‘华宁大砂壳核桃’不同树形冠层特性与其产量的相关性研究

谭岷山，吴 涛，肖良俊，张晓林，李贤忠

（1.西南林业大学，云南 昆明 650224；2.云南省林业和草原科学院，云南 昆明 650201；3.云南省华宁县林业局，云南 华宁 652899）

树冠是由树木上部郁闭的树叶、枝条和冠层内空气所组成的[1]。冠层结构是指叶面积指数（LAI）、叶方位角、叶倾角、枝角及其排列方位等在树冠中随高度而变化的分布情况，是树木进行光合作用的主要场所，冠层特性与树木的生长密切相关[2-3]。果树冠层是一个复杂的微小气候环境，冠层内部的光照、温度和湿度等都会影响果树的生长状况，决定果实产量和品质。对于果树而言，相对合理的冠层结构有利于果树树冠内光照的合理分布，进而有助于提高果实的产量和品质。不同树形由于树冠、枝条数量及着生方向、叶片分布等的不同，导致冠层结构和微小环境存在差异。前人大量的研究结果都表明，不同树形都有其独特的冠层结构特点和冠层微环境，这一特点对树体自身利用光、水、肥具有很大影响，从而导致冠层不同部位的叶片营养、果实产量与品质等方面产生差异[4-8]。

核桃Juglansspp.又名胡桃，为胡桃科胡桃属植物，与扁桃、腰果、榛子并称为世界著名的“四大干果”，也是我国主要的栽培经济树种，具有较高的经济价值[9]。云南省是我国核桃主产大省，核桃栽培面积现已达到280多万hm2，其面积、产量和产值均位于全国之首，但在生产经营中仍然存在着栽培管理粗放、产量低、品质差等问题[10]。‘华宁大砂壳核桃’原产于云南省玉溪市华宁县，是经过长期的自然选择和人工筛选培育而形成的核桃优良品种[11]。本研究以云南省玉溪市主栽品种‘华宁大砂壳核桃’为研究对象，探讨了不同树形大砂壳核桃冠层特性和产量的差异性，分析其冠层特性、光能特征与其产量的相关性，以期为该品种核桃高产树形的培养和整形修剪提供参考依据和技术指导。

1 材料和方法

1.1 研究区概况

研究区设在云南省玉溪市华宁县宁州镇白龙河核桃示范基地，占地面积26.7 hm2，其地理位置为24°13′28″N、102°54′33″E。地处滇中腹地，位于玉溪市东部，抚仙湖东岸。海拔1 776 m，属中亚热带半湿润高原季风气候，夏无酷暑，冬无严寒，干湿季分明，相对湿度为68%～79%，全年无霜，年平均气温17.4 ℃，年均降水量916 mm，全年日照时数为2 100～2 165 h。

1.2 试验材料

试验材料为‘华宁大砂壳核桃’树，树龄为10 a，株行距8 m×10 m，南北行向。随机选取立地条件相同、长势良好、树形标准的 “主干分层形”“开心形”和“自然圆头形”这3种树形的参试品种核桃树各5株，以单株为1个重复。

1.3 试验方法

1.3.1 树体结构指标的调查

基径：利用围尺测量其树干距地面20 cm处的直径，单位为cm。树高：采用测高器测量，单位为m。冠幅：利用皮尺沿树冠垂直投影边缘分别测量其南北方向和东西方向直径，单位为m。

1.3.2 冠层特性指标的观测

参照李丹等人[12]的测定方法进行观测。2019年 8月中旬选择无太阳直射光照射的早晨，利用Hemi View数字植物冠层分析仪采集所选样树的冠层图像，每株树分别从东、西、南、北4个方向进行定点拍摄，采集的不同树形冠层图像分别如图1～3所示。图像采集完毕后，使用Hemi View 2.1 冠层图像分析软件获取冠层的相关数据。

1.3.3 产量测定

2019年9月中旬核桃果实成熟后，对所有样树果实进行单株采收，测定其单株青果质量，单位 为kg；并计算树冠投影面积产量（树冠投影面积产量=单株产量/树冠投影面积，单位为kg/m2）。

1.4 数据分析

数据采用Excel 2010进行常规统计分析，用SPSS 21.0进行差异性及相关性等分析。

图1 主干分层形Fig.1 Trunk-layered shape

图2 开心形Fig.2 Open center shape

图3 自然圆头形Fig.3 Natural round shape

2 结果与分析

2.1 不同树形的树体结构和冠层特性分析

2.1.1 不同树形的树体结构分析

不同树形树体结构指标的观测结果见表1。由表1可知，自然圆头形的基径最粗，为20.41 cm；其次是主干分层形的，为19.70 cm；开心形的最小，为18.90 cm，与自然圆头形的相差1.51 cm，且差异显著（P＜0.05）。主干分层形的树高达7.01 m，在3种树形中最高；开心形的次之，为6.33 m；自然圆头形的最小，为5.73 m，与主干分层形和开心形的分别相差1.28和0.60 m；3种树形间差异显著（P＜0.05）。3种树形的核桃树的南北冠幅和东西冠幅均基本相同；不同树形的冠幅间差异也较小，其中南北冠幅相差不超过0.89 m，东西冠幅相差不超过0.86 m，3种树形间其冠幅（南北、东西）无显著差异（P＞0.05）。

2.1.2 不同树形的冠层结构特性分析

不同树形冠层结构特性指标的观测结果见 表2。由表2可知，3种树形中，开心形树冠层的总透光比最大，为0.310；其次是自然圆头形的；主干分层形的总透光比最小，且与其他两种树形间存在显著差异（P＜0.05）。叶面积指数的大小则与总透光比相反，最大的是主干分层形的（为1.574），其次是自然圆头形的(为1.233），开心形的最小（为1.172）；且主干分层形与其他两种树形间其叶面积指数存在显著差异 （P＜0.05）。

从散射光、直射光和综合光立地系数看，开心形树形的3种光立地系数均大于其他两种树形的，其散射光立地系数、直射光立地系数和综合光立地系数比自然圆头形的分别增加了10.5%、36.6%和33.3%，比主干分层形的分别增加了31.1%、43.1%和41.7%。开心形树与其他两种树形间其直射光立地系数和综合光立地系数均存在显著差异（P＜0.05）。

表1 不同树形树体结构指标的观测结果†Table 1 Observation result of tree structure indexes with different tree shapes

表2 不同树形冠层结构特性指标的观测结果Table 2 Observation result of structure characteristic indexes of canopies with different tree shapes

2.1.3 不同树形的冠层辐射量分析

不同树形核桃树冠层截获的总辐射能、散射能和直射能如图4所示。从图4中可以看出，主干分层形核桃树冠层截获的总辐射能、散射能和直射能均高于开心形和自然圆头形的；3种树形树冠截获的总辐射能、散射能和直射能，开心形的最少，与主干分层形的相比，分别减少了8.9%、6.6%和9.3%。方差分析结果表明，主干分层形与其他两种树形间冠层截获的总辐射能和直射能均存在显著差异（P＜0.05），而3种树形树冠层截获的散射能的差异不显著（P＞0.05）。

图4 不同树形冠层截获的总辐射能、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 不同树形的单株产量与树冠投影面积产量分析

3种树形核桃树的单株产量与树冠投影面积产量如图5所示。图5显示，主干分层形树的单株平均产量为110.90 kg，显著（P＜0.05）高于开心形和自然圆头形树。从3种树形核桃树的单株产量看，开心形树的最低，比主干分层形的减少了34.50%，比自然圆头形的减少了2.69%。从 3种树形树冠投影面积产量看，主干分层形的依然最高，为2.14 kg/m2；开心形的为1.63 kg/m2，略高于自然圆头形的。

图5 不同树形的单株平均产量及树冠投影面积产量Fig.5 Average yield per plant and yield per unit canopy projection area of trees with different tree shapes

2.3 相关性分析结果

对3种树形冠层特性指标和单株产量间的相关性进行了分析，结果见表3。表3表明：冠层总透光比与叶面积指数、冠层截获总辐射量和单株产量间均呈显著负相关（P＜0.01），与冠层截获直接辐射能呈显著负相关（P＜0.05），与散射光立地系数呈显著正相关（P＜0.01）；叶面积指数与各指标间的相关关系正好和总透光比相反，表现为叶面积指数与散射光立地系数呈显著负相关 （P＜0.01），与冠层截获总辐射能和单株产量均呈显著正相关（P＜0.01），与冠层截获直接辐射能呈显著正相关（P＜0.05）；散射光立地系数与直射光立地系数和综合光立地系数均呈显著正相关（P＜0.01），而与单株产量呈显著负相关 （P＜0.01）；冠层截获的总辐射能与单株产量呈显著正相关（P＜0.01）。

3 结论与讨论

果树的树形决定了果树冠层特性及冠层内光的分布，影响冠层内环境因子的变化，从而对果实产量和品质产生影响[13-17]。而果实的产量和品质均为提高经济效益的关键因素，是果树栽培和整形修剪的出发点和落脚点[18-19]。因此，选择合理的树形、改善树冠内的光照条件及微气候对果实的产量和品质至关重要[20]。

表3 冠层特性指标与单株产量间的相关性分析结果†Table 3 Correlation analysis result between canopy characteristic indexes and yield per plant

叶面积指数作为表示果树冠层光能利用效率和冠层结构的综合评价指标，对果树的生长发育以及结实均有重要意义。叶面积指数的变化会影响果树冠层的透光率，导致冠层内光照分布和强度的变化。果树的整形修剪就是通过调整果树枝条的着生方向、数量等来改变果树树体结构，进而改善果树树冠内通风透光条件，提高叶片光合效率，促进树体营养代谢和果实营养积累, 进而提高果实产量及品质。在不同树形果树冠层特性的研究报道中，研究者们发现，开心形树形相对于其他树形来说其透光性最好[21-22]，因此冠层截获的辐射能相对较少，对于部分种类的果树来说这是一种较为适宜的树形。另外，有研究结果表明，树木冠层也可影响林下小气候，尤其是林下光照条件[23-24]。开心形树冠层下的辐射能通常较高，有利于林下植被的生长，因此可通过开展林下种植，提高林地单位面积土地产值。而相对于开心形树体而言，主干分层形的树体较为密闭，其叶面积指数大，冠层截获的辐射能相比其他树形较高[25-26]，这均与本研究结果一致。与此同时，许多研究者在针对树形对果树产量的影响因子的相关研究中发现，在一定范围内，果树冠层叶面积指数越高，冠层截获的辐射量则越大，单位面积光合产物的积累量较高，有助于果树产量的提高[27-30]。

本研究利用数字植物冠层分析仪对不同树形的‘华宁大砂壳核桃’树冠层特性指标进行了数字化处理，分析其树体结构特征、冠层特性和单株产量等相关指标间的差异性和相关性。结果表明，主干分层形的叶面积指数和冠层截获的总辐射能均显著高于开心形和自然圆头形。且单株产量与叶面积指数、冠层截获的总辐射能间均呈极显著的正相关，其相关系数分别为0.969、0.829；与冠层截获的直接辐射能呈显著正相关，其相关系数为0.801；单株产量与总透光比呈极显著负相关，其相关系数为-0.971，与散射光立地系数呈显著负相关，其相关系数为-0.886。综合分析得知，相对于开心形和自然圆头形而言，主干分层形的叶面积指数较大，冠层结构呈立体状且分层明显，能够截获更多的辐射能，从而增强其叶片的光合作用能力，增加营养物质的积累。因此，从单株产量角度出发，该地区大砂壳核桃的3种整形修剪树形中，主干分层形要优于自然圆头形和开心形。由于研究的局限性，本研究只分析了冠层特性对单株产量的影响情况，关于冠层特性对其果实大小、质量和营养成分等品质指标的影响情况尚不清楚，对此尚待今后进一步研究。