樹形管理對青錢柳生長及生物活性物質含量的影響

朱 瑩，田 力，尚旭嵐，b，洑香香，b

（南京林業大學 a.林學院；b.南方現代林業協同創新中心，江蘇 南京 210037）

青錢柳Cyclocarya paliurus為胡桃科Juglandaceae青錢柳屬植物，主要分布于我國浙江、廣西、四川等亞熱帶地區[1]。青錢柳葉中含有大量的黃酮類、三萜類、酚酸類和多糖類等生物活性物質，這些物質具有抗癌、降血糖、降血脂等藥理保健功能[2-4]。然而，現存的青錢柳主要為天然林，可利用資源有限。因此，要推進青錢柳的產業化開發與利用，就要加快對青錢柳葉用人工林的定向培育。

青錢柳葉用人工林主要用于生產生物活性物質，經營管理過程中既要考慮葉生物量，也要考慮生物活性物質的積累。而其葉片生物量受樹形的影響較為明顯[5]，生物活性物質的積累除了受植物本身遺傳特性的影響外，光質[6]、溫度[7]和養分[8]等環境因子也常誘導其生物活性物質的合成與積累，Fu 等[9]的研究結果也證明了良好的光照條件有利于青錢柳葉片中生物活性物質的積累。樹形管理不僅可以調整枝條在樹冠內的空間分布狀態，改變樹形，還會引起植物周圍小環境的變化，從而誘導生物活性物質的積累。青錢柳屬陽性高大喬木，在天然林中其樹高可達30～40 m，常處于林冠上層，采葉十分困難[10]。而人工林的經營要考慮葉片的采收效率，矮化植株最有利于葉片的采摘，因此樹形管理顯得尤為重要。

樹形管理措施最先應用于果樹栽培中，主要包括定干、修枝等方法[11]。植株經過定干后可重新調整體內水分和養分的運輸與分配，能促進側枝生長，矮化植株，便于機械化生產[12]。適宜的留枝數量能改善樹體冠層結構，提高枝葉質量和光合效率，從而改善樹體生長和結實能力[13]。目前，樹形管理措施也逐漸被應用于藥用樹種的生產管理中。姜岳忠等[14]研究發現，定干30～50 cm能促使銀杏Ginkgo biloba枝條的萌發數量和生長量及單葉面積的增加，還能提高林冠透光率；截干處理能顯著提高葉片中黃酮和內酯的含量。

隨著青錢柳的藥用價值日益為人們所關注，其人工林栽培面積也在逐步擴大。目前，有關人工林栽培的研究主要集中在優良種源的篩選[15-16]、立地條件的影響[17]、栽培密度的優化[18]、環境因子的調控[19-21]等方面，而有關樹形管理對青錢柳葉用林的影響的研究還處于空白狀態。因此，筆者就定干高度和留枝數量對青錢柳葉用人工林的生長、葉片生物量及生物活性物質積累的影響情況進行了研究，以期優化葉用人工林定向培育的經營管理模式。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于安徽省池州市石臺縣青錢柳試驗基地（30°14′N，117°17′E）。該地處于黃山、九華山余脈與長江交匯帶，屬亞熱帶濕潤季風區，氣候溫和、四季分明、光照充足；春季溫涼多雨，夏季炎熱濕潤，秋季先干后濕，冬季寒冷少雨。年均溫度為16 ℃，年降水量1 350～1 800 mm，年均日照時數1 702 h，無霜期為233 d。土壤呈微酸性。

1.2 試驗林概況

定干試驗林：于2015年營造，株行距為2.0 m×2.5 m，造林密度為2 000 株·hm-2。

留枝數試驗林：于2014年營造，株行距為2.0 m×2.0 m，造林密度為2 500 株·hm-2。2017年3月截干，截干高度為60 cm。

2014 和2015年的造林材料都是以各地收集的不同種源的混合種子培育的1～2年生容器苗，試驗時不考慮種源，苗木規格一致。

1.3 試驗設計

1.3.1 定干高度的試驗處理

定干的主要目的是控制主干的生長高度，使主干與側枝同高。2018年早春樹液流動前，選擇長勢良好且相對一致的植株進行截干處理。定干高度分別設為60、80、100 cm，其處理編號分別為T1、T2、T3；以不截干的為對照，其處理編號為T4。試驗采用隨機區組設計，設4 個區組，共16 個小區，每個小區12～23 株。分別于2019 和2020年對同一高度的植株進行重復定干修剪處理。

1.3.2 留枝數量的試驗處理

留枝數量指的是需保留的I 級側枝數量。留枝時，盡可能使I 級側枝均勻分布于主干的不同方位和不同高度。2017年5月，選擇長勢良好且相對一致的植株，確定其留枝數后進行修剪。試驗設定的留枝數分別為5、6、7 個，其處理編號分別為A1、A2、A3，其修剪處理示意圖如圖1所示；以不修枝的為對照，其處理編號為A4。試驗采用隨機區組設計，設4 個區組，共16 個小區，每小區10～12 株。分別于2018、2019、2020年早春樹液流動前剪除萌發的多余側枝。

圖1 不同留枝數處理的修剪示意圖Fig.1 Pruning diagram of the different numbers of remained branches treatment

1.4 測定方法

根據前期研究結果可知，青錢柳主要生物活性物質含量和葉生物量均在秋天（9—10月）達到最大值[22-23]，因此，本研究的供試材料均為秋季采收的葉片樣品。

1.4.1 葉生物量及生長指標的測定

葉生物量的測定：2020年葉色變黃前，每個小區隨機選3 株生長良好、長勢一致的植株，采收其全部葉片，然后將所采葉片置于105 ℃條件下殺青30 min，于60 ℃恒溫條件下烘干至質量恒定，測定葉生物量，然后根據葉生物量計算出單位面積葉產量。將測定完成后的樣品研磨成粉末，于室溫下密封保存以備用。

單位面積葉產量(kg·hm-2)=單株葉生物量(kg·株-1)×造林密度(株·hm-2)。

生長指標的測定：2020年11月，測量定干試驗林的樹高、地徑、冠幅、枝下高，并統計其分枝數（各級側枝總數）；測量留枝試驗林的樹高、地徑、冠幅、米冠（即1 m 高處的冠幅直徑），并統計其分枝數。

1.4.2 生物活性物質含量和產量的測定

參考岳喜良等[24]的方法測定總黃酮、總三萜及總多酚含量，參考Wang 等[25]的方法測定水溶性多糖含量。

生物活性物質產量(kg·hm-2)=單位面積葉產量(kg·hm-2)×單株生物活性物質含量(mg·g-1)×1 000。

1.5 數據處理

使用SPSS 20.0 和Excel 2010 軟件對試驗數據進行統計處理及方差分析，并采用Duncan 法進行多重比較分析（P＜0.05）。

2 結果與分析

2.1 樹形管理對植株生長的影響

2.1.1 定干高度對植株生長的影響

定干高度對青錢柳植株生長的影響情況見表1。表1表明，定干高度顯著影響了植株的生長（P＜0.05）。經多重比較發現，青錢柳的樹高、地徑、分枝數、枝下高，T3處理均顯著大于T1處理，T3 與T2 處理間的差異未達到顯著水平；T4 處理的各項指標測定值都最大；T3 處理的各項指標測定值，除了樹高顯著低于T4 處理的以外，其余各項指標測定值與T4 處理的差異均不顯著。考慮到生產中樹高太高不便于采摘，綜合來看，T3 處理更符合生產要求。

表1 定干高度對青錢柳植株生長的影響?Table 1 Effects of the stem height on the growth of C.paliurus

2.1.2 留枝數對植株生長的影響

留枝數對青錢柳植株生長的影響情況見表2。表2表明，不同留枝數對植株生長的影響均不顯著（P＞0.05）。冠幅和米冠均為植株對光照綜合響應的結果，冠幅越大，光合面積越大，越有利于植株生長和光合產物的積累。盡管留枝數對冠幅、米冠生長的影響均未達到顯著水平，但在4 個處理中，A3 處理的冠幅和米冠均達到了最大值，說明留枝數越多越有利于冠幅的增加，越有利于光合產物的合成。綜合各項生長指標來看，A3 處理的總體效果較好。

表2 留枝數對青錢柳植株生長的影響Table 2 Effects of remained branches number on the growth of C.paliurus

2.2 樹形管理對葉生物量的影響

2.2.1 定干高度對葉生物量的影響

樹形管理對青錢柳葉生物量的影響情況見表3。表3表明，定干高度顯著影響了單株葉生物量及單位面積葉產量的積累（P＜0.05）。多重比較后發現，單株葉生物量和單位面積葉產量，T3處理的均顯著大于T1 和T2 處理的，T3 處理的均分別為T1 處理的2.23 倍、T2 處理的1.94 倍；但是，T3 與T4 處理、T1 與T2 處理之間單株葉生物量和單位面積葉產量的差異均未達顯著水平。總體來說，T3 處理更有利于植株葉產量的積累，其單位面積的葉產量可達4 233 kg·hm-2。

表3 樹形管理對青錢柳葉生物量的影響Table 3 Effects of tree structure management on leaf biomass of C.paliurus

2.2.2 留枝數對葉生物量的影響

由表3可知，留枝數顯著影響了單株葉生物量及單位面積葉產量的積累（P＜0.05）。多重比較后發現，單株葉生物量和單位面積葉產量，A3處理的均顯著大于A1、A2 和A4 處理的，均分別為A1、A2 和A4 處理的1.73、1.35 和2.16 倍，而A1 處理與A2、A4 處理之間的差異均不顯著。總體來說，A3 處理更有利于植株葉產量的積累，其單位面積葉產量可達4 150 kg·hm-2。

2.3 樹形管理對葉片內生物活性物質積累的影響

2.3.1 定干高度對葉片內生物活性物質積累的影響

定干高度各處理植株葉片內主要生物活性物質的含量如圖2所示。由圖2可知，定干高度對葉片內總黃酮、總三萜、總多酚和水溶性多糖含量積累的影響均顯著（P＜0.05）。隨著定干高度的增加，葉片內總黃酮、總三萜和總多酚的含量均呈下降趨勢，而其水溶性多糖含量卻呈上升趨勢。葉片內總黃酮和總多酚的含量，T1 處理的顯著大于T4 處理的，T1 處理的分別是T4 處理的1.15 與1.21 倍，而T1 處理與T2、T3 處理之間的差異均不顯著；葉片內總三萜的含量，T1 處理的顯著大于T3 處理的，T1 處理的是T3 處理的1.17倍，T1 處理與T2、T4 處理之間的差異均不顯著；葉片內水溶性多糖的含量，T1 和T2 處理、T3 和T4 處理之間的差異均不顯著，但T3 和T4 處理的含量均顯著大于T1 和T2 處理的。T1 處理的4 種主要生物活性物質的總含量為88.10 mg·g-1，分別是T2（84.82 mg·g-1）、T3（78.14 mg·g-1）和T4（79.77 mg·g-1）處理的1.05、1.12 與1.10 倍。綜合分析可知，T1 處理更有利于生物活性物質含量的積累。

圖2 定干高度對青錢柳葉內主要生物活性物質含量的影響Fig.2 Effects of stem height on the content of main bioactive substances in leaves of C.paliurus

定干高度各處理植株葉片主要生物活性物質的產量如圖3所示。由圖3可知，定干高度顯著影響了葉片內總黃酮、總三萜、總多酚和水溶性多糖產量的提高（P＜0.05）。隨著定干高度的增加，葉片內不同生物活性物質的產量與葉片生物量的變化規律均一致。葉片內總黃酮、總三萜、總多酚和水溶性多糖的產量，T3 處理的分別是T1處理的1.86、1.90、1.91、2.63 倍，分別是T2 處理的1.50、1.73、1.74、2.21 倍；而T3 處理和T4處理之間其差異均不顯著。總體來說，不同高度的定干處理均降低了植株的高度，使其高生長總體控制在5 m 以下，有利于樹葉的采收；而T4 處理（未作定干處理）的樹高，隨著栽培時間的延長而不斷增加，這就使得樹葉的采收越來越困難。結合分析目標產量（生物活性物質的產量）和采收成本的差異情況可知，T3 處理在葉用林的培育中更有應用價值。

圖3 定干高度對青錢柳葉內主要生物活性物質產量的影響Fig.3 Effects of stem height on the yield of main bioactive substances in leaves of C.paliurus

2.3.2 留枝數對葉片內生物活性物質積累的影響

不同數量的留枝處理植株葉片內主要生物活性物質的含量如圖4所示。由圖4可知，不同數量的留枝處理對葉片內總黃酮、總三萜和總多酚含量的影響均顯著，而對水溶性多糖含量的影響均不顯著（P＜0.05）。隨著留枝數的增加，葉片內總黃酮、總三萜和總多酚的含量均呈下降的變化趨勢。多重比較后發現，葉片內總黃酮的含量，A1 處理的顯著高于A4 處理的，A1 處理的是A4 處理的1.17 倍，而A2、A3、A4 處理間其含量差異未達顯著水平；葉片內總三萜的含量，A1 處理的顯著高于A3、A4 處理的，A1 處理的分別是A3、A4 處理的1.11 和1.13 倍，A1 處理與A2 處理間其含量差異不顯著；葉片內總多酚的含量，A1 處理的顯著高于A2、A3 和A4 處理的，A1 處理的分別是A2、A3 和A4 處理的的1.20、1.32 與1.53 倍。A1 處理的4 種主要生物活性物質的總含量為100.96 mg·g-1，分別為A2（91.18 mg·g-1）、A3（87.04 mg·g-1）和A4（82.20 mg·g-1）處理的1.11、1.16 和1.23 倍。綜合分析可知，T1 處理更有利于生物活性物質含量的積累。

圖4 留枝數對青錢柳葉內主要生物活性物質含量的影響Fig.4 Effects of number of remained branches number on the content of main bioactive substances in leaves of C.paliurus

不同數量的留枝處理植株葉片內主要生物活性物質的產量如圖5所示。由圖5可知，不同數量的留枝處理顯著影響了葉片內總黃酮、總三萜、總多酚和水溶性多糖產量的提高（P＞0.05）。多重比較后發現，葉片內總黃酮、總多酚和水溶性多糖的產量，A3 處理的顯著高于A1 和A4 處理的，A3 處理的產量分別是A1 與A4 處理的1.58、1.32、1.58 和2.28、2.49、2.24 倍；葉片內總三萜的產量，A3 處理的顯著高于A1、A2 和A4 處理的，A3 處理的分別是A1、A2 和A4 處理的1.57、1.32 和2.21倍。考慮到青錢柳葉用林的生產目標，既要提高其生物活性物質的含量，又要提高其產量，A3 處理更有利于其主要生物活性物質產量的提高。

圖5 留枝數對青錢柳葉內主要生物活性物質產量的影響Fig.5 Effects of number of remained branches number on the yield of main bioactive substances in leaves of C.paliurus

3 討論與結論

3.1 討 論

3.1.1 樹形管理對植株生長和葉生物量的影響

對于青錢柳等陽性樹種而言，在自然界中，光照是影響其更新和生長的主要因素，當其生長之季，若受光不足，則植物的種子萌發、器官的營養分配等過程均會受到不同程度的影響[26]。錢龍梁等[27]研究發現，不同遮陰程度對銀杏葉片生物量的影響差異顯著，隨著遮陰程度的增加，其葉、根生物量的分配比例均變大，而其莖生物量的分配比例卻下降。而采取定干和留枝的樹形管理措施，不僅可以改變植株的樹高、冠幅和分枝等形態特性，而且通過改變樹形結構可以提高其光能利用效率，調整養分的合理分配[28]。

在果樹栽培管理中，常通過控制樹高以促進冠幅生長，提高結實量及果實品質[12]。研究中發現，定干高度過低（定干高度為60 cm）則會減少側枝萌發的數量，難以形成良好的冠形結構以獲取足夠多的光照，導致植株光合效率下降，從而影響葉片生物量的積累。T4 處理（不截干）的植株各項生長指標值均最大，但植株太高則不利于采收。綜合來看，T3 處理的植株其地徑、分枝數、冠幅、枝下高均大于T1 和T2 處理的（表1），其單位面積的葉產量也分別是T1、T2 處理的2.23、1.94倍（表3），而與T4 處理（各項生長指標值均最大）的差異并不顯著，表明合適的定干高度有利于提高冠層光照的空間利用率，提高光合效率，從而提高葉生物量的積累。這與姜岳忠等[14]研究得出的合理截干能促使銀杏發枝數量的增加，有利于其充分利用光能，卻不影響其單株葉生物量和單位面積葉產量提高的結論相吻合。

光能的截獲和利用是植株生長的物質基礎，保留適宜數量的側枝所形成的合理樹形結構直接影響著冠層的透風透光性，留枝數過多或過少都不利于實現果樹的高產穩產[29]。研究中還發現，對照處理（未修枝）的Ⅰ級側枝數平均達到9 個，側枝數過多造成林冠中光照不足，從而影響其光合效率，結果其單株葉生物量顯著低于各修枝處理的；留枝處理A1、A2、A3 的單株葉生物量分別是對照處理A4 的1.25、1.60 和2.16 倍，但較低的留枝數（如A1 處理）也不利于葉產量的提高。修枝各處理的單株葉生物量，隨著留枝數的增加均呈增加的變化趨勢（表3），說明適宜的留枝數能夠促進青錢柳光合產物的積累。

目前來看，不管是截干還是修枝，合適的樹形管理措施對青錢柳生長和葉生物量的積累都有一定的積極影響，但至于其后續的效果還需進一步驗證。

3.1.2 樹形管理對葉內生物活性物質積累的影響

生物活性物質含量是衡量葉用林經營效果的重要依據。植物體內的生物活性物質不僅受其自身基因的調控，還與環境因子息息相關。光照是調節植物代謝的重要環境因子之一，鄭茹茹等[30]研究發現，適度遮陰（85.3%的透光率）處理的半夏Pinellia ternate中琥珀酸的含量最高；白及Bletilla striata作為典型的耐蔭植物，適度的遮陰處理更有利于其粗多糖的積累[31]。對于喜光植物來說，遮陰不利于其生物活性物質的積累，如鄧波等[32]研究發現，遮陰處理抑制了青錢柳葉片中總黃酮和總三萜的積累；弱光條件下高山紅景天Rhodiola sachalinensis根中紅景天苷的含量也急劇下降[33]。基于此，人工栽培喜光藥用木本植物時，通過樹形管理可有效改善其光照條件。

不管是定干還是修枝的樹形管理措施，均顯著影響了青錢柳葉片內生物活性物質的積累。朱李奎[34]發現，截干處理后銀杏葉片中總黃酮醇苷、總萜內酯的含量均顯著高于未截干植株的；蘇西婭等[35]進一步解釋了截干的作用，即通過促進類黃酮代謝相關酶基因的表達從而提高了類黃酮物質的含量。研究結果表明，隨著截干高度的增加，側枝數也增多，但光照效率卻降低了，葉片內總黃酮、總三萜和總多酚的含量均呈現下降趨勢（圖2），這與謝友超等[36]研究發現的截干高度越高銀杏總黃酮含量越低的結果類似。但是，青錢柳葉中水溶性多糖含量卻隨著截干高度的增加而呈上升趨勢，其原因可能是，試驗林目前還處于幼樹階段，當年截干萌發后還不能達到郁閉狀態。而葉片內主要生物活性物質產量的變化趨勢與其葉產量的變化趨勢基本一致，即隨著定干高度的增加，葉片內主要生物活性物質的含量下降，但其葉片生物量卻顯著提高，從而導致其葉片內主要生物活性物質的產量也顯著提高（圖3、表3）。由此可見，在每年截干的情況下，適宜高度的截干處理有利于其生物活性物質產量和葉片生物量的提高。

修枝調整并改善了枝條的分布狀態，有利于提高光照利用率，各處理總體表現出留枝數越少越有利于生物活性物質含量的積累（圖4）；未作修枝處理的植株葉片中主要生物活性物質的含量遠低于修枝處理的。這與胡喬銘等[37]研究得出的修枝2年后凹葉厚樸Magnolia officinalis中厚樸酚和厚樸酚的含量比前期均增加了310%的結果一致，說明適宜數量的修枝處理可以提高葉片的品質。而生物活性物質的產量同樣與葉生物量密切相關，表現為留枝數越多，其生物活性物質含量降低，而其葉生物量卻顯著提高，其生物活性物質產量也越高（圖5、表3）。

3.2 結 論

青錢柳作為藥用植物，提高其生物活性物質產量是其葉用林經營的主要目標，因此，探究樹形管理措施對其葉片生物活性物質積累的影響情況，可以優化葉用人工林的經營模式。生物活性物質產量由葉生物量和葉生物活性物質含量兩方面決定，采取適用的樹形管理措施既可提高葉片內生物活性物質的含量，又能提高葉生物量，還可易于葉片的采收。綜合分析研究結果認為，在密度為2 000～2 500 株·hm-2的條件下，定干高度為100 cm 和留枝數為7 個的經營模式可適于青錢柳葉用林的生產要求。由于本試驗研究的年限較短，試驗結果存在一定的局限性，因此，對采用該模式長期經營的效果還需進一步生產驗證。