文冠果叶幕微气候与结果产量的关系

荣贵纯 ，吴 尚 ，段 劼 ，马履一 ，苏淑钗 ，苏曼琳

(北京林业大学 a.省部共建森林培育与保护教育部重点实验室；b. 国家能源非粮生物质原料研发中心，北京100083)

文冠果叶幕微气候与结果产量的关系

荣贵纯a，吴 尚a，段 劼b，马履一a，苏淑钗a，苏曼琳a

(北京林业大学 a.省部共建森林培育与保护教育部重点实验室；b. 国家能源非粮生物质原料研发中心，北京100083)

为了探究文冠果树冠内不同方向和区域中微气候的变化情况和对结果的影响，在内蒙古阿鲁科尔沁旗文冠果园内选取4株长势一致的4年生文冠果树开展研究。结果表明：树冠内不同区域的温湿度差异不显著，光照是影响树冠内微气候变化的主要影响因素；除日间温差外，不同方向对环境因子的再分配影响微弱；不同区域间可孕花数量、果实产量和单果重差异显著，且与光照呈显著正相关关系，相关系数分别为0.66、0.85和0.75；果实含油率与光照的关系主要体现在光照低于4 000 lx的区域没有果实产出，剔除无果实区域后发现对于已有果实的含油率与光照无显著相关关系。

文冠果； 叶幕结构； 果实产量； 微气候

文冠果Xanthoceras sorbifolia，无患子科，文冠果属，一属一种，是我国北方特有的木本油料树种和生态经济树种，在我国北方分布范围广泛，遍布华北、华东及西北地区，沟壑纵横的黄土高原是文冠果分布最为集中的地区[1-2]。文冠果的种子作为优质的油料来源，同时富含多种具有药用保健价值的营养成分[3]。目前，前人对于文冠果的栽培育种和结实调查已经做了大量工作[4-6]。多数研究认为各地文冠果单株产量和单位面积产量均相对低下，并且缺乏相应的栽培技术。根据其他经济树种的栽培经验，叶幕结构对果树的营养分配、果实产量具有很大影响。由于树叶的疏密对光照、温度和水蒸汽的过滤作用，叶幕结构会改变果树内部的微环境。微环境的差异会通过光合、呼吸速率和蒸腾作用强弱等形式对果树冠层部分生长发育和营养物质的分配产生影响[7]。目前对叶幕和果园微气候对树体生长和果实品质的研究主要集中在经济作物如葡萄、枣、板栗等[8-12]。对于气候与文冠果产量的关系研究，集中在以整个果园为研究对象的气候变化对物候和产量的影响[13]。现有的研究表明，栽种密度对文冠果产量产生显著影响，但缺乏对此现象的机理研究[14]。本研究针对文冠果树冠叶幕结构、微气候与果实产量的关系研究可为合理树体选择提供科学依据，并对促进文冠果产量提高具有理论及实践意义。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

本试验地位于内蒙古赤峰市阿鲁科尔沁旗，北 纬 43°21′43″～ 45°24′20″， 东 经 119°02′15″～121°01′。该地区处于大兴安岭南麓，科尔沁沙地北缘，属于大陆性气候，降雨多集中在夏季6—8月，春季多风少雨。年平均温度为5.5 ℃，有效积温（≥10 ℃）2 900～3 400 ℃。该地区近年来年平均温度逐年上升，气候变暖后干旱有增加的趋势[15]。

1.2 调查内容和方法

选取进入结果期且长势一致的4年生文冠果树4株，将树冠按照垂直方向分为上下两层，每层在水平方向以树干为中心向外分为内外两圈共4个大区域（见图1），每个大区域按东、南、西、北、东北、西北、东南、西南分为8个方向将整个树冠分为了32个小区域。从叶幕形成到果实成熟，即4月中旬—7月中旬，每月进行一次测量，每次测量选取3个天气晴朗的白天在一天中不同时段测量4次（7:30、11:30、 13:30、16:30）。将3 d的测量数据取平均值作为该生长时期的代表。使用Kestrel 4000手持式气象仪测量温度（℃）和湿度（%），采用ST-92照度计测量树体各位置的光照强度（lx）。

图1 树冠划分示意Fig.1 Sketch of crown divided

1.3 结果情况的调查

当年果实成熟后将采摘的果实按照划分好的32个小区域汇总，在晾晒前逐个统计所有果实的鲜质量和果径，记录每个区域的果实个数和总质量，计算各区域的果实平均质量。将果实晾晒在通风干燥处，待果皮自然裂开后收集种子，将各个区域的种子分类汇总。于次年4月盛花期统计各区域可孕花与不可孕花数量。

1.4 含油率的测定

使用索式提取法（GB/ T5009.6—2003）提取种仁油脂，计算各区域内种仁的含油率。以汇总的小区域为单位，每个区域随机选取20 g种仁在恒温干燥箱内（104 ℃）烘干至恒质量后粉碎。称取一定质量粉末，用滤纸棉线包扎好后放入索氏抽提装置中，用苯-石油醚作萃取剂提取6 h；继续蒸发回收萃取溶剂，得到纯净的文冠果油脂提取物[16]。

2 结果与分析

2.1 树体内温度、湿度、光照的分布特征

试验中发现，正午温度与湿度在树冠内不同位置之间差异较小，且在各个方向上的变化趋势没有明显规律。经统计，32个区域间的温度和湿度的差异均未达到显著水平。其中生长季内中午平均温度为25.9（±2.12）℃，湿度为31.6（±5.24）%。

与温湿度不同，整个生长季内光照在不同部位的差异极显著，且在同一方向上上下内外差异显著，在所有方向上上下内外的变化趋势一致。正午最高平均光照为106 078 lx，出现在上层外侧，最低为31 147.5 lx，出现在下层内侧。由图2可知，将各位置测定出的照度值按照上层内、外，下层内、外4个大区域汇总，发现在东、南、西、北、东北、西北、东南、西南所有8个方向上均呈现出上层外侧＞上层内侧＞下层外侧＞下层内侧的变化趋势。将各小区域按照方向汇总发现不同方向上的光照间差异不显著。

图2 正午光照强度在树冠中的分布Fig.2 Distribution of radiation in the tree canopy

但由表1可知，在果实生长期内，日最高温度和最低温度差异呈现出由北到南逐渐减小的趋势，且在不同区域均遵循这一趋势。内层变化趋势较为平缓，而外层更为突出。正北方向日间温差最大达到7.35 ℃，显著高于其他方向，与正东、正南东南方向差异达到极显著水平。冠层内外与上下间日间温差不显著。

表1 各方向日间温差分布Table 1 Distribution of temperature difference in each direction

如图3所示，光照在一日之内的变化因位置不同差异明显，各层次光照强度在一日之中均呈现先增加后下降的趋势，差异显著（p＜0.05）。但光照峰值出现的时间因位置差异而略有差别，上层内外两个区域11:30与13:30差异不显著均显著高于早晨和下午；下层内外两个区域全天各时段差异均达到显著水平，但下层外侧全日光照强度峰值在11:30，而下层内侧出现于13:30。

2.2 树体内果实产量的分布特征

将各小区域的结果情况进行统计后发现：各小区域的果实数目均在10个以内，果实质量集中在0～100 g，其中不结果区域占46.1%，平均果重在60 g左右。按上层内、外，下层内、外四个位置归类统计果实的个数和平均单果质量，也表现出上层外侧＞上层内侧＞下层外侧＞下层内侧的特点。

图3 不同区域光照日变化Fig.3 Diurnal change of light intensity in different zone

表2 各大区域果实质量的多重比较Table 2 Multiple comparisons of the fruit production of different zone

图4 树冠不同区域的果实数量Fig.4 The fruit quantitative in different area of the canopy

如表2所示，各区域的果实总质量也呈现外层大于内层、上层大于下层的变化规律，上层外侧大于其他3个区域并达到极显著水平。树冠内侧上层和下层之间的果实个数差异不显著，下层内侧与上层外侧和下层外侧的差异均达到极显著水平。在不同方向上，果实的变化趋势与总体变化趋势相同也表现为上层外侧＞下层外侧＞上层内侧＞下层内侧。其中仅西北方向上下层内侧有果实收获，其他各方向上下层内侧果实数量均为0。

2.3 不同区域种子的含油率

对各区域的果实含油率情况进行统计后发现，如将未结果的区域计为0，则会对平均含油率产生较大影响，故此处剔除未结果实的小区域（见表3）。将种子含油率按照上层内侧、外侧和下层内侧、外侧四个大区域进行统计后发现：4株树的平均含油率为57.14%，含油率表现为下层外侧=上层内侧=上层外侧＞下层内侧，与光照和果实质量的变化规律略有差异。然而下层外侧、上层内侧和上层外侧之间的果实含油率差异并未达到显著水平，仅下层内部的果实含油率显著小于其他方向。

表3 不同大区域种子含油率的多重比较Table 3 Multiple comparisons of the oil content of seeds from different zone

2.4 树体内部可孕花数量的分布特征

各小区域的可孕花平均数量为51.30朵，可孕花最多的区域为正东方向的上层外侧，达到189.75朵。按照上层内、外，下层内、外的大区域划分方法进行汇总后发现：各区域的可孕花数与光照的关系一致，同样遵循上层外侧＞下层外侧＞上层内侧＞下层内侧的规律。然而不同于光照的是，在各方向上分别分析时发现，除正南和东南方向遵循上层外侧＞下层外侧＞上层内侧＞下层内侧的规律外，其他方向出现下层外侧小于下层内侧的现象。

图5 不同区域的可孕花数量Fig.5 Number of fertile flowers of different areas

2.5 光照与果实产量的关系

将32个区域的光照强度与可孕花数量和结果情况进行汇总，由表4可见，可孕花数量、果实质量、果实数量、均果质量以及含油率与光照均具有较强的正相关关系，达到极显著水平。其中，果实质量与光照的相关性最强，相关系数达到0.851。当某一区域正午光照小于4 000 lx时，该区域可孕花数量为0，没有果实产出。果实质量和均果质量以及果实数量间也具有极显著的正相关关系。

表4 光照与果实产量的相关系数†Table 4 The relationship between light intensity and fruit production

上述的比较是基于将果实产量为0的区域含油率也记为0而得出，去除没有果实产出的区域后对原有各因子进行相关性分析发现：含油率与光照、可孕花数量等其他因素并无显著相关关系；光照与其他因子之间虽然为显著正相关关系，但相关性均有所下降。

表4 光照与果实产量的相关系数（去除不结果区域）†Table 4 The relationship between light intensity and fruit production (remove fruit-free zones)

3 讨 论

3.1 气象因子在树冠内的变化规律

前人对于乔木的叶幕结构研究多集中于较大冠幅乔木或葡萄等藤本植物，或是城市绿化的总体效应，小叶榕、板栗等较大冠幅乔木的叶幕具有明显的降温增湿作用[16-17]。然而本实验中温度和湿度两个气象因子在树冠内的不同位置没有差异。推测可能原因是文冠果属于小型乔木，冠幅较小温湿度的影响微弱。文冠果耐干旱，目前多采用半自然的管理方式，人工灌溉少，干旱胁迫下蒸腾作用减弱；且由于试验地处内蒙古，当地春夏干燥多风，叶片蒸腾作用所产的水蒸气容易消散，无法起到吸收热量降温增湿的作用[18]。

文冠果属于羽状复叶，小叶较小，叶幕细密透光性差；因此对太阳辐射中可见光的再分配较为明显使得各区域的光照强度差异显著且符合从外至内从上到下递减的趋势。同时由于种植密度较低，树木之间的叶幕未形成遮挡，在各方向上上下层内外层的变化规律一致。

3.2 树冠内不同区域的结果情况

研究结果表明，树冠内的光照遵循内层小于外层，下层小于上层的规律。各区域的平均果质量也具有类似的规律。这一规律与其他经济林树种相关研究结果类似[19]。分析其原因，除文冠果自身顶端优势较强的生物学特性外，各区域光合作用强弱也影响了各区域的养分积累。温度、湿度和光照是影响叶片光合作用的三个主要环境因素。本研究中各区域的温湿度差异较小，因此光照成为影响叶片光合作用的主要因素。

光照对于坐果率影响较大。无患子作为文冠果的同科植物，其坐果率随光照强度的升高呈先增后减的趋势[20]。在多个经济林树种如板栗、苹果等均具有通过修剪提高光照面积而提高产量的实验结[21-23]。Bagnal等[24]的研究也表明只有光照达到一定阀域之后才能在体内合成促进开花的物质。杜晋城等[25]的研究认为光照时间不足可能造成油橄榄花朵败育。同时，可孕花的数量也决定了坐果数量，各方向上的可孕花比例略有差异。在试验中发现：下层外侧易受到人为干扰，在生产和测量过程中，可能将下层的顶生花序折断。因为顶生花序是可孕花的主要来源且可孕花比例较小，少量的顶生花序缺失对整体的总花数影响较小，但对可孕花数目影响较大，造成了下层外侧可孕花比例降低。

按大区域总体归纳，树冠内层无论从可孕花数量或是果实产量均小于外侧，且果实质量较差，含油率低。观察中发现，文冠果顶端优势明显，侧生枝条细短花芽较少。推测原因可能是因为光照较少，光合作用较弱造成局部养分不足而造成的。

光照对果实品质的研究主要集中在经济林树种如苹果、桃等水果，探讨的指标也多集中于可溶性固形物、含糖量和果实硬度等影响口感和营养成分的指标[26-29]，对于油料作物果实品质受光照影响的相关文献较少出现。本研究对文冠果树冠内32个小区域的光照、可孕花、果实质量、果实数量、均果质量和含油率进行相关性分析，发现上述指标两两间均有极显著的相关性。但在分析去除没有果实产出的区域后发现果实含油率与光照、可孕花数量和平均果实质量等因素无显著相关关系。可见光照对含油率的影响主要来源于极弱光照区域无可孕花或无果实产出，对于已有坐果的含油率影响微弱。

4 结 论

文文冠果株型较小，自然树形的树冠叶幕对温度和湿度的再分配影响较小，对光照影响较为明显。为更好地利用树冠内层空间提高果实产量，建议应在文冠果幼树期进行适当的拉枝等整形措施，以增强树冠内侧的透光性。此外，由于文冠果的可孕花比例较小且集中于顶生花序，应对侧生花序和顶生花序中的不可孕花进行疏剪，既可将养分更多的供应于可孕花也可避免顶生花序过长易折。现有的研究表明，不同立地条件和栽植密度对文冠果的产量影响显著[14]。本实验未考虑不同栽植密度和立地条件对文冠果产量差异的影响，今后相关研究可考虑以上因素。另本试验主要分析了温度、湿度和光照强度在树冠内的分布，对于不同光照强度对产量的影响机制还需进行深入探究。后续试验还可对不同区域的叶片光合作用强弱等指标进行比较，构建起文冠果叶幕内环境因子的分布模型，研究其枝叶发生和果实形成的环境影响机理，以此为实现文冠果高产稳产提供一定的理论基础。

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[本文编校：谢荣秀]

Relationship between Xanthoceras sorbifolia fruit production and canopy micro-climate

RONG Guichuna, WU Shanga, DUAN Jieb, MA Lvyia, SU Shuchaia, SU Manlina
(1. Key Laboratory for Forest Silviculture and Conservation of the Ministry of Education, Beijing Forestry University, Beijing 100083,China; 2. National Energy R&D Center for Non-food Biomass, Beijing Forestry University, Beijing 100083, China)

To explore the micro-climate in the tree canopy ofXanthoceras sorbifolia, four 4-year-old trees were selected for the research in a orchard in Inner Mongolia. The crow were divided in 32 areas and light intensity, temperature, humidity and the fruit yield were recorded in each area. The result shows that temperature and humidity were not significantly different amount these areas, while the light intensity was an significant factor. Primary, these differences come from the locations of the area while direction was not an significant factor. Fertile flower, production and the weight of single fruit from different areas are significant different and positive correlated with light intensity and, the correlation coefficients were 0.66, 0.85 and 0.75.Seed oil content is also correlated with light intensity, but if none fruit areas (light intensity lower than 4 000 Lx) were eliminated, the oil content was not significant related with light intensity.

Xanthoceras sorbifolia; tree canopy; fruit quality; micro-climate

S718.51+2；S727.3

A

1673-923X(2017)09-0057-05

10.14067/j.cnki.1673-923x.2017.09.010

2016-10-17

国家国际科技合作专项“高能效先进生物质原料林可持续经营技术合作研究”（2014DFA31140）

荣贵纯，硕士研究生

段 劼，讲师；E-mail：duanjiebfu@qq.vip.com

荣贵纯，吴 尚，段 劼，等.文冠果叶幕微气候与果实产量的关系[J].中南林业科技大学学报，2017, 37(9): 57-61, 73.