果树根系修剪装置设计与试验

毛 雷，王鹏飞，杨 欣，李建平，邵建柱，钱 稷，李雪军

（1.河北农业大学机 电工程学院，河北 保定071001；2.河北农业大学 园艺学院，河北 保定071001）

果树冠层修剪是果园果树管理的重要管理环节之一，果树管理是1个统一的有机整体，果树冠层生长与根系生长有相互影响［1］。果树根系的合理管控对果树营养的吸收和地上冠层的生长影响显著，能够实现对果树冠层生长的促控效果［2］。果树根系修剪还能够有效控制果树根系辐射范围，有利于果树精准施肥、精确灌溉等果园智能监管的实施［3-5］。根据国外梨园控根中传统的人工修剪树枝方法费时且昂贵，在梨园中采用了化学生长抑制剂来控制冠层生长，这导致水果化学残留物增加，对环境造成负面影响［6-9］。因此，目前丹麦和欧洲在梨的生产中禁止使用化学生长抑制剂，根系修剪已被证明是控制果树营养生长和冠层控制的的有效途径［10-11］。同样的，应用在矮砧密植果园中，根系修剪能有效控制果树冠层，增强果园果树管理。为此，依据苹果树根系管控的园艺技术要求和苹果树经济产量等问题相结合，设计1种应用于苹果园的根系修剪装置，在河北省唐县丹凤山苹果园进行试验，研究不同的修剪处理对果树新梢生长量的影响，来反映果树根系修剪装置的最优参数和对果树新梢生长的影响，找出适合的根系管理措施，对于提高果园经济效益有重要意义［12-13］。

1 果树根系修剪装置结构与工作原理

1.1 整体结构

果树根系修剪装置结构示意图如图1所示，主要由机架、限深轮、配重装置、修剪刀等组成。

图1 果树根系修剪装置结构图Fig.1 Orchard root cutting machine structure

1.2 工作原理

使用拖拉机通过3点悬挂与果树根系修剪装置连接以提供动力，工作时，修剪刀在限深轮的作用下达到所要求的入土深度并对此深度的根系进行修剪，通过调节液压伸缩缸来控制断根刀到苹果树主干的距离，刀具安装可调节不同的安装角度，实现断根刀切割角度的调整。果树根系修剪装置在动力机械的牵引下匀速前进，对苹果树进行不同修剪处理，满足断根要求。

2 根系修剪试验

2.1 试验条件

试验时间：2018年7月21日；数据采集区间：2018年7月22日至2018年10月24日；

试验地点：河北省保定市唐县丹凤山果园基地（北纬38°、东经115°、海拔190 m），地表相对平整，土质为沙质土，有小石块、小土块。土壤含水率19.75%，土壤硬度480.33 HB。

试验对象：苹果长枝富士和短枝富士品种，试验地点长枝、短枝富士品种随机混合栽植，树龄5年，矮砧密植果园行株距为4 m×1 m，树高4 m，树行呈南北行，地头处于树行北侧，果树枝条密集，果树长势均势。

试验仪器设备：东方红554拖拉机；果树根系修剪装置；盒尺。

2.2 试验设计

苹果矮砧密植栽培模式采用宽行距窄株距的栽培技术，果树栽植行距一般为3.0～4.2 m，株距0.8～1.5 m，果树根系修剪示意图如图2所示。

图2 果树根系修剪示意图Fig.2 Schematice diagram of fruit tree root pruning

苹果树根系修剪时，通过调节修剪装置控制修剪刀的角度θ，拖拉机液压带动刀具入土，控制刀具入土垂直深度H，果树根系修剪装置上的液压装置控制距树主干距离L，修剪位置W通过试验方案确定该行果树单侧或者双侧进行修剪。

2.3 试验方案

以矮砧密植果树为材料，以修剪位置（W）、距离（L）、深度（H）、角度（θ）为因素作L9（21×33）正交设计，其中修剪位置为2水平，其余因素为3水平，测试指标为果树新梢生长量。正交试验设计L9（21×33）如表 1［14］。

表1 苹果树根系修剪因素水平表Table 1 Table of the roots of apple tree roots

3 结果与讨论

3.1 正交试验结果

由正交试验［14］得结果如表2、表3。

表2 长枝富士苹果树根系修剪正交试验及结果Table 2 Orthogonal test and results of root branch pruning of long-branched ‘Fuji’ apple tree

表3 短枝富士苹果树根系修剪正交试验及结果Table 3 Orthogonal test and results of root branch pruning of short-branched ‘Fuji’ apple tree

由表2可知，长枝富士品种苹果树影响新梢生长量的4个因素由高到低依次为：距离、修剪位置、角度、深度。根据计算的R值可以发现，长枝富士品种不同处理中影响新梢生长量最佳因素水平组合为W2H3θ2L1。

由表3可知，短枝富士品种苹果树影响新梢生长量的4个因素由高到低依次为：角度、距离、深度、修剪位置。根据计算的R值可以发现，短枝富士品种不同处理中影响新梢生长量最佳因素水平组合为W1H3θ2L2。

3.2 数据分析

测量苹果树新梢长度共10组，每组3个重复，每个重复5棵树，共15棵树，每棵树9个数据，使用Excel2010对每棵树9个枝条所得数据平均，然后对每组处理共15棵树所得数据平均，每次测量共得10个数，命名处理1为CTr1，处理2为CTr2...对照试验为bla1，在试验时间区间内，共测量9次，第1次测量代表基准，所得长枝、短枝富士苹果树新梢生长量初始数据如表4、表5。

表4 长枝富士新梢生长量Table 4 Long-branched ‘Fuji’ new shoot elongation

表5 短枝富士新梢生长量Table 5 Short-branched ‘Fuji’ new shoot elongation

由表4、表5应用Excel绘制如图3、图4的具体新梢生长量折线。

图3 长枝、短枝富士苹果树新梢生长量折线图Fig.3 Line diagram of new shoot elongation of long-branched and short-branched Fuji apple trees

图4 长枝、短枝富士苹果树新梢总生长量折线图Fig.4 Line diagram of new shoot total elongation of long-branched and short-branched ‘Fuji’ apple trees

由图3、图4的a、b可知，长枝、短枝富士品种在不同处理下曲线走向大致相同，说明不同处理只能抑制苹果树新梢生长速度，不会直接改变苹果树生长趋势。

由图3、图4的a可知，在对长枝富士苹果树的9组处理中，和对照试验组作对比，第9组处理抑制苹果树新梢生长最为显著，其次还有第1、2、7、8组处理有抑制效果；由图3、图4的b知，在短枝富士苹果树的9组处理中，在处理试验20 d时，9组处理的苹果树新梢相较于对照组促进了生长，在20 d以后第2、4、5、6组处理试验开始呈现抑制效果。

由表2知影响长枝富士苹果树新梢生长量最优因素水平为W2H3θ2L1，和图3（a）折线图对比可知，影响长枝富士苹果树新梢生长量最为显著的处理为处理9，即为双侧，深度40 cm，角度20°，距离50 cm；由表3可知影响短枝富士苹果树新梢生长量最优因素水平为W1H3θ2L2，和图3（b）折线图对比可知，影响短枝富士苹果树新梢生长量最为显著的处理为处理6，即为单侧，深度40 cm，角度10°，距离70 cm。

3.3 灌溉影响结果

在第20和第40天苹果树新梢生长量处于1个峰值，在第20和第40天时，试验时间为2018年8月13日和2018年9月4日，由表6整理的试验果园灌溉记录可知，2018年8月13日正是灌溉后10 d左右，2018年9月4日在灌溉3 d天之后，苹果树枝条生长达到峰值。

表6 试验果园灌溉记录Table 6 Test orchard irrigation records

4 结论

通过根系修剪装置，研究不同的根系修剪处理对长枝和短枝富士苹果树新梢生长量的影响，来反映矮砧密植果园根系修剪试验的最优参数，也反映了果树根系修剪装置的参数与性能，对于果树控冠，根系修剪，降低劳动成本具有重要意义。

（1）采用正交试验，选取正交试验表L9（21×33）列出根系修剪处理的不同试验方案及结果，结果表明，影响长枝富士苹果树新梢生长量的4个因素由高到低依次为：距离、修剪位置、角度、深度。由R值可知，长枝富士苹果树不同处理中影响新梢生长量最佳因素水平组合为双侧，深度40 cm，角度20°，距离50 cm。影响短枝富士苹果树新梢生长量的4个因素由高到低依次为：角度、距离、深度、修剪位置。由R值可知，短枝富士苹果树不同处理中影响新梢生长量最佳因素水平组合为单侧，深度40 cm，角度10°，距离70 cm。

（2）根据新梢生长量的折线图可知，修剪处理试验后，长枝、短枝富士苹果树新梢生长量趋势大体相同，说明苹果树进行修剪处理不影响果树正常生长趋势。通过对长枝、短枝富士苹果树新梢生长量折线图中处理试验和对照试验对比可知，进行根系修剪试验后，不同处理影响长枝、短枝富士苹果树新梢生长量每10 d生长趋势大体相同，不同处理有加快新梢生长的反作用产生。

下一阶段将继续通过不同处理对不同品种苹果树生长影响进行探究，进一步优化试验参数。