宜机化仿形修剪对枣树树体结构及果实品质的影响

肖 雄1,马 胜1,杨伟伟1,丁龙朋2,高登涛3,4,白 茹1*

1石河子大学农学院·新疆生产建设兵团特色果蔬栽培生理与种质资源利用重点实验室,新疆石河子 832000;2石河子大学机械电气工程学院,新疆石河子 832000;3中国农业科学院郑州果树研究所,郑州 450009;4中国农业科学院西部农业研究中心,新疆昌吉 831100)

摘 要:【目的】探究宜机化仿形修剪对骏枣树体结构及果实品质的调控效应,以应对当前修剪技术的局限性。【方法】以7年生骏枣为试验材料,设置6种树体高度和冠幅的机械化修剪处理,以人工修剪作为对照(CK)。测定物候期、树体结构、叶绿素含量、光截获面积、产量及果实品质指标,并结合方差分析与主成分分析,探究宜机化仿形修剪的调控效应。【结果】修剪可延迟物候期,且修剪强度越大,延迟效果越显著。T2处理下萌芽期比CK延迟7 d,成熟期延迟5 d;T5和T6处理与CK差异较小。修剪能优化冠层光照分布,T6处理下光截获量最高,达94 468.87 μmol·m-2·s-1,T1处理最低。同时,修剪可促进一年生枣头生长,调节冠幅和树高。T1和T2处理显著提高果实品质,T1处理下可溶性固形物含量(w,后同)达35.45%、总酚含量14.00 mg·g-1;T4处理表现最优,单果质量达37.3 g,商品率74.7%,且可溶性糖与维生素C含量均衡;T6处理单株产量最高,但单果质量和可溶性糖含量偏低。【结论】宜机化仿形修剪对骏枣树体结构与果实品质具有协同调控作用。其中,T4处理在果实品质与商品性方面表现最为均衡,其光截获能力略优于对照,且单果质量和果实品质显著提升;综合各项指标,该处理是适宜新疆枣园机械化管理的首选方案。

关键词:骏枣;宜机化仿形修剪;树体结构;果实品质;光截获

枣(Ziziphus jujuba Mill.)属于鼠李科枣属植物,具有抗干旱、耐盐碱、耐瘠薄、喜强光照等特性,广泛种植于干旱且盐碱较重的新疆、陕西、山西、河北和山东等地区,对土壤改良、自然环境改善具有重要作用[1-2]。截至2024年,新疆红枣种植面积约47万hm2,产量约326.66万t,是中国最大的枣树种植基地[3]

修剪是枣园管理的重要环节,目前新疆地区主要依赖人工操作,存在作业环境差,劳动强度高,劳动效率低和工人雇佣成本高等问题[4]。在以色列、美国等发达国家,果树集约化修剪已形成“树形标准化+机械自动化”的发展趋势[5]。Stajnko[6]指出果树机械修剪在苹果、柑橘和橄榄集约果园中具有优势,但不同果树树种对机械修剪的耐受程度存在差异等。Dias等[7]在葡萄牙橄榄园设置了机械修剪、机械修剪+人工修剪、机械修剪+次年人工修剪3种处理方式,评估其对果实产量的影响。结果表明,前9 a(年)机械修剪的累计产量最高,后6 a其产量低于其他两种处理。然而,国外树种与枣树的生物学特性不同,其种植模式与我国新疆枣园小农户+规模化的混合培育模式也存在适配性不足等问题[8]

在我国河北、陕西和新疆等红枣主产区的机械化修剪研究中,Bai等[9]基于现代激光扫描技术对高纺锤形果树进行参数提取,提出了整体树修剪和主枝修剪两种方法,为机械修剪高纺锤形苹果树提供了技术支持和量化依据。杨洋等[10]基于固态激光雷达和可编程设计了果树智能修剪系统以实时观测果树树冠信息。但国内以RGB、激光雷达和高光谱等视觉传感系统为主的果树修剪机械仍存在造价高昂、操作复杂和农业从事人员难上手等问题。

宜机化仿形修剪是一种通过调整植物形态以适应特定功能或需求的修剪技术,广泛应用于园林绿化、农业种植及城市绿化管理[11]。因此,本文旨在探索适宜骏枣园的宜机化仿形修剪模式,通过科学调整果树的形态结构,简化果园管理流程,替代视觉传导系统为主的果树机械修剪和人工修剪,为红枣产业发展提供参考[12]

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验地位于新疆生产建设兵团第十四师昆玉市224团(北纬37°14′34.59″,东经79° 17′22.81″),海拔介于1304~1397 m,属暖温带大陆性荒漠气候,干旱少雨[13]。年均降水量30.65 mm,年均蒸发量2637 mm;空气干燥,光热资源充足,≥10 ℃的积温为4300~4700 ℃;该区域太阳总辐射量为5 780.87~6 341.79 MJ·m-2,光能利用最佳期为6—9月,光辐射总量达2 553.46 MJ·m-2,占全年42.7%,多年平均日照时数2700 h,年平均日照百分率为56.5%,最高可达85.0%;无霜期长,为170~200 d。

1.2 试验材料

2024年4—12月,在第十四师224团改造后的骏枣园开展试验。供试树龄7 a,试验共设置7个处理组,每组20株,共140株。2024年3月25日进行修剪(表1,图1),其中环剥于5月20日进行,摘心分别于5月20日、7月25日和9月5日进行,环剥和摘心均为人工处理,各组间无差异。每组分为a,b两部分,a部分:15株枣树用于树体结构调查;b部分:5株枣树用于果实产量测定。土壤为砂质土,地势南高北低,株行距为1.5 m×4.0 m,南北行向。

图1 不同仿形修剪示意图
Fig.1 Schematic diagram of different contour pruning

表1 不同仿形修剪处理方法
Table1 Different contour pruning methods

1.3 项目测定

1.3.1 物候期观察 4月上旬开始观测物候期,花期每3 d观测1次,果实发育期每7 d观测1次,主要观察骏枣树的花期、坐果期[14]。判定标准如下:

萌芽期:枣园约5%枣树枝条上的芽体突破鳞片、露出绿色芽尖。

初花期:枣园开花枣树比例达5%。

盛花期:枣园开花枣树比例达50%,且单株开花量达到总量的50%。

幼果期:花朵受精后子房开始膨大,形成直径约0.5~1.0 cm的小果,且果实数量稳定(生理落果基本结束)。

白熟期:果皮颜色由绿色转为白色(或淡绿色),果肉质地软化但尚未着色,种子发育成熟。

半红期:果实表面约50%面积转为红色。

全红期:果实表面90%以上面积着色,达到品种典型色泽,果肉质地变软。

成熟期:果实完全着色,果肉糖分、风味物质积累达到峰值,种子饱满,符合品种固有的成熟特征,且果实开始自然脱落。

1.3.2 枣树生长指标的测定(1)树体结构周期性测定。选择各处理组a部分15株枣树,5月初,按东、南、西、北方位选取5个主枝挂牌,每隔20 d定期测定,分别统计各挂牌主枝上枣吊和当年生枣头数量。5月中旬使用植物冠层分析仪HED-G3测定叶面积指数(LAI),每30 d测定1次。

(2)数量调查。10月初,统计各处理组a部分15株枣树挂牌主枝上的未结果枣吊数、结果枣吊数、木质化枣吊数、未结果枣股数和结果枣股数,以及整株树的一年生枣头数和多年生枣头数。

(3)树高调查。使用皮尺测定树体冠幅和树高指标。

(4)叶片叶绿素含量的测定。选择各处理组a部分15株枣树,于6月中旬按东、南、西、北方位随机采集20枚叶片,采后立即用液氮冷冻,转移至-80 ℃保存。采用乙醇提取比色法,在紫外分光光度计下测定叶绿素a和叶绿素b含量[15]

(5)枣树光截获量测定。选择各处理组b部分5株枣树,于8月中旬使用3 Space Fastrak仪器进行原位数字化,利用笔形传感器测定枣吊基点和顶点坐标,Piaf Digit软件实时记录测定枣吊数据(图2),基于枣吊和叶片尺度异速生长关系,对枝梢叶片进行三维重建,并计算基于异速生长关系重建的枝梢光截获量[16]

图2 枣树光截获模拟数字化软件界面
Fig.2 Interface of digital software for simulating light interception in jujube trees

1.3.3 产量测定 选择各处理组b部分5株枣树,摇落树体所有果实,使用电子秤测量单株骏枣产量;将果实分类为商品枣和皮皮枣,分别测量其单株商品果产量和单株皮皮枣产量。皮皮枣的鉴定参考《鲜枣质量等级》进行[17]

1.3.4 骏枣果实品质的测定 选择各处理组b部分5株枣树,按东、南、西、北方位随机采取20个果实,采后立即用液氮冷冻,转移至-80 ℃保存,进行果实品质测定。

外观品质:根据单株产量和单株商品果产量计算商品率。采用千分之一天平称取质量,计算鲜果单果质量;使用游标卡尺测量鲜果纵径、横径,并计算果形指数。采用烘干称质量法测定果实水分含量。

内在品质:使用折光仪测定鲜果可溶性固形物含量[18];采用钼蓝比色法测定鲜果维生素C含量[19];采用蒽酮硫酸比色法测定鲜果可溶性总糖含量[20];采用酸碱中和滴定法测定鲜果可滴定酸含量[21];采用考马斯亮蓝法测定鲜果蛋白质含量[22];使用分光光度计测定鲜果总黄酮含量[23];采用福林酚试剂法测定鲜果总酚含量[24]

1.3.5 数据处理与分析 采用SPSS.2022、Excel.2019和Origin2024软件进行数据处理与分析,并绘制图表。

2 结果与分析

2.1 物候期观察

不同修剪处理对树体生育期影响较大(表2)。在萌芽期,修剪强度与物候期延迟呈正相关,高强度修剪较CK延迟7 d,中强度修剪延迟3~4 d,低强度修剪仅延迟1 d;相同强度下,梯形与椭圆形仿形修剪的萌芽期表现一致。在初花期和盛花期,T6早于T5处理;相同强度的T1与T2、T3与T4处理花期同步,差异不显著。在幼果期,各强度下梯形和椭圆形修剪的物候表现一致,均晚于CK,其中高强度修剪较CK延迟5 d,中强度修剪延迟3 d,低强度修剪延迟1 d。在绿熟期,T3处理早于T4,但梯形和椭圆形仿形修剪差异不显著。在白熟期,高强度修剪较CK延迟7~8 d,中强度修剪延迟4-5 d,低强度修剪延迟0~1 d。在半红期和全红期,低强度修剪与CK接近,而高强度修剪和中强度修剪显著延迟。在成熟期,低强度修剪与CK同步,中强度修剪较CK延迟2~3 d,高强度修剪较CK延迟4~5 d。

表2 枣树不同仿形修剪物候期分析
Table 2 Analysis of phenological periods of different imitative pruning methods for jujube trees

2.2 仿形修剪对骏枣生长的影响

2.2.1 仿形修修剪对不同骏枣枣股枣吊构成的影响 由图3可知,试验组中未结果枣吊数顺序依次为:T1>T3>T4>T2>CK>T5>T6;结果枣吊数以CK最多,T2处理较CK减少72.5%;T3和T4处理的木质化枣吊数显著高于T6。未结果枣股数以T3处理最多,T1、T4、T5和T6处理与CK无显著差异;结果枣股数以CK表现最优,T1和T2处理显著低于T3、T4、T5和T6处理,其中T2处理最少;一年生枣头数顺序依次为T1>T2>T3>T4>T5>T6>CK,与修剪强度呈显著正相关;多年生主枝数顺序依次为CK>T6>T5>T4>T3>T2>T1。

图3 不同仿形修剪下枣吊枣股组成
Fig.3 Composition of jujube hanging and jujube stock under different contour pruning methods

不同小写字母表示在P<0.05差异显著。下同。
Different small letters indicate significant difference at P<0.05.The same below.

2.2.2 仿形修剪树体冠径和树高的比较 由表3可知,T3和T4处理的南北冠幅显著大于CK(分别提高7.35%和8.56%),与T1、T2、T5处理差异显著;椭圆形修剪的南北冠幅优于梯形修剪。在东西冠幅上,CK(313.06 cm)显著大于其他处理组:T1~T6处理较CK分别减小了19.47%、6.19%、14.28%、9.24%、6.73%、6.53%。CK的树高低于T5和T6处理(分别降低1.61%和3.10%),但高于T1(7.09%)、T2(9.44%)、T3(6.35%)、T4(3.86%)。T1处理下树高增长量最大,T6处理次之,T3处理最小。

表3 不同仿形修剪下树体冠径和高度
Table 3 Different crown diameter and height of tree body after contour pruning

注:不同小写字母表示在P<0.05差异显著。下同。
Note:Different small letters indicate significant difference at P<0.05.The same below.

2.2.3 仿形修剪对骏枣枣吊数的影响 由表4可知,5月15日,CK组枣吊数显著高于其余处理组。其中,T1和T2处理仅为CK的38.6%和42.9%;T6处理最高,为CK的71.5%;T5次之。6月5日,各处理组枣吊数较5月15日均有增长,各组生长态势与其一致,仍以CK最高。6月25日,T6处理枣吊数为CK的87.3%;T1处理最低,仅为CK的66.0%。7月15日至8月5日,T5和T6处理的枣吊数增长较快,其中8月5日时T6处理最高,为CK的88.0%,T1~T4处理增长较为缓慢。8月25日,CK组枣吊数标准差显著增大。9月15日,T5和T6处理的枣吊数分别为CK的77.4%和72.9%;T1处理最少,为CK的67.4%。从5月15日至9月15日,各处理组枣吊数增幅分别为CK:36.3%,T1:149.6%,T2:117.2%,T3:184.6%,T4:126.9%,T5:71.4%,T6:50.2%。

表4 不同仿形修剪下周期性枣吊数统计
Table 4 Statistics of the number of periodic jujube hangings under different contour pruning methods

由表5可知,5月15日,T2处理当年生枣头数(7.24)高于其余处理组,CK最低(5.72)。6月5日,各处理组当年生枣头数较5月15日显著增长,T3处理增幅最大(净增4.11),T6处理次之(净增3.25),T2处理增幅最小(净增为1.60)。6月25日至7月15日,各处理组当年生枣头数增速缓慢,T1处理最高,T2处理次之,T6处理最低。8月5日至9月15日,T1和T2处理均有明显增长(净增1.58和1.52),T3、T4、T5、T6处理和CK增长则较微弱(净增0.85、0.19、0.6、0.87和0.91)。

表5 不同修剪处理各时期当年生枣头数周期性统计
Table 5 Periodic statistics of the number of annual jujube shoots at different pruning treatments during various periods

2.2.4 仿形修剪对骏枣叶面积指数的影响 5月LAI值整体较低,6月开始进入快速增长期,7—8月增长速度达到峰值,9月趋于稳定。在整体比较中,T1处理的LAI值均为最低。9月15日,T2、T3、T4处理和CK的LAI值均达1.9,T5和T6处理最高,达2.0(图4)。

图4 不同修剪处理各时期叶面积指数
Fig.4 Leaf area index at different stages under different pruning treatments

2.2.5 仿形修剪对骏枣叶绿素含量和光截获面积的影响 不同仿形修修剪下,叶绿素含量T1与T5、T6存在显著差异,其含量高低顺序为T1>T2>T3>T4>T5>T6>CK;叶绿素b含量排序与此一致。叶绿素a/b比值以CK组最低,T1处理最高(图5)。

图5 不同仿形修剪下叶绿素含量
Fig.5 Chlorophyll content under different contour pruning

不同仿形修剪下,光截获量大小顺序为T6>T5>T4>CK>T3>T2>T1。其中,T5和T6处理下光截获量(92 792.61和94 468.87 μmol·m-2·s-1)显著高于其余处理,且二者间无显著差异;T1处理最低,显著低于其余处理(表6)。

表6 不同仿形修剪下光截获量分析
Table 6 Analysis of light interception amount under different contour pruning

2.3 仿形修剪对骏枣产量和品质构成的影响

2.3.1 仿形修剪对骏枣产量构成的影响 由图6可知,各处理单株产量高低顺序为T6>T5>CK>T4>T3>T2>T1,与仿形修剪强度呈显著负相关。单株商品枣产量高低顺序为T6>T5>CK>T4>T3>T2>T1,与单株产量呈正相关。单株皮皮枣产量以T3处理最高,T6处理次之,T1处理最低。

图6 不同仿形修剪下骏枣产量构成
Fig.6 Yield composition of Junzao jujube under different contour pruning methods

2.3.2 仿形修剪对鲜枣外观品质的影响 由表7可知,T4单果质量最高,较CK提高了30.4%,T2和T3处理次之,三者均显著高于T1、T5、T6处理和CK,其中T5处理最低,仅为CK处理的83.2%。T3处理的果实长度和宽度均最大,较CK提高了0.4%和7.9%;T2处理果实长度最小,仅为CK的87.6%,T4处理果实宽度最小,为CK的93.4%。在果形指数方面,T4处理最为修长,CK次之,T5处理最小,果形接近圆形。水分含量与修剪强度呈正相关,修剪强度越强,水分含量越高。T2处理的商品率最高,T5和T6处理次之,T3处理最低。

表7 不同仿形修剪下骏枣鲜果外观品质
Table 7 Appearance quality of Junzao jujube fruit under different contour pruning

2.3.3 仿形修剪对骏枣鲜果内在品质的影响 由表8可知,试验组各项指标均不同程度高于CK,可溶性固形物含量以T2处理最高,且显著高于T5和CK。维生素C含量以T2处理最高,较CK提高了42.2%;T6处理与CK差异较小,提高了17.8%。可溶性糖含量以T2处理最高,较CK提高了30.3%。可滴定酸含量以T2处理最高,较CK提高了8.6%。可溶性蛋白含量以T2处理最高,较CK提高了23.5%;T5处理最低,较CK提高了7.6%。类黄酮和总酚含量均以T2处理最高,较CK分别提高40.7%和34.2%,且两者呈高度正相关(R=0.85);均以CK最低。

表8 不同仿形修剪下骏枣鲜果内在品质
Table 8 Internal quality of Junzao fresh fruit under different contour pruning

2.4 仿形修剪下果实产量和品质指标的主成分分析

利用SPSS进行主成分分析,确定主成分特征值和主成分初始因子成分矩阵,并计算特征向量。筛选特征值大于1的前两个主成分,其累计贡献率达82.177%,表明前两个主成分能够解释不同仿形修剪下枣果实产量与品质的大部分信息,可作为综合评价指标(表9)。如表10所示,第一主成分的因子负荷绝对值较大的指标依次为:可溶性固形物含量>维生素C含量>可溶性蛋白含量>总酚含量>可溶性糖含量>类黄酮含量>单果质量>果形指数>可滴定酸含量>商品率>单株产量>果实数量。第一主成分主要反映果实内部营养物质(维生素C、总酚、类黄酮、可溶性蛋白、可溶性固形物、可溶性糖)含量、外观品质(单果质量)以及产量(单株产量、果实数量)的综合信息。第二主成分中商品率和可滴定酸含量的负荷量最大,主要反映果实商品性和风味协调性(可滴定酸含量)。基于特征值和初始载荷因子计算各主成分的特征向量值,基于归一化处理后的原始数据计算主成分得分,依据各主成分的方差贡献率计算综合评价得分,以此评价不同修剪处理枣树果实产量和品质。综合得分越高,表明该修剪处理下果实产量和品质就越优。

表9 主成分特征值
Table 9 Component characteristic values

表10 主成分矩阵
Table 10 Component Matrix

由表11可知,不同仿形修剪处理的枣果产量和品质存在明显差异。T4处理表现最优;T6处理次之;T5处理与T3接近;T1、T2处理和CK的综合得分均为负值,产量和品质相对较差。各处理下枣果产量和品质排序为T4>T6>T3>T5>T2>T1>CK。

表11 不同仿形修剪骏枣主成分综合排名、产量和果实得分
Table 11 Comprehensive ranking of main components,yield,and fruit score of Junzao jujube under different contour pruning methods

3 讨论

3.1 仿形修剪对骏枣树体结构的影响

仿形修剪显著影响骏枣各生育阶段进程。修剪强度与生育期呈负相关,即修剪强度越强,生育期越晚。CK萌芽期和初花期显著早于试验组,其中T5和T6处理早于T3和T4处理,T3和T4处理早于T1和T2处理。这表明仿形修剪因去除较多枝条,树体需更长时间恢复生长势,从而导致物候期延迟,这与Calvo等[24]关于不同机械修剪方式(单侧修剪和机械修剪)均影响橄榄果实芽生育期的研究结论一致。CK组因保留了大部分营养枝,树体受损较少,各生育进程均早于试验组。各处理组的成熟期集中在9月10—15日,与CK差异缩小,表明修剪对后期发育的影响减弱。

仿形修剪显著影响骏枣枣吊动态生长和结果能力。CK结果枣吊数高于试验组,表明机械化修剪能够抑制结果枣吊形成,这与陈亚娅等[25]机械修剪损伤枣树枝条,进一步影响结果枣吊形成的结论一致。T3和T4处理的木质化枣吊数高于CK,表明适度的仿形修剪能够促进木质化枣吊形成,这与郑强卿等[26]关于高强度修剪的单轴主干树形促进木质化枣吊形成的结论一致。T5和T6处理通过适度疏除老枝,提高了结果枣吊比例;同时一年生枣头数显著高于CK,表明适度修剪促进新生枝条生长,增强新生枝条活力,这与黄建军等[27]关于果树低位和高位修剪均显著促进新梢萌芽和抽梢的结论一致。

仿形修剪强度与一年生枣头萌发呈正相关,即修剪强度越大,一年生枣头萌发数量越多。CK一年生枣头数最低,但多年生主枝数最高,反映了自然生长状态下新生枝条少、老枝占比高。T5和T6处理的一年生枣头数显著高于CK,结合其较高的结果枣吊数,表明适度修剪可同步提高新生枝活力与结果能力,这与Botelho等[28]关于机械修剪显著影响葡萄产量的结论一致。T1和T2处理的一年生枣头数显著高于CK,但结果枣吊数显著低于CK,可能是由于机械性创伤刺激了树体营养生长,促使树体生长旺盛,但抑制了生殖生长,这与张吉玲等[29]研究发现机械损伤导致IAA和GA3在新梢顶端积累形成徒长枝,同时ABA迅速积累,从而抑制光合产物向生殖器官运输的结论一致。

仿形修剪强度显著影响树体冠幅和树高。其中,T1和T2处理的冠幅和树高均低于CK,表明高强度修剪有效抑制了树冠横向扩展与纵向生长,这与王静等[30]在花期分别进行单侧篱壁形修剪和平头形修剪时,冠幅和树高相应降低的结论一致。T5和T6处理的冠幅与CK相近,树高则高于CK,这可能是因为去除适量顶端枝条后,刺激了树顶端枣头发育,从而促进了树高增长,这与张沛生等[31]关于定干短截二次枝能够有效刺激新生枣头萌发的结论一致。T3和T4处理在冠幅和树高间取得适当平衡,适宜修剪机械进入密集化骏枣园行间工作。

T1处理因大量枝条被截除,枣吊数量显著减少,各时期LAI均最低,这与叶苗泰等[32]关于过度修剪处理下LAI低于正常处理的结论一致;T3和T4处理枝条去除量适中,平衡了冠层密度,9月LAI与CK一致;T5和T6处理LAI值高于CK,可能与枝条保留量大相关,且适当修剪刺激了枣树的营养生长,冠层光照条件更为合理。CK组枝条数量多,且叶绿素a/b比值低,反映了在阴郁环境下,叶片倾向捕获蓝紫光,光能利用率较低;而试验组叶绿素a/b比值高于CK,表明试验组树冠光照条件改善,叶片转向高效利用红光,这与Tuan等[33]关于截顶红杉叶绿素a/b含量高于未截顶红杉,适当修剪改善树冠结构,促进叶片捕获红光的结论一致。

修剪强度与光截获量呈负相关。在相同修剪强度下,椭圆形仿形修剪的光截获量略高于梯形。T5和T6处理的光截获量显著高于其余处理组,与其保留丰富的冠层结构有关,枝条和叶片分布均匀,高效拦截光能,这与Sharma等[34]关于适度截顶后的芒果树光截获能力增强的结论一致;CK冠层枝条茂密但结构杂乱,光照分布不均匀,其光截获量反而低于T5和T6处理;而T1和T2处理因大量去除枝条导致冠层稀疏,光截获量降低。光截获量与产量密切相关,直接影响骏枣单株产量。

3.2 仿形修剪对骏枣果实品质和产量的影响

仿形修剪强度影响骏枣产量和商品率。T6处理单株产量最高,表明适度修剪促进果实数量增加。CK果实数量与T6接近,但商品枣产量显著偏低,反映了自然生长状态下骏枣商品果质量低于适度修剪,这与许奇志等[35]关于适当修剪显著提高商品果产量和比例的结论一致。T2处理的商品枣产量占比高达84.97%,但总产量低于CK;T5和T6处理在产量和商品率上均高于CK,综合收益最优。T4处理的单果质量均值最高,果形指数表现优异,表明中梯度修剪能有效促进果实膨大并改善果实外观形状。CK水分含量偏低,适合长期储存和制干;试验组水分含量较高,这与Ferreira等[36]发现适当修剪后,果实贮藏28 d后质量损失更少的结论一致,侧面反映出修剪对果实水分保持的积极影响。

仿形修剪显著影响果实化学成分和营养品质。CK可溶性糖含量最低,T2处理的可溶性糖和可溶性固形物含量最高,表明仿形修剪显著提高果实甜度,促进果实糖分积累,这与Al-Saif等[37]研究发现果树修剪显著提升果实可溶性固形物含量和可溶性糖含量的结论一致。在抗氧化物质含量方面,T2处理的维生素C和总酚含量最高,其抗氧化能力最强;各试验组类黄酮含量均高于CK,反映修剪对次生代谢物的积累具有积极调控作用。

3.3 基于主成分的骏枣产量和品质分析

主成分1贡献率为67.672%(特征值为7.444),是影响产量与品质的核心维度。可溶性固形物、可溶性蛋白、总酚含量及单果质量等指标负荷绝对值较高且为正值,表明主成分1主要反映果实内在营养品质与外观品质的协同提升能力。上述指标与修剪后冠层光分布优化、营养分配均衡直接相关。适度修剪通过改善光能利用效率,促进光合产物向果实积累,同时增强次生代谢(如总酚、类黄酮合成),最终提高果实综合品质。主成分2贡献率为14.505%(特征值1.596),主要受商品率和可滴定酸含量影响,反映果实商品性与风味协调性。商品率与树体结构优化密切相关,可滴定酸含量则是影响果实风味平衡的关键指标,两者共同体现了修剪对有效结果(而非单纯结果数量)的调控作用。

修剪对骏枣的影响表现为品质-产量-商品性的多维协同调控。T4处理在主成分1(品质)和主成分2(商品性)上的综合表现最优。轻度修剪适合以产量为导向的场景,重度修剪仅适用于对极致果实品质的追求;而CK在多维度中均表现较差,凸显了宜机化仿形修剪在改善果实品质方面的技术价值。

4 结论

T4处理综合得分最高,其在果实外观、营养成分及商品性的均衡表现,验证了该模式对冠层光分布与营养分配的优化效果。研究明确中梯度椭圆形修剪为新疆枣园宜机化管理的首选方案,可为机械化修剪参数的标准化提供数据支撑,助力红枣产业从人工依赖向精准化、高效化转型。

参考文献References:

[1] 曲泽州,王永惠.中国果树志·枣卷[M].北京:中国林业出社,1993:78-80.Qu Zezhou,Wang Yonghui.Chinese fruit tree records·Jujube volume[M].Beijing:China Forestry Publishing House,1993:78-80.

[2] 杨永祥,陈锦屏,吴曼.红枣营养保健价值及其加工利用的研究进展[J].农产品加工,2009(1):52-53.Yang Yongxiang,Chen Jinping,Wu Man.Research progress on the nutritional and health value of red dates and their processing and utilization[J].Farm Products Processing,2009(1):52-53.

[3] 靳娟,李丽莉,杨磊,樊丁宇,郝庆.新疆红枣产业发展现状分析[J].新疆农业科学,2024,61(增刊1):106-110.Jin Juan,Li Lili,Yang Lei,Fan Dingyu,Hao Qing.Analysis on the development status of Xinjiang jujube industry[J].Xinjiang Agricultural Sciences,2024,61(Suppl.1):106-110.

[4] 田维军.修剪技术对红枣产量和品质的影响[J].中国农业信息,2016,28(16):133.Tian Weijun.The impact of pruning techniques on the yield and quality of red dates[J].China Agricultural Information,2016,28(16):133.

[5] 郭慧静,金新文,沈从举,刘战霞,李斌斌,杨慧,贾文婷.新疆红枣产业现状及前景展望[J].华中农业大学学报,2023,42(5):35-41.Guo Huijing,Jin Xinwen,Shen Congju,Liu Zhanxia,Li Binbin,Yang Hui,Jia Wenting.Situation and prospects of developing jujube industry in Xinjiang[J].Journal of Huazhong Agricultural University,2023,42(5):35-41.

[6] Stajnko D.Mechanical pruning of fruit trees[J].Glasnik Zaštite Bilja,2014.

[7] Dias A B,Pinheiro A,Peça J O.Fifteen-year evaluation of the influence of mechanical pruning on olive yield[J].Acta Horticulturae,2014,1057:335-340.

[8] 田甜.发达国家生态农业发展经验对中国的启示:以美国、德国和日本为例[J].农业展望,2021,17(8):71-75.Tian Tian.Enlightenments of developed countries'ecological agriculture development experience to China:Taking the United States,Germany,Japan as examples[J].Agricultural Outlook,2021,17(8):71-75.

[9] Bai J,Xing H Q,Ma S C,Wang M L.Studies on parameter extraction and pruning of tall-spindle apple trees based on 2D laser scanner[J].IFAC-PapersOnLine,2019,52(30):349-354.

[10] 杨洋,韩华宇,安东,王宇,唐武,刘京辉,宋龙,周艳.基于激光雷达的果树智能修剪系统设计与试验[J].农业机械学报,2024,55(7):47-56.Yang Yang,Han Huayu,An Dong,Wang Yu,Tang Wu,Liu Jinghui,Song Long,Zhou Yan.Design and experiment of intelligent pruning system for fruit trees based on LiDAR[J].Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery,2024,55(7):47-56.

[11] 张勇,李丽,闫金胜.果树机械自动化修剪技术的应用探讨[J].河北农机,2023(4):21-23.Zhang Yong,Li Li,Yan Jinsheng.Discussion on the application of mechanized and automated pruning technology for fruit trees[J].Hebei Agricultural Machinery,2023(4):21-23.

[12] 管芩澜.新疆红枣发展现状与对策研究[D].武汉:华中农业大学,2010.Guan Qinlan.Study on the potential and strategy to develop jujube in Xinjiang province[D].Wuhan:Huazhong Agricultural University,2010.

[13] 任莉.新疆兵团第十四师昆玉市统计年鉴-2018[M].北京:中国统计出版社,2018.Ren Li.Statistical yearbook of Kunyu city,the 14th Division of Xinjiang Production and Construction Corps-2018[M].Beijing:China Statistics Press,2018.

[14] 胡启瑞,王娟,芮建梅,火勋国,姚艳丽,顾雅文.哈密红枣物候期和产量与气候要素的关系初探[J].江西农业学报,2022,34(6):104-112.Hu Qirui,Wang Juan,Rui Jianmei,Huo Xunguo,Yao Yanli,Gu Yawen.Primary exploration of relationship among climatic factors,phenophase and yield of Hami jujube[J].Acta Agriculturae Jiangxi,2022,34(6):104-112.

[15] 马宗琪,崔静,王秀,刁润洁,傅雁春,杨文,王修顺,邱念伟.树木叶片叶绿素含量三种测定方法的比较[J].林业科技,2016,41(5):42-45.Ma Zongqi,Cui Jing,Wang Xiu,Diao Runjie,Fu Yanchun,Yang Wen,Wang Xiushun,Qiu Nianwei.Comparative study on three methods of chlorophyll content determination of tree leaves[J].Forestry Science&Technology,2016,41(5):42-45.

[16] 杨伟伟,陈锡龙,刘航空,张满让,张东,韩明玉.矮化中间砧短枝富士苹果高纺锤树形冠层结构与光能截获的三维模拟[J].中国农业科学,2014,47(23):4680-4694.Yang Weiwei,Chen Xilong,Liu Hangkong,Zhang Manrang,Zhang Dong,Han Mingyu.Three-dimensional simulation of canopy structure and light interception for tall spindle shape of spur‘Fuji’apple with dwarf interstock[J].Scientia Agricultura Sinica,2014,47(23):4680-4694.

[17] GB/T 22345—2008鲜枣质量等级[S].GB/T 22345—2008 Grades of fresh Chinese jujube fruit[S].

[18] 李合生.植物生理生化实验原理和技术[M].北京:高等教育出版社,2000:195-197.Li Hesheng.Principles and techniques of plant physiological biochemical experiment[M].Beijing:Higher Education Press,2000:195-197.

[19] 柳青,刘继伟,黄广学,汪慧华,马长路,赵婷.钼蓝比色法测定特菜中还原型维C含量的研究[J].农产品加工,2019(2):56-59.Liu Qing,Liu Jiwei,Huang Guangxue,Wang Huihua,Ma Changlu,Zhao Ting.Study on determination of content of reduction-type vitamin C in special vegetable with molybdenum-blue colorimetry[J].Farm Products Processing,2019(2):56-59.

[20] 张志良,瞿伟菁,李小方.植物生理学实验指导[M].4版.北京:高等教育出版社,2009:262-264.Zhang Zhiliang,Qu Weijing,Li Xiaofang.Plant physiology experimental guide[M].4th ed.Beijing:Higher Education Press,2009:262-264.

[21] 胡春瑞,曾辉,冯建灿.抗蒸腾剂对枣树幼苗几项生理指标的影响[J].河南林业科技,2010,30(3):11-12.Hu Chunrui,Zeng Hui,Feng Jiancan.Effects of antitranspirants on several physiological indicators of jujube seedlings[J].Journal of Henan Forestry Science and Technology,2010,30(3):11-12.

[22] 赵爱玲,李登科,王永康,隋串玲,曹彦清,梁芊.枣树不同品种、发育时期和器官的cAMP和cGMP含量研究[J].园艺学报,2009,36(8):1134-1139.Zhao Ailing,Li Dengke,Wang Yongkang,Sui Chuanling,Cao Yanqing,Liang Qian.Study on the contents of cAMP and cGMP in different cultivars,growing periods and organs in Chinese jujube[J].Acta Horticulturae Sinica,2009,36(8):1134-1139.

[23] 王德.枣新品系鉴定及其经济生物学性状研究[D].阿拉尔:塔里木大学,2016.Wang De.Research on the new strains of jujube by biological characteristics of economic and identification[D].Alar:Tarim University,2016.

[24] Calvo F E,Calahorra M A,Trentacoste E R.Impact of El Niño-Southern Oscillation and mechanical pruning strategies on the productivity,alternate bearing,and vegetative growth of olive hedgerows[J].Agriculture,2024,14(12):2335.

[25] 陈亚娅,张斌,付昱兴,付威,沈从举,金新文.枣树修剪机械臂的路径规划[J].农机化研究,2021,43(12):37-41.Chen Yaya,Zhang Bin,Fu Yuxing,Fu Wei,Shen Congju,Jin Xinwen.Path planning of jujube pruning manipulator[J].Journal of Agricultural Mechanization Research,2021,43(12):37-41.

[26] 郑强卿,陈奇凌,王晶晶.修剪强度对新疆密植骏枣果实产量和品质的影响[J].安徽农业科学,2020,48(5):62-64.Zheng Qiangqing,Chen Qiling,Wang Jingjing.Effect of pruning intensity on fruit yield and quality of close planting Jun-jujube from south of Xinjiang[J].Journal of Anhui Agricultural Sciences,2020,48(5):62-64.

[27] 黄建军,刘培,蔡宗渊,黄晓,陈慧婷,王晗,杨胜男,苏钻贤,陈厚彬,申济源.修剪对‘妃子笑’荔枝枝梢和根系发育的影响[J].中国热带农业,2022(1):51-57.Huang Jianjun,Liu Pei,Cai Zongyuan,Huang Xiao,Chen Huiting,Wang Han,Yang Shengnan,Su Zuanxian,Chen Houbin,Shen Jiyuan.Effects of pruning on the development of shoots and roots of‘Feizixiao’litchi(Litchi chinensis Sonn.)[J].China Tropical Agriculture,2022(1):51-57.

[28] Botelho M,Cruz A,Ricardo-da-silva J,De Castro R,Ribeiro H.Mechanical pruning and soil fertilization with distinct organic amendments in vineyards of Syrah:Effects on vegetative and reproductive growth[J].Agronomy,2020,10(8):1090.

[29] 张吉玲,李明阳,李勇,刘丽,费裕翀,曹光球.机械损伤处理杉木无性系萌蘖及内源激素含量差异[J].南京林业大学学报(自然科学版),2021,45(2):153-158.Zhang Jiling,Li Mingyang,Li Yong,Liu Li,Fei Yuchong,Cao Guangqiu.Effects of mechanical damage treatment on the tillering ability and endogenous hormone content of Chinese fir clones[J].Journal of Nanjing Forestry University (Natural Sciences Edition),2021,45(2):153-158.

[30] 王静,黄欣欣,郭栋梁,黄石连,韩冬梅,李建光.模拟机械修剪方式对桂味荔枝树体生长及坐果的影响[J].果树学报,2022,39(8):1450-1458.Wang Jing,Huang Xinxin,Guo Dongliang,Huang Shilian,Han Dongmei,Li Jianguang.Effects of simulated mechanical pruning models on shoot growth and fruit setting of Guiwei litchi[J].Journal of Fruit Science,2022,39(8):1450-1458.

[31] 张沛生,张志强,刘和.几种修剪方法对促生骏枣枣头的效应[J].山西农业大学学报,1989,9(1):84-88.Zhang Peisheng,Zhang Zhiqiang,Liu He.The improving effects of some pruning methods on the growth of Junzao jujube[J].Journal of Shanxi Agricultural University,1989,9(1):84-88.

[32] 叶苗泰,霍高鹏,杨博,赵西宁,高晓东.修剪对山地苹果蒸腾的影响及模拟[J].中国农业科学,2019,52(17):3020-3033.Ye Miaotai,Huo Gaopeng,Yang Bo,Zhao Xining,Gao Xiao-dong.Measurements and modeling of the impacts of different pruning degrees on transpiration of apple orchard in hilly regions[J].Scientia Agricultura Sinica,2019,52(17):3020-3033.

[33] Tuan T N,沈海龙,王琴香,张鹏,Duy V D.截顶后红松幼树光合生理响应研究[J].森林工程,2017,33(4):1-7.Tuan T N,Shen Hailong,Wang Qinxiang,Zhang Peng,Duy V D.Response of photosynthetic physiology to top pruning of young Pinus koraiensis[J].Forest Engineering,2017,33(4):1-7.

[34] Sharma R R,Singh R,Singh D B.Influence of pruning intensity on light penetration and leaf physiology in high-density orchards of mango trees[J].Fruits,2006,61(2):117-123.

[35] 许奇志,蒋际谋,林美和,邓朝军,郑少泉,许秀淡.枇杷二次短截修剪对结果母枝和果实品质的影响[J].热带作物学报,2013,34(1):87-91.Xu Qizhi,Jiang Jimou,Lin Meihe,Deng Chaojun,Zheng Shaoquan,Xu Xiudan.The influence on fruiting cane and fruit quality of loquat by twice cutting back pruning[J].Chinese Journal of Tropical Crops,2013,34(1):87-91.

[36] Ferreira R M D,Aroucha E M M,De Medeiros J F,Do Nascimento I B,De Paiva C A.Effect of main stem pruning and fruit thinning on the postharvest conservation of melon[J].Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental,2018,22(5):355-359.

[37] Al-Saif A M,Abdel-Aziz H F,Khalifa S M,Elnaggar I A,Abd El-wahed A E N,Farouk M H,Hamdy A E.Pruning boosts growth,yield,and fruit quality of old valencia orange trees:A field study[J].Agriculture,2023,13(9):1720.

Impact of appropriate machine-based contour pruning on the tree structure and fruit quality of jujube trees

Xiao Xiong1,Ma Sheng1,Yang Weiwei1,Ding Longpeng2,Gao Dengtao3,4,Bai Ru1*

(1College of Agriculture,Shihezi University/Key Laboratory of Special Fruits &Vegetables Cultivation Physiology and Germplasm Resources Utilization of Xinjiang Production and Construction Corps,Shihezi 832000,Xinjiang,China;2College of Mechanical and Electrical Engineering,Shihezi University,Shihezi 832000,Xinjiang,China;3Zhengzhou Fruit Research Institute,Chinese Academy of Agricultural Sciences,Zhengzhou 450009,Henan,China;4Western Agricultural Research Center,Chinese Academy of Agricultural Sciences,Changji 831100,Xinjiang,China)

Abstract: 【Objective】Junzao jujube is an important economic crop in the arid northwest region,and its yield and quality is significantly influenced by tree management techniques.Traditional manual pruning faces practical issues such as low efficiency and high cost.Therefore,this study aims to explore the regulatory effects of mechanized contour pruning on the tree structure and fruit quality of Junzao jujube,in order to address the limitations of current pruning techniques.【Methods】Using 7-year-old Junzao jujube trees as experimental materials,six different mechanized pruning treatments with varying tree heights and crown widths were set up,along with a manual pruning control(CK).Phenological period,tree structure,chlorophyll content,light interception area,yield,and fruit quality indicators were measured.Variance analysis and principal component analysis were employed and combined to explore the regulatory effects of mechanized contour pruning.Throughout the growth cycle of jujube trees,continuous and detailed observations were carried out on key growth stages such as the budding period,ini-tial flowering period,full flowering period,young fruit period,white ripening period,semi-red period,full-red period,and maturity period.For the tree structure,the number of non-fruiting jujube branches,fruiting jujube branches,lignified jujube branches,non-fruiting jujube stocks,and fruiting jujube stocks were counted.In addition,for the whole tree,parameters such as the number of one-year-old jujube heads,the number of perennial jujube heads,crown width,tree height,Leaf Area Index (LAI),chlorophyll a,chlorophyll b,and light interception were measured.Laser rangefinders,tape measures,and professional leaf area measuring instruments were used to ensure the accuracy of the data.The yield of jujube trees was determined by measuring the single-plant yield of Jun jujubes,the yield of commercial jujubes,and the yield of defective jujubes.Each jujube tree was carefully harvested,and the fruits were classified and weighed to obtain accurate yield data.The external quality of fruits was evaluated by measuring parameters such as the commercial rate,single-fruit weight,fresh-fruit transverse and longitudinal diameters,fruit shape index,and fruit moisture content.Precision balances,vernier and calipers were used for measurement.For the internal quality of fruits,parameters such as soluble solids,Vc,soluble sugars,titratable acids,protein content,total flavonoids,and total phenols were analyzed.High-performance liquid chromatography (HPLC),and spectrophotometry were employed.【Results】Pruning can delay the phenological period,and the greater the pruning intensity,the more significant the delay effect.T2 had a germination period 7 days later and a maturity period 5 days later than the control group;T5 and T6 showed little difference with the control group.Pruning can optimize the light distribution in the canopy,with T6 having the highest light interception amount,reaching 94 468.87 μmol·m-2·s-1,while T1 having the lowest;moreover,pruning can promote the growth of one-year-old jujube shoots,regulating canopy width and tree height.T1 and T2 significantly improved fruit quality,with soluble solids reaching 35.45%and total phenols reaching 14.00 mg·g-1;T4 performed the best,with a single fruit weight of 37.3 g,a commercial rate of 74.7%,and balanced contents of soluble sugars and vitamin C;T6 had the highest yield per plant,but the single fruit weight and sugar content were lower.【Conclusion】Mechanized contour pruning exerts a synergistic regulatory effect on both the tree structure and fruit quality of Junzao jujube.Specifically,among them,under treatment T4,light interception efficiency increased by 2.06% compared to the control (CK);average single-fruit weight increased by 30.4%;and the contents of soluble solids,Vitamin C,soluble sugars,titratable acids,total phenols,and flavonoids increased by 13.9%,31.8%,28.5%,10.95%,23.3%,and 21.7%,respectively,relative to the control.This can be used as the preferred scheme for achieving mechanized management,quality improvement,and efficiency enhancement in Xinjiang jujube orchards.

Key words: Junzao jujube;Mechanized formative pruning;Tree architecture;Fruit quality;Light interception

中图分类号:S665.1

文献标志码:A

文章编号:1009-9980(2026)06-1495-14

DOI: 10.13925/j.cnki.gsxb.20250506

收稿日期:2025-10-09接受日期:2025-12-03

基金项目:新疆生产建设兵团农业关键核心技术攻关项目(2023AA402)

作者简介:肖雄,男,在读硕士研究生,研究方向为果园宜机化修剪。E-mail:1402685247@qq.com

*通信作者 Author for correspondence.E-mail:bairu33@126.com