栽植密度对冀西北地区金红苹果生长及果实品质的影响

杨 晔，陈 倩，程子敏，王 南，徐学华*，李玉灵

(1.河北农业大学 林学院，河北 保定 071000；2.河北省林木种质资源与森林保护重点实验室，河北 保定 071000；3.山西省环境科学研究院，山西 太原 030000)

苹果(Maluspumila)是中国农业部确定的 11 种优势农产品之一，也是中国第一大果品产业[1]，其产量占全国水果总产量的26.6%[2]。苹果品质的重要组成部分是果实的理化品质，各类糖、酸品质等指标是苹果理化品质评价的依据。1970年以来，果树密植栽培技术措施在果树栽培中得到普及和推广，致使密度栽植在果树培育过程中得到应用。前人通过研究果树密度栽植对地上部的生长和结实的影响，发现密度栽植可以克服传统果树栽培过程中的缺点和不足，改良栽植技术，从而提高果实产量和品质[2]。合理的栽植密度使内在和外观品质方面有显著的效果。李春阳[3]研究不同栽植密度对霞多丽葡萄生长的影响发现，不同栽植密度下葡萄(Vitis)主干直径、枝直径和新梢长度随着密度的增大而减少，中、髙密度栽植较优，密度为0.6 m×3.0 m的种植方式下的产量最佳。王小媚[4]等对不同栽植密度杨桃(Averrhoacarambola)果实产量的研究发现88株·667 m-2为最佳栽植密度，产量最高，品质最好。不同栽植密度对苹果果实糖酸和其他物质含量也有很大影响。赵菁[5]研究发现不同的栽植密度显著影响果实的生长进而影响果实品质，稀植的相对密植果实单果重、可溶性固形物、可溶性糖含量及石细胞含量会大一些，果实硬度、可滴定酸含量及Vc含量则稀植果树<密植果树果实。张秀芝[6]对不同砧木对富士苹果品质指标的影响进行了相关研究，发现矮化砧富士苹果的单果重、可滴定酸含量和可溶性固形物含量高于乔化砧。

本研究以冀西北地区赤城县山地不同密度的6年生金红苹果为对象，研究不同密度金红苹果植株地径、株高、冠幅生长、单果重量、果实纵横径及果实硬度、可滴定酸、维生素C、可溶性糖、可溶性固形物的差异，揭示栽植密度对不同密度金红苹果生长和果实品质的影响规律，旨在找到适合当地自然和土壤条件的合理的苹果栽植密度，从而达到节约土地资源、提高金红苹果产量及品质的目的，为冀西北地区金红苹果的栽植提供一定的科学依据。

1 研究区概况

试验地位于张家口市赤城县屯军堡村东南低山地带，属于大陆性季风气候，中温带亚干旱区，四季分明，冬季寒冷，夏季凉爽，光照充足，降雨量少，雨热同期，昼夜温差大。平均海拔1 100 m，年平均气温4.2℃，最冷月1月，平均气温为-13℃，最热月7月，平均气温为17.3℃。无霜期120 d，年平均降雨量425 mm。山地面积大，占85.72%；耕地较少，以褐土和棕壤土为主，人工生态经济林占有一定面积，多种植金红苹果、仁用杏(Armeniacavulgaris)、海棠(Malusspectabilis)，樱桃(Cerasuspseudocerasus)等。距县城12 km，交通方便。本区气候冷凉，植物生长缓慢，适宜金红苹果生长。

2 研究方法

2013年在张家口赤城县屯军堡S241公路一侧设立试验地，示范总面积10 hm2。样地内栽植同一品种、同一树形的金红苹果树，并进行了4 170(M1)、3 330(M2)、2 220(M3)、1 665株·hm-2(M4)和840株·hm-2(M5)5个密度试验。2016年9-10月进行果树生长量和果实品质的测定。

2.1 生长指标测定

根据每种密度植株的地径和高度、冠幅等指标确定标准株，5种密度分别选取3个标准株，测定金红苹果高度、地径等。于2016年9月对不同密度金红苹果标准株进行高度、地径、冠幅的测定。地径采用游标卡尺测定(mm)；高度和冠幅采用卷尺测定(cm)。

2.2 果实产量及品质测定

2.2.1 果实取样 2016年9月在不同密度的金红苹果3个标准株分内膛和外围各摘取10个金红苹果果实，分别取其平均值测定各密度金红苹果果实产量。然后带回实验室测定其硬度、可溶性固形物、可溶性糖、可滴定酸和维生素C等指标。

2.2.2 果实产量和单果重量的测定 单果重量采用电子天平进行测定，每种密度分别取30个果实，取其平均值作为该密度的单果重量(g)。

2.2.3 果实硬度和果形指数 果实去皮，在样品中部选取3个点，采用GY-1型水果硬度计测定，各密度内膛和外围数值取其平均值作为果实的硬度(kg·cm-2)。果形指数由公式计算得出(果形指数=果实纵径/果实横径)[6]；果实纵、横径由游标卡尺测量(cm)。

2.2.4 可滴定酸含量 测定可滴定酸含量采用酚酞指示剂碱式滴定法[7](单位：g·L-1)。按式(1)计算：

可滴定酸含量(%)=[V×N×(V0-V1)×f×100]/(Vi×M)

(1)

式中，V为样品提取液的总体积(mL)；N为氢氧化钠滴定液的摩尔浓度(mol·L-1);V0为滴定滤液消耗的NaOH溶液毫升数(mL)；V1为滴定蒸馏水消耗的NaOH溶液毫升数(mL)；f为折算系数(g·moL-1)；Vi为滴定时所取滤液体积(mL)；M为样品重量(g)。

2.2.5 维生素C含量 对维生素C含量的测定采用2，6-二氯酚靛酚滴定法[8]，按式(2)计算：

维生素C含量(mg·100 g-1FW)=[V×(V0-V1)×N×100]/(Vi×M)

(2)

式中，V0为样品滴定消耗的染料体积(mL)；V1为空白滴定消耗的染料体积(mL)；N为1 mL染料溶液相当于抗坏血酸的量(mg)；Vi为滴定时所取样品溶液体积(mL)。

2.2.6 可溶性固形物含量 将果实样品汁液滴在手持电子糖度仪的检测镜上，然后按读数按钮，读取数值[6]。

2.2.7 可溶性糖含量 测定可溶性糖含量采用蒽酮试剂法[9]，按式(3)计算：

可溶性糖含量(%)=(C×V×N×100)/(Vi×M×106)

(3)

式中：C为从标准曲线查得的蔗糖微克数(μg)；N为样品提取液稀释倍数；Vi为测定时所取样品提取液体积(mL)。

2.2.8 数据处理与分析 用Excel软件整理数据并作表绘图，用SPSS21.0对试验数据进行多重比较和主成分分析。

3 结果与分析

3.1 不同栽植密度对植株生长的影响

由表1可以看出：密度M4的金红苹果地径最大，为6.10 cm；其次是密度M5的金红苹果，为6.04 cm；密度M1的金红苹果地径最小，为5.15 cm。密度M5的金红苹果树高最大，为340.13 cm，密度M2、M3、M4的金红苹果高度差异不显著，密度M1的金红苹果高度最低。从树高当年生长量来看，M5的金红苹果生长最大，为120.53 cm，密度M1、M4的金红苹果当年树高生长量差异不显著，密度为M2的金红苹果当年生长量最低。密度为M4的金红苹果冠幅最大，密度为M1、M2的金红苹果在东西方向明显大于南北方向，差异显著；M3、M4、M5的金红苹果东西方向稍大于南北方向。M5单果重最重，M3单果果重最小，M5(52.21 g)>M2(49.694 g)>M4(49.565 g)>M1(43.945 g)>M3(42.018 g)。果实纵横径、果形指数与果重随密度变化基本一致，即M5最大，M3最小。

3.2 不同栽植密度对果实品质的影响

3.2.1 对苹果硬度的影响 苹果硬度是反映苹果品质的重要指标之一[10]。不同栽植密度金红苹果的硬度见图1，可以看出，M3外围和内膛的硬度均最大，分别为12.336 7 kg·cm-2和12.203 0 kg·cm-2，其次M1分别为12.041 1 kg·cm-2和12.063 0 kg·cm-2，M5硬度最低分别为9.953 3 kg·cm-2和8.836 0 kg·cm-2；M1和M4内膛的硬度>外围，但差距不显著，而M2、M3、M5的内膛的硬度均<外围；M1内膛和外围的硬度相差最小，仅0.021 9 kg·cm-2，M2内膛和外围的硬度相差最大,相差1.778 4 kg·cm-2；总体来说，M3的硬度最高，M5的硬度最低。

3.2.2 对可滴定酸含量的影响 可滴定酸度是苹果品质的重要构成性状之一，它与糖一样是影响果实品质的重要因素[10]。从图2可以看出，M1外围的可滴定酸含量最高，为1.21%，其次是M3为1.14%，M5最低，只有0.97%；各密度内膛的可滴定酸含量差异不显著，M1最高，为1.14%，其次是M3，为1.12%，M5最低，为0.94%；M5外围和內膛的可滴定酸含量均为最低；M1、M3和M5外围的可滴定酸含量比内膛高。总体来说M1的可滴定酸含量最高，M5的可滴定酸含量最低。

3.2.3 对金红苹果维生素C含量的影响 一般每百克苹果的维生素C含量为4.00 mg。不同栽植密度下金红苹果的维生素C含量见图3，可以看出，内膛的维生C含量为M2(5.911 mg·100g-1)>M1(5.090 mg·100g-1)>M5(3.777 mg·100g-1)>M4(2.956 mg·100g-1)>M3(2.956 mg·100g-1)，M3和M4最低；M5外围的维生素C含量最高，4.926 mg·100g-1，其次是M2，4.726 mg·100g-1，M4最低，为2.299 mg·100g-1；各密度内膛的维生素C含量均比外围的高，M2、M5内膛与外围的维生素C含量相差最大，为1.149 mg·100g-1，M3的内膛与外围相差最小，为0.165 mg·100g-1。总体来说，M2的维生素C含量最高，其次是M1，M4最低。

表1 不同密度金红苹果生长指标Table 1 Growth indexes of different cultivating densities

图1 不同栽植密度对金红苹果硬度的影响Fig.1 Effect of different planting densities on the firmness of M.pumila fruit

图2 不同栽植密度对金红苹果可滴定酸含量的影响Fig.2 Effect of different planting densities on titratable acid content

图3 不同栽植密度对金红苹果维生素C含量的影响Fig.3 Effect of different planting densities on the content of vitamin C

3.2.4 对可溶性固形物含量的影响 可溶性固形物是指液体或流体食品中所有溶解于水的化合物的总称[10]。主要是指可溶性糖类，包括单糖、双糖，多糖。不同栽植密度下金红苹果的可溶性固形物含量见图4，可以看出，M3外围的可溶性固形物含量最高，为17.433%，其次是M5，为16.522%，M1的最低，为15.356%；M3内膛的可溶性固形物含量最高，为16.911%，其次是M5，为16.500%，最低的是M2，为14.556%；M4外围比内膛可溶性固形物含量低0.064%，其他密度外围比内膛的可溶性固形物含量高；M5内膛和外围可溶性固形物含量相差最小，0.022%，M2相差最大为0.988%。总体来说，M3的可溶性固形物含量最高，其次是M5，M2可溶性固形物含量最低。

图4 不同栽植密度对金红苹果可溶性固形物含量的影响Fig.4 Effect of different planting densities on the soluble solids content

3.2.5 对可还原性糖含量的影响 可还原性糖含量比例是决定苹果甜度与风味品质的关键因素[10]。不同栽植密度金红苹果的可还原性糖含量见图5，可以看出，密度M5外围的可还原性糖含量最高，为10.490%，其次M3为10.420%，密度M1最低，10.340%；密度M5内膛的可还原性糖含量最高，10.370%，其次是M4，为10.250%，M2的最低，9.880%。总体来说，密度M5的可还原性糖最高，其次是M4、M2最低。

3.2.6 不同密度金红苹果果实品质的主成分分析与评价 通过对金红苹果10 项品质的主成分分析(表2)，得出 5 个主成分，其中前 3 个主成分累积贡献率达到 89.994%，符合试验分析要求。

图5 不同栽植密度对金红苹果可还原性糖含量的影响Fig.5 Effect of different planting densities on the soluble sugar content

表2 5个主成分的特征值、贡献率及累计贡献率Table 2 Eigenvalue of 5 principal components,the contribution rate and the cumulative contribution rate

由表3各特征向量可以看出，第1主成分大小起决定作用的主要是苹果纵径、单果质量、苹果横径和可滴定酸等品质，主要反映了苹果的外观品质；第2主成分中起决定作用的是可溶性固形物、维生素C和可还原性糖，主要反映了苹果的内在品质；第3主成分大小起决定作用的是维生素C和可还原性糖。3个主成分基本涵盖原有果实所包含的全部品质，因此认为可以以此作为综合评价不同密度金红苹果果实品质的参考指标。

表4为主成分因子载荷矩阵，根据主成分分析原理，得出线性组合分别为：Y1=0.43X1+0.44X2+0.4X3-0.35X4+0.4X5+0.39X6-0.02X7+0.15X8+0.06X9;Y2=-0.16X1-0.04X2-0.21X3+0.35X4+0.17X5-0.1X6+0.6X7+0.41X8-0.49X9;Y3=-0.14X1-0.2X2-0.25X3-0.02X4+0.17X5+0.15X6+0.05X7+0.56X8+0.72X9。以各主成分特征值为分配系数，构建金红苹果果实品质综合评价模型：Z=0.552Y1+0.286Y2+0.075Y3，根据评价模型，得到5个密度果树内膛及外围共10个处理的综合品质排名结果(表5)：M5内膛>M5外围>M4外围>M4内膛>M2内膛>M2外围>M3外围>M3内膛>M1内膛>M1外围。

表3 入选主成分的特征向量Table 3 Eigenvector of the principal component

表4 主成分因子载荷矩阵Table 4 Component matrixes

4 结论与讨论

一般情况下植株冠幅越大越利于接收光照，树木栽植越密集会阻止树木生长，M5植株在各密度中最高，当年生长量最大，冠幅趋向南北发展；M1生长情况最差，总体上基本随密度的增大而减小；密度M4的冠幅最大，地径最大，有效枝条数也最多。M1、M2、M3南北冠幅明显<东西冠幅，密度大导致树间距小，致使各树树枝交错生长，阻碍其延伸，并且光照不充足，使东西方向枝条生长茂盛，M4和M5树间距良好，树的各个方位均可充分接受光照，树体内部枝条也长势良好，树形在各方位冠幅相对均衡。不同密度的平均单果重量基本随密度的减小而增大，果实纵横径、果形指数与果重随密度变化基本一致，M5单果重最大，这与吴兰坤[12]等得出的结论基本一致，因为光照显著影响果实生长，低光照会缩小果实细胞体积，抑制果实增大。本试验中M5密度小，树间距大，接受的光照多，因此果实比其他密度的大。适宜的栽植密度有助于苹果果实产量的提高，栽植密度过小会阻碍树木的生长，降低产量；栽植密度过大能使果树充分利用光照和土地，但是会造成土地资源的浪费，使总产量降低。

表5 主成分综合得分Table 5 Synthesis score of principal component

光照对果实生长及品质的形成起着无比重要的作用，不同的栽植密度显著影响冠层接受的光照情况，从而导致光合效率的差异，进而影响果实品质[13]。木合塔尔·扎热[14]等通过比较全光和遮光下香梨的品质发现，光照强度与果实的含糖量呈正相关关系，与果实含酸量呈负相关关系，本试验中密度M5含糖量最高，含酸量最低，与前人得到的结论基本一致。果实在弱光情况下会增大其硬度，内膛果实硬度普遍都>外围果实，佟伟[15]在研究鸭梨果实品质中也发现光照对果实硬度有很大影响,内膛果实硬度>外围。张绍玲[16]等研究认为，遮光有利于维持果实的维生素C 含量，本试验中高密度金红苹果含有较高的维生素C含量，而且内膛果实的维生素C含量显著>外围。综合金红苹果的各项品质，果实个大，果形良好，糖多酸少，维生素含量高的果实品质较优。研究得出，6年生不同栽植密度金红苹果果实品质的综合评价排序为：M5内膛>M5外围>M4外围>M4内膛>M2内膛>M2外围>M3外围>M3内膛>M1内膛>M1外围，因此M5(4 m×2 m)是栽培过程中适宜的栽植密度，同时要做好果树的整形修剪工作，保证果树良好的通风性和透光性，缩小果树外围和内膛果实的品质差距，为金红苹果高质优产打好基础，提高果园经济效益。

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