主要生物柴油树种整形修剪技术研究进展

高 媛，贾黎明，2＊

（1.北京林业大学 省部共建森林培育与保护教育部重点实验室，北京100083；2.北京林业大学 国家能源非粮生物质原料研发中心，北京100083）

全球经济快速发展，化石能源日益匮乏，能源安全成为各国关注的重大战略问题。2012年《中国的能源政策》白皮书中提到“我国能源对外依存度为57%”。2013年2月《中国能源网》报道，我国已探明储量的煤、石油和天然气分别能用100、50a和40 a。我国已成为世界第一大能源消费国［1］，寻找替代能源以满足要求迫在眉睫。生物质能源是环保和可再生的绿色能源，越来越受到各国的重视，它具有良好的燃料品质和环境友好特性，从能源战略角度分析，生物柴油是最重要的代用燃料之一［2］。

目前，发达国家用于规模生产生物柴油的原料有大豆（美国）、油菜籽（欧盟）、棕榈油（东南亚国家）和甘蔗（巴西）等［3-11］。我国也已经开始进行生物质能源原料的开发利用，其中林业生物质能源在我国具有巨大的发展潜力。在我国现已查明的油料植物中，种子含油量40%以上的植物有150多种，能够规模化培育的乔灌木树种有30多种，研究最多的包括小桐子、油棕、无患子、光皮树、文冠果、黄连木和山桐子等7个树种。根据《全国林业生物质能源发展规划（2011-2020年）》，计划至2020年，建设能源林基地共1 678×104hm2，其中小桐子145×104hm2、油棕3×104hm2、无患子25×104hm2、光皮树63×104hm2、文冠果98×104hm2、黄连木88×104hm2。由于生物柴油的制取主要来自于果实，所以如何通过管理措施确保果实高产稳产，是保障林业生物质能源可持续发展的重要基础。整形修剪技术是调控花果结实、促进产量提高的主要因素之一。整形修剪对结果迟早、果实品质好坏以及是否便于管理等多方面都有影响，通过调节枝组组成、增加结果部位、调节通风透光能力等措施，使树体提高结果能力、改善树体营养分配、减少病虫害和克服大小年等［15］。生物柴油树种的规模化、集约化、高产化栽培对促进林业生物质能源产业发展具有重要的意义，主要针对文冠果、黄连木、小桐子、光皮树4个代表树种的整形修剪技术的研究进展进行归纳总结，以期能够为生物柴油原料林的高产稳产经营提供参考。

1 4种生物柴油树种的分布及生物学特性

这4种生物柴油树种均是喜光树种，且物候期相近。其中文冠果在我国北方地区广泛分布，是良好的荒山绿化、水土保持树种，同时，也是北方重要的油料树种。多分布在华北、华东及西北地区，在北京、河北、内蒙、辽宁、河南、西藏等14个省（区、市）都有分布，其中内蒙古的资源量最为集中［25］。黄连木野生分布范围很广，北起长江和黄河中下游各省，其中以河南、河北、山西、陕西分布最为集中［17］。小桐子在我国四川、贵州、云南等地均有野生或人工栽培，其适生区域还包括广西、贵州、广东、福建、海南和重庆，其中以云南和四川最多，是干热河谷地区非常适宜的造林树种［26］。光皮树广泛分布于我国长江流域及西南各地的山谷、溪流边，尤以石灰岩山地多见，湖南、湖北、江西为主产区［24］。由表1可知，4个树种感光性相同，花期多在3-5月，果期在8-10月间，花序为总状花序或聚伞花序，果多为球形等，但花性、结果年限等均有差别，这些生物学特性上的相似及相异性（表1）也导致整形修剪（表2）上所采用的技术有所差异，为后续整形修剪的研究奠定基础。

表1 4种主要生物柴油树种生物学特性Table 1 Biological choracterstics of the four tree species for making bio-diesel

2 4种生物柴油树种的整形修剪技术国内外研究进展

2.1 文冠果的整形修剪

2.1.1 整形的研究 文冠果的丰产稳产树形有自然丛状形、自然疏散分层形、中间开心形等。牟洪香［35］在文冠果优良类型的选择时发现，其果实产量与树形有着密切关系，中间开心形单株产量可达0.8 kg，自然疏散分层形株产0.2kg。白金友［37］等研究证明多主枝丛生形和开心形的单株产量显著高于自然圆头形和疏散分层形。蔡龙［36］等提出叶幕面积在整形修剪中的重要作用，从树冠垂直投影来分析，树冠投影面积在占地投影70%时最为合理。对文冠果整形而言主要有2种方法：一种是适用于疏植（630～840株／hm2）的乔状修剪法，主要是留中心骨干；另一种是适用于密植（1 050株／hm2以上）的灌状修剪法，没有明显主干和树形要求，主要任务是使根部萌生的枝条分布合理［38］。

表2 4种生物柴油树种整形修剪技术Table 2 Pruning techniques of the four tree species for making bio-diesel

2.1.2 修剪技术的研究 文冠果整形修剪通常分为夏季修剪和冬季修剪。夏剪是剪除萌生枝条、过密新枝、过旺徒长枝，冬剪主要任务是选留各层主枝［38］。因为文冠果基本都是顶枝结果，在修剪时与桃树、杏树等果树去强留弱的修剪方法不同，一般按照去弱留强的规则，常采用疏枝或回缩的方法进行修剪，不短截内膛枝，避免萌生多条徒长枝。研究表明疏剪新梢总数1／2和1／3的单株，2a平均产量均高于对照，增产达170%［40］。文冠果枝条粗度在0.5 cm以下的，应该全部疏除，这样的细弱枝条基本不结果［39］。敖妍［25］等研究证明长度在41cm以上或径粗在0.71cm以上的结果枝产量最高，其产量与地径、冠幅、叶面积、花序长、果实表型及果实鲜重等极显著正相关，与枝下高极显著负相关。修剪还能促使枝条剪口下1／3处芽抽生的花序开放可孕花，使单株产量提高70%。环割也可使文冠果种子千粒质量增加6.2%～20.8%［42］。修剪方法是幼树时留3个主枝，使之间的夹角成120°左右，盛果期后以疏枝、回缩为主。疏花是减少树体营养消耗和提高坐果率的有效措施之一，有关学者初步研究认为，疏除95%的可孕花和100%的不孕花，可使文冠果单株坐果率比对照提高4倍；每个侧生花序保留5朵可孕花，可使坐果率达97%以上［41］。

2.2 黄连木整形修剪

2.2.1 整形的研究 黄连木常用的丰产树形是小冠疏层形和自然开心形，树高控制在3～3.5m，疏层形主要用于扦插嫁接苗建园法，开心形用于砧木建园法，可顺应其自然生长习性稍加调整，使之无明显的中心干［30］。赵亚洲［31］研究表明实生苗造林时，雄株一般均匀分布在林内，约5%～10%即可，所以在修剪时保留适当的授粉树，对其余雄树可采用劈接或插皮接方法进行高接换头，选择品种优良的结果树作接穗进行嫁接［17］，使其成为雌株，以提高林分的种子产量。

2.2.2 修剪技术的研究 修剪多在秋季落叶后至翌年萌芽前进行。幼树以短截和疏枝为主，重点培养树形，盛果期的树以枝组培养和更新复壮结果枝组为主［32］。黄连木的生长季修剪比较重要，需综合运用短截、疏剪等技术，迅速增加树体分枝级数，并通过除萌、拉枝等技术，缓和树势，促使养分有效集中，利于花芽的形成［33］。在栽植1a后，当树高达1 m左右时，于春季萌发前在60～80cm高处定干。结果后及时疏去树冠病枝、枯枝、弱枝、交叉枝、重叠枝及过密枝，使其通风透光［30］，但有学者利用Pearson相关系数分析黄连木空间分布聚集强度与环境因子的关系，发现随着光照强度的增大，其雌树的聚集强度降低［31］，证明通过修剪提高光照度时应在一定范围内。美国Diane E.Dunn研究证明［34］黄连木的修剪日期与其形态相关，在芽由绿色变为橙色时，是修剪的最佳时间，并在修剪后配上激素使用，可有效提高产量。修剪方法是培养骨干枝3～4个，开张角度为50°～60°，对生长过旺的徒长枝和直立枝采用夏剪，如扭稍、摘心与拉平等方法抑制其生长势，逐步培养成为结果枝组。

2.3 小桐子整形修剪

2.3.1 整形的研究 小桐子常用的树形是自然开心形，Gour［43］等对10年生小桐子植株进行整形，发现能提高产量。Silva［44］等的研究显示，整形修剪可将小桐子的收获期从120d缩短至最少48d，在某些条件下能提高产量。刘清国［46］等研究发现整形修剪处理对小桐子的结果枝有促进作用，可有效抑制其茎和高的生长，也可使产量提高了1倍。Suriharn［45］等发现，修枝整形对3年生小桐子的产量提升并没有明显的效果，这可能与其相对年幼有关，因此整形对小桐子产量以及其他方面的影响还有必要进行更加深入的研究。

2.3.2 修剪技术的研究 小桐子的修剪应在每年6月前完成，每次枝条修剪留枝长度以2.5cm为宜［47］。研究表明保留14～16个强壮的分枝更能促进结果枝的形成，对小桐子的产量提高效果最佳［46］。顾国栋［48］等发现拉枝可刺激小桐子主枝枝梢前段至基部段的侧芽萌发，随拉枝角度的增大中等枝和壮枝的分布数量也增加。修剪过程中一般留3～4枝主枝，主枝分枝夹角拉至70°～80°，配合短截和抹芽等措施进行处理。

在了解小桐子对植物生长调节剂反应规律的基础上，采用化学修剪技术，即通过施用一些植物生长调节剂，如多效唑和BA，可以调节分枝和植株高度，不仅可以减少劳动强度，还可以提高产量。Ghosh［50］等通过使用多效唑，抑制了小桐子的营养生长，增强叶片的叶绿素和氮含量，果实的含油率等，并使产量提高了98%。Abdelgadir［49］等发现，施用植物生长调节剂（如BA、TIBA）能使小桐子的侧枝数量增多。

2.4 光皮树整形修剪

2.4.1 整形的研究 光皮树的模式树型最多的为自然开心形、主干疏层形和多主枝丛状开心形［27］。自然开心形有主枝3～4个，树冠低矮，中心开张，适用于坡地；主干疏层形具有明显的主干和中心领导干，主枝6～7个，分3层，层间距大，树体相对高一些，主侧枝立体分布好，栽植株行距大，适用于肥沃平地［15］；多主枝丛状开心形无中心干，树冠不分层，4～6个大枝，无主侧枝之分，通过拉枝使各主枝开张角度在45°左右，在每个主枝上，再各选留3～4个侧枝［29］，成形后树冠呈半圆形。向明［28］等研究表明早期采用多主枝丛状开心形可使单株叶面积达到16.91m2，冠幅增幅也最大，单株鲜果产量均值也高达4.96kg。大树结果3a后，采用自然开心形的单位面积鲜果产量最高，达0.944kg／m2。

2.4.2 修剪技术的研究 光皮树的修剪在苗木定植后的第2年开始，从12月中旬到第2年3月发芽前均可进行，主要有短截、疏剪、回縮和长放等方法。在苗高距地面20～50cm处，选留3～6个主枝，按照所需树形进行骨干枝确定，通过拉枝使各主枝均匀地向四周延伸生长，开张角度在45°左右。每个主枝上留侧枝3～5个，其余侧枝进行疏剪或短截，多留小枝，疏除大枝，培养其成为结果枝。研究证明［15］通过环剥、环割、绞縊、目伤等人工造伤可光皮树早成花，可使花序数成20～30倍的增加。

2.5 4种生物柴油树种整形修剪技术

这4种柴油树种的生物学特性有很多相似点，例如都是喜光树种，所以在修剪时，最好的树形都是自然开心形；光皮树和小桐子都为聚伞花序，所以主枝处理时开张角度最佳在45°左右，而文冠果和黄连木为总状花序，所以开张角度60°较适宜；光皮树和小桐子花期一般在5月，所以休眠期修剪比较合适，文冠果和黄连木花期在3月，一般为冬剪和夏剪配合。

2.6 生物柴油树种整形修剪研究方法

生物柴油原料林培育的主要目的是提高产量并获得高含油率果实，而整形修剪是保证其产量并可调控其生理机制的措施之一。对以上4树种总结发现生物柴油树种整形修剪的研究主要分为5个步骤：1）对其生物学特性开展研究，包括物候期、开花结果习性、枝条分类组成、芽的形态变化、果实含油率变化等。2）对其树形进行确定，包括开心形、分层形等多种适合生物柴油种植园模式的树形研究。3）对局部结果枝组进行调整，包括枝条开张角度、结果枝组培养，枝条更新研究等，以培养高坐果率枝组。4）根据不同树种的物候期确定冬剪夏剪时间，冬剪包括树形调整，夏剪包括疏枝、抹芽等技术体系的研究，以了解不同措施对产量及含油率的影响。5）不同整形修剪方式对其生态因子、生理因子及生化因子的影响，包括气孔导度、叶片水势、光合产物积累、激素变化、微量元素变化等研究。

3 存在问题及展望

前人在4个树种整形修剪方面已有大量研究，从生物学特性、物候期等基础性调查，到根据其生物学特性采用的不同修剪技术等进行了全面研究，为后续生物柴油树种的整形修剪研究奠定了理论基础。

3.1 树种研究少，优质生物柴油树种需全面涉及

关于生物柴油树种的研究还比较局限，对新发现的一些生物柴油树种如乌桕、无患子和山桐子等，其整形修剪技术都未进行研究。而从以上4个树种可看出整形修剪不仅可以提高产量，有的还可以提高含油率，对生物柴油树种的初期发展非常重要。

3.2 技术片面，需多借鉴国外先进技术

对于国外先进的整形修剪技术的引进比较缺乏。虽然国外对生物柴油树种整形修剪研究得较少，但可从其他树种培育中引进一些先进技术，并用于能源树种的研究。例如美国Stafford，Robert J.N［51］于2013年发明了树木“凸切割”法，此方法是在修剪前预先确定削减角度，定位树木的有效生长点，调整树木形状要按照树木自然状态下的放射状来修剪，可修掉中间骨干枝，但也得保持外围树冠还是圆形，没有凹陷的地方。区别于一直用平面切割的方法，这个方法好处在于未破坏树体自然生长、利于伤口愈合、可增加产量和降低成本，会成为以后有效修剪的方法之一。

3.3 研究缺乏系统性，应形成统一研究体系

国内生物柴油树种整形研究尚未构成技术体系，现在对整形技术研究零散，无标准性整合。应针对各树种生物学特性进行全面观察，从花的形态、花芽分化、叶幕分布和坐果率等方面多观察，并通过拉枝技术、果实采摘技术、授粉技术和保花保果技术等进行研究。郭军战［52］等对文官果主要性状进行聚类分析，将其生物学性状分为树形因子、叶形因子、果形因子、花序因子和综合因子等5类，可针对其主成分的相关性，展开树形因子对其他因子影响的研究等，可使研究分几大部分系统性研究，从而形成一套针对能源树种整形修剪的标准化技术体系，以达到规模化种植的目的。

3.4 缺乏政策引导，应全面推进标准化种植模式

国内生物柴油树种的抚育管理还处于起步阶段，所以对其整形修剪相应抚育技术尚未形成制度化管理。现在用材林和经济林等都有相应的抚育制度，而在逐渐要求规模化的能源林上只存在片面技术上的研究，不存在政策，制度的标准化管理，没有达到政产学研用一体化的要求。因此，在现有研究的基础上，总结可持续高效高产的经营模式，形成标准化管理模式具有重大的意义。

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