史继东：加拿大安大略省高密度果园格架建设经验

史继东 · 发表于 2019-4-18 11:55

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安大略省使用格架系统种植苹果有数年之久，这些年来有很多的设计和方式。目前很多的商业果园使用图1的格架系统，有以下几个原因：
   1.格架系统支撑果树更好的进行生殖生长而不是营养生长，避免形成粗杆大枝。
   2.格架给果树生长提供了一个骨架，果树按照搭建的结构生长，长势一致、园貌整齐。
   3.格架系统改善光照利用率，使果实的品质提升，采收期一致。
   4.格架支撑系统有利于果树早产，果树第二年或第三年开始有产量，在前五年产量提高30%。
   5.格架系统减少人工成本，修剪、疏果都很简易
   6.树体固定后可以减少因在风中摆动导致的嫁接口处折断和果实的碰伤。
   7.格架系统可以更好的让果园实现窄的结果墙、实现2D结构。

行内柱高度4.8m，1.2m埋入地下，地面以上3.6m

坚固的格架系统发的重要性

      现代高密度栽培模式的高产量需要有坚固的格架系统支撑。果树盛果期格架系统坍塌会造成巨大的经济损失。格架系统价格昂贵，加拿大安大略省2014年每米立柱及所需地锚、钢丝配件的价格为2.7美元。格架系统需要一次建好，很难维修和改造，常见的问题有：
   1.立柱安装浅，立柱入土的深度要达全长的1/4;
      2.立柱在地面以上折断的原因是风大或是立柱质量不好；
      3.地锚拉弯曲或是拔出地面；
      4.钢丝因为变形或损坏断开；
      5.树高超过顶端钢丝部分，缺少支撑；
      6.钢丝固定钉安装不当；

地锚需要安装在牢固的地方

当地的条件影响

      加拿大安大略省所有的果园都有独特的土壤、排水系统、地势、风、雪荷载和预期产量。有些地方的条件更具有挑战性，这对格架系统的强度要求有影响（表1）。

果园布局及设计
   没有完全相同的两个果园，因此所有的格架设计都将根据当地果园的适应性来调节。许多因素决定了适宜的果园布局和设计：
1.行距和树距：根据每公顷所定植果树的总数来确定（表2）
      表2：种植时不同行果树的密度和果树间距。切记，需在统计时排除岬角因素。（如：一个种植在1米×3.5米间距的果园，统计的密度为10000÷ 1米/树÷3.5米/行=2857棵树/公顷）

2. 理想树高和行距之间的关系：行距决定了最佳的树高，以最大限度的增加日光照（图3）。

行向为南北行，为获得最佳光照，理想树高为行距的90%
3. 行长：150米的长度是减少末端端柱加载和简化田间工作流程的理想选择。
4. 地势：地势不平的地面需要柱子来固定，并且用钉子固定的角度与平地不同（图13），是因为在金属丝上需要更多的垂直拉力。

5. 按顺序钉杆/行：假设不包括岬角，每行内嵌的杆数量=[行长（米）-｛2×行头杆到地锚的距离（米）｝]÷柱距（米）
   例如：[408英尺行-｛2×9英尺终支柱长度｝]÷30英尺柱距]=13个内嵌柱数量（在每个集成终支柱后，第一个柱子应该是15英尺，其余的间距是30英尺）
   6. 风速和负载量：加拿大安大略省苹果种植区的风荷载从0.25到0.45kPa不等(10年设计一次)。靠近五大湖通常意味着风很大。局部风随出现程度的不同变化很大。美国奥马哈市出版的《819农场建筑标准》指出了许多地区设计的风荷载。大多数气候变化预测都表明，未来阵风事件的强度和频率将会显著增加，因此迫切需要坚固的格架系统。切记，果园能够持续20年以上，因此也很可能出现大风。
   7. 本地地下土壤环境：咨询当地建筑商，瓷砖排水承包商和农民来确定潜在的石头或基岩。这可能会影响柱和锚的安装类型。
地锚系统（END-OF-ROW锚系统）
   地锚系统将行稳定在同一个方向。安大略主要有两大系统：
   1.角立柱
   2. H立柱
   无论采用何种系统，行头柱的直径都应该大于行内柱。
   1.角支柱，地锚系统
   国际拔河联盟(比勒陀利亚大学，2002年)委托进行的一项研究发现，最熟练的8人拔河队从1号位置（前）到8号位置（末端）的平均身体角度为46.9°-71.3°。这8个位置的平均角度为58.1°（图4）。这说明人们本能的趋向于力最强的方向——呈60°的等边三角形！

如图5是由杆、线和地面之间构成等边三角形的理想型列锚系统。这可能是一个挑战，所以许多种植户会偏向更陡峭的角度。就如同拔河一样，将柱子的角度增加到70°是可以接受的，但是更陡的角度就不能。
　　图5 角撑，地锚系统。注意柱子，线和地面呈60°角，形成等边三角形以确保力的最大化。击打使端柱在原始土壤中扎深3-4英尺（0.9-1.2米）。这种装置使用较短的回接线路，距离地面7英尺（2.1米），而不是从柱子的顶部，来减少空间。这种格架使用16英尺（4.87米）的柱子，埋入地面3.75英尺（1.14米）来适应未来防雹网。这要求更长和更重的地锚。

为确保有足够的锚固，柱式锚（图6）应该扎深至少4英尺（1.2米）。不建议增加高桩。因为原状土会降低锚的固力，并可能导致柱子倾斜。

图6 这种立柱式锚是垂直锤击的，但是如果把它安装在一个倾斜约10°的拉力下（在同一方向的斜端柱），它将加强整个组装系统。

　　旋入式螺旋锚（图7）需要非常坚固和较深的锚定。这意味着螺旋输送器至少48英寸（1.2米）长，至少有一个0.75英寸（19毫米）直径的轴，一端有一个较重的眼圈，用来固定电线，另外一端有至少直径为6英寸（15厘米）的螺旋杆。土壤越瘠薄。树体长势越高，需要的锚定就应该越坚固。为了获得最好的锚固效果，应将螺旋式锚定安装在原始土中，并且与锚固索保持一致。显然，这是一个挑战，因此很多种植者安装垂直锚或几乎垂直的锚定。然而，结果可能会导致锚定弯曲（图2）

图7 拧入式螺旋锚；68英寸（172厘米）长，3/4 英寸（19毫米）轴直径，重眼环和6英寸（15厘米）直径的螺旋杆。注意重眼环是从左边土壤中伸出的。

GrippleTM开发了一种易于安装的锚，其设计避免了锚角和弯曲问题（图8）。这种锚安装速度快，可在大多土壤下使用，并且在安装过程中对地下土壤的干扰小，能提供良好的锚固。

图8 新GrippleTM土壤锚固。指导视频查阅网页。

   在斜角度支柱系统中，机器运作时地锚拉线仍暴露在损坏的地方。一些种植者在端柱和锚之间种植2-3棵树做可视化标记，并生产更多的水果（图1,15）。注意那些比内嵌式立柱还短的端柱。这一设计使部分格架纵向拉力。切记这是需要最佳支撑格架的一部分。一致的立柱高度避免了顶线从第一个内嵌立柱向下倾斜到端柱。

   2. H立柱, 地锚系统

   H立柱锚系统由两个重立柱组成，需压实到至少3-4英尺（0.9米到1.2米）的原装土壤中（图9）。水平立柱安装在约顶端钢丝高度的3/4处，往往与第二高钢丝的高度一致。从第二个立柱/水平立柱的交点到靠近地端立柱处安装一根地锚拉线。水平立柱应该是10-12英尺（3-3.6米）长。因为支撑线被安装在角度很陡的位置，有端柱从地面凸出的危险，应避免较短的立柱。避免在垂直立柱上开槽，这会削弱立柱的坚固性且导致腐烂。相反，用斜钉或螺旋钉来固定垂直立柱。当把这些固定线被拉紧后，水平立柱将被紧紧地固定在合适的位置。

      这个系统避免了上述角柱系统存在的顶线向下倾斜问题，但是第一个内嵌柱应该与H立柱总成保持一个“半空间”。

      一些种植者在第二个立柱的底部到第一个端柱的顶部之间安装了一个立柱，试图将角柱和H立柱结合起来。尽量不要这样做，因为会像“千斤顶”一样把尾杆从地下拔出来。

图9 石质土壤通常选用H型立柱和地锚固系统

      立柱材料

      寻找高质量木质立柱是比较困难的。必须提前至少1年预定格架立柱，因此在定植后可快速安装这些格架。安大略格架系统主要使用三种类型的木质立柱（Hedges, 2015）。

      南部长叶松的干密度最高（36-42 lbs/ft3），且颗粒不均匀（木头数据库，2015）。由于它们的细胞结构，这些立柱是最重、最结实和持久性最强的。在压力处理期间，化学物质可渗透到整个立柱里。虽然这些立柱的价格非常高，但是这些格架必须至少持续20年。欧洲人使用水泥柱子来为下一个果园构建格架系统。

      西部黄叶松的干密度较小（28-29 lbs/ft3），且比较均匀（木材数据库，2015）。美国黑松常用来构建格架系统。这些树生长较慢，质量很好、并且又高又直、很少打结。他们大多有10-12英尺（3-3.6米）的长度。

      红松的干密度介于上述两种长叶松之间（34 lbs/ft3），但是由于它们的结构，不像其他木材具有较长的持久性，其价格偏贵，他们比其他木材有更多的结。（木材数据库，2015）。

      1.抗弯曲强度与立柱的半径的平方相关；因此5”直径的立柱（2.5” 半径2=6.25）比4”的立柱（2”半径2=4）强50%以上。

      2.使用机械驱动安装的立柱锚地上的强度比使用土钻方式安装立柱高50%；立柱深度增加33%可100%增加其抗倾覆性的能力（Van Dalfsen,1989）。

机械驱动安装

土钻安装

   3.加拿大安大略省通常用使用12英尺（3.6米）的立柱，但是安装的深度必须大于30英寸（76厘米）。

   4.在立柱上做好标记有助于确定最适的安装深度，注意所有的立柱可能长度不同。

   5.柱子1/4的长度应该留在地下，但是不要超过2.75英尺（83厘米）。

   6.为端柱挑选质量最好的立柱。

   7.果园中应该安装16英尺（4.8米）的防雹网，地面高达4英尺（1.2米），12英尺高（3.6米）。

铁丝和果树支撑物

   铁丝可承载果实的重量，将其固定在立柱上，再转移到行内柱上最终达到地面。假设一个成熟的嘎啦果园以3×11英尺（0.9×3.3米）的树密度种植，产量为50箱/ac，这对加拿大安大略省来说是非常好并且可实现的。每个内嵌柱的间距为30英尺（9米），将每个内嵌柱和铁丝连接起来，可承载10棵树或320磅的果实。加上风荷载，这显然需要坚固的格架系统。

   铁丝和间距

   果园格架铁丝应该如下：

   1.最高镀3层锌，是指在铁丝表面镀锌来延长其使用寿命。

   2. 12.5规格的铁丝，是指铁丝的厚度或直径（0.1英寸即2.54毫米）。

   3.高拉力的铁丝，是指铁丝的拉力大，经过多年改造，目前一些供应商已经达到了200,000psi。

   参照供应商提供的铁丝分配工具、线卷机、拉力工具及GripplesTM。高拉力的铁丝应是250 lbs（Brown, 1996）。根据前人的经验，人虽然能够感受到适当的张力，但是只有通过测量工具才能确定具体的张力。GripplesTM提供了一种测量拉力的工具（图10）。果实收获后检查铁丝的张力，必要时需进行重新拧紧。

图10.张力测量工具

      在加拿大安大略省，种植者有许多数字组合，铁丝间距和树木附着的方法！然而，有一些一致的原则：

      1.不允许使用长度超过1英尺以上的铁丝，是因为受风和果实荷载量的影响，会造成树木结构和性能的破损。

      2.每年移除靠近主干的大侧枝，避免顶部铁丝的高负载量；多数果实应该长在树体的下部2/3处。

      3.从种植开始，每隔2-2.5英尺至少要有一棵树支撑；较近的间距不能提供足够的支撑，并且不需要更紧密的间距。

      4.支撑铁丝应位于立柱的迎风侧，在有风的情况下进行支撑，但至于在那一边种树还没有达成一致协议；迎风侧的树具有很多支撑物，因而没必要使用树体连接物；因潜在伤害和疾病的进入导致背风面树木的枝干较少。

      5.暴露在盛行风中的最外行树木应安装更紧的铁丝来固定。

一些种植者更喜欢距离地面至少6英尺（1.8米）的铁丝，以便为田间作业提供足够的操作空间。一些种植者在底部铁丝上捆绑了滴管系统。这在一定程度上减少了动物的伤害，保护设备并允许定期检查。

铁钉

      图11使用了长度为2”，双刺，斜切，镀锌3级的铁钉材料（图11）。便宜的铁钉材料对柱子的固定性不太好。较好铁钉之间的差异较小。不应该将铁钉紧紧地固定在铁丝上。留出空间能使铁丝自由滑动，并均匀地分配格架系统的负载量，弯曲可以帮助吸收风荷载，并保护铁丝在安装过程中不被划伤，从而削弱他们的强度。安装人员应该将铁丝固定在立柱上，不要用铁钉把铁丝捆拉到立柱上，这样会损害它。不要用铁锤来敲打铁丝，这样会把镀的锌层磨掉。

图11. 不同铁钉材料
像图11左边的端点被削斜的铁钉应该被固定在如图12所示的位置（Pratt, 1989）。这里做了两件事情。第一，它确保了铁钉不与木材的纹理对齐，以防止铁钉的破裂和松动。第二，斜切点的平面在钉进木材中时就像锲子一样，迫使钉腿可在这些平面旋转。当铁钉穿透木头时，钉腿就会向外伸展，以帮助将铁钉固定在适当的位置（图13）。

图12. 如图11左侧，带有斜切端点的铁钉位于与铁丝垂直（1点钟方向），与右侧铁丝呈20-30°（如上图）。

图13.如图12所示安装时，带有如图所示的斜切端点的铁钉将会在木材内部展开，有助于将铁钉固定在合适的位置。

   一些种植者喜欢在立柱上钻孔安装铁丝，这样就完全不需要铁钉将其固定在一起了。这在较为平坦的地面上效果更好一些。确保水平钻孔，避免铁丝发生弯曲。

   很少有很平坦的果园，因为海拔的不同会对铁丝产生垂直拉力。当铁丝把斜角柱向上拉起时，将角钉向上钉入立柱中，并在非常陡的上升位置使用两个铁钉固定（Brown，1996）。这使在任何一种情况下都要把钉腿更深的钉进立柱中。关于海拔的极端变化，一些种植者通过在立柱上切割小凹口将铁丝固定在恰当位置。在斜柱上凹口朝上，在上升立柱上凹口朝下。使用这种方法要谨慎小心，因为这会削弱立柱，降低其压力，且可能导致立柱破裂。应定期持续检查松动的铁钉并适时增添新铁钉，特别是在果园坡度变化较大时。

铁丝和树木支撑物

   有很多方法可以将果树和格架系统连接在一起。在种植果树时支撑树很重要，因为它会长得更多，并且可以更快地开始结果。

尽快增加支撑物，再怎么强调也不为过！

   种植者将竹竿、金属棒、细绳与底部的铁丝直接连接起来，在苗圃上已取得了很大成功。务必定时监控和调整扎绳，避免在果树生长过程中环绕果树。

   图14和15中显示了铁丝间距的详细信息，其中包括4个支撑铁丝加5根较低的滴灌线。

   高拉力铁丝使用起来即困难又危险。确保工作人员要了解如何安全地使用铁丝，立柱和其他安装设备。在安装格架系统时，应该始终使用安全措施、合适的手套、安全眼镜和其他保护设备。

未来果树格架系统

   气候变化专家预测，未来的农作物预计将受更频繁、更剧烈、更难以预测的气候影响，为了减轻这些风险，格架系统在成熟果园中具有很总要的作用。

   1.干旱：格架系统非常适合在铁丝上安装滴管系统。

   2.降雨：种植果树时，在每行中间加一些排水管，可以控制机械作业时车轮的速度，并将土壤夯实与树根隔离开。

   3.风：高密度果树的种植有助于证实晚春或初秋防冻技术，比如风力机。未来格架系统可能是一种新的缓解方式，如洒水装置。

   4.冰雹：格架系统是支撑防爆网最好的支撑物，

   5.日灼和热应激：带防雹网的格架系统可以遮阳并且减少热量的积累。

   6.虫害管理：苹果虫害复合体随气候的变化将会持续发展，格架可为检测和创新应用技术提供框架。

   7.检测：安装子格架上的传感器用于气候、作物/产量监测和视频监控。

图14 角柱系统中的理想结构是立柱、铁丝和地面成60°的等边三角形。注意端柱为14英尺（4.2米）长，以提供锚固和足够高度的顶部铁丝。此外，立柱基部到地锚的距离为9英尺（2.7米）。在行末端额外种植了两棵树来保护回接线系统。（注意最佳果树高度为10英尺，行距为11英尺，铁丝高度为9英尺）

　图15. 端柱之间12英尺（3.6米）的距离给立柱铁丝提供了一个较小的角度，可以将果树种植在这个空间。该示意图显示的最终树高为10英尺（3米），9英尺高的铁丝（2.7米），行距为11英尺（3.3米）。

　　结论

在加拿大安大略省，我们了解到具格架系统的果园比较整齐统一，管理方便且果实采收也比较容易。格架系统的未来一片光明。欧洲使用的水泥立柱很可能来源于加拿大安大略省。已经与其他作物一起使用的精确的作物管理，可以通过格架来辅助进行。GPS导航、机器人和自动化设备也可借助于格架来操作。然而，在未来这将取决于强大的格架设计和安装，以提供生产高产量和质量的所需关键支撑物。

宝鸡华圣果业有限责任公司技术部翻译

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