‘華寧大砂殼核桃’不同樹形冠層特性與其產量的相關性研究

譚岷山，吳 濤，肖良俊，張曉林，李賢忠

（1.西南林業大學，云南 昆明 650224；2.云南省林業和草原科學院，云南 昆明 650201；3.云南省華寧縣林業局，云南 華寧 652899）

樹冠是由樹木上部郁閉的樹葉、枝條和冠層內空氣所組成的[1]。冠層結構是指葉面積指數（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，是樹木進行光合作用的主要場所，冠層特性與樹木的生長密切相關[2-3]。果樹冠層是一個復雜的微小氣候環境，冠層內部的光照、溫度和濕度等都會影響果樹的生長狀況，決定果實產量和品質。對于果樹而言，相對合理的冠層結構有利于果樹樹冠內光照的合理分布，進而有助于提高果實的產量和品質。不同樹形由于樹冠、枝條數量及著生方向、葉片分布等的不同，導致冠層結構和微小環境存在差異。前人大量的研究結果都表明，不同樹形都有其獨特的冠層結構特點和冠層微環境，這一特點對樹體自身利用光、水、肥具有很大影響，從而導致冠層不同部位的葉片營養、果實產量與品質等方面產生差異[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”，也是我國主要的栽培經濟樹種，具有較高的經濟價值[9]。云南省是我國核桃主產大省，核桃栽培面積現已達到280多萬hm2，其面積、產量和產值均位于全國之首，但在生產經營中仍然存在著栽培管理粗放、產量低、品質差等問題[10]?！A寧大砂殼核桃’原產于云南省玉溪市華寧縣，是經過長期的自然選擇和人工篩選培育而形成的核桃優良品種[11]。本研究以云南省玉溪市主栽品種‘華寧大砂殼核桃’為研究對象，探討了不同樹形大砂殼核桃冠層特性和產量的差異性，分析其冠層特性、光能特征與其產量的相關性，以期為該品種核桃高產樹形的培養和整形修剪提供參考依據和技術指導。

1 材料和方法

1.1 研究區概況

研究區設在云南省玉溪市華寧縣寧州鎮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，屬中亞熱帶半濕潤高原季風氣候，夏無酷暑，冬無嚴寒，干濕季分明，相對濕度為68%～79%，全年無霜，年平均氣溫17.4 ℃，年均降水量916 mm，全年日照時數為2 100～2 165 h。

1.2 試驗材料

試驗材料為‘華寧大砂殼核桃’樹，樹齡為10 a，株行距8 m×10 m，南北行向。隨機選取立地條件相同、長勢良好、樹形標準的 “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個重復。

1.3 試驗方法

1.3.1 樹體結構指標的調查

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

1.3.2 冠層特性指標的觀測

參照李丹等人[12]的測定方法進行觀測。2019年 8月中旬選擇無太陽直射光照射的早晨，利用Hemi View數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個方向進行定點拍攝，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數據。

1.3.3 產量測定

2019年9月中旬核桃果實成熟后，對所有樣樹果實進行單株采收，測定其單株青果質量，單位 為kg；并計算樹冠投影面積產量（樹冠投影面積產量=單株產量/樹冠投影面積，單位為kg/m2）。

1.4 數據分析

數據采用Excel 2010進行常規統計分析，用SPSS 21.0進行差異性及相關性等分析。

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 結果與分析

2.1 不同樹形的樹體結構和冠層特性分析

2.1.1 不同樹形的樹體結構分析

不同樹形樹體結構指標的觀測結果見表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）無顯著差異（P＞0.05）。

2.1.2 不同樹形的冠層結構特性分析

不同樹形冠層結構特性指標的觀測結果見 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），開心形的最小（為1.172）；且主干分層形與其他兩種樹形間其葉面積指數存在顯著差異 （P＜0.05）。

從散射光、直射光和綜合光立地系數看，開心形樹形的3種光立地系數均大于其他兩種樹形的，其散射光立地系數、直射光立地系數和綜合光立地系數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和綜合光立地系數均存在顯著差異（P＜0.05）。

表1 不同樹形樹體結構指標的觀測結果?Table 1 Observation result of tree structure indexes with different tree shapes

表2 不同樹形冠層結構特性指標的觀測結果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 不同樹形的單株產量與樹冠投影面積產量分析

3種樹形核桃樹的單株產量與樹冠投影面積產量如圖5所示。圖5顯示，主干分層形樹的單株平均產量為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量及樹冠投影面積產量Fig.5 Average yield per plant and yield per unit canopy projection area of trees with different tree shapes

2.3 相關性分析結果

對3種樹形冠層特性指標和單株產量間的相關性進行了分析，結果見表3。表3表明：冠層總透光比與葉面積指數、冠層截獲總輻射量和單株產量間均呈顯著負相關（P＜0.01），與冠層截獲直接輻射能呈顯著負相關（P＜0.05），與散射光立地系數呈顯著正相關（P＜0.01）；葉面積指數與各指標間的相關關系正好和總透光比相反，表現為葉面積指數與散射光立地系數呈顯著負相關 （P＜0.01），與冠層截獲總輻射能和單株產量均呈顯著正相關（P＜0.01），與冠層截獲直接輻射能呈顯著正相關（P＜0.05）；散射光立地系數與直射光立地系數和綜合光立地系數均呈顯著正相關（P＜0.01），而與單株產量呈顯著負相關 （P＜0.01）；冠層截獲的總輻射能與單株產量呈顯著正相關（P＜0.01）。

3 結論與討論

果樹的樹形決定了果樹冠層特性及冠層內光的分布，影響冠層內環境因子的變化，從而對果實產量和品質產生影響[13-17]。而果實的產量和品質均為提高經濟效益的關鍵因素，是果樹栽培和整形修剪的出發點和落腳點[18-19]。因此，選擇合理的樹形、改善樹冠內的光照條件及微氣候對果實的產量和品質至關重要[20]。

表3 冠層特性指標與單株產量間的相關性分析結果?Table 3 Correlation analysis result between canopy characteristic indexes and yield per plant

葉面積指數作為表示果樹冠層光能利用效率和冠層結構的綜合評價指標，對果樹的生長發育以及結實均有重要意義。葉面積指數的變化會影響果樹冠層的透光率，導致冠層內光照分布和強度的變化。果樹的整形修剪就是通過調整果樹枝條的著生方向、數量等來改變果樹樹體結構，進而改善果樹樹冠內通風透光條件，提高葉片光合效率，促進樹體營養代謝和果實營養積累, 進而提高果實產量及品質。在不同樹形果樹冠層特性的研究報道中，研究者們發現，開心形樹形相對于其他樹形來說其透光性最好[21-22]，因此冠層截獲的輻射能相對較少，對于部分種類的果樹來說這是一種較為適宜的樹形。另外，有研究結果表明，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，因此可通過開展林下種植，提高林地單位面積土地產值。而相對于開心形樹體而言，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]，這均與本研究結果一致。與此同時，許多研究者在針對樹形對果樹產量的影響因子的相關研究中發現，在一定范圍內，果樹冠層葉面積指數越高，冠層截獲的輻射量則越大，單位面積光合產物的積累量較高，有助于果樹產量的提高[27-30]。

本研究利用數字植物冠層分析儀對不同樹形的‘華寧大砂殼核桃’樹冠層特性指標進行了數字化處理，分析其樹體結構特征、冠層特性和單株產量等相關指標間的差異性和相關性。結果表明，主干分層形的葉面積指數和冠層截獲的總輻射能均顯著高于開心形和自然圓頭形。且單株產量與葉面積指數、冠層截獲的總輻射能間均呈極顯著的正相關，其相關系數分別為0.969、0.829；與冠層截獲的直接輻射能呈顯著正相關，其相關系數為0.801；單株產量與總透光比呈極顯著負相關，其相關系數為-0.971，與散射光立地系數呈顯著負相關，其相關系數為-0.886。綜合分析得知，相對于開心形和自然圓頭形而言，主干分層形的葉面積指數較大，冠層結構呈立體狀且分層明顯，能夠截獲更多的輻射能，從而增強其葉片的光合作用能力，增加營養物質的積累。因此，從單株產量角度出發，該地區大砂殼核桃的3種整形修剪樹形中，主干分層形要優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單株產量的影響情況，關于冠層特性對其果實大小、質量和營養成分等品質指標的影響情況尚不清楚，對此尚待今后進一步研究。