板栗不同冠層球苞負載量對光合特性及果實品質的影響*

馬雅莉 郭素娟 廖逸寧 王芳芳

(北京林業大學省部共建森林培育與保護教育部重點實驗室 北京 100083)

果實負載量是影響果樹庫源關系與果實連年豐產的重要因素，探究適宜的負載量是保證樹體果實穩產、豐產、優質的重要措施之一。合理的負載量不僅能夠使樹體的光合產物得到最佳分配，同時還能夠提高源葉光合能力，進而影響果實產量與品質(劉悅萍等， 2003； Njorogeetal.， 2008； 楊始錦等， 2018)，反之將會對樹體營養生長及光合特性造成不利影響，導致低產且果實品質差，甚至引起樹體早衰(Raeseetal.， 2007； 袁成龍等， 2012)。

板栗(Castaneamollissima)屬殼斗科(Fagaceae)栗屬(Castanea)，是中國傳統的木本糧食樹種，在推動鄉村經濟振興與保障糧食安全戰略等方面發揮重要作用。熊歡等(2012)探究了最適于發揮板栗果實品質的葉苞比，表明三主枝開心形、且開張角度大于60°是發揮葉片光合作用、促進果實產量及品質提高的最佳樹體結構。目前，關于板栗果實負載量的研究報道較少，鑒于此，本研究在前人研究基礎上，以三主枝、開張角度大于60°的8年生板栗‘燕山早豐’為試材，將樹冠平均分為上、中、下3層，在3個冠層內選取標準枝，分別設置不同的球苞負載量，探究垂直冠層內不同球苞負載量下的板栗坐果差異性，確定各冠層內能保證板栗經濟效益及果實品質的適宜負載量，以期為板栗果實負載量調控技術的實際應用提供支撐，為構建冠層生產力以及適量留苞，實現高產穩產和優質提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于河北省唐山市遷西縣北京林業大學經濟林(板栗)育種與栽培試驗實踐基地(40°18′N，118°54′E)，該地屬于暖溫帶大陸性季風氣候，年平均降水804.2 mm，年平均氣溫10.1 ℃，年平均無霜期一般為183天，多年平均年日照時數為2 705.9 h，日照充足。該地屬于低山丘陵區，土壤類型為砂壤土，pH值6.4，土壤肥力水平中等(張亦弛等， 2020)。

1.2 試驗材料

8年生遷西縣主栽板栗品種‘燕山早豐’(Castaneamollissima‘Yanshanzaofeng’)為河北省唐山市遷西縣主栽品種，株行距為4 m×3 m，樹體為三主枝、開張角度大于60°，樹形為自然開心形。

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗處理 在基于前期篩選的最適修剪強度下(每平方米樹冠投影留結果母枝10～12個)于2019年進行研究(彭晶晶等， 2014)。選取長勢一致、健康無病蟲害試驗樹50株，對其進行調查，平均主干高(0.41±0.06)m，平均樹高(2.69±0.28)m，東西冠幅平均值為(2.40±0.38)m，南北冠幅平均值為(2.30±0.41)m，平均冠幅(2.35±0.39)m。對選取的試驗樹做如下處理： 1) 冠層區域的劃分： 沿樹冠垂直方向將樹體平均分為上、中、下3個冠層區域，并在每層用GPS確定東、西、南、北4個方位，則每個冠層共4個區域，樹體共被劃分為12個區域。2) 標準枝的調查與確定： 對每一樹體12個區域內的樹冠外圍結果枝的長度及直徑進行調查記錄，并根據平均值確定每一冠層區域內的標準枝。3) 每一冠層球苞負載量的設定： 對所選定每個冠層區域的中外部，分別選取承載有1個球苞(F1)、2個球苞(F2)、3個球苞(F3)的標準枝各20條，每個區域共60條，12個區域共計720條。

1.3.2 葉片光合特性 7月中旬為板栗幼果期，此時葉片發育完全成熟，其積累的營養開始向果實輸送，選擇晴朗無風的天氣對每一冠層不同負載量下的葉片進行光合速率的測定，選取4個方位上中下冠層的結果部位附近3片生長健康、長勢一致的成熟葉片，于9:00—11:00進行葉片光合指標的測定，測定3天，同一負載量下將本冠層4方位的均值作為測定結果。主要測定指標有： 凈光合速率(Pn，μmol·m-2s-1)、氣孔導度(Gs，mol·m-2s-1)、胞間CO2濃度(Ci，μmol·mol-1)、蒸騰速率(Tr，mmol·m-2s-1)，根據上述測定值計算羧化效率(Vc=Pn/Ci)(夏國威等， 2018)、瞬時水分利用效率(WUE=Pn/Tr)(劉強等， 2016)。

1.3.3 葉片生長發育指標 于7月中旬在葉片不離體狀態下用SPAD-502測定葉片相對葉綠素含量(SPAD)，同時對結果部位附近2～4片健康無病蟲害葉片隨機進行采集，多點混合取樣，每一處理共采集葉片100片，采后立即置于冰盒中，在實驗室清洗后測定鮮重，用YM-1242葉面積儀掃描測定葉片面積，105 ℃殺青0.5 h后烘干至恒質量，計算獲得比葉面積(比葉面積=葉片面積/葉片干質量)，最后粉碎并將葉樣置于自封袋用于測定營養成分指標。

采用蒽酮比色法測定葉片可溶性糖及淀粉含量(郝建軍等,2007)； 將待測樣品用H2SO4-H2O2法消煮后(張振清， 1985)，用Smartchem-450全自動間斷化學分析儀測定樣品全氮及全磷含量； 用重鉻酸鉀外加熱法測定葉片碳含量(張亦弛等， 2020)，并計算碳氮比(碳氮比=全碳含量/全氮含量)。

1.3.4 球苞采集與果實指標測定 于9月果實成熟期，采集各冠層不同負載量結果枝的球苞，以每一冠層同一負載量下東西南北4方向采集的球苞作為1次重復。采收后用天平測量球苞總質量、球苞內堅果總質量、堅果單粒質量，計算出實率(出實率=苞內堅果總重/球苞總重×100%)。將堅果置于烘箱中，105 ℃殺青0.5 h，80 ℃烘干至恒質量，稱量記錄干質量，將烘干后的板栗堅果樣品剝皮、粉碎過篩，用于測定營養成分指標，包括可溶性糖、淀粉、全氮、全磷等含量，測定方法同1.3.3。

1.4 數據處理與分析

利用Excel 2019進行數據整理，用Origin 2017完成數據繪圖，并對數據進行方差分析(One-way ANOVA), 并用Duncun法進行兩兩比較(P<0.05)。

2 結果與分析

2.1 球苞負載量對板栗冠層光合特性的影響

不同球苞負載量下的葉片光合特性具有一定的空間異質性(P<0.05)。由表1可知，在任一冠層區域，葉片凈光合速率(Pn)、瞬時水分利用效率(WUE)均隨球苞負載量增加而降低，胞間CO2濃度(Ci)、蒸騰速率(Tr)則隨球苞負載量增加呈升高趨勢。在任一球苞負載條件下，Pn均在垂直冠層間差異顯著，表現為上部>中部>下部；Ci的變化規律則與Pn相反。

羧化效率(Vc)數值越高說明對CO2利用效率越高。由表1可知，同一冠層內不同負載量下的葉片Vc均有顯著差異，且負載量F3的Vc值均低于負載量F1的Vc值，說明高負載量會對Vc產生抑制作用。

表1 球苞負載量對板栗冠層光合特性的影響①Tab.1 Effect of chestnut nut load on photosynthetic characteristics of chestnut canopy

2.2 球苞負載量對板栗葉片生長發育的影響

2.2.1 葉片功能性狀 球苞負載量對板栗葉面積(LA)、比葉面積(SLA)、葉片含水率(LMC)及相對葉綠素含量(SPAD)均有一定程度的影響(P<0.05)。由表2可知，任一冠層，LA均隨負載量的增大而降低，且在不同負載量間差異顯著； 當負載量相同時，冠層高度對LA均無顯著影響(P>0.05)。

SLA在冠層上部以負載量為F2最大，在冠層中、下部則隨負載量的增加而減小； 當負載量為F1和F3時，SLA均隨冠層高度的降低而升高，當負載量為F2時，SLA則以冠層中部最小。在各冠層，LMC、SPAD均隨負載量的增加而逐漸降低； 同一負載量條件下，LMC、SPAD均隨冠層高度的降低而增加。

表2 不同球苞負載量下葉片功能性狀的差異性Tab.2 Differences of leaf functional traits under different bud loads

圖1 不同球苞負載量下葉片營養成分指標的差異性Fig.1 Physiological indexes of leaves under different bud loads

2.2.2 葉片營養成分含量 在各垂直冠層，球苞負載量對葉片碳氮含量與代謝均有一定影響(圖1)。葉氮含量在各冠層均隨負載量增加而降低，下部葉氮含量為F1>F3>F2，葉淀粉含量在各冠層區為F1>F2>F3，而葉片碳氮比則相反，為F3>F2>F1。

葉片可溶性糖含量作為衡量葉片光合能力的重要指標，在各冠層均差異顯著(P<0.05)，在冠層上部隨負載量增加而增加，在冠層中部和下部則相反，即隨負載量增加而下降。

2.3 球苞負載量對板栗果實品質的影響

2.3.1 板栗結實特性 由表3可知，球苞負載量對不同冠層內的板栗果實外觀品質影響顯著(P<0.05)。在任一冠層區域，果實單粒質量均隨負載量增加而降低，且同一負載量下的果實單粒質量呈上>中>下的規律，各處理單粒質量平均為8.01 g。出實率在3個冠層區域內均以F2最大，為33.33%，F3最小，為28.69%。空苞率在3個冠層區域內有明顯變化，均以負載量F1時最小，F3時最大，且在冠層上部空苞率小于中部和下部。在各冠層區域內，苞內堅果數均以F3最低，但與F1和F2無顯著差異(P>0.05)，每苞內含堅果數平均為2.04個，冠層下部的苞內堅果數最少，每苞含堅果平均1.33個。

表3 球苞負載量對板栗結實特性的影響Tab.3 Effect of load of chestnut bud on setting characteristics of chestnut

2.3.2 板栗果實品質 不同球苞負載量下的果實營養元素含量存在一定差異(圖2)。在任一冠層區域，除果實全磷含量外，淀粉、可溶性糖、全氮含量均為冠層上部的含量最高，且隨球苞負載量增加而降低，其中全氮和全磷含量以冠層下部F3最低，分別為8.08、2.42 g·kg-1，中部F3次之； 可溶性糖含量以下部F3最低(11.1 g·kg-1)，下部F2次之(11.92 g·kg-1)； 淀粉含量則以中部F3處理最低(40.36%)，下部F3次之(41.02%)。

圖2 不同負載量下果實營養元素含量的差異Fig.2 Differences in nutrient content of fruits under different loading

3 討論

3.1 球苞負載量對板栗冠層光合及葉片生長發育的影響

合理的果實負載是改善葉片光合作用，提高光合產物的運輸與分配，調節庫(果實)源(葉片)關系的重要手段。前人研究表明，植物庫源之間存在光合產物反饋機制，當庫(果實負載量)增大時，葉片光合作用會受到抑制(袁成龍等， 2012)，一定程度上負載量的降低能夠顯著增加葉面積，從而提高葉綠素含量、葉片凈光合速率(劉悅萍等， 2003； 丁寧等， 2016)。本研究中，不同球苞負載量下的葉片光合與生長發育指標具有一定的空間異質性，即隨著球苞負載量的增加，葉片凈光合速率、瞬時水分利用效率、羧化效率、葉面積、比葉面積、相對葉綠素含量(SPAD)均顯著下降，蒸騰速率、胞間CO2濃度則隨球苞負載量的增加而升高，這與前人研究結果一致。通過對比發現，無論哪一冠層區域，高“庫”的存在均會使葉片光合速率降低，導致同化CO2的能力下降，CO2利用率降低。

果樹進行光合作用的主要源器官是葉，通過光合作用形成的碳水化合物是產量品質形成的主要物質基礎，光合產物經過一系列的代謝轉化，生成代謝產物，同化物從光合器官主要輸出的形式是可溶性糖，主要貯藏形式是淀粉(劉悅萍等， 2003)。氮是葉綠素的主要組成部分，氮元素增加能夠提高葉綠素含量，提高葉片凈光合速率(沈光業， 2017； 張亦弛等， 2020)。本試驗中，除冠層下部外，葉氮含量變化規律與光合速率的變化趨勢相同，在冠層下部葉氮含量呈F1>F3>F2的變化，但無顯著差異，這與前人研究結果基本一致。關于果實負載量與葉片養分含量的關系鮮有報道。前人研究表明，可溶性糖含量與植物光合及產量形成有密切關系(張玉姣， 2014)，隨著負載量的增加，葉片可溶性糖含量逐漸降低(厲恩茂等， 2019)，負載量過大，會加速碳水化合物的消耗。但也有研究表明，可溶性糖含量的積累會造成光合速率的下降，對光合有抑制作用(Koch， 1996； 于巖等， 2011)。本研究中，各冠層內葉片淀粉含量均隨球苞負載量的增加而降低，葉片可溶性糖含量在冠層中部和下部也表現為F1>F2>F3的變化規律，其與光合速率變化規律一致，而在冠層上部可溶性糖含量則隨負載量的增加而增加。

3.2 球苞負載量對板栗果實品質的影響

前人研究表明，隨著負載量的增加，果實品質下降，單粒重減小，果實中可溶性糖含量降低(Reynoldsetal., 1994； Edsonetal.,1995)，高負載量會加劇果實之間對于養分的競爭，從而減少單果中養分的供給(陸玫丹等， 2014)。而本研究中，各冠層區域內果實單粒質量、果實全氮含量、果實淀粉含量及可溶性糖含量均隨負載量的增大而降低，而空苞率則隨負載量的增加而增大，這與前人研究結果一致。

本研究中，負載量F3的果實單粒質量、出實率、淀粉含量和可溶性糖含量均最低，且各指標隨冠層高度降低呈現逐漸下降趨勢。本研究還發現，冠層下部F3處理不僅空苞率處于較高水平，且在成熟期摘時果實橫縱徑較小，果實發青、發白現象也較為常見，這可能是因弱光條件下，下部葉片光合速率較低，葉片向果實輸送營養能力減弱，同時高負載量導致果實輸入營養較少，降低果實生長發育速度，進而影響其品質，這與前人研究結果(Prajitnaetal.， 2007)一致。因此，冠層下部負載量為F3時不利于板栗果實優質品質形成。

綜合比較不同冠層內球苞負載量對板栗結實及果實品質的影響，同時考慮冠層光照分布特性、生產經濟效益，建議上、中、下冠層區域內各結果枝的球苞負載量分別控制在3、2～3、1～2個為宜。本試驗樹體為8年生板栗樹，正處于營養生長旺期，是在最適修剪強度下(即平均每平方米結果母枝保留量10～12個)進行的研究，按照所選樹體的平均冠幅及上、中、下冠層區域內應保留的最佳載苞量推算，單株產量可保持在每株2.97～3.92 kg，有利于果實產量品質提高及豐產。

本試驗得出了最適修剪強度下各冠層區域內每枝條的最佳載苞量，為夏季修剪及果實豐產提供一定理論依據，今后可結合施肥等外源調控措施，進一步對提高板栗果實產量品質的機制進行研究。基于板栗結實特性及修剪特性，為防止因樹體營養過度消耗而引起的大小年現象，還需對樹體進行連年觀測，以最終確定各冠層內枝條的最佳載苞量，達到穩產效果。同時，本研究結果僅適用于盛果初期的板栗樹管理，而對壯年盛果期板栗樹的最適載苞量還有待進一步研究。

4 結論

板栗樹在不同球苞負載量下的葉片光合與果實生長指標具有一定的差異性。任一冠層內，葉片凈光合速率、瞬時水分利用效率、葉面積、相對葉綠素含量均隨負載量的增加而顯著下降，蒸騰速率、胞間CO2濃度則隨球苞負載量的增加而顯著增大，這表明高“庫”的存在會對羧化效率產生抑制作用。各冠層球苞負載量的增加均會顯著降低葉片面積、比葉面積、相對葉綠素含量、葉淀粉含量，同時，果實單粒質量、果實全氮含量、果實淀粉含量及可溶性糖含量均隨負載量的增大而降低，空苞率則隨負載量的增加而增大。

綜合分析球苞負載量對板栗光合及果實品質的影響，同時考慮生產實際與經濟效益，建議生產中將8年生左右板栗樹上、中、下冠層內的載苞量分別控制在3、2～3、1～2個為宜。