苹果树形改造对树冠结构和冠层光合能力的影响

为解决乔化密植苹果园树冠郁闭、光照差、产量低、品质差的问题,于2001～2004年在北京昌平区十三陵农场(东经116°13′,北纬40°13′,海拔79m)对1986年定植的富士苹果(Malusdomestica Borkh.‘Fuji’)进行树形改造试验,将三主枝疏散分层形逐步改造为高干开心形。经过3年的改造,主干高度从0·29m提高到1·37m,主枝数从15·8个减少到4·58个,冬剪后枝数从2119·73×103·hm-2减少到814·07×103·hm-2,叶面积指数从3·98减少到2·31。改造后树冠的叶片和光照分布更加均匀,低于30%的无效光区从43%减少到24%。通过对冠层光合作用的数值模拟发现,改造树冠层的光合作用比未改树略有降低,在整个生长季(5～9月)改造树的冠层光合能力比未改造树小14·6%,但平均单叶光合速率却增加40·4%。改造后苹果产量从27·3t·hm-2增加到54·5t·hm-2,可溶性固形物从12·83%增加到15·55%。

日本苹果树开心形的培养过程

苹果树开心形是日本经历了近百年的探索后形成的，日本的苹果树形先后经历了自然放任形、主干形、分层形、开心形和自然开心形的过渡．最终选择了自然开心形（图1），并随着20世纪60～70年代富士的高接换优而推向全国。这种树形光照充足．产量高。品质好。在日本有一半以上的苹果园都采用开心树形。根据树干的高低可分为：高干开心形、中干开心形和矮干开心形：根据地域的不同可分为：山坡地开心形、平地开心形和雪地开心形等。不同的开心形结构和管理有所差异但是基本结构和修剪手法是相同的。标准的开心形是大冠高干、自然开心．实践表明这种树形最适合乔化砧木．应用最广。本文所讲的开心形就是指这种自然开心形．开心形苹果园的株行距一般为7米×7米．充分的空间是培养开心树形的前提．不过在小树培养阶段可种一些矮化砧木的临时株（3．5米×3．5米），以利于早期收获。树高控制在4～4．5米，叶幕厚度3～3．5米。开心形最终留2个主枝（也有的留3主枝），每个主枝留2个亚主枝．交错分布。富士、国光、红玉、王林等667平方米枝量为4．7万左右，元帅、乔纳金、陆奥等为4万左右。

纺锤形苹果树大改形的技术要点

在我国许多苹果主产区的树形采用纺锤形，采用2米×3米、2米×4米和3米×4米的株行距进行高密度种植管理。这种树形和密度只适用于矮化砧木。乔化树按这样的密度种植，6、7年以后树冠就会郁闭．什么树形也解决不了光照郁闭问题。从2002年开始我们对延安地区乔化密植纺锤形苹果大树进行大改形试点．通过对苹果树的缩冠间伐、提干、落头和去除大主枝等措施。

苹果树冠不同部位叶片结构、内含物和模拟光合能力的比较

以富士苹果(Malus domestica Borkh.cv.‘Fuji’)树冠不同部位叶片为试材,对其解剖结构、内含物和光合能力进行了比较研究。苹果叶片光合速率对小气候因子的响应是根据C3植物光合机理模型模拟,其中气孔导度由气孔的半机理模型模拟。结果表明,树冠中、上部叶片比下部叶片分别厚31.8%和37.0%,栅栏组织分别厚44.8%和62.7%;中、上部叶片的叶绿素含量比下部叶分别高18.0%和20.6%,可溶性糖分别高25.2%和38.8%,脯氨酸分别高11.7%和29.0%。树冠不同部位叶片光合能力差异和叶片结构及叶绿素等内含物差异一致。苹果叶片净光合速率的变化主要由光合有效辐射的变化引起,同时对CO2浓度的变化也非常敏感。模拟显示,从树冠上部到下部,叶片净光合总量晴天从约400mmol·m-2·d-1减少到130mmol·m-2·d-1,减少67%,阴天从约170mmol·m-2·d-1减少到22mmol·m-2·d-1,减少87%,叶片的最大光合速率相应减少67%。

我国4种主要苹果树形冠层结构和辐射三维分布比较研究

树体结构和辐射分布是影响果树冠层光合生产力和果实产量品质的主要因素。本文以＂富士＂苹果（Malus domestica Borkh.cv.‘Fuji’）为试材,采用田间调查方法,系统研究了我国苹果生产中4种主要树形的树体结构参数以及叶面积密度（LAD）和光合有效辐射（PAR）的三维分布特征。结果表明,开心形树冠的枝量（894×103·hm-2）和叶面积指数（LAI,2.53）最小,其他3种树形中小冠疏层形分别为2 280×103·hm-2、4.14,疏散分层形分别为2 119×103·hm-2、3.98,纺锤形分别为2 190×103·hm-2、3.88。不同树形LAD三维分布各不相同,小冠疏层形苹果树的叶片主要分布在树冠的0.5-1.5 m之间,疏散分层形和纺锤形主要分布在0.5-2.0 m之间,开心形主要分布在1.0-2.0 m之间。通过对不同树形LAD和PAR三维分布比较发现,每种树形的PAR都随树冠深度的增加而降低,在树冠中部LAD最大部位辐射消减最快,PAR的三维分布主要与叶片分布有关。其中开心形树冠的平均PAR最高,分布最均匀。4种树冠内叶片得到的平均相对PAR小冠疏层形为24.85%,疏散分层形为28.84%,纺锤形为27.71%,开心形为37.28%。开心形树冠内低光区的叶片所占比例只有35%,其他树形都超过50%。研究表明,不同相对PAR范围内的叶片比例能够更好地反映果树冠层的辐射情况,开心形树冠在辐射分布上优于其他3种树形。

我国4种主要苹果树形光合能力差异研究

光合作用是影响果树生长发育的重要因素,果实的产量和品质主要取决于树冠内叶片的光合作用分布。本研究主要目的是利用三维树冠光合耦合模型模拟比较我国4种主要苹果树形(小冠疏层形、疏散分层形、纺锤形和开心形)光合能力的三维分布和日变化。试验于2010—2012年在富士苹果(Malus domestica Borkh.cv."Fuji")园进行,通过实测确定三维树冠内叶片和辐射分布,根据不同辐射下叶片最大光合速率经验公式计算叶片净光合速率(Pn)在三维树冠空间内的分布。结果表明,Pn的三维分布和相对辐射相似,在树冠上部变化平缓,在树冠内随辐射的降低而急剧减少;光合总量的分布主要取决于叶面积密度。通过对4种主要苹果树形光合能力分析研究发现,当PAR=1 500μmol.m 2.s 1时,4种树形的Pn分别为:小冠疏层形6.72μmol.m 2.s 1、疏散分层形7.52μmol.m 2.s 1、纺锤形7.24μmol.m 2.s 1、开心形9.88μmol.m 2.s 1。不同树形日光合总量的差异主要与叶面积指数相关;在晴天,单位地面上4种树形的日光合总量分别为:小冠疏层形665.5 mmol.m 2.d 1、疏散分层形791.7 mmol.m 2.d 1、纺锤形752.6 mmol.m 2.d 1、开心形601.1 mmol.m 2.d 1。研究表明,4种苹果树形中开心形树冠Pn高,有利于提高果实品质;而其他3种树形的光合总量大,有利于提高果实产量。

不同辐射条件下苹果叶片净光合速率模拟

以富士苹果(Malus domestica Borkh.cv.‘Fuji’)为试材,将C3植物光合生化模型、气孔导度半机理模型、叶片最大光合速率和相对光合有效辐射(RPAR)之间的经验公式相耦合,能够模拟出不同RPAR(或树冠不同部位)下叶片净光合速率(Pn)对小气候因子和叶水势(Ψl)的响应,及Pn日变化。模拟表明,不同RPAR下Pn变化主要依赖于光合有效辐射(PAR)大小,并对CO2浓度有很高敏感性。不同RPAR下叶片Pn最适温度约为20—30℃,并随PAR或CO2浓度的升高而升高。相对湿度(RH)和Ψl对不同RPAR下叶片Pn影响不大,Pn只随RH和Ψl的减小而略有降低。数值模拟表明,当RPAR减小时Pn随之迅速减小,从冠层3 m到1 m处,叶片RPAR从57.18%减少到16.22%,而最大Pn从16.65μmol.m-.2s-1减小到4.24μmol.m-.2s-1。在平均气象条件下,树冠顶部单位面积叶片每天固定CO2为420 mmol.m-.2d-1,而下层叶片只有40 mmol.m-.2d-1。当苹果树冠内叶片接受RPAR低于12%时,全天净光合总量为0,这类叶片可称为无效叶,其所在树冠空间为无效光区。果树整形修剪的主要目的就是尽量减少无效枝叶,利用该模型可确定出这类枝叶在树冠中的位置。

苹果三维树冠的净光合速率分布模拟

构建三维树冠光合模型可模拟出叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和光能利用效率(LUE)在树冠内的三维分布。以17年生纺锤形"富士"苹果树(Malus domestica Borkh.cv.‘Fuji’)为试材,通过实测确定三维树冠内叶片和辐射分布,根据不同部位叶片最大光合速率经验公式模拟叶片Pn在三维树冠空间内分布,并据2007—2009年测定数据拟合相关模型参数。模拟表明,苹果树冠叶片Pn和辐射的三维分布相似,在树冠上部Pn三维分布比较平缓,然后随辐射的减少而迅速降低。高辐射条件下(PAR=1500μmol.m-.2s-1),从树冠上部3 m处降到到1 m,平均相对辐射从71.18%降到8.05%,减少了89%,叶片平均Pn从15.05μmol.m-.2s-1降到1.92μmol.m-.2s-1,减少了87%。单位体积小室内的总净光合速率大小主要取决于叶面积密度,部分取决于Pn。Gs三维分布与Pn相似,而LUE分布与辐射相反,中下部高,上部低。根据光合机理模型、树冠内辐射和叶面积三维分布可模拟出苹果三维树冠内叶片的Pn、Gs和LUE分布,该模型参数少,可方便用于其它果树三维光合模型构建和果树整形修剪研究。

干旱胁迫下桃树各部位贮存水调节能力的研究

干旱胁迫使桃品种瑞光5号(Prunuspersicavar.nectarinacv.RuiguangNo.5)的叶片水势和茎流下降,并且干旱越严重下降越多。干旱胁迫对贮存水调节量的影响不显著,但是绝对调节能力随干旱胁迫程度的增加而增加。各部位间的相对调节能力主要是由其水容、贮存水阻力和体积决定的,干旱胁迫对各部位间的相对调节能力的影响不显著。在充分灌水条件下各部位贮存水夜间的相对调节能力为:主根18.8%、主干38.5%、枝条17.8%、叶片3.4%、细根2.9%、果实6.7%、粗根12.0%,处理之间绝对调节能力的差异不显著。贮存水的调节主要来自主干、主根、粗根和枝条,这4部分占全部调节量的80%以上。

苹果冠层蒸腾作用动态模拟

通过构建苹果冠层气孔导度和蒸腾作用综合模型可模拟一般小气候条件下蒸腾速率的动态响应和日变化。其中蒸腾速率利用Penman-Monteith公式来模拟,气孔导度模型根据经验模型构建,蒸腾作用对气孔导度的反馈通过叶片水势和稳态流方程描述。根据热脉冲补偿方法测定一天中富士苹果树(Malus pumila Mill.)的茎流变化来验证该模型,结果表明实测值和模拟值非常吻合。模拟结果表明蒸腾速率主要是由饱和水气压差和气孔导度驱动,各种小气候因子对冠层蒸腾速率影响不同,并且各因子间还存在显著交互作用。蒸腾速率随净辐射和饱和水气压差的增加而增加,随叶片水势的减小而减小,一天中呈现出单峰曲线。在晴天单位果园面积上最大蒸腾速率约8mmol·m-2·s-1,阴天约3mmol·m-2·s-1。晴天1株苹果树(叶面积为37.95m2)全天能够蒸发50～70L水,在阴天只蒸发约15L水。

干旱胁迫下桃树果实直径的动态模拟

根据SPAC理论和果实的体积公式我们模拟出了桃树(Prunus persica var.nec- tarina Maxim.)果实直径的动态变化.数值模拟表明果实的水势在晴天大致呈正弦规律波动,阴天的水势变化比较平缓.果实贮存水的变化与水势的变化率成正比.果实直径呈波动式增长,早晨最大,傍晚最小,晚上平稳增大,在阴天的变化较小,干旱胁迫处理后直径的大小和振幅均小于对照.直径的变化是由水势的变化引起的,而水势的变化最终由气象因子、土壤水势和植物自身的特性所决定.在整个生长季果实直径的生长大致呈“S”型曲线,可用Logistic曲线来拟和.

苹果叶片气体交换日变化动态模拟

根据苹果叶片气体交换模型可模拟不同小气候条件下光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)和水分利用效率(WUE)的日变化。Pn和Gs在晴天呈现出不对称双峰曲线:上午增加,约8:00前后达到最大值,然后下降,到16:00左右时再升高到第2个峰值,最后再下降。Tr晴天的日变化与Pn和Gs相似,在晴天呈"n"字形曲线,但是Tr的午休现象较Pn和Gs轻,并且最大值出现在午后。晴天时WUE在太阳出来不久就达到了最大值,并迅速下降到一个比较稳定的水平,傍晚前后降到0。模型模拟表明气体交换的日变化主要是由太阳辐射驱动的,而午休现象主要是由叶水势和湿度的减少引起。根据在富士苹果园观测数据(Maluspumila Mill.Fuji;北纬40°13′,东经116°13′,海拔79m)对模型进行了验证。结果表明在不同的有效光合辐射、温度、湿度和CO2浓度下Pn的观测值和模拟值非常吻合,树冠上层叶片Pn和Gs日变化的实测值和模拟值也基本一致。Tr的模拟值略有高估,可能是由叶片的相互遮荫及Pn和有效光合辐射之间的非线性关系引起。

开心形改造对苹果色度的影响

通过对果实色度的研究可以准确了解果实颜色。通过对疏散分层形和开心形等4种苹果树形生产的果实颜色研究发现,开心形生产富士苹果的主波长比疏散分层形更接近于红色,并且饱和度也大于疏散分层形。在色品坐标系(L*a*b*)中开心树形果实的a*比疏散分层形大,而b*又比疏散分层形小,不过开心树形对于提高果实的明度不利。在树冠中部的果实色度好于上部和下部,这种差异可能是由光照的不同引起的。研究还发现疏散分层形经开心形改造3年后,所产果实的色度优于改造1年的树形。分析表明40%～80%的相对光照是对富士苹果色度较为适宜的光照范围。

不同水分条件下桃树根系的分形特征

根系结构是影响植物生长的重要因素,利用分形维数可以对根系的形态结构进行定量化的描述。通过对不同水分条件下盆栽桃树根系的分形维数(FD)值进行研究发现,水涝处理根系的分形维数值最小,干旱胁迫也使维数变小,先干旱后复水促使维数值变大。

黄土高原不同土壤类型对桃树水分运转影响的模拟

根据不同土壤的水分特征曲线、气孔导度模型、冠层蒸腾模型和RC模型模拟出黄土高原不同土壤类型下桃树(Prunus persicavar.nectarina Maxim)的水分运转动态。在逐步干旱过程中各类土壤维持桃树蒸腾的时间和桃树散失的水分总量均依次为中壤土>轻壤土>紧砂土>重壤土,中壤土的保水能力最好,重壤土的可利用水最少,中壤土维持蒸腾的时间最长,但中壤土、轻壤土和紧砂土之间的保水能力与维持蒸腾的时间无显著差异。在整个干旱周期过程中气孔导度、叶片水势和组织贮存水均呈波动式减小,其总体趋势与土壤水势相一致。

有机果园生草的意义和方法

1 果园生草的意义 果园生草的意义有：（1）增加土壤的有机质。土壤的有机质含量是土壤肥力的核心，我国土壤的有机质含量一般在0．6％．0．8％．远低于国际上生产高档果品对土壤的要求（3％～5％）．这也是我国果实品质差的一个主要原因。满足果树的生长每年每公顷需要消耗有机质20余吨．

生物防治技术在有机果园中的应用

当前食品安全问题是农业生产的头等大事,有机生产是安全性最高的农业生产模式。我国的有机果品生产也日益受到人们重视,但是绝大多数果农并不掌握有机果园病虫害具体的防治技术,这是制约我国有机果品生产最大的难题。北京农业职业学院高照全博士在多年的有机果品教学之余,经常深入到生产第一线,积累了大量的理论知识和实践经验,特以有机果园病虫害防治为主题,撰写了以下系列技术论文,本刊将陆续刊出,以期对果农有机果品生产有所指导与帮助。1.有机果园病虫害防治的原理和策略;2.如何预防果树病虫害发生;3.生物防治技术在有机果园中的应用;4.物理防治技术在有机果园生产中的应用;5.栽培防治技术在有机果园生产中的应用;6.有机果园常用农药及其使用;7.果园自然灾害的防御。

苹果开心树形主枝和结果枝组的培养

我国过去苹果种植基本上是以乔化密植为主,树形多采用三主枝疏散分层形、纺锤形或主干形等树形,由于进入盛果期后存在严重的光照郁闭问题,造成果园产量低、品质差。目前有大量的乔化密植苹果园通过缩冠间伐和开心改造将原有树改为开心形,这种树形主干高,树冠一层,枝、叶、果都能充分着光,彻底解决了乔化密植果园的光照郁闭问题。

苹果小冠疏层形整形修剪中存在的问题和改造方法

我国有相当一部分的苹果园采用小冠疏层形，其中胶东地区最为集中，这些果园大都分布在土壤较为瘠薄的丘陵地区。当地的管理水平较高，主要通过密植和大水大肥实现高产量、早受益。其中在多数地区采用2米×3米的间距．大部分采用乔化砧木，也用部分矮化砧木。小冠疏层形是疏散分层形的简化版本，