施肥對毛竹生長量和稈形的影響

王 宏，金曉春，金愛武，宋艷冬，柴紅玲，吳林森

（1.中國林業(yè)科學(xué)研究院 資源信息研究所，北京100091；2.麗水職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 麗水323000；3.浙江農(nóng)林大學(xué) 亞熱帶森林培育國家重點實驗室培育基地，浙江臨安311300）

竹林在中國森林資源組成中具有極其重要的地位，被譽為“綠色的金礦”［1］。根據(jù)第7次全國森林資源清查結(jié)果，中國現(xiàn)有竹林面積 538.1萬hm2，占森林面積的2.75%，其中，毛竹Phyllostachys pubescens林面積為386.83萬hm2，占全國竹林總面積的71.89%［2］，是分布最廣，栽培面積最大，開發(fā)利用程度最高的竹種之一。相對于林木而言，竹類植物有其特有的生理習(xí)性。毛竹筍在出土3～5 cm時就停止橫向生長，45～60 d后完成高生長，此后不再長高或長粗。由于毛竹生長快，營養(yǎng)消耗大，容易造成林地養(yǎng)分匱乏，竹林生產(chǎn)能力下降。目前，施肥作為提高竹林生產(chǎn)力最重要手段，已被廣泛運用于竹林經(jīng)營過程中［3－6］。稈形是評價竹種材性優(yōu)劣的重要指標(biāo)之一［7］。早在20世紀(jì)80年代初，周芳純［8］就對毛竹稈形結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究；汪陽東［9］綜述了竹子稈形生長和變異規(guī)律的研究進(jìn)展；汪陽東等［10］研究了氣象因素對毛竹稈形生長變異的影響；謝芳［11］研究了海拔對毛竹節(jié)間性狀的影響；藍(lán)曉光［12］研究了土壤溫度對毛竹冬筍、春筍高生長的影響；林新春等［13］等建立了苦竹各器官生物量與胸徑、稈高的數(shù)學(xué)模型。筆者選擇以不同施肥模式長期經(jīng)營下，林地生產(chǎn)力達(dá)到相對穩(wěn)定狀態(tài)的毛竹林為對象，研究不同施肥條件下毛竹的生長量及竹稈形態(tài)變化，探討施肥對竹林生產(chǎn)力及稈形結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律，為竹林合理施肥及立地質(zhì)量評價提供理論依據(jù)。

1 實驗材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于浙江省西南部的龍泉市，地理坐標(biāo)為 27°42′～28°20′N，118°42′～119°25′E。屬中亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫為17.6℃，平均降水量為1 645.4 mm，平均蒸發(fā)量為1 412.7 mm。土類以紅壤、黃壤為主。龍泉市是中國毛竹自然分布中心區(qū)之一，毛竹林面積達(dá)3.67萬hm2，位居浙江省縣市第2位。

1.2 生物量調(diào)查

采用農(nóng)村參與式評估法（PRA），對浙江省龍泉市80戶農(nóng)戶毛竹林經(jīng)營狀況進(jìn)行調(diào)查。根據(jù)類型多樣性和區(qū)域代表性的原則，在小梅鎮(zhèn)、竹鄉(xiāng)和小黃南鎮(zhèn)，建立以材為主兩用林20 m×30 m標(biāo)準(zhǔn)樣地38個（坡度小于30°）。樣地施肥狀況見表1。各樣地內(nèi)的毛竹進(jìn)行每株檢尺，記錄各株的竹齡、胸徑。

表1 樣地施肥狀況表Table 1 Fertilization scheme of the research sample plots

1.3 稈形結(jié)構(gòu)調(diào)查

1.3.1 測量株的選擇 選擇模式施肥、不施肥毛竹林樣地各7個，樣地立地條件相近，立竹密度相近（差別控制在5%之內(nèi)）。根據(jù)每株調(diào)查的結(jié)果，計算各樣地的平均胸徑，以平均胸徑作為選擇樣竹的依據(jù)。在各標(biāo)準(zhǔn)樣地所在的林地中選取3年生標(biāo)準(zhǔn)竹5株進(jìn)行調(diào)查。標(biāo)準(zhǔn)竹之間的距離要大于15 m。采用伐倒標(biāo)準(zhǔn)竹方法測量。

1.3.2 稈高與枝下高測定 測量標(biāo)準(zhǔn)竹出土第1節(jié)間下端稈環(huán)處至梢部直徑為2.5 cm處竹稈的長度作為稈高。標(biāo)準(zhǔn)竹出土第1節(jié)下端稈環(huán)處至毛竹第1盤枝籜環(huán)處作為枝下高。

1.3.3 節(jié)間長測定 采用“五節(jié)法”［8］，在毛竹出土處節(jié)用記號筆標(biāo)記，依次向上每5節(jié)作為1個節(jié)段，編號1，2，3，…。測各節(jié)段的長度和中央直徑。

1.3.4 稈質(zhì)量、壁厚的測定 竹稈采用“10段法”［14］，按長度分成10等份，并從基部開始按順序編號，測量各段的長度、質(zhì)量及各竹段基部的壁厚。

2 結(jié)果與分析

2.1 施肥對毛竹胸徑的影響

施肥對毛竹平均胸徑的影響見圖1。由圖可知，推薦施肥模式下毛竹平均胸徑值較大。平均胸徑I度＞Ⅳ度＞II度＞Ⅲ度。在林分管理中，I度 ∶II度 ∶Ⅲ度 ∶Ⅳ度調(diào)控在 4∶3∶3∶1。推薦施肥樣地的I度新竹平均胸徑值較不施肥處理I度新竹大。經(jīng)統(tǒng)計，推薦施肥樣地的毛竹平均胸徑為11.15 cm，比不施肥對照增加了4.59%。這表明5月初對竹林進(jìn)行施肥管理能提高毛竹的胸徑。同時，經(jīng)Duncan’s多重比較，在相同人為因素下，推薦施肥竹林平均立竹密度2 970株·hm-2，比不施肥對照毛竹林平均立竹密度提高了930株·hm-2，差異達(dá)到極顯著水平。施肥提高了林地的立竹密度和胸徑，促進(jìn)了林地的生產(chǎn)力。用林分蓄積量進(jìn)行立地質(zhì)量評定的方法來判斷，推薦施肥林地的立地質(zhì)量則要明顯優(yōu)于不施肥林地。

圖1 不同施肥處理下毛竹胸徑變化Figure 1 Moso bamboo DBH variations with the fertilization treatments

2.2 施肥對竹稈高度和節(jié)數(shù)的影響

由表2可知：推薦施肥及不施肥林地的稈高分別為12.39 m和12.67 m，兩者無顯著差異，以胸徑為協(xié)變量對各參數(shù)進(jìn)行校正（各參數(shù)都通過了方差齊性檢驗），校正統(tǒng)一胸徑為10.97 cm后，發(fā)現(xiàn)推薦施肥毛竹稈高為12.45 m，對照的稈高為12.88 m，兩者也沒有達(dá)到差異顯著性水平。推薦施肥毛竹的枝下高、總節(jié)數(shù)、枝下節(jié)數(shù)都極顯著的下降了，其中枝下高比對照下降了17.3%，這可能與枝下節(jié)數(shù)有關(guān)。數(shù)據(jù)表明：稈高是較穩(wěn)定的指標(biāo)，不受立地條件的影響，但立地條件好的施肥林地中枝下高、竹節(jié)總數(shù)和枝下節(jié)數(shù)會顯著降低。

表2 不同施肥處理下毛竹高度和竹節(jié)數(shù)量的變化Table 2 Moso bamboo variations in height and number of nodes with fertilization treatments

2.3 施肥對竹節(jié)節(jié)間長度的影響

毛竹在出筍后的生長發(fā)育過程中，通常以5節(jié)為一個節(jié)段進(jìn)行發(fā)育和生長。對毛竹節(jié)間長度即采用五節(jié)法進(jìn)行，即從毛竹基部開始到小頭直徑2.5 cm處每5節(jié)為一個節(jié)段，編號分別記為1，2，3，…。

以胸徑為協(xié)變量，各節(jié)段長為因變量進(jìn)行協(xié)方差分析和多重比較，統(tǒng)一胸徑到10.97 cm的節(jié)段長度（圖2），可以明顯看出，毛竹節(jié)段中部長，基部和梢部短，第6節(jié)段（26～30節(jié)）最長，均值是175.21 cm。以節(jié)段號為自變量，節(jié)段長為因變量分別進(jìn)行多種曲線擬合，發(fā)現(xiàn)均以二次曲線函數(shù)擬合效果最佳，P＜0.000 1，達(dá)到極顯著水平，擬合方程分別為：推薦施肥y=11.982 5+50.207 1x－3.966 1x2，R2=0.984 9； 不施肥 y=3.272 3+52.656 9x－4.1443x2，R2=0.993 1。

以“五節(jié)法”比較施肥林地與不施肥林地的節(jié)間長度，發(fā)現(xiàn)施肥林地毛竹1～5段比不施肥長，平均比不施肥的長2.4%，而6～9段平均比不施肥的短2.2%。顯著性檢驗表明，施肥對毛竹的節(jié)間長度無顯著影響。

2.4 施肥對竹稈質(zhì)量分布的影響

稈質(zhì)量是毛竹生物產(chǎn)量的反映，是主要的經(jīng)濟指標(biāo)之一。毛竹的稈質(zhì)量受胸徑影響較大，兩者呈二次曲線變化［4］。為了研究施肥對稈質(zhì)量的影響，對胸徑和稈質(zhì)量進(jìn)行協(xié)方差分析，校正胸徑統(tǒng)一到10.97 cm，發(fā)現(xiàn)施肥的稈質(zhì)量為28.00 kg，比不施肥毛竹輕6.8%，達(dá)到差異顯著性水平（P=0.036 0＜0.05）。這表明在毛竹胸徑大小同樣的情況下，立地條件好的竹林的毛竹單株生物量相對較少。

圖2 不同施肥處理下毛竹節(jié)間長度的變化Figure 2 Variation of in-between node length with the fertilization treatments

表3 不同施肥處理竹林的竹稈質(zhì)量變化Table 3 Moso bamboo variation in culm weight with the fertilization treatments

根據(jù)毛竹分段質(zhì)量,可以鑒別毛竹稈生物產(chǎn)量的分布規(guī)律、竹株各段纖維程度。將竹稈按長度平均分成10段，從基部向上編號1，2，3，…，10，稱取每段質(zhì)量（圖3）。

由圖3可以發(fā)現(xiàn)推薦施肥與不施肥毛竹的竹稈質(zhì)量分布相似，基部第1段質(zhì)量最大，竹段越高質(zhì)量越小，各段間變幅大體一致，即通體均勻下降。以段號為自變量，段質(zhì)量為因變量分別進(jìn)行多種曲線擬合，發(fā)現(xiàn)以指數(shù)對數(shù)曲線函數(shù)擬合效果最佳，P＜0.000 1，達(dá)到極顯著水平，擬合方程分別為：推薦施肥y=－2.657 lnx+6.902 1，R2=0.996 7；不施肥：y=－2.653 lnx+6.892 3，R2=0.996 6。由模型曲線可以看出，立地條件的好壞不影響竹稈質(zhì)量分布。

2.5 施肥對竹壁厚度的影響

以高度（x）及對應(yīng)高度的平均竹壁厚度（y）做散點圖（圖4），可以看出：毛竹竹壁厚度自基部隨高度的增加而逐漸減小，其中竹稈0～1 m內(nèi)壁厚急劇下降，之后下降的幅度逐漸減小，施肥和不施肥的壁厚變化規(guī)律相同。經(jīng)協(xié)方差分析表明：施肥和不施肥的壁厚沒有顯著差異，說明立地條件對毛竹竹壁厚度沒有影響。將高度（x）和竹壁厚度（y）的關(guān)系用多個函數(shù)模型進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，發(fā)現(xiàn)Morgan-Mercer-Florin模型的擬合效果最好，經(jīng)擬合度檢驗，顯著水平P＜0.000 1，達(dá)到極顯著。模型曲線見圖5。曲線模型如下：推薦施肥 y=（1.90 × 3 610.23－2 411.56x0.30695） /（3 610.23+x0.30695），R2=0.995 3； 不施肥 y=（1.91 ×3 709.84－2 452.97x0.30671） /（3 709.84+x0.30671），R2=0.998 2。

2.6 施肥對毛竹削尖度的影響

以胸徑為標(biāo)準(zhǔn)，將其他高度處的稈徑與胸徑之比稱為相對直徑，相對直徑隨相對高度的變化曲線反映竹子尖削度的大小。分別根據(jù)各樣地毛竹平均的相對直徑（y）—高度（x）的散點圖（圖5），用多種曲線進(jìn)行擬合，發(fā)現(xiàn)以直線模型擬合度較好，擬合結(jié)果為推薦施肥y=－0.067 4x+1.105 7，R2=0.997 9；不施肥 y=－0.068 7x+1.103 8，R2=0.998 2。

根據(jù)曲線模型，可以通過測量毛竹的胸徑來計算任意高度的直徑。由圖5和模型斜率可以看出，施肥沒有明顯改變毛竹削尖度。

圖3 不同施肥處理下毛竹竹稈質(zhì)量的分布Figure 3 Moso bamboo distribution of culm weight with the fertilization treatments

圖4 毛竹竹壁厚度隨高度的變化Figure 4 Moso bamboo culm wall thickness variation with the height

圖5 毛竹相對直徑隨高度的變化Figure 5 Moso bamboo variations of relative diameters with the culm height

3 結(jié)論與討論

林木養(yǎng)分的積累與分配是養(yǎng)分元素生物循環(huán)的重要環(huán)節(jié)，養(yǎng)分元素的利用直接影響生產(chǎn)力的高低，并關(guān)系到生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定和持續(xù)［15－16］。本研究表明：在相同林分密度及胸徑下，施肥經(jīng)營的竹稈的質(zhì)量比不施肥毛竹下降了6.8%，但從長期經(jīng)營過程來看，施肥增加了胸徑大小，因此，對于整個林分而言，生物產(chǎn)量隨著施肥年限的增長而有所上升，合理的施肥能提高林地生物產(chǎn)量，促進(jìn)林地生產(chǎn)力，改善立地質(zhì)量。

相同的竹林密度下，胸徑相同的毛竹其稈高、材質(zhì)量分布、壁厚和削尖度等都是較為穩(wěn)定的指標(biāo)，受施肥的影響較小，可以通過胸徑建立與節(jié)間長度、材質(zhì)量分布、壁厚和削尖度的函數(shù)關(guān)系來反應(yīng)毛竹的竹桿形態(tài)。

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