树形管理对青钱柳生长及生物活性物质含量的影响

朱 莹，田 力，尚旭岚，b，洑香香，b

（南京林业大学 a.林学院；b.南方现代林业协同创新中心，江苏 南京 210037）

青钱柳Cyclocarya paliurus为胡桃科Juglandaceae青钱柳属植物，主要分布于我国浙江、广西、四川等亚热带地区[1]。青钱柳叶中含有大量的黄酮类、三萜类、酚酸类和多糖类等生物活性物质，这些物质具有抗癌、降血糖、降血脂等药理保健功能[2-4]。然而，现存的青钱柳主要为天然林，可利用资源有限。因此，要推进青钱柳的产业化开发与利用，就要加快对青钱柳叶用人工林的定向培育。

青钱柳叶用人工林主要用于生产生物活性物质，经营管理过程中既要考虑叶生物量，也要考虑生物活性物质的积累。而其叶片生物量受树形的影响较为明显[5]，生物活性物质的积累除了受植物本身遗传特性的影响外，光质[6]、温度[7]和养分[8]等环境因子也常诱导其生物活性物质的合成与积累，Fu 等[9]的研究结果也证明了良好的光照条件有利于青钱柳叶片中生物活性物质的积累。树形管理不仅可以调整枝条在树冠内的空间分布状态，改变树形，还会引起植物周围小环境的变化，从而诱导生物活性物质的积累。青钱柳属阳性高大乔木，在天然林中其树高可达30～40 m，常处于林冠上层，采叶十分困难[10]。而人工林的经营要考虑叶片的采收效率，矮化植株最有利于叶片的采摘，因此树形管理显得尤为重要。

树形管理措施最先应用于果树栽培中，主要包括定干、修枝等方法[11]。植株经过定干后可重新调整体内水分和养分的运输与分配，能促进侧枝生长，矮化植株，便于机械化生产[12]。适宜的留枝数量能改善树体冠层结构，提高枝叶质量和光合效率，从而改善树体生长和结实能力[13]。目前，树形管理措施也逐渐被应用于药用树种的生产管理中。姜岳忠等[14]研究发现，定干30～50 cm能促使银杏Ginkgo biloba枝条的萌发数量和生长量及单叶面积的增加，还能提高林冠透光率；截干处理能显著提高叶片中黄酮和内酯的含量。

随着青钱柳的药用价值日益为人们所关注，其人工林栽培面积也在逐步扩大。目前，有关人工林栽培的研究主要集中在优良种源的筛选[15-16]、立地条件的影响[17]、栽培密度的优化[18]、环境因子的调控[19-21]等方面，而有关树形管理对青钱柳叶用林的影响的研究还处于空白状态。因此，笔者就定干高度和留枝数量对青钱柳叶用人工林的生长、叶片生物量及生物活性物质积累的影响情况进行了研究，以期优化叶用人工林定向培育的经营管理模式。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于安徽省池州市石台县青钱柳试验基地（30°14′N，117°17′E）。该地处于黄山、九华山余脉与长江交汇带，属亚热带湿润季风区，气候温和、四季分明、光照充足；春季温凉多雨，夏季炎热湿润，秋季先干后湿，冬季寒冷少雨。年均温度为16 ℃，年降水量1 350～1 800 mm，年均日照时数1 702 h，无霜期为233 d。土壤呈微酸性。

1.2 试验林概况

定干试验林：于2015年营造，株行距为2.0 m×2.5 m，造林密度为2 000 株·hm-2。

留枝数试验林：于2014年营造，株行距为2.0 m×2.0 m，造林密度为2 500 株·hm-2。2017年3月截干，截干高度为60 cm。

2014 和2015年的造林材料都是以各地收集的不同种源的混合种子培育的1～2年生容器苗，试验时不考虑种源，苗木规格一致。

1.3 试验设计

1.3.1 定干高度的试验处理

定干的主要目的是控制主干的生长高度，使主干与侧枝同高。2018年早春树液流动前，选择长势良好且相对一致的植株进行截干处理。定干高度分别设为60、80、100 cm，其处理编号分别为T1、T2、T3；以不截干的为对照，其处理编号为T4。试验采用随机区组设计，设4 个区组，共16 个小区，每个小区12～23 株。分别于2019 和2020年对同一高度的植株进行重复定干修剪处理。

1.3.2 留枝数量的试验处理

留枝数量指的是需保留的I 级侧枝数量。留枝时，尽可能使I 级侧枝均匀分布于主干的不同方位和不同高度。2017年5月，选择长势良好且相对一致的植株，确定其留枝数后进行修剪。试验设定的留枝数分别为5、6、7 个，其处理编号分别为A1、A2、A3，其修剪处理示意图如图1所示；以不修枝的为对照，其处理编号为A4。试验采用随机区组设计，设4 个区组，共16 个小区，每小区10～12 株。分别于2018、2019、2020年早春树液流动前剪除萌发的多余侧枝。

图1 不同留枝数处理的修剪示意图Fig.1 Pruning diagram of the different numbers of remained branches treatment

1.4 测定方法

根据前期研究结果可知，青钱柳主要生物活性物质含量和叶生物量均在秋天（9—10月）达到最大值[22-23]，因此，本研究的供试材料均为秋季采收的叶片样品。

1.4.1 叶生物量及生长指标的测定

叶生物量的测定：2020年叶色变黄前，每个小区随机选3 株生长良好、长势一致的植株，采收其全部叶片，然后将所采叶片置于105 ℃条件下杀青30 min，于60 ℃恒温条件下烘干至质量恒定，测定叶生物量，然后根据叶生物量计算出单位面积叶产量。将测定完成后的样品研磨成粉末，于室温下密封保存以备用。

单位面积叶产量(kg·hm-2)=单株叶生物量(kg·株-1)×造林密度(株·hm-2)。

生长指标的测定：2020年11月，测量定干试验林的树高、地径、冠幅、枝下高，并统计其分枝数（各级侧枝总数）；测量留枝试验林的树高、地径、冠幅、米冠（即1 m 高处的冠幅直径），并统计其分枝数。

1.4.2 生物活性物质含量和产量的测定

参考岳喜良等[24]的方法测定总黄酮、总三萜及总多酚含量，参考Wang 等[25]的方法测定水溶性多糖含量。

生物活性物质产量(kg·hm-2)=单位面积叶产量(kg·hm-2)×单株生物活性物质含量(mg·g-1)×1 000。

1.5 数据处理

使用SPSS 20.0 和Excel 2010 软件对试验数据进行统计处理及方差分析，并采用Duncan 法进行多重比较分析（P＜0.05）。

2 结果与分析

2.1 树形管理对植株生长的影响

2.1.1 定干高度对植株生长的影响

定干高度对青钱柳植株生长的影响情况见表1。表1表明，定干高度显著影响了植株的生长（P＜0.05）。经多重比较发现，青钱柳的树高、地径、分枝数、枝下高，T3处理均显著大于T1处理，T3 与T2 处理间的差异未达到显著水平；T4 处理的各项指标测定值都最大；T3 处理的各项指标测定值，除了树高显著低于T4 处理的以外，其余各项指标测定值与T4 处理的差异均不显著。考虑到生产中树高太高不便于采摘，综合来看，T3 处理更符合生产要求。

表1 定干高度对青钱柳植株生长的影响†Table 1 Effects of the stem height on the growth of C.paliurus

2.1.2 留枝数对植株生长的影响

留枝数对青钱柳植株生长的影响情况见表2。表2表明，不同留枝数对植株生长的影响均不显著（P＞0.05）。冠幅和米冠均为植株对光照综合响应的结果，冠幅越大，光合面积越大，越有利于植株生长和光合产物的积累。尽管留枝数对冠幅、米冠生长的影响均未达到显著水平，但在4 个处理中，A3 处理的冠幅和米冠均达到了最大值，说明留枝数越多越有利于冠幅的增加，越有利于光合产物的合成。综合各项生长指标来看，A3 处理的总体效果较好。

表2 留枝数对青钱柳植株生长的影响Table 2 Effects of remained branches number on the growth of C.paliurus

2.2 树形管理对叶生物量的影响

2.2.1 定干高度对叶生物量的影响

树形管理对青钱柳叶生物量的影响情况见表3。表3表明，定干高度显著影响了单株叶生物量及单位面积叶产量的积累（P＜0.05）。多重比较后发现，单株叶生物量和单位面积叶产量，T3处理的均显著大于T1 和T2 处理的，T3 处理的均分别为T1 处理的2.23 倍、T2 处理的1.94 倍；但是，T3 与T4 处理、T1 与T2 处理之间单株叶生物量和单位面积叶产量的差异均未达显著水平。总体来说，T3 处理更有利于植株叶产量的积累，其单位面积的叶产量可达4 233 kg·hm-2。

表3 树形管理对青钱柳叶生物量的影响Table 3 Effects of tree structure management on leaf biomass of C.paliurus

2.2.2 留枝数对叶生物量的影响

由表3可知，留枝数显著影响了单株叶生物量及单位面积叶产量的积累（P＜0.05）。多重比较后发现，单株叶生物量和单位面积叶产量，A3处理的均显著大于A1、A2 和A4 处理的，均分别为A1、A2 和A4 处理的1.73、1.35 和2.16 倍，而A1 处理与A2、A4 处理之间的差异均不显著。总体来说，A3 处理更有利于植株叶产量的积累，其单位面积叶产量可达4 150 kg·hm-2。

2.3 树形管理对叶片内生物活性物质积累的影响

2.3.1 定干高度对叶片内生物活性物质积累的影响

定干高度各处理植株叶片内主要生物活性物质的含量如图2所示。由图2可知，定干高度对叶片内总黄酮、总三萜、总多酚和水溶性多糖含量积累的影响均显著（P＜0.05）。随着定干高度的增加，叶片内总黄酮、总三萜和总多酚的含量均呈下降趋势，而其水溶性多糖含量却呈上升趋势。叶片内总黄酮和总多酚的含量，T1 处理的显著大于T4 处理的，T1 处理的分别是T4 处理的1.15 与1.21 倍，而T1 处理与T2、T3 处理之间的差异均不显著；叶片内总三萜的含量，T1 处理的显著大于T3 处理的，T1 处理的是T3 处理的1.17倍，T1 处理与T2、T4 处理之间的差异均不显著；叶片内水溶性多糖的含量，T1 和T2 处理、T3 和T4 处理之间的差异均不显著，但T3 和T4 处理的含量均显著大于T1 和T2 处理的。T1 处理的4 种主要生物活性物质的总含量为88.10 mg·g-1，分别是T2（84.82 mg·g-1）、T3（78.14 mg·g-1）和T4（79.77 mg·g-1）处理的1.05、1.12 与1.10 倍。综合分析可知，T1 处理更有利于生物活性物质含量的积累。

图2 定干高度对青钱柳叶内主要生物活性物质含量的影响Fig.2 Effects of stem height on the content of main bioactive substances in leaves of C.paliurus

定干高度各处理植株叶片主要生物活性物质的产量如图3所示。由图3可知，定干高度显著影响了叶片内总黄酮、总三萜、总多酚和水溶性多糖产量的提高（P＜0.05）。随着定干高度的增加，叶片内不同生物活性物质的产量与叶片生物量的变化规律均一致。叶片内总黄酮、总三萜、总多酚和水溶性多糖的产量，T3 处理的分别是T1处理的1.86、1.90、1.91、2.63 倍，分别是T2 处理的1.50、1.73、1.74、2.21 倍；而T3 处理和T4处理之间其差异均不显著。总体来说，不同高度的定干处理均降低了植株的高度，使其高生长总体控制在5 m 以下，有利于树叶的采收；而T4 处理（未作定干处理）的树高，随着栽培时间的延长而不断增加，这就使得树叶的采收越来越困难。结合分析目标产量（生物活性物质的产量）和采收成本的差异情况可知，T3 处理在叶用林的培育中更有应用价值。

图3 定干高度对青钱柳叶内主要生物活性物质产量的影响Fig.3 Effects of stem height on the yield of main bioactive substances in leaves of C.paliurus

2.3.2 留枝数对叶片内生物活性物质积累的影响

不同数量的留枝处理植株叶片内主要生物活性物质的含量如图4所示。由图4可知，不同数量的留枝处理对叶片内总黄酮、总三萜和总多酚含量的影响均显著，而对水溶性多糖含量的影响均不显著（P＜0.05）。随着留枝数的增加，叶片内总黄酮、总三萜和总多酚的含量均呈下降的变化趋势。多重比较后发现，叶片内总黄酮的含量，A1 处理的显著高于A4 处理的，A1 处理的是A4 处理的1.17 倍，而A2、A3、A4 处理间其含量差异未达显著水平；叶片内总三萜的含量，A1 处理的显著高于A3、A4 处理的，A1 处理的分别是A3、A4 处理的1.11 和1.13 倍，A1 处理与A2 处理间其含量差异不显著；叶片内总多酚的含量，A1 处理的显著高于A2、A3 和A4 处理的，A1 处理的分别是A2、A3 和A4 处理的的1.20、1.32 与1.53 倍。A1 处理的4 种主要生物活性物质的总含量为100.96 mg·g-1，分别为A2（91.18 mg·g-1）、A3（87.04 mg·g-1）和A4（82.20 mg·g-1）处理的1.11、1.16 和1.23 倍。综合分析可知，T1 处理更有利于生物活性物质含量的积累。

图4 留枝数对青钱柳叶内主要生物活性物质含量的影响Fig.4 Effects of number of remained branches number on the content of main bioactive substances in leaves of C.paliurus

不同数量的留枝处理植株叶片内主要生物活性物质的产量如图5所示。由图5可知，不同数量的留枝处理显著影响了叶片内总黄酮、总三萜、总多酚和水溶性多糖产量的提高（P＞0.05）。多重比较后发现，叶片内总黄酮、总多酚和水溶性多糖的产量，A3 处理的显著高于A1 和A4 处理的，A3 处理的产量分别是A1 与A4 处理的1.58、1.32、1.58 和2.28、2.49、2.24 倍；叶片内总三萜的产量，A3 处理的显著高于A1、A2 和A4 处理的，A3 处理的分别是A1、A2 和A4 处理的1.57、1.32 和2.21倍。考虑到青钱柳叶用林的生产目标，既要提高其生物活性物质的含量，又要提高其产量，A3 处理更有利于其主要生物活性物质产量的提高。

图5 留枝数对青钱柳叶内主要生物活性物质产量的影响Fig.5 Effects of number of remained branches number on the yield of main bioactive substances in leaves of C.paliurus

3 讨论与结论

3.1 讨 论

3.1.1 树形管理对植株生长和叶生物量的影响

对于青钱柳等阳性树种而言，在自然界中，光照是影响其更新和生长的主要因素，当其生长之季，若受光不足，则植物的种子萌发、器官的营养分配等过程均会受到不同程度的影响[26]。钱龙梁等[27]研究发现，不同遮阴程度对银杏叶片生物量的影响差异显著，随着遮阴程度的增加，其叶、根生物量的分配比例均变大，而其茎生物量的分配比例却下降。而采取定干和留枝的树形管理措施，不仅可以改变植株的树高、冠幅和分枝等形态特性，而且通过改变树形结构可以提高其光能利用效率，调整养分的合理分配[28]。

在果树栽培管理中，常通过控制树高以促进冠幅生长，提高结实量及果实品质[12]。研究中发现，定干高度过低（定干高度为60 cm）则会减少侧枝萌发的数量，难以形成良好的冠形结构以获取足够多的光照，导致植株光合效率下降，从而影响叶片生物量的积累。T4 处理（不截干）的植株各项生长指标值均最大，但植株太高则不利于采收。综合来看，T3 处理的植株其地径、分枝数、冠幅、枝下高均大于T1 和T2 处理的（表1），其单位面积的叶产量也分别是T1、T2 处理的2.23、1.94倍（表3），而与T4 处理（各项生长指标值均最大）的差异并不显著，表明合适的定干高度有利于提高冠层光照的空间利用率，提高光合效率，从而提高叶生物量的积累。这与姜岳忠等[14]研究得出的合理截干能促使银杏发枝数量的增加，有利于其充分利用光能，却不影响其单株叶生物量和单位面积叶产量提高的结论相吻合。

光能的截获和利用是植株生长的物质基础，保留适宜数量的侧枝所形成的合理树形结构直接影响着冠层的透风透光性，留枝数过多或过少都不利于实现果树的高产稳产[29]。研究中还发现，对照处理（未修枝）的Ⅰ级侧枝数平均达到9 个，侧枝数过多造成林冠中光照不足，从而影响其光合效率，结果其单株叶生物量显著低于各修枝处理的；留枝处理A1、A2、A3 的单株叶生物量分别是对照处理A4 的1.25、1.60 和2.16 倍，但较低的留枝数（如A1 处理）也不利于叶产量的提高。修枝各处理的单株叶生物量，随着留枝数的增加均呈增加的变化趋势（表3），说明适宜的留枝数能够促进青钱柳光合产物的积累。

目前来看，不管是截干还是修枝，合适的树形管理措施对青钱柳生长和叶生物量的积累都有一定的积极影响，但至于其后续的效果还需进一步验证。

3.1.2 树形管理对叶内生物活性物质积累的影响

生物活性物质含量是衡量叶用林经营效果的重要依据。植物体内的生物活性物质不仅受其自身基因的调控，还与环境因子息息相关。光照是调节植物代谢的重要环境因子之一，郑茹茹等[30]研究发现，适度遮阴（85.3%的透光率）处理的半夏Pinellia ternate中琥珀酸的含量最高；白及Bletilla striata作为典型的耐荫植物，适度的遮阴处理更有利于其粗多糖的积累[31]。对于喜光植物来说，遮阴不利于其生物活性物质的积累，如邓波等[32]研究发现，遮阴处理抑制了青钱柳叶片中总黄酮和总三萜的积累；弱光条件下高山红景天Rhodiola sachalinensis根中红景天苷的含量也急剧下降[33]。基于此，人工栽培喜光药用木本植物时，通过树形管理可有效改善其光照条件。

不管是定干还是修枝的树形管理措施，均显著影响了青钱柳叶片内生物活性物质的积累。朱李奎[34]发现，截干处理后银杏叶片中总黄酮醇苷、总萜内酯的含量均显著高于未截干植株的；苏西娅等[35]进一步解释了截干的作用，即通过促进类黄酮代谢相关酶基因的表达从而提高了类黄酮物质的含量。研究结果表明，随着截干高度的增加，侧枝数也增多，但光照效率却降低了，叶片内总黄酮、总三萜和总多酚的含量均呈现下降趋势（图2），这与谢友超等[36]研究发现的截干高度越高银杏总黄酮含量越低的结果类似。但是，青钱柳叶中水溶性多糖含量却随着截干高度的增加而呈上升趋势，其原因可能是，试验林目前还处于幼树阶段，当年截干萌发后还不能达到郁闭状态。而叶片内主要生物活性物质产量的变化趋势与其叶产量的变化趋势基本一致，即随着定干高度的增加，叶片内主要生物活性物质的含量下降，但其叶片生物量却显著提高，从而导致其叶片内主要生物活性物质的产量也显著提高（图3、表3）。由此可见，在每年截干的情况下，适宜高度的截干处理有利于其生物活性物质产量和叶片生物量的提高。

修枝调整并改善了枝条的分布状态，有利于提高光照利用率，各处理总体表现出留枝数越少越有利于生物活性物质含量的积累（图4）；未作修枝处理的植株叶片中主要生物活性物质的含量远低于修枝处理的。这与胡乔铭等[37]研究得出的修枝2年后凹叶厚朴Magnolia officinalis中厚朴酚和厚朴酚的含量比前期均增加了310%的结果一致，说明适宜数量的修枝处理可以提高叶片的品质。而生物活性物质的产量同样与叶生物量密切相关，表现为留枝数越多，其生物活性物质含量降低，而其叶生物量却显著提高，其生物活性物质产量也越高（图5、表3）。

3.2 结 论

青钱柳作为药用植物，提高其生物活性物质产量是其叶用林经营的主要目标，因此，探究树形管理措施对其叶片生物活性物质积累的影响情况，可以优化叶用人工林的经营模式。生物活性物质产量由叶生物量和叶生物活性物质含量两方面决定，采取适用的树形管理措施既可提高叶片内生物活性物质的含量，又能提高叶生物量，还可易于叶片的采收。综合分析研究结果认为，在密度为2 000～2 500 株·hm-2的条件下，定干高度为100 cm 和留枝数为7 个的经营模式可适于青钱柳叶用林的生产要求。由于本试验研究的年限较短，试验结果存在一定的局限性，因此，对采用该模式长期经营的效果还需进一步生产验证。