蘋果多主干平面樹形光合特性及生產潛力評價

中圖分類號：S661.1 文獻標志碼：A 文章編號：1009-9980（2025）05-1087-10

Abstract： 【Objective】 Using the tal-spindle system， which is commonly employed in apple production，as acontrol， we evaluated the production eficiency，fruit yield and qualityof the multi-leader-planar-trained apple trees. This study provides valuable insights for future selection of tree systems in apple orchards and contributes to advancing the mechanization and intelligence of orchard management. 【Methods】 The longitudinal and transverse diameters of the fruits were determined using electronic vernier calipers （16FN，MAHR， Germany）. The mass of individual fruits was assessed with an electronic balance （E55ooS， Sartorius， Germany）. Fruit firmness was evaluated utilizing a digital fruit hardness tester （GY-4-J，Tuopu Instrument）. The soluble solids content was quantified using a digital display sugar meter （PAL-1，ATAGO，Japan）， while the titratable acidity was measured using an acidometer （GMK835N，G-WON，Korea）.The leaf area was quantified with a Li-3oooC portable leaf area meter. Chlorophyll content was assessed using a SPAD-502 meter， while photosynthetic indexes were recorded with a CIRAS-3 device from PP Systems， USA，between 9：00 and 11：00 AM on a sunny day.Light intensity and interception rate were measured with a TSE-1332 meter.Canopy light transmittance is the ratio of py light transmittance） × 100% .Before harvesting， the composition of tree branches and spurs was investigated， which were categorized by length： long branches are greater than 30.0cm in length; medium branches range from 15.0cm to 30.0cm ; spurs are less than 15.0cm . The height and length were measured using a tape measure，and the thickness was determined using a vernier caliper.【Results】 The average hardness of the tall-spindle trees’fruits in two years was 9.30kg?cm² and 9.00kg?cm² ，respectively， exceeding the 7.10kg?cm² and 8.10kg?cm² of the multi-leader trees’ fruits. The average fruit shape indexes of the tall-spindle trees’fruits in two years were O.78 and 0.79，respectively，lower than those （0.85 and O.86） of multi-leader trees’fruits.The average soluble solids contents of tall-spindle trees in the two years were 12.21% and 12.41% ，respectively，lower than that of multi-leader trees 0 13.45% and 13.86% ）.Regarding titratable acid， the average values for tall-spindle trees in the two years were 0.31% and 0.30% ，respectively，higher than the 0.27% and 0.26% recorded for multi-leader trees.However，the above indicators did not reach significant differences.Although the soluble solids content of multi-leader trees’fruits was higher than those of tall-spindle trees’fruits，the titratable acid content was lower，and no significant diferences were detected.This suggested that there was not much diference in fruit flavor between the two types of fruits with high-efficiency-shaped tree systems.By comparing the photosynthetic parameters between the two tree systems， it was found that the net photosynthetic rate （P_n） ， intercellular carbon dioxide concentration ， and stomatal conductance （ of the multi-leader trees were higher than that of the tall-spindle trees at the same time.The difference was significant only in May，but it was not significant in June and July. The transpiration rate （T_r） of both tree shapes gradually increased from May to July， but there were no significant differences between them in each month. There was no significant difference in water use efficiency （WUE） between the two tree systems at the same time，and the WUE of the multi-leader trees gradually decreased from May to July. However， the total leaf area of tall-spindle trees was significantly higher than that of multi-leader trees. The leaf area index （LAI） with tall-spindle trees was 1.74 in May，1.86 in June，and 2.02 in July. In contrast，the LAI for multi-leader trees was 1.15 inMay，1.29 in June，and1.57 in July.This suggested that the tall-spindle leaves had a higher densityand photosynthetic potential，which also implied a higher likelihood of severe shading. The SPAD values of the two tree systems gradually increased from May to July， indicating that the chlorophyll content of leaves gradually increased，and there was no significant difference in SPAD values between the two tree systems in the same month.The light interception rate for both tree systems generally exhibited a decreasing trend with increasing height away from the ground.The light interception rate of the tall-spindle trees was higher when the ground height was less than1 meter，and this rate decreased significantlyat a ground height of3 meters.The difference in light interception rate between the bottom and top of the trees was not as pronounced as that observed in the tall-spindle trees.We also measured the light interception rates of the two tree systems at various distances （0，20，50，and 100cm ） from the leader at a height of 1.5 meters.Based on the average values from four time points at each distance， both tree systems displayed a trend where the light interception rate decreased with increasing distance from the leader. Overall， the presence of initial bearing trees resulted in a lower light interception rate for both systems， with multi-leader trees showing an even lower rate compared to tal-spindle trees.For the two tree systems，the leader diameter showed an increase from 2023 to 2O24.However，there was no significant difference in tree height.In the case of the talspindle trees， the number of main branches was approximately 21 in both years. Although the average length of main branches decreased，the data for the two years did not show a significant difference.For the multi-leader trees，there were only five upright leaders，and there was no significant difference in leader height between the two years.In 2O23，the number of branches with different lengths of the two tree systems was relatively similar. By 2024，the number of long branches and spurs of both tree systems increased，while the number of middle branches decreased. Over the course of two years，multileader trees received approximately 6-7 ton per hectare higher yield than tall-spindle trees.【Conclusion】Although it is diffcult to train multi-leader tree systems，the fruit quality has not decreased，and its photosynthetic performance is beter than that of tall-spindle trees，and its yield has been improved. The multi-leader trees are more suitable for the future development oforchards in terms of yield，mechanization and labor saving.

Key words： Apple;Multi-leader tree system; Planar-trained shape; High-density planting; Production efficiency; Light interception rate

中國是世界第一蘋果生產大國，蘋果是我國具有明顯國際競爭力的農產品之一。實現蘋果產業高質量發展，對增加果農收入、促進脫貧致富、實現鄉村振興具有重要意義[2-3]。近年來，蘋果矮砧密植集約栽培成為新植果園主要發展模式。高光效樹形，尤其是高紡錘形得到了大面積的推廣，與傳統大冠稀植模式相比，其具有易管理、結果早、產量高、優果率高等優點4。近年來，該種植模式遇到系列技術瓶頸，主要是樹冠為三維立體（3D）結構，冠層較厚，果實隨機分布，修剪及果實采摘難以實現機械化；同時，由于行間需要留有機器作業道，種植密度無法加大。隨著社會經濟的發展，勞動力緊缺已成為常態，未來果園管理全面實現機械化，減少人力投入是必由之路。二維（2D）平面樹形可實現機械化作業，充分利用空間及光能，進一步提高產量，減少人工，是未來果園管理的發展趨勢，有助于實現果業的現代化和可持續發展。

我國在近30年里先后建立了喬砧稀植栽培、喬砧密植栽培以及矮砧集約栽培技術體系。如何使蘋果樹冠結構更簡化，為全面機械化、智能化管理打好基礎，科學家開始研究以2D平面結果為核心的未來果園生產系統，多主干形是2D平面樹形中的一種，與Dorigoni等提到的SimpleGuyot樹形類似，主干彎曲向一側延伸，主干上每隔 30cm 留直立向上結果枝條（主干）5＼～6個。枝條及果實平面分布，行距由 3.5～4m 減小至 2～2.5m ，整體冠層光利用率提高，可突破現有果園產量瓶頸，實現果園管理及果實采收的智能機械化。Tustin等指出雙邊多主干平面樹形在種植后的第2年和第3年就表現出了顯著的早期生產力，除了光攔截率，調節年度生長資源分配到果實生長的過程也是決定蘋果園生產潛力的重要因素。Dorigoni等深入討論了Guyot樹形的二維結構及沒有二級分枝的特點，可以選擇單行和雙行兩種種植模式，強調了該樹形適應機械化方面的潛力，包括修剪、疏果和除草等。Bortolotti等的研究表明Guyot樹形的直立生長枝即主干不應被視為彼此獨立的單元，需要對每個主干進行精確的負載控制，以實現精準果園管理。Tustin等[的研究表明，通過優化行間距和樹形結構，可以顯著提高蘋果園的光能利用率和生產力，而且現有蘋果的生產潛力可能被低估。Robinson的研究表明蘋果園的產量與光攔截相關，還指出可以通過增加樹冠中的葉片密度、改變樹形、增加樹高與行距的比例或使用反光膜在地面上增加光攔截。曾艷鑫等[在2024年利用多主干樹形的蘋果研究了不同砧木對樹形生長和果實品質的影響。史繼東[13-14]介紹了這種單邊多主干形的栽培方法。

這種新樹形的研究工作雖然開始時間不長，但是已經展現了良好的前景和巨大的生產潛力。目前我國在這方面的研究只開展了部分零星的工作。本研究著眼于未來果園發展趨勢，圍繞宜機化種植、簡約化管理的蘋果2D樹形管理模式，以高紡錘形為對照，開展蘋果多主干形產量和品質研究及生產潛力與應用評價，將為未來蘋果園建設打好基礎，為蘋果產業高質量發展做出貢獻。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

試驗在中國農業科學院鄭州果樹研究所果樹栽培課題組試驗園 113^°42^′44\" E、 34^°42^′45\"N 中進行，試材為優良早熟品種華碩/M9T337。嫁接苗于2021年春定植，定植后通過拉枝使新生主枝沿著行向生長，在其上每隔 30cm 留一個直立向上的枝條（主干），再經過2022年的生長，共留5＼～6個主干，樹形基本形成，2022年零星掛果，2023年完全成形，初步豐產。高紡錘形和多主干形的株行距分別為 1.5m× 3.5m，1.5m×2.5m 。試驗園常規管理。

1.2試驗設計

選取長勢一致、有代表性的兩種樹形植株各3株，單株重復，從果實生長發育開始（4月初開花，4月10日左右落花，果實發育期110d左右，花后10d開始第一次測定），在果實生長期，分別在5、6、7月測定葉片光合參數、葉片面積、SPAD值及光截獲率等。成熟期每棵樹隨機采摘15個果實進行單果質量、縱橫徑、硬度、可溶性固形物含量、可滴定酸含量等品質指標的測定。采果后，調查樹體生長、枝（梢）類組成，測算生長量。根據單株產量及栽植密度，計算 666.7m² 產量。2023年和2024年對果實品質及樹體結構參數進行重復測定。

1.3 測定項目及方法

1.3.1果實品質測定用電子游標卡尺（16FN，MAHR，德國）測量果實縱、橫徑，果形指數 果實縱徑/果實橫徑。用電子天平（E5500S，Sartorius，德國）測量單個果實質量。果實硬度采用數顯水果硬度計（GY-4-J，托普儀器）測定，硬度計探頭直徑為 0.8cm 每果測3次，取平均值。采用數顯式糖度計（PAL-1，ATAGO，日本）測量可溶性固形物含量，可滴定酸含量用酸度計（GMK-835N，G-WON，韓國）測定。

1.3.2葉片相關指標測定在各試驗樹樹冠外圍中部隨機選取長中短稍各10條，用LI-3000C便攜式葉面積儀（美國LI-COR公司生產，分辨率為 1mm²） 測量新梢上的單葉片面積，并累加得到單梢葉面積，以每類新梢平均單梢葉面積乘以該類新稍數再相加得到試驗樹的總葉面積，據此求得葉面積指數等相關指標。于5、6、7月中上旬取枝條中部健康成熟完整葉片進行光合指標、葉綠素指標測定，每個重復取10枚葉片。葉綠素含量采用SPAD-502葉綠素儀測定。光合指標在晴天上午09：00一11：00，用美國PPSystem公司的CIRAS-3便攜式光合儀測定。

1.3.3冠層不同位置光截獲率用TSE-1332型數字式照度計，于5、6、7月選擇晴天，每天測量時間為092.00，11.00，13：00，15：00 ，每月測定3d。每次在距樹干 0.20，50，100m 處的固定位置（ （1.5m 高度）測定光照度，在主干處距地面 0.20，50，100，150cm 高度測定光照度。以3d的測量數據平均值為葉幕形成期不同層次的光照度值。冠內及冠下的光照度值與冠層上方的光照度值的比值即為冠層的透光率，以百分比計，冠層的光截獲率 %=（1） 一冠層透光率） ×100 [15]。

1.3.4 樹體結構調查 采摘前（每年8月上旬）調查樹體枝梢類組成情況，按長度劃分：長枝， gt;30.0cm 中枝， 15～30.0cm ；短枝， lt;15.0cm 。干高：主干高度，用卷尺測量從地表到主枝基部的距離。干徑：樹干距地面 10cm 處，用游標卡尺測量樹干的粗度。樹高：用標桿、卷尺測量從地表到樹冠最高點的距離。主枝粗度：用游標卡尺測量主枝基部 5cm 的粗度。采果后統計枝量，調查各樹形整株果樹的干高、干徑、主枝數、主枝粗、枝類（長枝、中枝、短枝）的數量。

1.4 數據分析

使用Excel整理試驗數據和作圖，利用SPASS19.0進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 兩種樹形果實品質分析

測定了2023年和2024年兩種不同樹形果實相關品質指標，兩年結果相似度較高（表1）。兩種樹形的單果質量接近，多主干形的果形指數低于高紡錘形，但未達到顯著差異水平，說明兩種樹形的果實生長比較接近。2023年高紡錘樹形的果實硬度平均值是 9.30kg?cm^-2 ，而多主干形只有 7.10kg?cm^-2 2024年依然是高紡錘形果實硬度高，但未達到顯著性差異，標準差可以看出高紡錘形果實硬度差異較大。兩年的數據顯示，多主干形果實的可溶性固形物含量高于高紡錘形，可滴定酸含量低于高紡錘形果實，但都未達到顯著差異水平，說明兩種高光效樹形的果實風味差異不大。

2.2兩種樹形葉片光合性能分析

通過兩種樹形光合參數的比較，發現相同時間多主干形的凈光合速率 （P_n） 、胞間二氧化碳濃度（C_i） 、氣孔導度 （G_s） 都高于高紡錘形，但只在5月份時差異顯著，在6月和7月時差異不顯著（圖1）。兩種樹形的蒸騰速率 （T_τ） 從5月到7月都是逐漸升高，但每個月份兩者之間沒有顯著差異。相同時間兩種樹形水分利用率沒有顯著差異，多主干形水分利用率從5月到7月逐漸降低。

2.3 兩種樹形葉面積及SPAD值

測定了兩種樹形在果實生長期的葉片面積變化及相對葉綠素含量（表2）。高紡錘形的葉片總面積顯著高于多主干形，最大的是7月份達到了91 120.12cm² ，而多主干形最大的也是7月份只有 ；高紡錘形的葉面積指數5月份為1.74，6月份為1.86，7月份為2.02，多主干形5、6、7月分別為1.15、1.29和1.57，顯著低于高紡錘形。說明高紡錘形葉片密度大、光合潛力大，也說明可能遮擋嚴重。兩種樹形的SPAD值從5月到7月逐漸升高，說明葉片葉綠素含量逐漸增加，相同月份兩種樹形之間SPAD值沒有顯著差異。

2.4兩種樹形光截獲率比較

研究發現，兩種樹形的光截獲率基本上呈隨地面高度增大而減小的趨勢，高紡錘形于地面高度 1m 以下時的光截獲率較高， 3m 時的光截獲率顯著降低（表3）。多主干形基本也呈現出類似的趨勢，但是樹底部和上部的光截獲率差別沒有高紡錘形差別大。多主干形 1m 以上光截獲率基本達到了 50% 以下，說明透光率較高。整體上看，多主干形的光截獲率要低于高紡錘形，說明多主干形透光率較高，內部遮擋較輕。從09：00—11：00，兩種樹形的光截獲率沒有表現出明顯的規律性，到13：00時，高紡錘形光截獲率數值整體偏高，說明此時上部葉片對下部造成了遮擋。15：00時，兩種樹形的透光率都較高，尤其是6、7月份。

兩種樹形離主干 1.5m 高度、不同遠處（0、20、50，100cm 的光截獲率的測定結果表明（表4），距離主干越遠光截獲率越低。不同月份間的光截獲率沒有表現明顯規律。5月份時，高紡錘形在距離主干0和 20cm 的光截獲率低于多主干形，在50和100cm 處高于多主干形；6月份時，高紡錘形在距離主干20和 100cm 的光截獲率低于多主干形，在0和50cm 處高于多主干形；7月份時，除了 50cm 處高于多主干形外，其他距離都低于多主干形。總體來看，距離主干不同距離兩種樹形的平均光截獲率都較低，說明主干 1.5m 高度不同冠幅距離的光照較為充足，葉片遮擋較輕。

2.5兩種樹形樹體結構參數比較

兩種樹形，從2023到2024年主干粗度都有所增加，樹高無顯著差異（表5）。高紡錘形兩年的主枝數量都是21個左右，主枝長度平均值有所降低，但兩年數據未達到顯著差異水平。多主干形只有5個直立主干，兩年主干高無顯著差異。2023年兩種樹形不同長度枝條的數量較為接近，到2024年兩種樹形都是長枝和短枝變多，中枝減少。高紡錘形和多主干形長枝的數量分別由30和27個增長到了51和57個，中枝數量由22和23個減少到了13和9個，短枝由32和37個增加到了79和59個。高紡錘形的株行距按 1.5m×3.5m 計算，每公頃定植株數為1904株；多主干形按 1.5m×2.5m 計算，每公頃定植株數為2666株。2024年單株平均掛果數和產量均高于2023年。多主干形每公頃產量為26.76t和 27.79t 比高紡錘形多6＼～7t。

3討論

3.1蘋果冠層光分布與產量品質的關系

冠層光截獲率與果實產量密切相關，研究表明60%～70% 的季節性有效光攔截率是成熟蘋果園的實際上限，而對于目前大面積推廣的種植系統冠層而言光截獲率并不是越高越好，超過一定比例，就意味著枝葉產生了重疊遮擋，透光率太低，果實品質會受到較大影響[]。Palmer等通過對新西蘭蘋果種植系統的研究，推斷其晚熟品種產量對光攔截的響應，如果光攔截率能達到 90% ，理論上能達到較高的產量。這就需要對種植系統進行革命性的重新設計，包括簡化樹形結構和管理方式，以及提高光攔截效率。

對于傳統大冠樹形，葉片遮擋嚴重，內膛無效區域較大，樹冠外圍光照好，果實品質好，內膛果實品質差；高紡錘形樹形樹冠變小，幾乎沒有內膛無效區，但枝葉上下遮擋情況仍存在，行間也存在互相遮擋的問題；平面樹形應運而生，其所有的枝條果實都分布在平面上，光照分布均勻，由于冠層較薄，光線甚至可以透過行間，因此，平面樹形理論上光分布和果實品質最均勻。本試驗結果也證明了這一點，相比于高紡錘形，多主干平面樹形與地面不同高度的光截獲率變化幅度較為接近，同一高度不同遠處的光截獲率變化幅度也較小。至于部分光截獲率出現了上部高于下部的情況，這是由于果園樹體的遮擋及不同時間太陽照射方位不一導致，但并不影響對整體光截獲率的分析。生產力的限制因素包括生長環境中光能的季節性可用性，以及種植系統對該能量的最大捕獲效率。研究表明，傳統的大冠樹形果園系統設計在捕獲更高比例光能的能力上受到限制，無法將光能有效地轉化為作物產量[]。最高效的現代果園種植系統未能利用 30%～40% 的可用光能[。這就需要對現有的樹形結構進行改革，以捕獲和利用更多的光能。多主干平面樹形冠層薄、行距窄，能更好地利用單位面積的光能；同時，由于冠層薄，底部互相遮光輕，樹高可以進一步增加，充分利用上層空間，將會進一步提高生產力。

3.2平面樹形增產潛力分析

蘋果產量不僅與冠層的光截獲關系密切[1，還與近果實中短果枝的光截獲相關。相較于高紡錘形等立體結果樹形，平面樹形極大地簡化了樹體結構，用于枝干建造的營養物質明顯減少，光合產物分配到果實上的比例更高。雖然平面樹形的株行距小于高紡錘形，但是每公頃株數大大提高，產量大幅度提升，對于平面樹形，應更注重其每公頃的結果枝數，而不是每公頃的株數，前者與產量關系更密切。平面樹形的主枝數量少，生長更為均一，長枝數量少，短枝數量多，有更大的潛力用于果實生長。本研究中，2024年多主干形長枝數量較2023年顯著增多，中枝增長成為了長枝，但短枝數量也有所增加，這可能與修剪有關。然而，兩種樹形2024年的產量并沒有比2023年大幅度提升，有兩方面原因，一是疏花疏果較為嚴格，二是病蟲害防治出現問題，特別是橘小實蠅未能有效防治，加上鳥啄、日灼等導致落果較多，影響了最終產量。

影響 P_n 因素有氣孔限制和非氣孔限制兩方面，5月份時，多主干形的 P_n 顯著高于高紡錘形，而 G_s 也是多主干形顯著高于高紡錘形，可見是氣孔限制的原因，多主干形可以更好地進行光合作用。這可能是由于5月份時太陽高度角低、多主干形的葉片都可以接受光照，可以較好地進行光合作用。總體來說，多主干形的光合性能要強于高紡錘形，這也可能是多主干形產量高的原因之一。

3.3平面樹形生產應用前景

與高紡錘形等傳統樹形相比，平面樹形冠層更薄，單位結果枝更多，產量更高，果實分布更均勻，品質更均一，利于機械化修剪和采摘。投入方面，苗木、支架等設施投入與高紡錘形基本相同。樹形的塑造上，多主干形第一年樹形的塑造大約每公頃需要花費 250h 的人工，第一年的樹木培養必須逐步進行，在春季和夏季進行5＼～10次干預，但是一旦成形，進行機械化管理就會省時省力[9]。相比于高紡錘形的“生產重心\"趨向于向上和向外移動問題，多主干平面形有多個垂直生長的主干，有效分散了生長勢，樹體整體生長更加平衡。本研究中的多主干形有5＼～6個結果主干，且由于是單邊多主干形，株距縮減為 1.5m ，每公頃種植株數遠遠多于高紡錘形，在果實大小和品質沒有顯著差異的情況下，產量有所提升。因此，整體上來看，其是適于未來果園應用的良好樹形。但是，在不同地區、不同砧木品種上的應用效果如何，還需要進行持續試驗驗證。

4結論

多主干形雖然前期在樹形塑造上較高紡錘形有難度，但是果實品質較好，光合性能優于高紡錘形，且產量有所提升，多主干形易管理是實現機械化、精準化、數字化的理想樹形。

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