不同树形对砀山酥梨冠层结构、光合特性及果实品质的影响

刘珊珊，令狐田，赵志霞，缑耀武，翟 锐,杨成泉，徐凌飞，王志刚*

(1.西北农林科技大学园艺学院，陕西 杨凌 712100;2.陕西省蒲城县果业科技推广中心，陕西 蒲城 715500)

砀山酥梨(PyrusBretschneideriRehd)品质优良，以黄亮形美、酥脆爽口而闻名中外，至今已有2 500多a的历史[1]。目前，砀山酥梨是中国梨产业主栽品种之一，随着其栽培面积的增加，栽培管理模式上的问题日渐显露。如树形不适，导致冠层过密，枝叶互相遮蔽，冠内光照差，导致产量及品质降低[2]。树形是梨优质栽培的基础，良好的树形可以达到早果、丰产、省工的效果[3]。不同树形的冠层结构是果树的重要部分，它与冠层光能截获及树冠内光照分布有着紧密联系[4]。同时，树形的不同直接影响着冠层的光合生产力及枝叶的生理状态[5]。前人对不同树形光效能利用及果实产量品质都曾进行过研究。陈久红等[3]对香梨的研究发现疏散分层形在光合特性和冠层透光率方面优于圆柱形，圆柱形的公顷产量高于疏散分层形。徐金涛等[6]研究发现在皇冠梨幼树期间，Y字形的平均透光率最高，总产量以倒伞形和纺锤形最高。Kappel等[7]对康佛伦斯梨的研究表明，Y-trel-lis(Y形篱壁)树形表现优良，树体成形快，早期产量高。目前，关于砀山酥梨不同树形冠层、光合特性对产量品质影响的研究鲜少报道。为此，本研究以4 a生砀山酥梨为试材，对其4种树形的冠层结构、光合特性和产量及品质等参数进行比较，并通过主成分分析进行综合评价，筛选出光能利用率高、产量高及果实品质优良的理想树形。以期探索砀山酥梨树体高光效树形，提高梨果实品质，为实现省力节本栽培提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况及试验材料

试验地位于陕西省渭南市蒲城县陈庄镇酥梨试验示范站的乔化酥梨区域(海拔383 m,东经109°37′31″，北纬34°53′21″)。试验地最高温41.8 ℃，最低温-16.7 ℃，年均温13.3 ℃。降水量524.1 mm，平均日照2 277.5 h，无霜期218 d。

供试品种为4 a生砀山酥梨，砧木为杜梨。选取果园现有树形Y字形、倒伞形、圆柱形及多干形四种树形进行研究，株行距均为1 m×4 m，南北行向。单株小区，设置6个重复。将试验树编号，挂牌。保证供试树形长势一致、树形端正，田间管理措施一致。不同树形树体的基本情况见表1。

表1 不同树形树体基本情况

1.2 试验项目及方法

1.2.1 不同树形枝类组成调查

于春季萌芽前，统计不同树形树体长枝(大于15 cm)、中枝(5～15 cm)、短枝(小于5 cm)的数量。

1.2.2 冠层参数的测定

冠层图片拍摄：于7月中旬树体冠层稳定后,选择无太阳直射的早晨或傍晚，利用LAI-2000冠层分析仪进行拍摄，操作时将拍摄杆水平朝上置于冠层上方记录A值，冠层下方记录B值，选择东、西、南、北4个不同方位进行遥控拍摄，每个方位拍摄3次。并应用Fv2000软件处理图像，分析冠层开度(DIFN)、叶面积指数(LAI)、平均叶倾角(MFLA)和树冠体积。

1.2.3 光合参数的测定

依照魏钦平等[8]的方法，对树冠进行分格。以树干第一分枝为基部，垂直方向分为下层(0～0.5 m)、中层(0.5～1 m)和上层(1～1.5 m)。水平方向分为内膛(距树干0.5 m)、中部(距树干0.5～1 m)及外围(距树干1～1.5 m)。

利用LI-6800光合仪，于2021年8月中旬，选择3个晴天，测定上午9：30至11：00时段内各树形冠层不同部位的光合参数，包括净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Evap)、气孔导度(Gs)及胞间CO2浓度(Ci)。在每个0.5 m×0.5 m×0.5 m立方体内选择三片成熟叶，每片叶重复测定3次，取平均值。测定部位分别为上中下层的外围、中部及内膛，每个部位挂牌标记，以3 d的平均值作为最终结果。

1.2.4 果实品质和产量的测定

于2021年9月12日果实成熟期采果前，统计试验树结果个数，计算平均株产，根据各树形的栽植密度计算亩(667 m2)产量；从不同树形树体标记的每个立方体内采摘3～5个果实，进行各项品质测定。品质测定方法参考马友福[9]、宋健坤[10]等。

1.2.5 主成分分析

将4种树形测得的原始数据利用SPSS软件进行标准化及降维处理，提取出样本特征值>1且方差贡献率可累计达到了85%左右的主成分因子。各主成分因子的总得分乘以其对应因子的总方差的算数平方根,分别相加得到各个因子的加权总分值,各因子分值的和与其所对应各因子特征值及其对应加权平均贡献率的加权平方乘积相加，即可计算得出主各个成分因子的综合评价指数[11]。

1.3 数据处理

试验数据用Excel 2019软件行统计分析，SPSS 19.0软件进行单因素方差分析、新复极差检验(P<0.05)及主成分分析，使用Graphpad Prism 6.01软件进行绘图。

2 结果与分析

2.1 不同树形树体枝类组成比较

不同树形的枝类组成比例均为短枝>中枝>长枝(见图1)。Y字形、倒伞形及多干形树体的短枝比例在67.60%～74.30%，显著高于圆柱形树体，分别高出55.56%、35.19%、48.15%。圆柱形树体的长枝比例显著高于其他3种树形。说明Y字形、倒伞形和多干形树体有较强的生产潜力，圆柱形树体有较高的成枝力。

图1 不同树形枝类组成比较

2.2 不同树形冠层参数比较

圆柱形和多干形树体的叶面积指数显著高于Y字形和倒伞形，大小依次为圆柱形>多干形>倒伞形>Y字形。不同树形的树冠体积和平均叶倾角无显著差异。叶倾角的角度均集中在40°～55°，说明不同树形在冠层上方的光截获能力差异不显著(见表2)。冠层开度大小可直接反映果树冠层的透光率的高低。表2数据表明，叶面积指数越大，冠层开度越小。Y字形和倒伞形树形主枝开张角度大，叶面积指数较小，透光率高，树冠中下层也可以接受良好的光照。圆柱形和多干形树体叶面积指数大，骨干枝结构紧凑，对光的截获能力强，内膛光线较弱。

表2 不同树形冠层特性指标比较

2.3 不同树形的光合特性比较

2.3.1 不同树形的净光合速率(Pn)比较

冠层内光环境不同就会致使叶片的光合效率出现差异[12-14]。不同树形冠层内接受的光照强度不同，直接影响叶片的光合效率。同时段内，不同树形在树冠上层外围净光合速率无显著差异，原因是上层外围接受的光照强度基本一致。除树冠中层中部和下层外围，其他树形不同冠层叶片的净光合速率显著低于Y字形。Y字形冠层净光合速率均值最高，达15.46 μmol/(m2·s)，其次为倒伞形11.94 μmol/(m2·s)、圆柱形10.70 μmol/(m2·s)，多干形最低为8.53 μmol/(m2·s)。除Y字形，其他树形冠层不同部位的净光合速率自树冠上层至下层、外围至内膛逐渐降低，不同部位间差异显著(见图2)。

注：不同小写字母代表不同树形同一部位间的差异显著(P<0.05)，不同大写字母代表同一树形不同部位间的显著差异(P<0.05)，下同。

2.3.2 不同树形的蒸腾速率(Evap)比较

在上层内膛和下层外围，其他3种树形树体叶片的蒸腾速率显著低于Y字形，其余冠层部位不显著。Y字形树形蒸腾速率均值最高，为10.68 mmol/(m2·s)，其次为倒伞形9.31 mmol/(m2·s)、圆柱形8.86 mmol/(m2·s)，多干形较低为6.41 mmol/(m2·s)。在树冠中层，多干形树形的蒸腾速率显著低于其他3种树形。在树冠下层，不同树形的蒸腾速率自外围至内膛逐渐降低，在下层中部和下层内膛多干形树体叶片的蒸腾速率均显著低于其余3种树形(结果见图3)。不同树形在不同冠层部位的蒸腾速率变化趋势与净光合的基本符合。

图3 不同树形树体不同冠层部位蒸腾速率(Evap)比较

2.3.3 不同树形的气孔导度(Gs)比较

除中层、下层内膛，Y字形树体在其他冠层部位的气孔导度(Gs)均高于其他3种树形，在上层外围、上层内膛和下层中部差异显著(见图4)。Y字形树体气孔导度最大，为335.16 mmol/(m2·s)，其次为圆柱形327.57 mmol/(m2·s)、倒伞形320.90 mmol/(m2·s)，多干形较低为275.98 mmol/(m2·s)。

图4 不同树形树体不同冠层部位气孔导度(Gs)比较

2.3.4 不同树形的胞间CO2浓度(Ci)比较

在树冠上层，不同树形冠层不同部位叶片的胞间CO2浓度差异不显著。多干形树体叶片的胞间CO2浓度在树冠中层和下层显著高于其余3种树形(见图5)。多干形树体胞间CO2浓度均值最高，为341.96 μmol/mol，其次为圆柱形320.78 μmol/mol、Y字形315.35 μmol/mol，倒伞形较低为315.22 μmol/mol。同一树形各冠层部位胞间CO2浓度自外围至内膛逐渐降低，且差异显著。

图5 不同树形树体不同冠层部位胞间CO2浓度(Ci)比较

2.4 不同树形对产量及果实品质的影响

2.4.1 不同树形对产量及果实品质的影响

不同树形对产量及果实品质的影响见表3。圆柱形树体的果实果形指数显著低于多干形、倒伞形和Y字形树体。Y字形和倒伞形树体果实的可溶性固形物含量显著高于圆柱形和多干形，但后两者的含量差异不显著，说明可溶性固形物含量会受到光合效率的影响。Y字形和多干形树体果实的可滴定酸显著高于倒伞形和圆柱形树体。四种树形果实的平均单果质量、果肉硬度及石细胞含量均无显著差异，说明在初果期不同树形对这些品质没有显著影响。不同树形的果肉硬度较大，石细胞含量较高，品质不佳，可能与坐果期遭受冻害有关。圆柱形树体的产量显著低于其他3种树形，但平均单果质量高于于其他树形。

表3 不同树形果实产量与品质的差异比较

2.4.2 不同树形对不同部位果实品质的影响

不同树形间果形指数、可溶性固形物和可滴定酸差异显著(见表3)，因此重点分析不同冠层部位上述指标的差异。结果表明，不同树形冠层的上层中部、中层外围、下层外围及内膛的果形指数无显著差异，上层外围、内膛及中层内膛Y字形树体果实的果形指数显著高于倒伞形和圆柱形，与多干形差异不显著(见图6)。

图6 不同树形对不同冠层部位果形指数的影响

在树冠上层和中层外围，多干形果实的可溶性固形含量低于其他树形，差异显著。除下层内膛外，Y字形树体果实的可溶性固形物质量分数均高于其余3种树形，但差异不显著(见图7)。同一树形冠层内果实的可溶性固形物质量分数从树冠上层至下层，逐渐降低。除冠层上层内膛、下层中部及内膛无显著差异外，其余冠层部位均表现为Y字形和多干形果实可滴定酸质量分数显著高于倒伞形和圆柱形。同一树形冠层内果实的可滴定酸质量分数均表现为树冠上层<中层<下层(见图8)。

图7 不同树形对不同冠层部位可溶性固形物的影响

图8 不同树形对不同冠层部位可滴定酸的影响

2.5 主成分分析及树形评价

将反映不同树形冠层结构、光合特性及产量品质等共21个指标进行主成分分析(见表4)，筛选出6个主成分(特征值>1)。6个主成分贡献率依次减少，总贡献率达85.57%，即可认为反映原始指标85.57%的信息，可作为树形评价的综合指标(见表5)。以根据每个主成分的方差贡献率，计算出不同树形的综合评价指数。综合评价指数的高低代表树形整体的优劣，因此4种树形的优劣顺序依次为：Y字形、倒伞形、圆柱形、多干形(见表6)。

表4 各因子载荷矩阵

表5 主成分分析结果

表6 不同树形结构的综合评价指数值

3 讨论

梨树的枝类比可以反映树体的生长情况[5]。4种树形中，圆柱形树体中心干上着生的长枝比例达24.60%，约为其他树形长枝率的3倍。其他3种树形的短枝率较高，说明其均有较高的生产潜力。果树冠层结构主要影响冠层内的通风透光，进而影响果树产量及品质，因此研究果树冠层结构是目前的重点[15-16]。本研究中，Y字形和倒伞形树体结构简单，叶幕单薄且分布均匀，主枝开张角度大，圆柱形与多干形的骨干枝开张角度小，枝叶集中，冠内枝叶多，因此Y字形和倒伞形树体的叶面积指数显著低于圆柱形和多干形，而冠层开度表现相反的结果。这与齐开杰、赵瑾[17-18]的研究结果一致。结合产量及果实品质来看，圆柱形和多干形树体的产量及果实品质显著低于Y字形和倒伞形。这可能由于试验树处于初果期，树势较弱，根系吸收的养分不足以满足地上部过多的枝叶，同时叶面积指数偏大，直接导致树冠内透光性差，影响光合速率，不利于增产，同时降低果实品质。

叶片接受太阳辐射多少是决定光合速率高低的主要因素，因此通过调节树形使光照分布均匀，增强叶片光合效率。适宜的树形树体内部的通风透光良好，CO2是叶片光合作用的原料，通风性强，叶片四周CO2浓度增高，可增强叶片的光合效率[19]。本研究中，Y字形树体的净光合速率最高，倒伞形、圆柱形次之，多干形的最低，说明Y字形更有利于树体进行光合作用，产生更多的光合产物。在树冠上层和中层的水平方向上，Y字形的净光合速率自内膛至外围逐渐增高，这可能由于Y字形树形的结构特点，初果期枝叶量少，上中层内膛的叶片直接暴露在阳光下，接受的太阳辐射多，净光合速率高。但同时也应注意果树生长后期树冠内膛可能会造成光浪费。

通过改造树形提高产量和果实品质，进而获得高效益，是栽培整形的侧重点和目标[20]。Y字形和倒伞形树的产量显著高于其他两种树形，圆柱形的最低。参考前人文献可知，砀山酥梨的单果质量均在200～300 g[21-22]，本试验中不同树形的平均单果质量均达到了400 g以上，这可能是因为砀山酥梨花期时遇雨，因此果个大，坐果少。Y字形的果形指数、可溶性固形物质量分数显著高于其他树形，说明光照对这两种因素的影响可能较大，对其他因素有无影响需进一步探究。同一树形的单果重、可溶性固形物、果肉硬度从树冠上层至下层逐渐减小，可滴定酸和石细胞含量逐渐增大。这与前人[23-24]的研究结果相符。Y字形内膛光照强，光合速率高，却没有显著提高内膛果实品质，说明光照在适宜的范围才会提高果实品质。

4 结论

综上所述，Y字形树体冠幅最大、短枝率最高、冠层开度最大、透光率及光合效率强、产量最高，综合评分最高，但叶面积指数较低；倒伞形冠幅大，透光率、光合效率、产量品质等处于中等水平；多干形冠幅、透光率适中，光合效率低、产量、品质低；圆柱形树形冠幅小，透光率及光合效率较差，产量最低，品质不佳。4种树形相比，Y字形树体结构简单、受光率高、产量高，可作为西北地区梨园的高光效树形。本研究是在砀山酥梨的初果期完成，进入盛果期后，Y字形树形的优势能否长期保持，需进一步跟踪研究。