无患子(Sapindus mukorossi)，其种仁含油率高达40%以上，果肉富含皂苷，是我国重要的集生物质能源、生物化工、绿化美化于一体的多功能原料树种，也是我国“林油一体化”产业多联产发展模式的主要树种之一，发展前景良好(国家林业局，2013；贾黎明等，2012；高媛等，2015b；孙洁如等，2002)。目前，在福建、浙江、贵州等地已经发展了近2.6万hm²人工原料林，但普遍产量较低，其主要原因是缺乏像经济林一样园艺化的集约培育技术体系(贾黎明等，2015), 其中整形修剪及花果调控等是技术体系的主要组成部分，对促进原料林高产、稳产十分重要。

无患子为强喜光树种，顶端优势也极强。结果枝一般萌发于结果母枝顶部，且多为顶端结果，结果部位连年外移，因此如果不能有效调节树体的营养和生殖生长，改善树冠内部的光环境，增加结果部位，就不能解决其产量偏低的问题(高媛等，2015a; 2015b)。研究证明树体结构调整是影响果园产量的关键技术，高密度叶幕可使苹果(Malus domestica)园产量增加1.29倍(Weber, 2011)。树体的产量与其结构和环境微气候均密切相关，不同冠层均受光照度影响(马永春等，2011)。合理的3D冠层结构可以防止树体水分流失以及光照度胁迫(Kjaer et al., 2015)。Wagenmakers等(1995)研究苹果树形的光照分布与产量的关系，结果表明树冠下层的光照与产量密切相关，当冠层下部光照低于30%时，对单株产量直接产生副作用。光照度小于15%时为低光照区(Kazukiyo et al., 2010)。Byers等(1992)研究表明，树体管理最重要的影响指标为光照，因为光照会影响坐果与果实发育，若果期连续3天遮荫，会导致98%的落果率。Tustin等(1998)认为栽培措施相似的情况下，树形是树冠光照分布的主要影响因素。还有研究指出光照不足易导致生理落果(郗荣庭等，2015)。

传统研究认为无患子不耐修剪(郑龙海等，2008)，而轻度修剪和中度修剪有利于无患子新梢萌发与生长(张天宇，2014)。但这些研究都未阐明无患子高产的合理树冠整形及其光环境。高产无患子树体的光环境是怎样的，无患子的高光效的树形如何配置，对此研究形成高产无患子的整形修剪技术，为促进无患子高产提供理论及技术支撑。

研究地位于福建省三明市建宁县(116°35′-117°04′E，26°30′-27°06′N)，是闽江正源头(翟梓江，2006)，水源及空气质量全年优。该地区海拔在280~1 858 m之间；年平均气温16.5~17.5 ℃；年平均降雨量1 800~2 100 mm，多集中在春夏两季，常年相对湿度84%；平均日照时数达1 721 h (高媛等，2015b)，土壤为长石砂岩风化母质上发育而成的厚层山地黄红壤(土层厚度＞100 cm)，多以红壤为主(丁帆，2014)，质地多为重壤土(卡氏制)至轻黏土，肥力较高，具有良好的水湿条件，适宜林木生长(李雪琴，2013)；森林覆盖率达78.3%，植物种类多达1 300种。该地区零星分布着无患子天然种源，2008年开始大范围种植无患子，被评为中国的“无患子之乡”，是我国发展无患子生物质能源原料林的主要基地。

本研究试验林属福建源华林业生物科技有限公司，现有无患子林5 200 hm² (包含山地种植及四旁绿化)。试验地位于枫源示范区，于2009年造林，采用山地水平梯田整地方法，穴规格为50 cm× 40 cm×40 cm，栽植密度为675~750株·hm^-2，2年生苗木，来自浙江天台。经营管理措施包括每年轻度修剪1次、根系施肥1次、叶面喷施1~2次，病虫害防治3~5次。试验地土壤理化性质见表 1。

表 1 试验地土壤理化性质 Tab.1 Soil physical and chemical properties at the experimental site

表 1 试验地土壤理化性质 Tab.1 Soil physical and chemical properties at the experimental site 深度 土壤密度 孔隙度 pH 有机质 全氮 碱解氮 有效磷 速效钾 Depth/ Soil density/ Porosity Organic matter/ Total N/ Hydrolyzable nitrogen/ Available P/ Available K/ cm (g·cm-3) (%) (g·kg-1) (g·kg-1) (mg·kg-1) (mg·kg-1) (mg·kg-1) 0~20 1.113 52.78 5.13 17.035 0.791 41.3 2.85 112.0 20~40 1.234 49.83 4.96 15.954 0.780 37.3 1.60 72.3 40~60 1.362 44.48 5.06 15.678 0.762 33.6 1.42 43.9 >60 1.396 50.96 5.2 15.101 0.689 21.6 1.70 50.9

在试验地选取具有代表性的186株健康的7年生无患子植株进行树体管理试验研究，株行距为3.5 m×4 m，树高为(5.4±1) m，基径为(12.2±1) cm，冠幅为(4.5±1) m。其中50株开展自然树型冠层光环境研究，72株用于无患子整形修剪试验；16株用于疏枝技术试验；48株用于整形修剪交互作用试验。

包括保留骨干枝数目、骨干枝开张角度、结果枝数量3个单因素试验，于2013-2015年开展，均采用单因素完全随机区组试验；2015年开展以上因素组合的交互作用试验，采用双因素随机区组试验。骨干枝数目试验：3个处理(分别保留3骨干枝、4骨干枝及5骨干枝)，1个对照，3次重复。骨干枝开张角度试验：共4个处理，分别将其基角通过拉枝变为30°、45°、60°、90°(熊欢等，2014)，3次重复(表 2)。结果枝修剪试验：设1个对照，7个处理(1 m²投影面积分别保留8、10、12、14、16、18及20个枝)，6次重复，修剪采用双枝更新的方法，在原有的结果枝组上进行密枝型修剪及稀枝型修剪。交互作用试验：骨干枝数目(分别保留3骨干枝、4骨干枝、5骨干枝及不处理)及开张角度(30°、45°、60°、90°)交互作用试验，采用双因素随机区组试验，共3个区组。

表 2 各试验处理相关本底指标^① Tab.2 The related indicators of test

表 2 各试验处理相关本底指标① Tab.2 The related indicators of test 项目 Ilems 处理 Treatment 重复 Repetition 树高 Height/m 基径 Basal diameter/cm 结果枝长 Fruiting-shoot length/cm 结果枝基径 Fruiting-shoot basal diameter/mm 骨干枝数目Number of skeleton branch 3, 4, 5, CK 3 4.6±1.2 11.72±0.66 开张角度Angle between skeleton branch 30°, 45°, 60°, 90° 3 4.3±1.1 10.92±0.48 单位面积(m2)结果枝量Number of fruiting-shoot per square meter 8~20 6 5.1±0.8 12.36±0.73 45±10 10.66±1.34 交互作用试验Interaction test N3-A (30°, 45°, 60°, 90°) N4-A (30°, 45°, 60°, 90°) N5-A (30°, 45°, 60°, 90°) CK-(30°, 45°, 60°, 90°) 3 5.5±0.7 14.85±0.94 ①表中N (3，4，5，CK)-A (30°，45°，60°，90°)表示骨干枝数目(Number)4个处理与开张角度(Angle)4个处理间的交互试验处理，以下关于二者交互作用处理的均采用N-A或A-N的形式表示。N (3，4，5，CK)-A (30°，45°，60°，90°) indicates the interaction between number and angle of skeleton branch, and the all interaction processing in following use the forms of N-A or A-N.

用ST-85型照度计测定，显示数值的100倍即为照度值(单位：lx)。2013-2014年从形成叶幕的4月-落叶的10月，每月中旬选取晴朗的天气，于上午10：00进行光照度测定，此时光照度处于平稳状态(袁景军等，2010；阮班录等，2011)。测定时，以树干为中心，将树冠分成东、南、西、北、东南、东北、西南、西北8个方位，从树干水平向外分为内膛、中部和外围3层，每株样树划分成24个区域进行测定(Warring et al., 1996)；由于树体均处于单层结构，所以不进行上下划分(图 1)。

图 1 树冠分区俯视 Fig.1 Schematic plan view of the district canopy

测定2013-2015年的产量，以株产为单位，采用天平，最小测量单位为0.01 g；以结果枝组为单位进行花(果)序分区数量测定。

采用SPSS Statistics 20软件对试验数据进行One-way ANOVA分析，如果处理间差异显著，用Duncan法在0.05或0.01水平上进行多重比较。双因素随机区组试验采用一般随机区组的单变量进行分析，用S-N-K (S)进行两两比较。采用Microsoft Excel 2011进行图表绘制。

对未处理的50株树体进行外围、中部及内膛光照度测定，结果(图 2)表明外围>中部>内膛，内膛光照度只有外围的60%左右，中部和内膛总体较相近。生长季外围光照度平均在(160~330)×100 lx之间；中部为(150~250)×100 lx；内膛光照度为(110~220)×100 lx，仅占空地光照度的10%~15%。研究证明低于15%光照度会导致较大程度的落叶及落果，且不利于果实生长(宁正祥，2011)。3个部位光照度连续2年的变化均呈双峰曲线，在展叶前出现第1次峰值，6月份出现低谷；2013年和2014年分别在8月份、9月份出现第2个高峰，随后进入平稳期或降低；2014年7月份以前的光照度普遍低于第1年，生长季的平均光照度只有2013年的72%。

图 2 树冠不同部位光照度比较 Fig.2 The comparison of light intensity in different parts of tree canopy

研究表明，修剪后内膛光照度的变化对产量影响较大(宁正祥，2011；熊欢等，2014)，好的树形的标准首先是内膛光照分布好(Lakso, 1980)，因此笔者着重分析处理后的内膛光照度变化。连续2年的光照度测定发现(图 3)，整形后当年与对照相比，内膛光照度显著提高，全年对照的内膛光照度在(80~120)×100 lx之间，而3骨干枝和5骨干枝处理则达到(160~300)×100 lx，显著高于前者1~2倍；在关键生长季的5-9月，3骨干枝的平均光照度为262×100 lx，为CK 81×100 lx的3倍以上，较4骨干枝的140×100 lx提高了1倍，5骨干枝也表现出同样的优势，说明辐射状骨干枝分布有利于光照度的分配；经3骨干枝处理后光照度在5-6月未形成明显的低谷，说明展叶后也并未遮挡内膛光照，光照分布均匀。所以，3骨干枝的光环境优化后当年光照度较其他树形更好。处理后的第2年，各处理内膛光照度趋于接近，但3骨干枝和5骨干枝大多月份仍然保持显著优势。

图 3 2013-2014年骨干枝数目处理后内膛光照度变化 Fig.3 The change of interior canopy light intensity after setting skeleton branch number from 2013 to 2014 图中不同字母表示同一时间点各处理间的差异显著(P < 0.05)。下同。 Different letters indicate significant difference among different treatments at the same time at 0.05 level.The same below.

骨干枝调整后当年(2013年) CK的产量为(866±98.95) g，显著高于控制骨干枝数目后的产量(P < 0.05)；3骨干枝产量与5骨干枝相近，为(355±39.85) g；4骨干枝产量最低。2014年3骨干枝以(553±47.76) g的产量比4骨干枝及5骨干枝高出2倍。到2015年CK的产量显著低于3骨干枝处理后的产量，为其产量的50%；3骨干枝以(372±36.60) g的产量显著高于CK及4、5骨干枝处理；3年来4骨干枝的产量一直处于最低水平，证明4骨干枝对称分布的模式不适合无患子生长；CK和5骨干枝处理后产量均呈现逐年下降的趋势；3骨干枝3年产量维持均衡。综上表明3骨干枝修剪在一定程度上可促进稳产和高产。

连续3年分析发现，经过骨干枝数目控制后的第2年花(果)序数及产量均普遍高于第1和第3年，所以修剪后的第2年对产量影响显著。从图 4B中看出，3年所剩果序只占花序的15%~45%，说明无患子落花落果现象严重；CK 3年的花序(果序)数均高于其他处理，而从图 4A可以看出，2015年CK产量却显著低于3骨干枝处理，说明不通过整形修剪，即使果序多，但每个果序上坐果率并不高；3骨干枝的3年来花序数因修剪后均处于较低水平，但果序保存率高达50%，且其产量趋于稳定，说明保果效果好。以上结果证明，通过整形修剪留下3个骨干枝后，可降低无患子落花落果率。

图 4 2013-2015年骨干枝数目处理后产量及果序数(花序数)对比 Fig.4 The comparison of yield and infructescence (inflorescence) number after setting skeleton branch number from 2013 to 2015

由图 5可知，通过开张角度处理后，2年来60°开张角的光照度变化幅度一直处于较高水平，而45°和30°一直较低；在树体光照度需求量较大的花期5月，60°开张角连续2年分别以263×100 lx及221×100 lx的光照度显著高于其他处理；30°处理在次年的9月份出现了光照度最高值，这是由于内膛光照度差，导致9月份就开始大面积落叶，出现了光照度徒增；在90°处理完后当年(2013年)光照度值变化与60°相近，到第2年(2014年)显著低于60°处理，关键生长季光照度仅为60°处理的80%，说明90°处理后有利于侧枝萌发，若第2年不修剪则会导致内膛被侧枝占据，光照度变差，若选择隔年修剪，60°处理较适合生产中采用。

图 5 2013-2014年骨干枝开张角度处理后内膛光照度变化 Fig.5 The change of interior canopy light intensity after setting skeleton branches opening angle from 2013 to 2014

由图 6A可知，90°处理在当年产量最高，之后一直处于下降状态；其余处理第1年产量均在1 000 g以下，低于90°处理，但在第2年产量均有所回升或相近于第1年，第3年又降低；2013年产量最高的是90°处理，2014年降低到其前1年产量的一半，直至到2015年产量降低到只有第1年的6%，所以90°处理头年效果显著，但易引起树体早衰(宁正祥，2011)；30°和45°处理产量均在第2年提高，但第3年下降较大，只有第2年的一半；60°处理后第1年和第2年产量相近，为(900±30) g，第3年虽然下降，但下降幅度较其他处理低，产量也显著高于其余处理。

图 6 2013-2015年骨干枝开张角度处理后产量及果序数(花序数)对比 Fig.6 The comparison of yield and infructescence (inflorescence) number after setting skeleton branch opening angle from 2013 to 2015

对于花序和果序而言，45°处理后花序数较其他开张角度多，但最终留下的果序数较少，果序保存率为30%；30°及60°处理后花序(果序)数变化相近，保留的果序数可达到花序的60%以上；90°处理后的2013年花序(果序)数并不高，但最终产量最高(图 6A)，说明通过缓和树势后，平缓枝上长出的侧果序坐果稳，每个果序上存果率高，只是由于顶端优势消除严重，导致树体存在早衰现象，无法保证连年高产。以上结果表明，开张角60°处理是最能均衡树势的方式，不会使产量急促上升和下降，保证连年产量相对稳定。

对无患子结果枝进行修剪，在单位投影面积下保留不同数量的结果枝，分析其与单位面积产量的关系。由图 7可知，产量随着留枝数量的增加而增加，在保留16~18个结果枝时产量最高，为347 g·m^-2，随着枝条数的上升，产量呈下降趋势。对总花序而言，对照的花序最多，但到坐果时，其落花严重，且每个果序上坐果率极低，最终产量只有保留16~18个结果枝时的35%。以上结果表明，每m²投影面积保留16~18个结果枝为最佳的结果枝组配置，产量可比疏枝型处理提高3倍以上，比密枝型处理提高0.5~1倍以上。

图 7 单位投影面积结果枝留枝量与总花序、果序及产量间的关系 Fig.7 The comparison of total inflorescence, infructescence and yield under control of bearing branch quantity per crown projection area 图中不同字母表示各处理间的差异显著(P < 0.05)。下同。 Different letters indicate significant difference among different treatments at 0.05 level.The same below.

整形修剪是一项综合技术，因此在以上单因素试验后，笔者又在2015年开展了骨干枝数目与开张角度的交互作用试验。由图 8可知，开张角度90°的所有处理平均产量(1.04 kg)均显著高于其他开张角度的处理(30°处理平均为0.76 kg，45°处理为0.25 kg，60°处理为0.91 kg)，与单因素试验中第1年整形修剪后90°处理产量最高的结论一致；其中A60°-N3处理以产量(1.64±0.12) kg显著高于其他交互处理，这2个单因素交互作用效果更加明显，因此开张角度60°和3骨干枝是能保证无患子产量提升的较佳配置。

图 8 骨干枝数目及开张角度交互作用下的产量对比 Fig.8 The comparison of yield after setting skeleton branches number and opening angle

通过整形修剪可以调整无患子树冠光环境，进而影响产量，因此笔者对骨干枝数量、骨干枝开张角度2个处理下树冠内膛24个部位光照度与产量之间的关系进行拟合。结果表明，在置信度为0.05时，全年光照度平均值与产量相关性显著(图 9)，关系模型为y=-0.011 9x²+5.926 3x-565.37。随着光照度的上升，产量存在先上升后下降的趋势。光照度在(200~270)×100 lx之间时，产量达到最高水平，说明并不是树体光照度越高产量越大，因为重剪后树体过空，结果枝少，则产量减少。全年每月测定的空地光照度平均值在(500~700)×100 lx之间时，即全树的平均光照度在修剪后达到空地光照度的1/2时，既适合树体所需的光照度，又能保证较高产量，是最优光照条件。

图 9 光照度与产量的关系 Fig.9 The relation ship between canopy light intensity and yield

自然树体树冠外、中、内各部分光照度的年变化为双峰型，与树体营养生长与生殖生长的重要时期相关联(高媛等，2015b)。4-5月份为营养生长期，树体萌动后开始抽梢和展叶，此时的光照度高，有利于营养积累；6月份展叶完成，进入生殖生长期(花期和果期)，但此时树体结果枝发育完成，枝、叶占据树冠空间位置，导致光照度下降；随着果实发育，叶片密集导致光照不够，从而营养转换效率低(Elloumi et al., 2014)，使树体8-9月份开始落叶，形成光照度的第2个高峰。研究发现8月底无患子出现第2个生理落果期(高媛等，2015b)，落果率高达72%，是由于落叶造成光合积累不足从而导致的落果；在调控时若能降低落叶量，保证8-9月份光照度不形成显著高峰值，就可以降低落果率。在季节变化上，1年中以夏季光照强度最强，冬季最弱，所以从9月份之后光照度开始下降。综上所述，从树体光照度的变化可以佐证其物候期的范围，并可作为其生理变化(落叶、落果)的指导指标。

在连续2年的光照度测定后，发现全株的年平均光照度与产量存在弱相关关系，随着光照度上升，产量上升，但当光照度上升到达限度后，产量则开始下降，而高产的光照度在(200~270)×100 lx之间，即光照率约为50%。关于苹果树的研究表明光照度在(297~370)×100 lx之间时树形最合理，此时光照率为45%~58%(张微慧，2007)，所以可用光照度来指导树形的整形修剪。

整形修剪后发现，3骨干枝和60°开张角度处理后的光照度全年较高，且其产量也最大。以产量提高为目标，调整树形的光照度，根据3骨干枝和60°开张角的较优树形光照度进行分析，图 10表明不同方位及不同围度在修剪时需达到的光照度。在修剪后外围光照度需达到空地光照度的40%~54%，内膛需达到27%~31%。南面的光照度最强，所以保证南面光照可以达到空地的一半，即可使树体获得足够的光照进行光合作用，以保证其正常生长，有利于花芽形成，产量和品质的提高(Shü et al., 2001；Widmer et al., 2001)。

图 10 整形修剪最佳树体光照度分布 Fig.10 The most suitable canopy light intensity after pruning

现在已开始结果的无患子树体形状主要为单层开心形，这是由于开心形不同部位的光照度均高于其他形状(段伟华等，2013)。在保证3骨干枝和60°开张角的前提下，还需保证单位投影面积(m²)的结果枝留枝量在16~18个结果枝之间，能使产量大幅度提高。同为生物柴油树种的光皮梾木(Swida wilsoniana)在整形修剪技术研究中发现，通过拉枝使各主枝在45°开张角、在每个主枝上选留3~4个侧枝为较好的树形(张克俊，2000)。对麻疯树(Jatropha curcas)单位面积留枝量的试验表明, 保留14~16个强壮的分枝更能促进结果枝的形成, 对产量提高效果最佳(刘清国，2011)。

在研究了无患子结果大树光环境优化模式后，笔者建议后期研究可从定植后1年进行整形修剪来设计研究，在选育良种的基础上建立一套标准化、园艺化、集约化栽培技术体系，以大幅度提高无患子原料林产量。

针对无患子大树开展整形修剪时，需采用3骨干枝、60°开张角度和每m²投影面积留16~18结果枝的综合技术体系，可比其他处理有效提高无患子冠层全年光照度，使之符合最佳光照度范围，并提高无患子结果树产量2~3倍，以保证连年产量。