4种待选苹果砧木与4种常见苹果砧木力学特性的比较研究

王荣，张贞，王晖，张坤强，沈向

(1.山东农业大学园艺科学与工程学院，山东 泰安 271018；2.山东农业大学水利土木工程学院，山东 泰安 271018)

4种待选苹果砧木与4种常见苹果砧木力学特性的比较研究

王荣1，张贞1，王晖2，张坤强2，沈向1

(1.山东农业大学园艺科学与工程学院，山东 泰安 271018；2.山东农业大学水利土木工程学院，山东 泰安 271018)

为选择优良苹果砧木资源，以4种待选砧木(SD1、SD2、SD3、SD4)和4种生产常用砧木(平邑甜茶、八棱海棠、圆叶海棠、M26)为试验材料，利用精密型微控电子式万能试验机进行压缩和拉伸特性试验，利用微机控制电子扭转试验机进行扭转试验，比较了待选和常用苹果砧木的力学特性。结果表明：苹果砧木顺纹抗压强度20.36～29.40 MPa，待选砧木SD1、SD3的抗压强度(29.40、28.79 MPa)极显著大于生产常用砧木平邑甜茶(26.61 MPa)和M26(23.01 MPa)；苹果砧木顺纹抗拉强度37.53～57.37 MPa，SD1、SD2的抗拉强度(56.63、57.37 MPa)极显著大于圆叶海棠(37.53 MPa)、M26(47.73 MPa)；苹果砧木抗扭强度22.04～30.43 MPa，待选砧木SD2的抗扭强度极显著大于其他砧木，而SD3、SD1和SD4则与平邑甜茶、M26的抗扭强度差异不显著。综上所述，待选砧木的抗压强度、抗拉强度和抗扭强度等基本力学指标均不差于生产常用砧木，符合生产上果树砧木力学性能的要求。

苹果砧木；力学特性；压缩试验；拉伸试验；扭转试验

AbstractTo select excellent apple rootstock resources, using four rootstocks (SD1, SD2, SD3, SD4) as candidate rootstocks and four apple stocks commonly used in production (Malushupehensis(Pamp.) Rehd.,MalusrobustaRehd.,Malus26) as materials, the mechanical characteristics were researched. The compression test and tensile property test were conducted with the accurate micro-controlled electronic universal testing machine, and the torsion test was conducted with the microcomputer control electron torsion testing machine. The results were as follows. The compressive strength parallel to grain of apple rootstocks ranged from 20.36 MPa to 29.40 MPa. The compressive strength of SD1 (29.40 MPa) and SD3 (28.79 MPa) were highly significantly greater than that ofMalushupehensis(26.61 MPa) andMalus26 (23.01 MPa). The tensile strength parallel to grain of apple rootstocks ranged from 37.53 MPa to 57.37 MPa and that of SD1 (56.63 MPa), SD2 (57.37 MPa) were all significantly or very significantly greater than that ofMalusprunifoliavar.ringo(37.53 MPa) andMalus26 (47.73 MPa). The torsional strength of apple rootstocks ranged from 22.04 MPa to 30.43 MPa, and that of SD2 (30.43 MPa) was highly significantly greater than that of other apple rootstocks, while SD3 (25.68 MPa), SD1 (24.90 MPa) and SD4 (24.54 MPa) had no significant differences withMalushupehensis(25.53 MPa) andMalus26 (24.33 MPa). In conclusion, the basic mechanics indexes of candidate rootstocks were not inferior to common apple rootstocks in production, and satisfied the requests in production.

KeywordsApple rootstock; Mechanical property; Compression test; Tensile test; Torsion test

苹果(Malusdomestica)是世界上重要的果树栽培树种，我国是世界上最大的苹果生产和消费国，目前苹果栽培面积近232.8万公顷，年产苹果4 261万吨[1、2]。砧木直接影响苹果树体的生长、结果、抗逆性和结果寿命，在其生长发育过程中具有重要的作用[3，4]。宽行密植高产技术的应用，使果树树冠变小，树干变高，这就要求果树砧木抵抗外力的能力增强，因此，砧木物理力学性质就成为砧木培育中不得不考虑的问题。砧木作为苹果树的重要组成部分，近年来的研究主要集中在生物学特性、根系构型、抗性及矮化性能等方面[9-12]，尚未见有关苹果砧木物理力学特性试验研究方面的报道。参照国内外荔枝(LitchichinensisSonn)、棉花(Gossypiumspp.)、沙柳(Salixpsammophila)等植物力学特性的研究方法[13-19]，我们开展了对待选苹果砧木和生产常用苹果砧木力学特性参数的研究和比较，获取其顺纹抗压缩、抗拉伸和抗扭强度等力学参数，旨在为选择优良苹果砧木资源、实现苹果优质丰产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1试验材料

供试8种苹果砧木见表1。采样地点为山东省泰安市山东农业大学苹果工程中心，采样时间为2014年3月26日(休眠期)。随机选取尽可能通直、无病虫害、少分枝的砧木枝条，备用。

1.2试验方法

将选取的砧木枝条经锯解、刨削及手刻等制成试件，试件要求：长度为顺纹方向，各端面平整，端部对面的年轮大致平行，并与其相对面的棱相互垂直，且无明显可见的缺陷。试件的制作参照GB/T1935—2009[20]略有改动，试件规格见表2，试件直径和长度的公差均为±0.50 mm。试验方法参照木材物理力学性质试验方法总则GB/T1928—2009及相关研究试验方法[21]。试验所用仪器设备如下：微机控制电子式万能试验机(WDW-5E济南试金集团有限公司)、微机控制电子扭转试验机、真空干燥箱(DZF-6050上海博讯事业有限公司)、电子天平、游标卡尺、卷尺和普通木工锯刨机械等。

表1 8种供试苹果砧木

表2试件规格

压缩、拉伸、扭转试验结束后立即将试样破坏后的小块部分称重，参照GB/T1931—2009的规定，采用烘干法测定试样含水率：即先将试样称重，精确至0.001 g，然后将同批试样一并放入烘箱中，(103±2)℃烘8 h后，从中选择2～3个试样进行一次试称，之后每隔2 h称量所选试样1次，直至前后两次称量之差不超过试样质量的0.5%时即可，然后计算含水率[22]。

2 结果与分析

2.1顺纹压缩试验结果

选3组砧木试件的压缩试验数据进行曲线拟合，结果如图1所示，可以看出，随着试验力的增大，砧木试件逐渐达到破坏极限。在这一过程中，试验力和试件变形的最初变化(变形1.0 mm之前)近乎直线，且有明确的比例极限，而该线性段的斜率即为试件的顺纹抗压弹性模量(试验机衡量变形忽略不计)；当试验力达到S点时，试件表面出现细微裂纹，该点即为试件的比例极限点；超过S点后，增加试验力，变形增加，但试验力增幅减小。比例极限点是抗压强度的测定点[21]，故以S点的值为本试验苹果砧木试件的抗压极限载荷。

图1 顺纹压缩曲线

顺纹压缩试验8种砧木共40个试样，每种砧木5个试样作为重复。由图2可以看出，顺纹压缩试样的抗压弹性模量值的波动范围明显大于其抗压强度值的波动范围，这表明不同试样的抗压弹性模量相差较大，抗压强度则比较接近。

由表3可以看出，供试苹果砧木顺纹抗压强度的差异达到极显著水平。待选砧木SD1、SD3的抗压强度分别为(29.40±0.54)MPa和(28.79±1.02)MPa，都极显著大于生产中常用的苹果砧木；圆叶海棠的抗压强度最小，为(20.36±0.71)MPa，除与待选砧木SD4的抗压强度无显著差异外，极显著或显著小于其他苹果砧木；待选砧木SD2的抗压强度极显著小于SD1、SD3，极显著大于SD4，而与八棱海棠的抗压强度无显著差异，但与平邑甜茶差异显著。

压缩试验完成后进行试件含水率测定，结果显示，8种苹果砧木试件的含水率平均值在34.55%～40.53%之间，总变异系数为4.85%。

图2 8种苹果砧木的顺纹抗压强度和抗压弹性模量

表3 8种苹果砧木的顺纹抗压强度及含水率比较

砧木抗压强度(MPa)5%显著水平1%显著水平含水率(%)变异系数(%)SD129.40±0.54aA33.69～37.863.40SD328.79±1.02aA34.04～35.000.63平邑甜茶26.61±1.00bB36.42～39.141.77SD225.26±0.18cBC38.69～41.962.84八棱海棠24.77±0.47cCD35.26～35.994.05M2623.01±1.00dDE36.94～37.372.33SD421.38±0.72eEF35.02～37.753.33圆叶海棠20.36±0.71eF36.20～37.405.03

2.2顺纹拉伸试验结果

顺纹拉伸试验8种砧木共40个试样，每种砧木5个试样作为重复。拉伸过程中，随着试验力的增大，试件变形逐渐增加(见图3)，至试件微观组织开始破坏时，试验力达到极限，即为拉伸强度。8种供试苹果砧木的抗拉强度差异达到极显著水平(表4)。其中，待选砧木SD2的抗拉强度为(57.37±0.91)MPa，最大，其次是SD1和SD4，三者间差异不显著，但都极显著大于圆叶海棠的抗拉强度；SD3的抗拉强度与SD4差异不显著，但显著小于SD2、SD1的抗拉强度，极显著大于圆叶海棠的抗拉强度。

图3 试样SD3拉伸试验中试验力随位移的变化

拉伸试验完成后进行试件含水率测定。从表4可以看出，拉伸试验试件的含水率在34.66%～40.00%范围内，总变异系数为3.30%。

表4 8种苹果砧木的抗拉强度及其含水率比较

砧木抗拉强度(MPa)5%显著水平1%极显著水平含水率(%)变异系数(%)SD257.37±0.91aA39.80～40.001.59SD156.63±2.81abAB36.48～37.794.96SD453.01±2.45abcABC36.22～39.744.63八棱海棠50.48±2.72bcABC37.18～38.175.38SD349.50±0.22cABC34.66～36.590.45平邑甜茶48.33±1.12cBC38.29～38.322.32M2647.73±0.99cC37.03～37.232.08圆叶海棠37.53±1.21dD37.69～38.093.21

2.3扭转试验结果

扭转试验8种砧木共40个试样，每种砧木5个试样作为重复。结果(表5)显示，待选砧木SD2的峰值扭矩最大，为6.073 N·m；八棱海棠的最小，为4.334 N·m。

扭转试验中，试件最大扭矩的最大剪断力，即抗扭强度。从表5可以看出，待选砧木SD2的抗扭强度最大，为(30.43±1.15)MPa，极显著地大于其他砧木；其次是SD3，显著大于圆叶海棠和八棱海棠；待选砧木SD1和SD4的抗扭强度差异不显著，SD1显著大于八棱海棠，而SD4与八棱海棠的抗扭强度差异不显著。

扭转试验完成后，进行试件含水率的测定。从表5可以看出，扭转试验试件的含水率在36.48%～42.06%范围内，总变异系数为3.62%。

表5 8种苹果砧木的抗扭强度比较

3 讨论

矮化宽行密植栽培模式可控制树干大小，减少树体消耗，提高生产效率和提早树体结果，是目前苹果栽培发展的总趋势。但这一栽培模式易引发树干高度增加，树冠减小，遇到劲风暴雨，树干易被刮断，造成不可挽回的损失。为此，研究砧木的物理力学性质就成为砧木育种需考虑的重要问题之一。

不同树种的抗风性存在差异，除受生长速度、树冠与根系形态等因素影响外，树木枝干刚柔度也是重要的影响因子之一[23]。木材力学性质主要包括抗压强度(包括顺纹压力和横纹压力)、抗拉强度(包括顺拉强度和横拉强度)、抗剪强度、抗弯强度和抗弯模量、冲击韧性、硬度、抗劈力等方面，各指标间呈线性正相关关系[24，25]。但目前与抗风性相关的木材物理力学性质研究报道较少，陈绶柱等研究报道，在木材韧性、易曲性好的情况下，主干及枝条不易折断，抗风性能好[26]。而关于果树砧木抗风性的研究尚未见报道。本试验采用微机控制电子式万能试验机和微机控制电子扭转试验机测得8种苹果砧木的抗压强度、抗拉强度和抗扭强度并予以分析比较，希望能找到数量化表述果树砧木抵抗劲风暴雨等自然灾害的物理力学指标。

本研究结果表明，苹果砧木顺纹抗压强度20.36～29.40 MPa，待选砧木SD1、SD3的抗压强度极显著大于其他砧木品种。苹果砧木顺纹拉伸强度37.53～57.37 MPa，待选砧木SD2、SD1的抗拉强度极显著大于生产常用砧木圆叶海棠、M26，SD4、SD3的抗拉强度显著大于圆叶海棠。苹果砧木抗扭强度22.04～30.43 MPa，待选砧木SD2的抗扭强度极显著大于其他砧木，而SD3、SD1和SD4则与平邑甜茶、M26的抗扭强度差异不显著。

在今后的砧木育种工作中，把砧木力学参数作为其考虑因素之一，淘汰物理力学指标差的砧木，可提高砧木育种效率，从根本上减少自然灾害对果园造成的经济损失。本研究结果以及相关研究的进一步探索，可望使果树学与材料力学结合，促进果树高产砧木、结果枝研究的定量化，有望给予诸如苹果砧木与不同嫁接品种结合部位的力学特性、不同嫁接方法植株的力学特性、结果枝的弹性模量等力学的诠释与定量描述。

4 结论

本试验所用4种待选砧木SD1、SD2、SD3和SD4的抗压强度、抗拉强度和抗扭强度均不输于生产常用砧木八棱海棠、平邑甜茶、M26和圆叶海棠。因此，4种待选砧木的力学性能符合生产上果树砧木力学性能的要求，今后可在其嫁接亲和力及砧木与品种结合部位力学性质等方面做进一步分析比较。

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ComparisonofMechanicalPropertiesofFourCandidateRootstocksandFourCommonAppleStocks

Wang Rong1, Zhang Zhen1, Wang Hui2, Zhang Kunqiang2, Shen Xiang1

(1.CollegeofHorticultureScienceandEngineering,ShandongAgriculturalUniversity,Taian271018,China; 2.CollegeofWaterConservancyandCivilEngineerings,ShandongAgriculturalUniversity,Taian271018,China)

10.14083/j.issn.1001-4942.2017.09.009

2017-03-29

公益性行业(农业)科研专项“我国重要野生果树资源的收集、评价与优异种质创新利用技术研究与示范”(201303093)；山东省良种产业化项目“果树新资源引进开发”(2009-96)

王荣(1987—)，女，在读博士后，研究方向：果树生理学。E-mail：wangrong201109@163.com

沈向(1966—)，男，教授，研究方向：果树生理学。E-mail:guanshangguoshu@163.com

S661.4

A

1001-4942(2017)09-0046-05