基于主成分分析评价间伐改形对苹果叶片生理指标的影响_牛军强.pdf

基于主成分分析评价间伐改形对苹果叶片生理指标的影响牛军强，尹晓宁，董铁，孙文泰，马明(甘肃省农业科学院林果花卉研究所，甘肃兰州730070)摘要：为客观准确的评价间伐改形对成龄乔化密闭富士苹果树体叶片质量的影响，筛选出间伐改形最佳处理水平，为密闭果园树体的科学改造提供理论依据。以 17 年生密闭红富士苹果园为研究对象，对间伐改形和对照（不间伐改形）树体不同部位叶片的光合特性、荧光特性、组织结构和生理参数等 22 个指标进行系统比较分析，并应用主成分分析法对不同处理水平的叶片质量进行综合评价。结果表明，间伐改形可显著改善叶片的光合参数、荧光参数、组织结构和生理指标；对其中 19 个差异显著的指标进行主成分分析，其第 1 主成分的方差贡献率为 90.80%，第 2 主成分的方差贡献率为 5.35%，前 2 个主成分的累计方差贡献率达 96.15%，即这 2 个主成分涵盖了原始数据信息总量的 96.15%，分别为光合特性、荧光特性、组织结构和生理指标等，这与苹果生产中对优质叶片的指标要求完全相符。以前 2 个主成分的线性回归方程和贡献率构建了不同处理水平叶片质量综合评价模型，得到 6 个处理水平叶片质量综合得分排名：间伐改形中上部（T-）对照不间伐改形中上部（CK-）间伐改形下部外围（T-）间伐改形下部内膛（T-）对照不间伐改形下部外围（CK-）对照不间伐改形下部内膛（CK-）。表明间伐改形是提高成龄乔化密闭果园树体叶片质量的有效措施。关键词：苹果；富士；间伐改形；主成分分析；叶片质量；陇东中图分类号：S661.1文献标志码：A文章编号：2097-2172（2023）07-0631-08doi：10.3969/j.issn.2097-2172.2023.07.010Evaluation of the Effects of Thinning and Reshaping on Physiological Indexesof Apple Leaves Based on Principal Component AnalysisNIU Junqiang,YIN Xiaoning,DONG Tie,SUN Wentai,MA Ming(Institute of Forestry,Fruits and Floriculture,Gansu Academy of Agricultural Sciences,Lanzhou Gansu 730070,China)Abstract:To accurately evaluate the effects of thinning and reshaping on the leaf quality of mature arborized and dense Fujiapple trees so as to select the optimum thinning and reshaping practices for apple trees as well as to provide a theoretical basis forthe scientific reshaping of dense orchard trees,17-year-old dense red Fuji apple orchards were taken as the research object,22indexes such as photosynthetic characteristics,fluorescence characteristics,tissue structure and physiological parameters of leaves atdifferent parts of the treebodies,using thinning and reshaping or not(the control),were systematically compared and analyzed,and thequality of leaves at different treatment levels was comprehensively evaluated by principal component analysis.The results showedthat thinning and reshaping could significantly improve the photosynthetic parameters,fluorescence parameters,tissue structure andphysiological indexes of leaves.Principal component analysis was performed on 19 indexes with significant differences,the variancecontribution rate of the first principal component was 90.80%,and the variance contribution rate of the second principal componentwas 5.35%,the cumulative variance contribution rate of the first two principal components reached 96.15%,which were photosyntheticcharacteristics,fluorescence characteristics,tissue structure and physiological indexes,and were consistent with the high-quality leafindexes in apple production practice.The linear regression equation and contribution rate of the first two principal components wereused to construct a comprehensive evaluation model of leaf quality at different treatment levels,and the comprehensive score rankingof leaf quality at 6 treatment levels was obtained,i.e.,middle and upper part thinning modification(T-I)middle and upper part in收稿日期：2023-05-06基金项目：国家自然科学基金（32160683、31760556）；国家重点研发计划（2022YFD1602107）；国家苹果产业技术体系平凉综合试验站（GARS-27）；农业农村部西北地区果树科学观测试验站（S-10-18）。作者简介：牛军强（1976），男，甘肃通渭人，副研究员，主要从事苹果栽培生理研究工作。Email:。通信作者：马明（1965），男，甘肃秦安人，研究员，主要从事苹果栽培生理研究工作。Email:。寒旱农业科学2023，2（7）：631-638Journal of Cold-Arid Agricultural Sciences2 卷陇东旱塬区由于其独特的海拔、光照优势，以及昼夜温差大、降水量适中等适宜的气候条件，已成为我国红富士等晚熟苹果栽培的最适宜产区之一，苹果产业也是当地经济发展和乡村振兴的支柱产业。但该产区 80%以上的成龄乔化果园出现的树冠郁闭、枝量繁多、光照恶化、病虫害严重、大小年结果明显、果实质量降低等问题1-4，已严重影响苹果产业的健康持续发展，乔化密闭果园树体的合理间伐改形是当地苹果栽培中亟待解决的重大技术问题。间伐改形是乔化密闭苹果园改造的核心技术，也是苹果优质高效生产的关键环节。科学合理的间伐改形，能够改善果园郁闭状况，优化群体结构，提高冠层相对光照强度和温度，在改善冠层光强和温度分布状况的同时，显著提高花芽分化能力4-7。主成分分析法能够准确确定所研究各指标的权重，科学找出数目相对较少而且还能够代表所有变量的主成分，从而避免评价结果的片面性和不稳定性8-10。它不但能够把控所要评价指标类型的综合性状表现，而且能够简化评价步骤与程序，是适合综合评价候选个体的一种全面、高效的统计分析方法11，并在杂柑、枸杞、樱桃酒、葡萄和苹果等的资源品质评价中得到应用12-16，但利用主成分分析评价间伐改形对密闭果园的影响鲜有报道。为探讨间伐改形不同处理水平对陇东旱塬密闭果园叶片质量指标的影响，我们运用主成分分析法对间伐改形不同处理水平进行综合评价，以筛选出间伐改形最佳处理水平，为密闭果园树体的科学改造提供理论依据。1材料与方法1.1试验区概况试验于 20212022 年在甘肃省静宁县城川镇试验园（N 35 23 38、E 105 48 33）进行。试验园地处陇东黄土高原区，海拔 1 601 m，年平均气温 7.23，无霜期 160 d，年日照时数 2 240 h4，年降水量 500 mm左右，春季降水稀少，秋季降水丰沛。供试果园面积为 1 850 m2，土壤为黄绵土，耕层土壤含有机质 9.60 g/kg、全氮 0.88 g/kg、全磷0.87 g/kg、全钾 21.63 g/kg、碱解氮 61.86 mg/kg、有效磷 32.56 mg/kg、速效钾 212.67 mg/kg，pH8.05。1.2 供试材料指示苹果品种为长富 2 号（2003 年定植）。砧木为八棱海棠，株行距为 3 m4 m，密度 834 株/hm2，授粉树为秦冠和金冠。树形为改良纺锤形，株高 380430 cm，干高 5575 cm，主枝数量79 个，主枝角度 70 85，树冠交接率 160%以上。果园为雨养条件，树盘采用高垄覆盖黑色地膜集雨保墒，行间覆草，综合管理水平中上，在该产区具有典型的代表性。1.3试验方法2021 年 1 月上中旬参照牛军强等4的试验，试验共设 1 个间伐改形处理和 1 个对照处理 不进行间伐改形（CK），各 77 株。处理为果园树体改造（间伐改形），即每行树体中每隔 1 株树体间伐 1株（隔株间伐），使果园树体密度由 834 株/hm2变为 417 株/hm2，株行距由 3 m4 m 变为 6 m4m。同时配合落头、提干、开角、疏大枝等措施，使树体高度降为 320 cm 左右，主干高度抬升至100 cm左右。选留层间距合理、枝干比大小适宜、方位均衡分布的主枝 45 个，主枝基部开张角度为 9095。同时采用乔化富士苹果常用的修剪手法进行冬剪（多长放、不短截、合理疏枝、极少回缩），修剪量为树体枝条总量的 30%左右。对照（CK）为果园树体不改造（不进行间伐改形），即定植密度（834 株/hm2）和株行距（3 m4 m）保持不变，对树体不再采取落头、提干、开角、疏大枝等改造措施。其余修剪手法与间伐改形处理一致，即只采用正常的多长放、不短截、合理疏枝、极少回缩的手法修剪，修剪量也为 30%左右。1.4测定指标与方法1.4.1测定部位在叶片生理指标测定、叶片显微结构观测、叶片光合参数、叶绿素荧光参数测the control(CK-I)lower periphery thinning modification(T-II)lower inner hall thinning modification(T-)lower periphery in thecontrol(CK-II)lower inner hall in the control(CK-).It could be seen that thinning and reshaping is an effecti