对较高，冠层截获的辐射能相比其他树形较高，导致其直射辐射透过系数较低。在2种树形上叶面积指数与直射辐射透过系数均呈极显著的负相关，这与赵明新[7]在早酥梨上的研究结果一致。

果实产量和品质的提高是获得最大经济效益的关键，是果树栽植和整形的出发点和落脚点[26]。因此，培养合理树形结构、制定科学的定植密度和改善树冠内的通风透光是非常重要的。本研究结果表明，疏散分层形香梨的果实单果质量、果实硬度、可溶性糖含量和单株产量均显著大于圆柱形，可溶性固形物在上层外围、上层内膛、中层外围、中层内膛和下层外围显著高于圆柱形，这可能由于疏散分层形树体光照条件较好，可溶性固形物和可溶性糖含量增加，果实硬度增大，这有助于延长采收期和增强耐贮性。

综上所述，在光合利用效率方面疏散分层形优于圆柱形，且冠层直射辐射透过系数高于圆柱形，果实品质和单株产量均高于圆柱形，而每公顷产量低于圆柱形。近年来，香梨省力化栽培面积逐年递增，在初果期表现出明显的枝组过多、冠层光照不良，从而导致枝组衰老、结果枝外移及品质下降的问题，这主要归咎于整形修剪不到位、不合理等，要做到持续丰产和改善品质，需要对圆柱形树体结构进行优化，从而改善冠层透风透光状况，提高树体各部位叶片的光合效率，减少过量枝组对养分的消耗，促进树体营养积累和可移动营养元素向果实转运，提高单株产量和果品质量[27]。当下结合国内现有管理技术，针对香梨品种制定合理的修剪方法和栽植密度迫在眉睫。