主要生物柴油樹種整形修剪技術(shù)研究進(jìn)展

高 媛，賈黎明，2＊

（1.北京林業(yè)大學(xué) 省部共建森林培育與保護(hù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100083；2.北京林業(yè)大學(xué) 國(guó)家能源非糧生物質(zhì)原料研發(fā)中心，北京100083）

全球經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，化石能源日益匱乏，能源安全成為各國(guó)關(guān)注的重大戰(zhàn)略問題。2012年《中國(guó)的能源政策》白皮書中提到“我國(guó)能源對(duì)外依存度為57%”。2013年2月《中國(guó)能源網(wǎng)》報(bào)道，我國(guó)已探明儲(chǔ)量的煤、石油和天然氣分別能用100、50a和40 a。我國(guó)已成為世界第一大能源消費(fèi)國(guó)［1］，尋找替代能源以滿足要求迫在眉睫。生物質(zhì)能源是環(huán)保和可再生的綠色能源，越來(lái)越受到各國(guó)的重視，它具有良好的燃料品質(zhì)和環(huán)境友好特性，從能源戰(zhàn)略角度分析，生物柴油是最重要的代用燃料之一［2］。

目前，發(fā)達(dá)國(guó)家用于規(guī)模生產(chǎn)生物柴油的原料有大豆（美國(guó)）、油菜籽（歐盟）、棕櫚油（東南亞國(guó)家）和甘蔗（巴西）等［3-11］。我國(guó)也已經(jīng)開始進(jìn)行生物質(zhì)能源原料的開發(fā)利用，其中林業(yè)生物質(zhì)能源在我國(guó)具有巨大的發(fā)展?jié)摿?。在我?guó)現(xiàn)已查明的油料植物中，種子含油量40%以上的植物有150多種，能夠規(guī)?；嘤膯坦嗄緲浞N有30多種，研究最多的包括小桐子、油棕、無(wú)患子、光皮樹、文冠果、黃連木和山桐子等7個(gè)樹種。根據(jù)《全國(guó)林業(yè)生物質(zhì)能源發(fā)展規(guī)劃（2011-2020年）》，計(jì)劃至2020年，建設(shè)能源林基地共1 678×104hm2，其中小桐子145×104hm2、油棕3×104hm2、無(wú)患子25×104hm2、光皮樹63×104hm2、文冠果98×104hm2、黃連木88×104hm2。由于生物柴油的制取主要來(lái)自于果實(shí)，所以如何通過(guò)管理措施確保果實(shí)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，是保障林業(yè)生物質(zhì)能源可持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。整形修剪技術(shù)是調(diào)控花果結(jié)實(shí)、促進(jìn)產(chǎn)量提高的主要因素之一。整形修剪對(duì)結(jié)果遲早、果實(shí)品質(zhì)好壞以及是否便于管理等多方面都有影響，通過(guò)調(diào)節(jié)枝組組成、增加結(jié)果部位、調(diào)節(jié)通風(fēng)透光能力等措施，使樹體提高結(jié)果能力、改善樹體營(yíng)養(yǎng)分配、減少病蟲害和克服大小年等［15］。生物柴油樹種的規(guī)模化、集約化、高產(chǎn)化栽培對(duì)促進(jìn)林業(yè)生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要的意義，主要針對(duì)文冠果、黃連木、小桐子、光皮樹4個(gè)代表樹種的整形修剪技術(shù)的研究進(jìn)展進(jìn)行歸納總結(jié)，以期能夠?yàn)樯锊裼驮狭值母弋a(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)經(jīng)營(yíng)提供參考。

1 4種生物柴油樹種的分布及生物學(xué)特性

這4種生物柴油樹種均是喜光樹種，且物候期相近。其中文冠果在我國(guó)北方地區(qū)廣泛分布，是良好的荒山綠化、水土保持樹種，同時(shí)，也是北方重要的油料樹種。多分布在華北、華東及西北地區(qū)，在北京、河北、內(nèi)蒙、遼寧、河南、西藏等14個(gè)?。▍^(qū)、市）都有分布，其中內(nèi)蒙古的資源量最為集中［25］。黃連木野生分布范圍很廣，北起長(zhǎng)江和黃河中下游各省，其中以河南、河北、山西、陜西分布最為集中［17］。小桐子在我國(guó)四川、貴州、云南等地均有野生或人工栽培，其適生區(qū)域還包括廣西、貴州、廣東、福建、海南和重慶，其中以云南和四川最多，是干熱河谷地區(qū)非常適宜的造林樹種［26］。光皮樹廣泛分布于我國(guó)長(zhǎng)江流域及西南各地的山谷、溪流邊，尤以石灰?guī)r山地多見，湖南、湖北、江西為主產(chǎn)區(qū)［24］。由表1可知，4個(gè)樹種感光性相同，花期多在3-5月，果期在8-10月間，花序?yàn)榭偁罨ㄐ蚧蚓蹅慊ㄐ颍酁榍蛐蔚?，但花性、結(jié)果年限等均有差別，這些生物學(xué)特性上的相似及相異性（表1）也導(dǎo)致整形修剪（表2）上所采用的技術(shù)有所差異，為后續(xù)整形修剪的研究奠定基礎(chǔ)。

表1 4種主要生物柴油樹種生物學(xué)特性Table 1 Biological choracterstics of the four tree species for making bio-diesel

2 4種生物柴油樹種的整形修剪技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展

2.1 文冠果的整形修剪

2.1.1 整形的研究 文冠果的豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)樹形有自然叢狀形、自然疏散分層形、中間開心形等。牟洪香［35］在文冠果優(yōu)良類型的選擇時(shí)發(fā)現(xiàn)，其果實(shí)產(chǎn)量與樹形有著密切關(guān)系，中間開心形單株產(chǎn)量可達(dá)0.8 kg，自然疏散分層形株產(chǎn)0.2kg。白金友［37］等研究證明多主枝叢生形和開心形的單株產(chǎn)量顯著高于自然圓頭形和疏散分層形。蔡龍［36］等提出葉幕面積在整形修剪中的重要作用，從樹冠垂直投影來(lái)分析，樹冠投影面積在占地投影70%時(shí)最為合理。對(duì)文冠果整形而言主要有2種方法：一種是適用于疏植（630～840株／hm2）的喬狀修剪法，主要是留中心骨干；另一種是適用于密植（1 050株／hm2以上）的灌狀修剪法，沒有明顯主干和樹形要求，主要任務(wù)是使根部萌生的枝條分布合理［38］。

表2 4種生物柴油樹種整形修剪技術(shù)Table 2 Pruning techniques of the four tree species for making bio-diesel

2.1.2 修剪技術(shù)的研究 文冠果整形修剪通常分為夏季修剪和冬季修剪。夏剪是剪除萌生枝條、過(guò)密新枝、過(guò)旺徒長(zhǎng)枝，冬剪主要任務(wù)是選留各層主枝［38］。因?yàn)槲墓诠径际琼斨Y(jié)果，在修剪時(shí)與桃樹、杏樹等果樹去強(qiáng)留弱的修剪方法不同，一般按照去弱留強(qiáng)的規(guī)則，常采用疏枝或回縮的方法進(jìn)行修剪，不短截內(nèi)膛枝，避免萌生多條徒長(zhǎng)枝。研究表明疏剪新梢總數(shù)1／2和1／3的單株，2a平均產(chǎn)量均高于對(duì)照，增產(chǎn)達(dá)170%［40］。文冠果枝條粗度在0.5 cm以下的，應(yīng)該全部疏除，這樣的細(xì)弱枝條基本不結(jié)果［39］。敖妍［25］等研究證明長(zhǎng)度在41cm以上或徑粗在0.71cm以上的結(jié)果枝產(chǎn)量最高，其產(chǎn)量與地徑、冠幅、葉面積、花序長(zhǎng)、果實(shí)表型及果實(shí)鮮重等極顯著正相關(guān)，與枝下高極顯著負(fù)相關(guān)。修剪還能促使枝條剪口下1／3處芽抽生的花序開放可孕花，使單株產(chǎn)量提高70%。環(huán)割也可使文冠果種子千粒質(zhì)量增加6.2%～20.8%［42］。修剪方法是幼樹時(shí)留3個(gè)主枝，使之間的夾角成120°左右，盛果期后以疏枝、回縮為主。疏花是減少樹體營(yíng)養(yǎng)消耗和提高坐果率的有效措施之一，有關(guān)學(xué)者初步研究認(rèn)為，疏除95%的可孕花和100%的不孕花，可使文冠果單株坐果率比對(duì)照提高4倍；每個(gè)側(cè)生花序保留5朵可孕花，可使坐果率達(dá)97%以上［41］。

2.2 黃連木整形修剪

2.2.1 整形的研究 黃連木常用的豐產(chǎn)樹形是小冠疏層形和自然開心形，樹高控制在3～3.5m，疏層形主要用于扦插嫁接苗建園法，開心形用于砧木建園法，可順應(yīng)其自然生長(zhǎng)習(xí)性稍加調(diào)整，使之無(wú)明顯的中心干［30］。趙亞洲［31］研究表明實(shí)生苗造林時(shí)，雄株一般均勻分布在林內(nèi)，約5%～10%即可，所以在修剪時(shí)保留適當(dāng)?shù)氖诜蹣?，?duì)其余雄樹可采用劈接或插皮接方法進(jìn)行高接換頭，選擇品種優(yōu)良的結(jié)果樹作接穗進(jìn)行嫁接［17］，使其成為雌株，以提高林分的種子產(chǎn)量。

2.2.2 修剪技術(shù)的研究 修剪多在秋季落葉后至翌年萌芽前進(jìn)行。幼樹以短截和疏枝為主，重點(diǎn)培養(yǎng)樹形，盛果期的樹以枝組培養(yǎng)和更新復(fù)壯結(jié)果枝組為主［32］。黃連木的生長(zhǎng)季修剪比較重要，需綜合運(yùn)用短截、疏剪等技術(shù)，迅速增加樹體分枝級(jí)數(shù)，并通過(guò)除萌、拉枝等技術(shù)，緩和樹勢(shì)，促使養(yǎng)分有效集中，利于花芽的形成［33］。在栽植1a后，當(dāng)樹高達(dá)1 m左右時(shí)，于春季萌發(fā)前在60～80cm高處定干。結(jié)果后及時(shí)疏去樹冠病枝、枯枝、弱枝、交叉枝、重疊枝及過(guò)密枝，使其通風(fēng)透光［30］，但有學(xué)者利用Pearson相關(guān)系數(shù)分析黃連木空間分布聚集強(qiáng)度與環(huán)境因子的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)隨著光照強(qiáng)度的增大，其雌樹的聚集強(qiáng)度降低［31］，證明通過(guò)修剪提高光照度時(shí)應(yīng)在一定范圍內(nèi)。美國(guó)Diane E.Dunn研究證明［34］黃連木的修剪日期與其形態(tài)相關(guān)，在芽由綠色變?yōu)槌壬珪r(shí)，是修剪的最佳時(shí)間，并在修剪后配上激素使用，可有效提高產(chǎn)量。修剪方法是培養(yǎng)骨干枝3～4個(gè)，開張角度為50°～60°，對(duì)生長(zhǎng)過(guò)旺的徒長(zhǎng)枝和直立枝采用夏剪，如扭稍、摘心與拉平等方法抑制其生長(zhǎng)勢(shì)，逐步培養(yǎng)成為結(jié)果枝組。

2.3 小桐子整形修剪

2.3.1 整形的研究 小桐子常用的樹形是自然開心形，Gour［43］等對(duì)10年生小桐子植株進(jìn)行整形，發(fā)現(xiàn)能提高產(chǎn)量。Silva［44］等的研究顯示，整形修剪可將小桐子的收獲期從120d縮短至最少48d，在某些條件下能提高產(chǎn)量。劉清國(guó)［46］等研究發(fā)現(xiàn)整形修剪處理對(duì)小桐子的結(jié)果枝有促進(jìn)作用，可有效抑制其莖和高的生長(zhǎng)，也可使產(chǎn)量提高了1倍。Suriharn［45］等發(fā)現(xiàn)，修枝整形對(duì)3年生小桐子的產(chǎn)量提升并沒有明顯的效果，這可能與其相對(duì)年幼有關(guān)，因此整形對(duì)小桐子產(chǎn)量以及其他方面的影響還有必要進(jìn)行更加深入的研究。

2.3.2 修剪技術(shù)的研究 小桐子的修剪應(yīng)在每年6月前完成，每次枝條修剪留枝長(zhǎng)度以2.5cm為宜［47］。研究表明保留14～16個(gè)強(qiáng)壯的分枝更能促進(jìn)結(jié)果枝的形成，對(duì)小桐子的產(chǎn)量提高效果最佳［46］。顧國(guó)棟［48］等發(fā)現(xiàn)拉枝可刺激小桐子主枝枝梢前段至基部段的側(cè)芽萌發(fā)，隨拉枝角度的增大中等枝和壯枝的分布數(shù)量也增加。修剪過(guò)程中一般留3～4枝主枝，主枝分枝夾角拉至70°～80°，配合短截和抹芽等措施進(jìn)行處理。

在了解小桐子對(duì)植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑反應(yīng)規(guī)律的基礎(chǔ)上，采用化學(xué)修剪技術(shù)，即通過(guò)施用一些植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，如多效唑和BA，可以調(diào)節(jié)分枝和植株高度，不僅可以減少勞動(dòng)強(qiáng)度，還可以提高產(chǎn)量。Ghosh［50］等通過(guò)使用多效唑，抑制了小桐子的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，增強(qiáng)葉片的葉綠素和氮含量，果實(shí)的含油率等，并使產(chǎn)量提高了98%。Abdelgadir［49］等發(fā)現(xiàn)，施用植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑（如BA、TIBA）能使小桐子的側(cè)枝數(shù)量增多。

2.4 光皮樹整形修剪

2.4.1 整形的研究 光皮樹的模式樹型最多的為自然開心形、主干疏層形和多主枝叢狀開心形［27］。自然開心形有主枝3～4個(gè)，樹冠低矮，中心開張，適用于坡地；主干疏層形具有明顯的主干和中心領(lǐng)導(dǎo)干，主枝6～7個(gè)，分3層，層間距大，樹體相對(duì)高一些，主側(cè)枝立體分布好，栽植株行距大，適用于肥沃平地［15］；多主枝叢狀開心形無(wú)中心干，樹冠不分層，4～6個(gè)大枝，無(wú)主側(cè)枝之分，通過(guò)拉枝使各主枝開張角度在45°左右，在每個(gè)主枝上，再各選留3～4個(gè)側(cè)枝［29］，成形后樹冠呈半圓形。向明［28］等研究表明早期采用多主枝叢狀開心形可使單株葉面積達(dá)到16.91m2，冠幅增幅也最大，單株鮮果產(chǎn)量均值也高達(dá)4.96kg。大樹結(jié)果3a后，采用自然開心形的單位面積鮮果產(chǎn)量最高，達(dá)0.944kg／m2。

2.4.2 修剪技術(shù)的研究 光皮樹的修剪在苗木定植后的第2年開始，從12月中旬到第2年3月發(fā)芽前均可進(jìn)行，主要有短截、疏剪、回縮和長(zhǎng)放等方法。在苗高距地面20～50cm處，選留3～6個(gè)主枝，按照所需樹形進(jìn)行骨干枝確定，通過(guò)拉枝使各主枝均勻地向四周延伸生長(zhǎng)，開張角度在45°左右。每個(gè)主枝上留側(cè)枝3～5個(gè)，其余側(cè)枝進(jìn)行疏剪或短截，多留小枝，疏除大枝，培養(yǎng)其成為結(jié)果枝。研究證明［15］通過(guò)環(huán)剝、環(huán)割、絞縊、目傷等人工造傷可光皮樹早成花，可使花序數(shù)成20～30倍的增加。

2.5 4種生物柴油樹種整形修剪技術(shù)

這4種柴油樹種的生物學(xué)特性有很多相似點(diǎn)，例如都是喜光樹種，所以在修剪時(shí)，最好的樹形都是自然開心形；光皮樹和小桐子都為聚傘花序，所以主枝處理時(shí)開張角度最佳在45°左右，而文冠果和黃連木為總狀花序，所以開張角度60°較適宜；光皮樹和小桐子花期一般在5月，所以休眠期修剪比較合適，文冠果和黃連木花期在3月，一般為冬剪和夏剪配合。

2.6 生物柴油樹種整形修剪研究方法

生物柴油原料林培育的主要目的是提高產(chǎn)量并獲得高含油率果實(shí)，而整形修剪是保證其產(chǎn)量并可調(diào)控其生理機(jī)制的措施之一。對(duì)以上4樹種總結(jié)發(fā)現(xiàn)生物柴油樹種整形修剪的研究主要分為5個(gè)步驟：1）對(duì)其生物學(xué)特性開展研究，包括物候期、開花結(jié)果習(xí)性、枝條分類組成、芽的形態(tài)變化、果實(shí)含油率變化等。2）對(duì)其樹形進(jìn)行確定，包括開心形、分層形等多種適合生物柴油種植園模式的樹形研究。3）對(duì)局部結(jié)果枝組進(jìn)行調(diào)整，包括枝條開張角度、結(jié)果枝組培養(yǎng)，枝條更新研究等，以培養(yǎng)高坐果率枝組。4）根據(jù)不同樹種的物候期確定冬剪夏剪時(shí)間，冬剪包括樹形調(diào)整，夏剪包括疏枝、抹芽等技術(shù)體系的研究，以了解不同措施對(duì)產(chǎn)量及含油率的影響。5）不同整形修剪方式對(duì)其生態(tài)因子、生理因子及生化因子的影響，包括氣孔導(dǎo)度、葉片水勢(shì)、光合產(chǎn)物積累、激素變化、微量元素變化等研究。

3 存在問題及展望

前人在4個(gè)樹種整形修剪方面已有大量研究，從生物學(xué)特性、物候期等基礎(chǔ)性調(diào)查，到根據(jù)其生物學(xué)特性采用的不同修剪技術(shù)等進(jìn)行了全面研究，為后續(xù)生物柴油樹種的整形修剪研究奠定了理論基礎(chǔ)。

3.1 樹種研究少，優(yōu)質(zhì)生物柴油樹種需全面涉及

關(guān)于生物柴油樹種的研究還比較局限，對(duì)新發(fā)現(xiàn)的一些生物柴油樹種如烏桕、無(wú)患子和山桐子等，其整形修剪技術(shù)都未進(jìn)行研究。而從以上4個(gè)樹種可看出整形修剪不僅可以提高產(chǎn)量，有的還可以提高含油率，對(duì)生物柴油樹種的初期發(fā)展非常重要。

3.2 技術(shù)片面，需多借鑒國(guó)外先進(jìn)技術(shù)

對(duì)于國(guó)外先進(jìn)的整形修剪技術(shù)的引進(jìn)比較缺乏。雖然國(guó)外對(duì)生物柴油樹種整形修剪研究得較少，但可從其他樹種培育中引進(jìn)一些先進(jìn)技術(shù)，并用于能源樹種的研究。例如美國(guó)Stafford，Robert J.N［51］于2013年發(fā)明了樹木“凸切割”法，此方法是在修剪前預(yù)先確定削減角度，定位樹木的有效生長(zhǎng)點(diǎn)，調(diào)整樹木形狀要按照樹木自然狀態(tài)下的放射狀來(lái)修剪，可修掉中間骨干枝，但也得保持外圍樹冠還是圓形，沒有凹陷的地方。區(qū)別于一直用平面切割的方法，這個(gè)方法好處在于未破壞樹體自然生長(zhǎng)、利于傷口愈合、可增加產(chǎn)量和降低成本，會(huì)成為以后有效修剪的方法之一。

3.3 研究缺乏系統(tǒng)性，應(yīng)形成統(tǒng)一研究體系

國(guó)內(nèi)生物柴油樹種整形研究尚未構(gòu)成技術(shù)體系，現(xiàn)在對(duì)整形技術(shù)研究零散，無(wú)標(biāo)準(zhǔn)性整合。應(yīng)針對(duì)各樹種生物學(xué)特性進(jìn)行全面觀察，從花的形態(tài)、花芽分化、葉幕分布和坐果率等方面多觀察，并通過(guò)拉枝技術(shù)、果實(shí)采摘技術(shù)、授粉技術(shù)和?；ū９夹g(shù)等進(jìn)行研究。郭軍戰(zhàn)［52］等對(duì)文官果主要性狀進(jìn)行聚類分析，將其生物學(xué)性狀分為樹形因子、葉形因子、果形因子、花序因子和綜合因子等5類，可針對(duì)其主成分的相關(guān)性，展開樹形因子對(duì)其他因子影響的研究等，可使研究分幾大部分系統(tǒng)性研究，從而形成一套針對(duì)能源樹種整形修剪的標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)體系，以達(dá)到規(guī)?；N植的目的。

3.4 缺乏政策引導(dǎo)，應(yīng)全面推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化種植模式

國(guó)內(nèi)生物柴油樹種的撫育管理還處于起步階段，所以對(duì)其整形修剪相應(yīng)撫育技術(shù)尚未形成制度化管理?，F(xiàn)在用材林和經(jīng)濟(jì)林等都有相應(yīng)的撫育制度，而在逐漸要求規(guī)?；哪茉戳稚现淮嬖谄婕夹g(shù)上的研究，不存在政策，制度的標(biāo)準(zhǔn)化管理，沒有達(dá)到政產(chǎn)學(xué)研用一體化的要求。因此，在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上，總結(jié)可持續(xù)高效高產(chǎn)的經(jīng)營(yíng)模式，形成標(biāo)準(zhǔn)化管理模式具有重大的意義。

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