牛軍強(qiáng)　尹曉寧　董鐵　孫文泰　馬明

關(guān)鍵詞：蘋果；富士；間伐改形；主成分分析；葉片質(zhì)量；隴東

中圖分類號(hào)：S661.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2097-2172（2023）07-0631-08

隴東旱塬區(qū)由于其獨(dú)特的海拔、光照優(yōu)勢(shì)，以及晝夜溫差大、降水量適中等適宜的氣候條件，已成為我國(guó)紅富士等晚熟蘋果栽培的最適宜產(chǎn)區(qū)之一，蘋果產(chǎn)業(yè)也是當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展和鄉(xiāng)村振興的支柱產(chǎn)業(yè)。但該產(chǎn)區(qū)80%以上的成齡喬化果園出現(xiàn)的樹(shù)冠郁閉、枝量繁多、光照惡化、病蟲(chóng)害嚴(yán)重、大小年結(jié)果明顯、果實(shí)質(zhì)量降低等問(wèn)題，已嚴(yán)重影響蘋果產(chǎn)業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展，喬化密閉果園樹(shù)體的合理間伐改形是當(dāng)?shù)靥O果栽培中亟待解決的重大技術(shù)問(wèn)題。

間伐改形是喬化密閉蘋果園改造的核心技術(shù)，也是蘋果優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。科學(xué)合理的間伐改形，能夠改善果園郁閉狀況，優(yōu)化群體結(jié)構(gòu)，提高冠層相對(duì)光照強(qiáng)度和溫度，在改善冠層光強(qiáng)和溫度分布狀況的同時(shí)，顯著提高花芽分化能力。

主成分分析法能夠準(zhǔn)確確定所研究各指標(biāo)的權(quán)重，科學(xué)找出數(shù)目相對(duì)較少而且還能夠代表所有變量的主成分，從而避免評(píng)價(jià)結(jié)果的片面性和不穩(wěn)定性。它不但能夠把控所要評(píng)價(jià)指標(biāo)類型的綜合性狀表現(xiàn)，而且能夠簡(jiǎn)化評(píng)價(jià)步驟與程序，是適合綜合評(píng)價(jià)候選個(gè)體的一種全面、高效的統(tǒng)計(jì)分析方法，并在雜柑、枸杞、櫻桃酒、葡萄和蘋果等的資源品質(zhì)評(píng)價(jià)中得到應(yīng)用，但利用主成分分析評(píng)價(jià)間伐改形對(duì)密閉果園的影響鮮有報(bào)道。為探討間伐改形不同處理水平對(duì)隴東旱塬密閉果園葉片質(zhì)量指標(biāo)的影響，我們運(yùn)用主成分分析法對(duì)間伐改形不同處理水平進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，以篩選出間伐改形最佳處理水平，為密閉果園樹(shù)體的科學(xué)改造提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2021—2022年在甘肅省靜寧縣城川鎮(zhèn)試驗(yàn)園（N 35°23′38″、E 105°48′33″）進(jìn)行。試驗(yàn)園地處隴東黃土高原區(qū)，海拔1601 m，年平均氣溫7.23℃，無(wú)霜期160 d，年日照時(shí)數(shù)2240h，年降水量500 mm左右，春季降水稀少，秋季降水豐沛。供試果園面積為1 850 m²，土壤為黃綿土，耕層土壤含有機(jī)質(zhì)9.60 g/kg、全氮0.88 g/kg、全磷0.87g/kg、全鉀21.63 g/kg、堿解氮61.86 mg/kg、有效磷32.56 mg/kg、速效鉀212.67 mg/kg，pH8.05。

1.2供試材料

指示蘋果品種為長(zhǎng)富2號(hào)（2003年定植）。砧木為八棱海棠，株行距為3m×4m，密度834株／hm²，授粉樹(shù)為秦冠和金冠。樹(shù)形為改良紡錘形，株高380～430 cm，干高55～75 cm，主枝數(shù)量7～9個(gè)，主枝角度70～85°，樹(shù)冠交接率160%以上。果園為雨養(yǎng)條件，樹(shù)盤采用高壟覆蓋黑色地膜集雨保墑，行間覆草，綜合管理水平中上，在該產(chǎn)區(qū)具有典型的代表性。

1.3試驗(yàn)方法

2021年1月上中旬參照牛軍強(qiáng)等的試驗(yàn)，試驗(yàn)共設(shè)1個(gè)間伐改形處理和1個(gè)對(duì)照處理[不進(jìn)行間伐改形（CK）]，各77株。處理為果園樹(shù)體改造（間伐改形），即每行樹(shù)體中每隔1株樹(shù)體間伐1株（隔株間伐），使果園樹(shù)體密度由834株／hm²變?yōu)?17株/hm²，株行距由3mx4m變?yōu)?mx4m。同時(shí)配合落頭、提干、開(kāi)角、疏大枝等措施，使樹(shù)體高度降為320 cm左右，主干高度抬升至100 cm左右。選留層間距合理、枝干比大小適宜、方位均衡分布的主枝4～5個(gè)，主枝基部開(kāi)張角度為90～95°。同時(shí)采用喬化富士蘋果常用的修剪手法進(jìn)行冬剪（多長(zhǎng)放、不短截、合理疏枝、極少回縮），修剪量為樹(shù)體枝條總量的30%左右。對(duì)照（CK）為果園樹(shù)體不改造（不進(jìn)行間伐改形），即定植密度（834株/hm²）和株行距（3m×4m）保持不變，對(duì)樹(shù)體不再采取落頭、提干、開(kāi)角、疏大枝等改造措施。其余修剪手法與間伐改形處理一致，即只采用正常的多長(zhǎng)放、不短截、合理疏枝、極少回縮的手法修剪，修剪量也為30%左右。

1.4測(cè)定指標(biāo)與方法

1.4.1測(cè)定部位 在葉片生理指標(biāo)測(cè)定、葉片顯微結(jié)構(gòu)觀測(cè)、葉片光合參數(shù)、葉綠素?zé)晒鈪?shù)測(cè)定取樣時(shí)，參照牛軍強(qiáng)等的方法，將樹(shù)冠按不同部位分為3個(gè)水平，分別是：①中上部，即樹(shù)體冠層高度大于160 cm，同時(shí)與中央領(lǐng)導(dǎo)干距離大于90 cm的冠層空間；②下部外圍，即樹(shù)體冠層高度介于100～160 cm，同時(shí)與中央領(lǐng)導(dǎo)干距離大于110 cm的冠層空間；③下部?jī)?nèi)膛，即樹(shù)體冠層高度介于100～160 cm，同時(shí)與中央領(lǐng)導(dǎo)干距離為30～110 cm的冠層空間。其中間伐改形處理的中上部、下部外圍、下部?jī)?nèi)膛分別用T-Ⅰ、T-Ⅱ、T-Ⅲ表示，對(duì)照的中上部、下部外圍、下部?jī)?nèi)膛分別用CK-I、CK-Ⅱ、CK-Ⅲ表示。

1.4.2葉片光合參數(shù)、熒光參數(shù)測(cè)定 參照牛軍強(qiáng)等的方法，于2021年8月上旬，各處理選擇長(zhǎng)勢(shì)基本一致、中庸健壯的樹(shù)體各5株。每株在樹(shù)冠中上部、下部外圍東南部生長(zhǎng)健壯且長(zhǎng)勢(shì)基本一致的枝條中，從枝條基部向上數(shù)第4～6片中選取無(wú)病蟲(chóng)害、無(wú)損傷、長(zhǎng)勢(shì)健壯的3個(gè)功能葉片作為待測(cè)葉片；于樹(shù)冠下部?jī)?nèi)膛的東南部的生長(zhǎng)勢(shì)健壯的中短枝中，從枝條基部向上數(shù)第3～5片中選取無(wú)病蟲(chóng)害、無(wú)損傷的3片功能葉作為待測(cè)葉片。

采用LI-6400光合儀（美國(guó)產(chǎn)，Li-COR Inc，Lincoln NE，USA）進(jìn)行光合參數(shù)測(cè)定。參照牛軍強(qiáng)等的方法，測(cè)定于晴朗天氣的8：30～10：30時(shí)段進(jìn)行，共測(cè)定4次。大氣CO2濃度約為390μmol/mol，溫度設(shè)定為25℃，光強(qiáng)（PAR）控制為1400μmol/ （m²·s），相對(duì)濕度60%的條件下，采用開(kāi)放式氣路測(cè)定葉片凈光合速率等光合參數(shù)。

采用FMS-2脈沖調(diào)制式熒光儀（英國(guó)產(chǎn)，Hansatech，UK）測(cè)定熒光參數(shù)。參照牛軍強(qiáng)等的方法，將待測(cè)葉片首先放置在完全黑暗的條件下適應(yīng)30 min后，再用弱光照射，測(cè)定基礎(chǔ)熒光等葉綠素?zé)晒鈪?shù)。

1.4.3葉片顯微結(jié)構(gòu)觀測(cè) 8月下旬仍舊以光合、葉綠素?zé)晒鈪?shù)測(cè)定的樹(shù)體為試材。測(cè)試葉片的選取與光合、葉綠素?zé)晒鈪?shù)測(cè)定一樣。參照呂三三等的方法，將采集的葉片即刻在葉片邊緣和中部葉脈之間截取小塊（面積2～3 mm²）作為測(cè)定樣品。樣品截取后立即在2.5%戊二醛溶液中固定，接著采用梯度乙醇脫水，然后用醋酸異戊酯置換，在液態(tài)CO₂中干燥，最后進(jìn)行樣品粘合和噴金處理。采用S-4800型掃描電子顯微鏡在放大100倍的視野下觀測(cè)拍攝葉片顯微結(jié)構(gòu)，每處理觀測(cè)9個(gè)視野。利用Motic images Plus 2.0軟件測(cè)量葉片厚度（LF）、柵欄組織厚度（PT）、海綿組織厚度（ST），計(jì)算柵欄組織厚度／海綿組織厚度（PT/ST）。

1.4.4葉片生理參數(shù)測(cè)定 9月上旬，繼續(xù)將8月中旬用于光合、葉綠素?zé)晒鈪?shù)測(cè)定的樹(shù)體（每處理3株）作為試材。葉片選取方法和數(shù)量與光合、葉綠素?zé)晒鈪?shù)測(cè)定相同。葉片采集后，用ELISA試劑盒測(cè)定葉綠素（Chl）、抗壞血酸（ACC）、抗壞血酸氧化酶（AO）、1，5二磷酸核酮糖（RUBP）、磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）和多酚氧化物酶（PPO）。將標(biāo)記有樣品、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和HRP的測(cè)試抗體添加到預(yù)先用捕獲抗體包被的微孔中，然后孵育并徹底清洗。以TMB為底物，TMB在過(guò)氧化物酶的催化下轉(zhuǎn)化為藍(lán)色，最后在酸的作用下變?yōu)辄S色。顏色深度與樣品中物質(zhì)的濃度呈正相關(guān)。用Rayto RT-6100型酶標(biāo)儀在450 nm處測(cè)量樣品的吸光度（OD），然后計(jì)算樣品濃度。

1.5數(shù)據(jù)處理

采用DPS16.05軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。采用單因素（one-way ANOVA）和Duncan法，對(duì)光合參數(shù)、葉綠素?zé)晒鈪?shù)、葉片組織結(jié)構(gòu)參數(shù)和生理參數(shù)等數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析和多重比較（a=0.05）。圖表中數(shù)據(jù)均為平均值。用SPSS 20.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析。

2結(jié)果與分析

2.1不同處理對(duì)蘋果樹(shù)葉片質(zhì)量指標(biāo)的影響

2.1.1葉片光合參數(shù) 間伐改形對(duì)葉片光合參數(shù)有顯著影響。樹(shù)體相同冠層部位中，間伐改形處理的P_n、g_s、T_r均顯著大于CK，分別比CK提高了11.85%、18.51%、8.11%；G顯著小于CK，比CK減小了6.87%。同時(shí)，相同處理不同部位間也存在顯著差異，間伐改形處理和CK的P_n、g_s、T_r均為冠層中上部>下部外圍>下部?jī)?nèi)膛，而C_i均為冠層中上部<下部外圍<下部?jī)?nèi)膛（表1）。

2.1.2葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù) 間伐改形對(duì)葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)有顯著影響。相同冠層條件下，間伐改形處理的F_m、q_N、ABS/RC、ETo/RC、TRo/RC均顯著大于CK，分別比CK提高了1.59%、2.05%、10.45%、6.28%、5.49%。且相同處理不同部位間也存在顯著差異，間伐改形處理和CK的F_m、g_N、ABS/RC、ETo/RC和TRo/RC均表現(xiàn)為冠層中上部>下部外圍>下部?jī)?nèi)膛，但各處理水平間F_o、F_v/F_m和DIo/RC沒(méi)有顯著差異（表1）。

2.1.3葉片組織結(jié)構(gòu)參數(shù) 間伐改形對(duì)葉片組織結(jié)構(gòu)參數(shù)有顯著影響。樹(shù)體相同冠層部位中，間伐改形處理的LT、PT、ST、PT/ST均顯著高于CK，其中LT、PT、ST比分別CK提高了5.5%、9.3%、4.3%。且同一處理中，LT、PT、ST均表現(xiàn)為冠層中上部>下部外圍>下部?jī)?nèi)膛。表明間伐改形可以增加蘋果葉片柵欄組織、海綿組織厚度，增大柵欄組織／海綿組織，增加葉片厚度，且在葉片增厚中柵欄組織起的作用更為顯著（表1）。

2.1.4葉片生理參數(shù) 間伐改形對(duì)葉片生理參數(shù)同樣有顯著影響。樹(shù)體同一冠層部位中，間伐改形處理葉片中的Chl、ACC、RUBP和PEP含量均顯著高于CK，分別比CK提高了6.17%、8.80%、11.93%、5.95%；AO和PPO均顯著低于CK，分別比CK減小了12.24%、12.23%。且同一處理的不同部位也存在顯著差異，不管是間伐改形處理還是CK，葉片的Chl、ACC、RUBP和PEP含量均表現(xiàn)為冠層中上部>下部外圍>下部?jī)?nèi)膛，而AO和PPO含量均表現(xiàn)為冠層中上部<下部外圍<下部?jī)?nèi)膛（表1）。

第2主成分包含了原始信息量的5.35%，其中，僅有ST有較大的正系數(shù)值（0.888），對(duì)PC2產(chǎn)生正向影響，其余18個(gè)參數(shù)沒(méi)有較大的正負(fù)系數(shù)值，對(duì)PC2沒(méi)有產(chǎn)生明顯正負(fù)向影響，說(shuō)明PC2大時(shí)，僅有組織參數(shù)ST正向指標(biāo)的值增大，其余18個(gè)參數(shù)無(wú)顯著變化，PC2可稱為葉片海綿組織指標(biāo)。

2.4不同處理水平葉片質(zhì)量的綜合評(píng)價(jià)

各主成分方差貢獻(xiàn)率不同，因此在進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)時(shí)，在結(jié)合主成分貢獻(xiàn)率的基礎(chǔ)上，要協(xié)調(diào)好各主成分之間的側(cè)重關(guān)系。根據(jù)林海明等的方法，以各主成分相對(duì)方差貢獻(xiàn)率為權(quán)重，對(duì)各處理水平前2個(gè)主成分得分和相應(yīng)權(quán)重進(jìn)行線性加權(quán)求和構(gòu)建葉片質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)函數(shù)，即：F=（0.908 0F1+0.053 SF2）/0.9615。通過(guò)該公式計(jì)算可得6個(gè)處理水平的綜合得分（表4），并按得分大小進(jìn)行排序，綜合得分越高，排名越前，說(shuō)明該處理水平下的葉片質(zhì)量越好。6個(gè)處理水平葉片質(zhì)量排名如下，間伐改形中上部（T-Ⅰ）>對(duì)照中上部（CK-Ⅰ）>間伐改形下部外圍（T-Ⅱ）>間伐改形下部?jī)?nèi)膛（T-Ⅲ）>對(duì)照下部外圍（CK-Ⅱ）>對(duì)照下部?jī)?nèi)膛（CK-Ⅲ）。

植物葉片柵欄組織的發(fā)達(dá)程度是衡量其葉片利用衍射光進(jìn)行光合作用能力的有效指標(biāo)，即高度發(fā)達(dá)的柵欄組織可有效提高葉片光能利用效率。呂三三等認(rèn)為，葉片柵欄組織細(xì)胞的增加，為葉綠素分布提供了充足的空間，從而使得葉綠素含量增加。葉綠體是葉片光合作用的主要場(chǎng)所，集中分布在柵欄組織中，葉綠素含量與葉肉細(xì)胞的柵欄組織厚度／海綿組織厚度有關(guān)，葉綠素含量的增加，可有效促進(jìn)色素蛋白復(fù)合體的功能的發(fā)揮，進(jìn)而促進(jìn)葉綠體對(duì)光能的吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化。RuBP羧化酶是一個(gè)既可以催化光合碳循環(huán)中CO₂的固定，又可以催化光呼吸的雙功能酶，其存在于光合碳氧化和光合碳還原的兩個(gè)相互連鎖且方向相反的循環(huán)交叉點(diǎn)上，直接決定著凈光合速率的大小，是光合碳同化過(guò)程中的關(guān)鍵酶。PEP羧化酶也是C4植物光合碳同化中重要的C02固定酶，其羧化產(chǎn)物是草酰乙酸，可進(jìn)一步轉(zhuǎn)變成蘋果酸和天冬氨酸，也可以反映光合作用的大小。本試驗(yàn)中，間伐改形后葉片柵欄組織厚度（PT）、柵欄組織厚度／海綿組織厚度（PT/ST）、葉綠素含量、RuBP羧化酶和PEP羧化酶活性均顯著增加，葉片質(zhì)量得到顯著提高，進(jìn)而促進(jìn)了葉片凈光合速率，提高了葉片的ABS/RC、ETo/RC、TRo/RC，從而提高了樹(shù)體的光合同化能力。

主成分分析法的主要功能是通過(guò)對(duì)眾多不同數(shù)據(jù)變量進(jìn)行無(wú)量綱化處理，利用線性變化規(guī)律將眾多數(shù)據(jù)變量簡(jiǎn)化成少數(shù)綜合變量，各主成分之間相互獨(dú)立，可以更加科學(xué)準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)各數(shù)據(jù)變量之間的關(guān)系。本試驗(yàn)通過(guò)主成分分析，對(duì)密閉果園間伐改形前后不同處理水平的葉片質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，第1主成分主要包含了葉片質(zhì)量的光合特性（P_n、g_s、T_r）、熒光特性（F_m、q_N、ABS/RC、ETo/RC、TRo/RC）、組織結(jié)構(gòu)（LT、PT、PT/ST）和生理指標(biāo)（Chl、ACC、RUBP和PEP）信息，一般光合、熒光特性強(qiáng)、組織結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)、生理指標(biāo)越優(yōu)良的處理水平在第1主成分得分越高，第1主成分的方差貢獻(xiàn)率為90.80%，說(shuō)明第1主成分包含了原始信息量的90.80%，其光合熒光特性、組織結(jié)構(gòu)和生理指標(biāo)在葉片質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)中所占的權(quán)重很大。第2主成分的方差貢獻(xiàn)率為5.35%，說(shuō)明第2主成分包含了原始信息量的5.35%，其得分大小主要由葉片海綿組織來(lái)決定。前2個(gè)主成分的累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)到96.15%，即這2個(gè)主成分涵蓋了原始數(shù)據(jù)信息總量的96.15%，分別為光合特性、熒光特性、組織結(jié)構(gòu)和生理指標(biāo)等，這些與蘋果生產(chǎn)實(shí)踐中樹(shù)體優(yōu)質(zhì)葉片要求的葉片大而厚、光合能力強(qiáng)和葉片質(zhì)量好等完全相符合。對(duì)前2個(gè)主成分的表達(dá)式和貢獻(xiàn)率建立綜合評(píng)價(jià)模型，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，6個(gè)處理水平葉片質(zhì)量綜合得分排名如下，間伐改形中上部（T-Ⅰ）對(duì)照不間伐改形中上部（CK-Ⅰ）>間伐改形下部外圍（T-Ⅱ）>間伐改形下部?jī)?nèi)膛（T-Ⅲ）>對(duì)照不間伐改形下部外圍（CK-Ⅱ）>對(duì)照不間伐改形下部?jī)?nèi)膛（CK-Ⅲ）。

綜上所述，間伐改形可有效改善葉片組織結(jié)構(gòu)、優(yōu)化葉片生理指標(biāo)、提升葉片光合熒光特性、促進(jìn)葉片光合效率，是提高成齡喬化密閉果園樹(shù)體葉片質(zhì)量的有效措施。