苹果树形结构变化对果园药肥减施的影响

牛自勉,蔚 露,李志强,林 琭,王红宁,谢 鹏

(1.山西农业大学园艺学院，山西 太原 030031；2.山西农业大学果树研究所，山西 太原 030031)

树体结构模式对苹果的生长发育影响是多方面的。适宜的树形模式不仅能够提供合理的枝组布局空间，改善了叶幕微区光环境，提高叶片光合作用和同化效率[1-3]；同时也能够有效调节树体营养物质的输运导向和输运量，进而影响果园经济产量和果实品质[4-6]。

近年来，随着国家苹果两减项目的实施和相关内容的研究深入，树体结构模式优化与果园两减增效的联系也越来越密切[7-10]。研究表明，合理的树形结构不但能够有效减少树体过多的枝叶量，减少树体营养物质的过渡消耗；同时，也能够优化苹果树叶幕内部生态微环境，减少树冠中病虫基数和农药用量，与苹果农药化肥两减技术的实施目标相吻合，因而正成为苹果两减增效领域的重要研究内容。

1 树体结构与苹果生产问题

我国现有苹果乔化果园面积133.3万hm2左右，主要采用乔化密植的栽培方式进行生产。乔化密植果园一定程度上增加了果园早期产量，但由于树形模式和间伐技术的跟进不及时，导致目前我国大面积苹果园出现树冠郁闭和果园郁闭问题，引起果园光照恶化[11-13]、品质下降[14-15]和效益下滑，限制了苹果产业的可持续发展。

根据山西、陕西、河北、河南等省区的调查结果，目前我国苹果主产区成龄乔化果园均程度不同地存在树冠郁闭和果园郁闭问题。在山西省运城市，15～25年生未经过果园间伐的乔化红富士苹果园，总枝量超过了10万条，树冠区太阳辐射强度为总辐射强度的12.9%～21.3%，光合有效辐射(PAR)为9.6%～17.3%，显著低于同龄高光效果园的平均值[16-18]。

随着树龄的增加，上述乔化郁闭果园的光照恶化日趋严重。引起树冠内膛无效枝叶增多、枝条徒长、树形紊乱、果品质量下降，进而缩短了果园经济寿命。同时，由于郁闭果园存在园密、树密、枝密问题，果园在肥料、灌水、农药、雇工等方面的投入和管理成本进一步增加，与苹果两减技术实施相矛盾。因此，因地制宜的优化树形结构，研究相关的整形修剪技术，不仅是苹果产业提质增效的需要，也是苹果两减技术升级与发展的需要。

2 树体结构优化的技术途径

针对我国乔化果园出现的树冠郁闭和果园郁闭问题，长期以来各地开展了相关研究工作，在大量技术摸索的基础上形成了以减少果园枝叶量为突破口，以优化树形结构为核心内容的研究思路。期间，随着各地研究的不断深入，相继建立了苹果小冠开心形[19-20]、改良小冠疏层形、疏层纺锤形等优化树形模式，逐步缓解了最棘手的树冠郁闭和果园郁闭问题，为实现苹果两减技术目标创造了条件。

2.1 开心树形模式

苹果开心树形是在引进日本苹果树形基础上国内二次研究建立的苹果高光效树形，其技术核心是通过“高提干、再落头、减主枝、培养长轴结果枝”整形修剪技术及“培养永久株，控制临时株；先密后稀，动态间伐”高光效果园间伐技术实施，大幅度减少果园枝叶量和叶面积指数，系统改善果园光照环境，与苹果两减技术目标相一致。与乔化果园现有的自由纺锤形和小冠疏层形相比，苹果小冠开心树形具有以下几点优势。第一，树冠叶幕由多层叶幕变为单层水平叶幕，提高了冠区叶幕光合有效辐射和光能利用效率。第二，全树主枝数量较少(2～4个)，树体骨干枝的营养占用比例较低。第三，结果枝组为长轴结果枝，枝组自然下垂，连续结果能力强；同时果形端正，着色均匀，无日灼伤现象，果实综合品质优良。该树形整形修剪关键环节如下：

2.1.1 确定目标树形

苹果开心树形依据主干高低分为高、中、低干树形，各地应根据果园肥水条件、海拔环境及管理水平综合考虑。从树形发展看，20年以上的果园中高干开心树形光照好、品质优良，同时拖地枝少，病虫危害少，是郁闭果园树形改造优先选择的目标树形。

2.1.2 选留永久主枝

在计划的主干高度区域选择2～4个永久性主枝，永久性主枝上下间距80～100 cm，下部第一主枝尽量选择南侧方位，其他主枝依次间隔开来。同时，在当年疏枝量不超过1/3的原则下保留几个临时性主枝。临时性主枝不宜大，分布位置也应该为永久性主枝让路，不要干扰永久性主枝的支持空间。培养临时性主枝有两个目的。其一，避免疏枝过多引起树体徒长。不少郁闭果园树形改造之前多为自由纺锤树形，骨干枝平均13个，树形改造时如果只保留3～4个永久性主枝，那么一次性疏枝量过多。其二，增加树形改造期间的结果部位。树形改造时树冠叶幕要经历垂直叶幕向水平叶幕的过渡，全树疏枝量大，临时性主枝有利于维持过渡时期的果园产量，也降低了树体冒条的风险。

2.1.3 基部疏枝提干

永久性主枝确定之后，其余的骨干枝均为临时枝，需要分期分批疏除。早期的疏枝的对象包括上部高位枝、基部低位枝，不涉及中部临时性主枝。

基部低位枝疏枝提干是改造初期疏枝的重点，一般直接从中央干上疏除背上的骨干枝。只要树体结构健全，都应该坚持自下而上的疏枝顺序。然而生产上不少果园由于树冠上部结果部位少，基部主枝花芽较多，这时疏枝的顺序将以花量多少确定，即花量少早疏除，花量多晚疏除，就要临时保留一两个基部主枝，到第2～3年再疏除。

2.1.4 逐步落头开心

为了尽快形成开心树形的水平叶幕，在基部提干的同时，需要根据树势进行落头开心。树冠落头开心时，既要考虑树势的影响，也要考虑树龄的差异，同时还要兼顾考虑树体的整体营养水平状况。如果被改造树的树龄较小、树势较强、树体的综合营养水平较高，那么，树冠落头时一次疏枝量要轻，并且宜分年进行。在第1年，只须落头到2年生或多年生枝段上，其后根据树势向下推进，直到最上边的主枝树势缓和之后，再落头到该主枝上。如果被改造树的树龄较大，上部骨干枝的枝叶量充足，树势稳定，落头时可以直接到达上部第1个主枝。然而在生产实际上，为了维持健旺的树势，同时也为了避免树冠上部产生日灼伤，落头时在第1个主枝之上的位置保留中小型结果枝组，也是不错的考虑。

2.2 改良小冠疏层树形技术模式

小冠疏层树形近年来在我国苹果乔化果园生产上使用较多，通常包含3层主枝结构。本文提出的改良小冠疏层树形技术，是在小冠疏层树形基础上进一步实施提干落头树形改造技术，将该树形原来的三层叶幕改造成两层或一层半的叶幕结构，因此也可认为是苹果高光效开心树形的相似树形。该树形整形修剪关键环节如下：

2.2.1 树形培养阶段

小冠疏层树形的培养一般需要4～5年时间。

第1年的修剪：定干后剪口下第1年选出1个直立新梢培养成中心干的延长枝，同时选出3个侧生新梢通过拉枝培养成第1层的3个主枝，主干上的其他新梢有生长空间时通过拉枝培养成临时性辅养枝，增加果园早期产量。

第2年的修剪：冬剪时，对中心干延长枝进行短截，留枝长度60～70 cm；对3个主枝同样进行短截修剪，留枝长度60 cm左右。第1层内的临时辅养枝缓放，不短截。夏剪时，在中心干延长枝上距离第1层主枝60～80 cm位置，选留第2层的2个主枝，并通过拿枝、拉枝等方法开张角度70°～80°，临时辅养枝可开张角度90°左右。

第3年的修剪：冬剪时，对中心干延长枝、第1层的3个主枝和第2层的2个主枝，均进行短截修剪，延长枝保留50～65 cm进行短截。其他临时性辅养枝缓放不短截，开张角度90°～100°。夏剪时在中心干延长枝上距离第2层主枝50～60 cm位置，选留第3层的1～2个主枝，并通过拿枝、拉枝等方法开张角度70°～80°，临时辅养枝可开张角度90°左右。

第4、5年的修剪：冬剪时，中心干及第1层主枝的延长枝均缓放，不短截，缓和其长势；第2、3层主枝在延长枝50～60 cm处短截，促进延长枝生长。其他临时性辅养枝缓放不短截。夏剪时，中心干继续缓放，不再选留主枝。各层主枝开张角度70°～80°，临时辅养枝可开张角度90°左右。

2.2.2 树形改造阶段

小冠疏层树形培养成形后，结果初期树冠光照环境基本合理，到树龄10年左右的时候树冠上下层光照差异越来越明显，中下层出现大范围的树冠郁闭区，需要借用苹果开心树形改造技术，将原来的三层叶幕变成两层或一层半的叶幕结构，将主枝数量由7～8个减少到4～5个，通过减少果园枝叶量改善果园光照环境，进而提升果实品质。同时，由于果园光照环境的改善和枝叶量的减少，树冠内部病虫基数和弱寄生菌密度大幅降低，树体对大量元素和微量元素的消耗也同步降低，逐步向苹果两减目标接近。

2.3 疏散纺锤树形模式

目前纺锤树形在我国乔化苹果生产上的应用越来越少，但生产上仍有部分乔化果园继续采用自由纺锤树形模式管理果园。该树形通常在树龄10年左右时明显出现树冠郁闭问题，同时果园郁闭问题也迫在眉睫。在山西省运城市临猗县8～10年生红富士苹果乔化果园(株行距4 m×2.5 m)，果园平均每667 m2枝量达到12.63 万～14.15万条，果园郁闭问题非常突出，急需进行树形改造。从改造途径来看，上述郁闭果园可以采用开心树形技术模式，也可以考虑改良小冠树形模式。疏散纺锤树形模式就是在自由纺锤树形的基础上，通过“逐级提干、适度落头、交替疏枝更新”整形修剪方法的应用，将纺锤树形上下通体一致的连续叶幕改造成为波浪式叶幕结构，并通过果园间伐技术应用解决果园的郁闭问题，最终逐步接近苹果两减目标。

该树形整形修剪关键环节如下：

2.3.1 适度落头

落头一般在树龄 6～10年时实施。采用了苹果短枝型品种的自由纺锤树形果园，落头进程较快，通常在1～2年内落头到设计的树体高度。采用乔化砧木的自由纺锤树形果园，落头进程较慢，一般需要在2～4年内落头到设计高度，以避免落头过快引起的树冠上部冒条。

2.3.2 疏枝提干

为了集中树体营养，并改善树冠下部和果园地面的微区光环境，上部落头期间还需要逐年从基部向上依次疏枝提干。根据作者近年的试验结果，自由纺锤形苹果树提干时，将基本骨干枝的高度由40～60 cm抬高到70～100 cm，果园地面反射和散射光提高了2.3倍，下层叶幕的PAR强度也增加了1.9倍。疏枝提干可以与落头同时进行，也可先于落头实施。同时为了稳定结果与平衡树势，疏枝提干需要在2～3年内逐步实施。

2.3.3 交替疏枝与枝组更新

乔化纺锤形苹果树一般在树龄10年左右时普遍出现由光照不足引起的枝组老化问题。为了解决这一问题，本项目研究提出了纺锤树形的交替疏枝修剪技术，就是将一个标准的纺锤形苹果树，由下向上依次分为3～5单元，每个单元包括若干个骨干枝，然后以每个单元为基本单位，由下向上交替更新。因此，不管苹果树的树龄有多大，其骨干枝的枝龄都在6～8年以内，保持了结果枝的年轻状态，同时由于枝组的交替更新，纺锤树形连续的纺锤形叶幕变成上下波浪形叶幕，增加了枝、叶、果的光照面积，集中了地上部营养供给部位，因而明显提高了果实品质，延长了盛果期年限。

3 树体结构优化的综合效果

本研究提出的几种优化树形结构模式，主要是以减少树冠过多枝叶量为突破口，以改善叶幕光环境和提高叶片CO2同化效率为核心，通过大幅度减少郁闭枝叶提高树体有机营养制造能力和果实综合品质。

在树冠郁闭问题逐步缓解、过多枝叶量逐年减少的同时，果园根系同样存在的郁闭问题也得以同步解决。一方面，树形改造后叶幕CO2同化效率绝对值提高50%，弥补了树体枝叶量减少后CO2同化产物的减少，保持了树体总体有机营养的相对稳定。另一方面，树形改造后树体总枝叶量和根系生物量绝对值减少，用于树体和根系营养生长的有机营养消耗总量减少，树体对土壤矿质营养吸收总量减少。因此，树形改造的结果是以相对较少的枝叶、根系生物量维持着相对较高的叶幕有机物质同化量，在稳定果园产量输出的同时减少了土壤营养的总消耗量。同时由于果园光环境改善带来的叶幕及土壤生物群落的改变，也为果园农药减施铺平了道路。

近年来本课题组在山西中南部苹果产区不同类型高光效树形示范果园进行了调查测试，系统记录了各地果园的每hm2产量及肥料农药使用量，获得了以下调查测定结果。

3.1 中海拔果园开心树形模式的两减栽培效果

在山西省临猗县中海拔(400～600 m)成龄果园(树龄28～31年生)，一方面进行果园密度与树形模式调控，另一方面进行果园氮肥和磷肥总量和喷药总量的建设调节，提出了成龄乔化苹果园两减栽培环境下的树形模式、整形修剪技术和枝叶量标准，为山西省及我国同类地区苹果两减栽培提供了有效的技术途径。

该果园从2009年开始系统实施了苹果高光效树形改造技术，并在2016年与苹果两减项目并轨实施。2016年以来通过单株树的结构优化(减少主枝、降低叶面积指数)和动态间伐技术的实施，果园密度和总枝量稳步下降，果园微环境PAR平均值稳步提升，最终显著降低了果园化肥与农药用量。2018年和2019年调查结果表明，高光效开心树形果园的全园的总枝量、总密度持续下降的基础上，果园氮肥和磷肥用量分别减少了26.2%和34.3%，农药总量分别减少了21.5%和38.6%，果园平均产值分别增加了15.18%和16.90%，减肥减药与提质增效效果明显(表1)。

表1 中海拔开心树形果园药肥及产出综合调查表(山西省临猗县)

3.2 高海拔果园开心树形模式的双减栽培效果

2016-2019年在山西省吉县高海拔(970～1 210 m)成龄果园(树龄24～27年生)，进行了苹果两减背景下苹果高光效开心树形模式构建定点试验。试验期间，在原有的小冠疏层形基础上进行了中低干开心树形改造，通过提干落头技术实施，树干高度提升到了1.37 m，树高降低到2.55 m ,全树主枝数量由6～8个降低到4～5个，单株树总枝量下降30%左右，减少了果园土壤NPK施肥量和农药量。

2018年和2019年调查结果表明，一方面通过选用中低干开心树形整形修剪逐年降低果园总枝量，另一方面通过增加果园有机肥使用量减少果园化肥和农药的使用量，其技术是可行的。调查果园单位面积有机肥用量增加32%，氮肥和磷肥用量分别减少29.4%和35.9%，农药总量分别减少28.9%和32.7%，果园平均经济效益增加63.3%，减肥减药、提质增效结果明显(见表2)。

表2 高海拔开心树形果园药肥及产出综合调查表(山西省吉县)

4 讨论与结论

4.1 苹果高光效树形管理是苹果农药化肥两减的栽培基础

目前我国生产上大面积的乔化成龄苹果园普遍存在树冠郁闭和果园郁闭问题，需要及时进行苹果高光效树形改造和果园动态密度技术规划。本项目实施期间根据山西省及我国黄土高原丘陵半干旱果园的产地条件，以改善果园光照环境为突破点，提出了苹果高光效开心树形、改良小冠疏层树形或疏散纺锤树形为目标树形；同时提出与不同树龄阶段苹果高光效树形技术模式相配套的高光效果园动态间伐技术，将成龄果园每1 hm2总枝量降到75万～90万条，每1 hm2平均密度降低到300株左右[21-23]，系统改善叶幕光环境，提高果实品质，增加果园经济效益，为果园农药化肥两减背景想的苹果优质高效生产奠定了栽培基础。

4.2 果园培肥是化肥农药两减的技术保障

果园化肥农药两减栽培技术实施既需要苹果高光效树形技术模式支撑，也需要果园培肥技术的支持。项目实施期间通过高光效树形系统技术改造，减少了果园总枝叶生长量和根系部分的生物量，从而减少了果园土壤营养的总消耗量，奠定了肥料减施的基础条件。同时，为了改善果实品质，延长树体经济结果寿命，还需通过果园生草培肥、增施有机肥等途径逐步增加果园有机质含量[7-8]，培育果园土壤有益生物群落，综合提高树体抗逆性，最终建成我国黄土高原产区苹果优质高效生产与两减安全生产相结合的可持续发展技术模式。