毛竹林老竹水平和經(jīng)營(yíng)措施對(duì)新竹發(fā)育質(zhì)量的影響

李　翀, 周?chē)?guó)模, 施擁軍,*, 周宇峰, 徐小軍, 張宇鵬, 范葉青,沈振明

1 浙江農(nóng)林大學(xué) 浙江省森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)與固碳減排重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，臨安　31130 2 浙江農(nóng)林大學(xué)亞熱帶森林培育國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，臨安　311300 3 浙江省臨安市林業(yè)技術(shù)服務(wù)總站，臨安　311300

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毛竹林老竹水平和經(jīng)營(yíng)措施對(duì)新竹發(fā)育質(zhì)量的影響

李翀1,2, 周?chē)?guó)模1,2, 施擁軍1,2,*, 周宇峰1,2, 徐小軍1,2, 張宇鵬1,2, 范葉青1,2,沈振明3

1 浙江農(nóng)林大學(xué) 浙江省森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)與固碳減排重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，臨安31130 2 浙江農(nóng)林大學(xué)亞熱帶森林培育國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，臨安311300 3 浙江省臨安市林業(yè)技術(shù)服務(wù)總站，臨安311300

摘要:毛竹林是我國(guó)重要的森林資源類型，在森林固碳和林業(yè)應(yīng)對(duì)氣候變化中具有不可替代的重要作用。由于毛竹林的持續(xù)采伐與自我更新特性，在竹林經(jīng)營(yíng)過(guò)程中，新竹的發(fā)育數(shù)量和質(zhì)量成為評(píng)價(jià)竹林固碳功能變化的決定性因子。利用兩因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，排除地形因子等影響，選取施肥和采伐留養(yǎng)方式這兩個(gè)因素，研究老竹水平和經(jīng)營(yíng)措施對(duì)2010年和2013年毛竹林新竹發(fā)育質(zhì)量的影響。結(jié)果表明：無(wú)論2010年還是2013年，新竹平均胸徑、株數(shù)和碳儲(chǔ)量與3年生和5年生老竹的相關(guān)性均高于2年生和4年生老竹。新竹碳儲(chǔ)量與3年生和5年生老竹碳儲(chǔ)量呈線性相關(guān)，建立線性回歸模型y=0.675x-2.2491，R2=0.8561，而新竹碳儲(chǔ)量與2年生和4年生老竹碳儲(chǔ)量相關(guān)性較低，線性回歸模型為y=-0.1109x+6.7287，R2 =0.0061。不同經(jīng)營(yíng)措施實(shí)施后，新老竹之間關(guān)系發(fā)生了很大的改變，新竹平均胸徑與老竹的相關(guān)性大幅下降，新竹株數(shù)和碳儲(chǔ)量與老竹幾乎沒(méi)有相關(guān)性，新竹碳儲(chǔ)量與3年生和5年生老竹碳儲(chǔ)量的線性回歸模型為y=0.1036x+3.7539，R2=0.0981，新竹碳儲(chǔ)量與2年生和4年生老竹碳儲(chǔ)量的線性回歸模型為y=-0.0408x+5.9069，R2=0.0151。不同經(jīng)營(yíng)措施的實(shí)施對(duì)新竹的平均胸徑、株數(shù)和地上碳儲(chǔ)量產(chǎn)生了很大的影響。處理A1B2(大量施肥中度采伐中密度留養(yǎng))、A2B2(中等施肥中度采伐中密度留養(yǎng))和A3B2(不施肥中度采伐中密度留養(yǎng))新竹平均胸徑、新竹株數(shù)和新竹碳儲(chǔ)量都有所增加，新竹平均胸徑增幅為：處理A2B2(8.78%)>A1B2(2.43%)>A3B2(2.06%)，新竹株數(shù)增幅為：處理A1B2(81.0%)>A3B2(35.4%)>A2B2(15.2%)，新竹地上碳儲(chǔ)量增幅為：處理A1B2(90.8%)>A3B2(35.7%)>A2B2(49.7%)，而其余處理基本都會(huì)減少，說(shuō)明適度采伐留養(yǎng)最有利于提高毛竹林新竹的發(fā)育質(zhì)量。僅僅從固碳最大化的角度出發(fā)，大量施肥中度采伐中密度留養(yǎng)最有利于新竹碳儲(chǔ)量的增加，而從培養(yǎng)大徑竹材的角度考慮，中等施肥中度采伐中密度留養(yǎng)能收到更好的效果。

關(guān)鍵詞：毛竹；采伐留養(yǎng)；施肥量；碳儲(chǔ)量；新竹胸徑；新竹株數(shù)

隨著林業(yè)應(yīng)對(duì)氣候變化問(wèn)題成為全球關(guān)注的熱點(diǎn)[1]，通過(guò)森林經(jīng)營(yíng)與管理來(lái)增加森林生產(chǎn)力、森林植被生物量和生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量的有效方法也受到了廣泛的關(guān)注[2]，2009年哥本哈根COP15大會(huì)后，森林經(jīng)營(yíng)項(xiàng)目(加強(qiáng)森林經(jīng)營(yíng)，增加碳儲(chǔ)量)已經(jīng)被國(guó)際社會(huì)認(rèn)可并納入到森林増匯減排項(xiàng)目的范疇[3]，開(kāi)展森林經(jīng)營(yíng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)固碳效果影響的研究愈顯重要。

竹林是亞熱帶地區(qū)十分重要的一種森林類型，分布廣泛，具有良好的經(jīng)濟(jì)功能和生態(tài)功能，對(duì)保障竹材供給和平衡大氣CO2都具有重要作用[4- 8]。中國(guó)南方毛竹(PhyllostachysPubescens)林面積巨大，2008年全國(guó)毛竹林面積已經(jīng)達(dá)到386.83萬(wàn)hm2，資源優(yōu)勢(shì)明顯[9]，但現(xiàn)有竹林生產(chǎn)力水平普遍偏低，我省近75%竹林還屬于低產(chǎn)低效林，存大很大的經(jīng)營(yíng)增匯空間。根據(jù)目前生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)實(shí)踐，施肥翻耕和采伐留養(yǎng)是現(xiàn)有竹林經(jīng)營(yíng)中最主要的經(jīng)營(yíng)方式[10- 11]，會(huì)對(duì)竹林植被碳庫(kù)，甚至整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)固碳效果產(chǎn)生重要影響。然而，以前的研究主要集中于如何通過(guò)經(jīng)營(yíng)提高竹材的產(chǎn)量上[12- 13]，而基于固碳效果的竹林經(jīng)營(yíng)研究非常少見(jiàn)。在當(dāng)今關(guān)注森林生態(tài)效益，特別是固碳效益的大背景下，通過(guò)設(shè)置可靠的控制性試驗(yàn)，實(shí)施長(zhǎng)期定位經(jīng)營(yíng)來(lái)研究毛竹林固碳效果及其影響機(jī)制具有良好的科學(xué)和實(shí)際意義。

毛竹林是非常特殊的林分，具有獨(dú)特的地下鞭根系統(tǒng)，竹林依賴它來(lái)吸收土壤中的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)和水分，輸送到地上部分利用，同時(shí)通過(guò)竹鞭進(jìn)行橫向運(yùn)輸，調(diào)節(jié)竹株之間的養(yǎng)分平衡，正是由于鞭根系統(tǒng)的存在，使得老竹對(duì)新竹的發(fā)育產(chǎn)生關(guān)聯(lián)[14- 15]。另外已有許多研究表明，毛竹個(gè)體的粗生長(zhǎng)自筍出土后就已停止，高生長(zhǎng)在40—45 d之內(nèi)形成，在以后的生長(zhǎng)期間主要是進(jìn)行體內(nèi)物質(zhì)的積累，粗度和高度都不會(huì)發(fā)生變化[16- 17]，但是會(huì)通過(guò)竹鞭孕育新筍，源源不斷地長(zhǎng)出新竹，促進(jìn)林分的發(fā)育和質(zhì)量改善。所以在評(píng)估毛竹林的固碳經(jīng)營(yíng)效果上，不同于普通的喬木林，喬木林經(jīng)營(yíng)效果主要依據(jù)現(xiàn)有林木胸徑和樹(shù)高的增長(zhǎng)率上，而毛竹林經(jīng)營(yíng)效果主要體現(xiàn)在新竹的數(shù)量和質(zhì)量上，而新竹的數(shù)量和質(zhì)量一方面與老竹狀況存在關(guān)系，另一方面，采取的經(jīng)營(yíng)措施及其強(qiáng)度也會(huì)對(duì)其產(chǎn)生重要影響，從而影響著竹林未來(lái)的固碳效果。本文設(shè)置兩因素隨機(jī)區(qū)組長(zhǎng)期定位經(jīng)營(yíng)試驗(yàn)，選取施肥量和采伐留養(yǎng)方式這兩個(gè)主要因素，著重研究老竹水平和經(jīng)營(yíng)措施對(duì)毛竹林新竹發(fā)育質(zhì)量的影響，從而反映毛竹林固碳效果的改善狀況，以便為毛竹林固碳經(jīng)營(yíng)提供依據(jù)。

1試驗(yàn)區(qū)概況和研究方法

1.1試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于浙江省臨安市板橋鎮(zhèn)(30°10′N， 119°45′E)，樣地海拔為90—200 m。該區(qū)域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，年平均氣溫為15.9 ℃，年降水量1350.0—1500.0 mm，年日照時(shí)數(shù)1774.0 h，無(wú)霜期236 d，地形地貌為低山丘陵，森林覆蓋率達(dá)65%，主要樹(shù)種為毛竹，土壤為微酸性紅壤土類。

試驗(yàn)區(qū)內(nèi)竹林隔年留養(yǎng)新竹，隔年采伐老竹，一般采伐5—6年生老竹。該竹林為花年竹林，大小年不明顯。立竹密度為2400—4300 株/hm2。林下少灌木，多雜草。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2010年6月進(jìn)行試驗(yàn)樣地布設(shè)，采用兩因素隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，選取施肥和采伐留養(yǎng)方式兩個(gè)因素，每個(gè)因素分別設(shè)置3個(gè)可控水平，見(jiàn)表1。

表1　毛竹林二因素三水平隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)組合

括號(hào)中序號(hào)代表處理號(hào)

竹林經(jīng)營(yíng)隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)的布設(shè)：將上述實(shí)驗(yàn)二因素對(duì)應(yīng)的3個(gè)試驗(yàn)水平進(jìn)行3k正交，即可得到9種不同的實(shí)驗(yàn)組合。為了減少實(shí)驗(yàn)過(guò)程的偶然性，排除坡向、坡位等因素的影響，本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行3次重復(fù)試驗(yàn)，且各種實(shí)驗(yàn)組合隨機(jī)交叉分布。

施肥：實(shí)驗(yàn)林地施肥量水平分為大量(每年施毛竹專用肥1800 kg/hm2，分兩次施肥)、中等(每年施毛竹專用肥900 kg/hm2，分兩次施肥)和不施肥。肥料為竹筍專用肥(N、P、K含量：N 13%、P2O53%、K20 2%，氨基酸≥8%，有機(jī)質(zhì)≥15%，腐殖酸≥10%)，施肥采用溝施方式。

采伐留養(yǎng)：分為強(qiáng)度采伐、中度采伐、弱度采伐三類措施，留養(yǎng)竹分別為Ⅰ度竹(1年生毛竹)、Ⅱ度竹(2—3年生)、Ⅲ度竹(4—5年生)，不留Ⅳ度竹(6年生及以上)。其中強(qiáng)度采伐Ⅲ度竹全部采伐，中度采伐Ⅲ度竹采一半留一半，弱度采伐Ⅲ度竹不采伐。

圖1　試驗(yàn)處理樣地分布圖Fig.1　Distribution diagram of experiment standard plot

考慮毛竹生長(zhǎng)的特殊性，為了減少因相鄰樣地毛竹鞭蔓延而產(chǎn)生的干擾，實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)樣地設(shè)計(jì)如圖(圖1)。將實(shí)驗(yàn)基地劃分為大小相等的27塊標(biāo)準(zhǔn)樣地，每塊大小設(shè)為30 m×30 m；各樣地四周各留出5 m寬“回”形條塊作為緩沖帶，不采集數(shù)據(jù)；實(shí)驗(yàn)取樣數(shù)據(jù)采集時(shí)，以樣地中心20 m×20 m為界，從中進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

1.3毛竹碳儲(chǔ)量測(cè)定

在27個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣地內(nèi)首先進(jìn)行每株立竹調(diào)查，記錄每株毛竹的胸徑、年齡(度)數(shù)據(jù)，根據(jù)單株毛竹二元生物量模型，對(duì)樣地各單株生物量求和得到地上部分生物量，再利用生物量乘轉(zhuǎn)換系數(shù)0.5042得到喬木層地上碳儲(chǔ)量[18]。

單株毛竹二元生物量計(jì)算模型為：

式中,M為單株毛竹生物量(kg)；D為胸徑(cm)；A為年齡(度)。

樣地內(nèi)單位面積生物量碳儲(chǔ)量(tC/hm2)計(jì)算模型為：

CAB_B=∑fAB_B(BD,BA)·CF·100000/AP

CBB_B=CAB_B·R

式中,fAB_B(BD,BA)為毛竹地上生物量二元異速生長(zhǎng)方程(t d.m.株- 1)；CF為平均含碳率(無(wú)單位);R為生物量根莖比，比值為0.32[18](無(wú)單位)；AP為樣地面積(m2)。

1.4數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

2010年7月，2013年7月兩期野外調(diào)研，分別測(cè)得兩期27個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣地每株立竹的胸徑和年齡。2010年7月調(diào)查數(shù)據(jù)為試驗(yàn)本底數(shù)據(jù)，也就是經(jīng)營(yíng)試驗(yàn)實(shí)施前數(shù)據(jù)，各樣地經(jīng)營(yíng)方式一致。2013年7月調(diào)查數(shù)據(jù)為經(jīng)營(yíng)試驗(yàn)實(shí)施后數(shù)據(jù)。

為研究新老竹之間的聯(lián)系，分別建立試驗(yàn)前后新老竹平均胸徑、株數(shù)以及碳儲(chǔ)量之間的相關(guān)關(guān)系，分析新竹與2年生和4年生老竹和3年生和5年生老竹的相關(guān)性。利用SPSS19.0采用雙因素方差分析法從施肥，采伐留養(yǎng)方式及其交互作用來(lái)分析各處理2010年和2013年新竹平均胸徑，株數(shù)和地上碳儲(chǔ)量變化量的顯著性，對(duì)有顯著差異的因素再進(jìn)行多重比較，同時(shí)用單因素方差分析法分析各處理之間2010年和2013年新竹平均胸徑，株數(shù)和地上碳儲(chǔ)量變化量的顯著性，顯著部分進(jìn)行多重比較，從而篩選出較為有利的經(jīng)營(yíng)方案。

2結(jié)果與分析

2.1不同經(jīng)營(yíng)措施實(shí)施前后新老竹間的關(guān)系

2.1.12010年新老竹間的關(guān)系

經(jīng)營(yíng)試驗(yàn)前(2010年)，各經(jīng)營(yíng)措施樣地原有新老竹數(shù)據(jù)如表1。

根據(jù)圖2可以發(fā)現(xiàn)，新竹平均胸徑隨著老竹平均胸徑的增加而增加，呈線性相關(guān)，3年生和5年生老竹與新竹平均胸徑的相關(guān)性大于2年生和4年生老竹。而圖2顯示新竹株數(shù)隨2年生和4年生老竹株數(shù)的增加而減少，隨3年生和5年生老竹株數(shù)的增加而增加，說(shuō)明3年生和5年生老竹株數(shù)的增加積累了更多營(yíng)養(yǎng)對(duì)新竹萌發(fā)具有促進(jìn)作用，而2年生和4年生老竹株數(shù)的增加對(duì)新竹的萌發(fā)存在抑制作用。通過(guò)圖2可以看出，新竹碳儲(chǔ)量與3年生和5年生老竹碳儲(chǔ)量呈線性相關(guān)，R2= 0.8561，而新竹碳儲(chǔ)量與2年生和4年生老竹碳儲(chǔ)量不相關(guān)。

表2　2010年不同經(jīng)營(yíng)措施新老竹平均胸徑、株數(shù)和碳儲(chǔ)量

圖2　2010年新老竹平均胸徑、株數(shù)和碳儲(chǔ)量的相關(guān)關(guān)系Fig.2　The correlation of Average DBH, number of culms and carbon storage between new and old bamboo in 2010

2.1.22013年新老竹間的關(guān)系

經(jīng)營(yíng)試驗(yàn)后(2013年)，不同經(jīng)營(yíng)措施樣地新老竹數(shù)據(jù)如表3。

表3　2013年不同經(jīng)營(yíng)措施新老竹平均胸徑、株數(shù)和碳儲(chǔ)量

經(jīng)過(guò)不同經(jīng)營(yíng)處理2013年新老竹之間關(guān)系發(fā)生了很大的改變，從圖3可以看出，與2010年相比，新竹平均胸徑與老竹平均胸徑相關(guān)性大幅下降，3年生和5年生老竹與新竹平均胸徑的相關(guān)性大于2年生和4年生老竹。圖3顯示，新竹株數(shù)與老竹株數(shù)相關(guān)性很低，3年生和5年生老竹與新竹株數(shù)的相關(guān)性大于2年生和4年生老竹。通過(guò)圖3可以看出，新竹碳儲(chǔ)量與老竹碳儲(chǔ)量相關(guān)性也很低，3年生和5年生老竹與新竹碳儲(chǔ)量的相關(guān)性略大于2年生和4年生老竹。3年生和5年生老竹碳儲(chǔ)量的增加對(duì)新竹碳儲(chǔ)量增加具有促進(jìn)作用，而2年生和4年生老竹碳儲(chǔ)量的增加對(duì)新竹碳儲(chǔ)量增加存在抑制作用，但是與2010年相比，老竹對(duì)新竹的影響已經(jīng)大幅減小。

圖3　2013年新老竹平均胸徑、株數(shù)和碳儲(chǔ)量的相關(guān)關(guān)系Fig.3　The correlation of Average DBH, number of culms and carbon storage between new and old bamboo in 2013

2.2不同經(jīng)營(yíng)措施對(duì)新竹的影響

經(jīng)過(guò)不同經(jīng)營(yíng)措施處理2013年新老竹之間關(guān)系發(fā)生了很大的變化，主要原因可能是不同經(jīng)營(yíng)措施對(duì)竹林的影響主要體現(xiàn)在新竹上。

2.2.1不同經(jīng)營(yíng)措施對(duì)新竹胸徑的影響

新竹胸徑是反映竹林未來(lái)生長(zhǎng)質(zhì)量的重要因子，不同的經(jīng)營(yíng)措施對(duì)新竹胸徑將會(huì)產(chǎn)生不同的影響。不同經(jīng)營(yíng)措施新竹平均胸徑2010—2013年的變化量結(jié)果見(jiàn)圖4。單因素方差分析結(jié)果表明，兩期新竹平均胸徑差異不顯著(P>0.05)。兩期新竹平均胸徑變化量的雙因素方差分析結(jié)果表明(表4)，不同施肥處理、采伐留養(yǎng)處理對(duì)新竹平均胸徑變化差異都不顯著，并且交互作用不明顯。二因素中采伐留養(yǎng)處理的離差平方和大于施肥處理，說(shuō)明采伐留養(yǎng)的影響效應(yīng)較大。多重比較發(fā)現(xiàn)只有采伐留養(yǎng)處理間存在顯著性差異(表5)，說(shuō)明強(qiáng)度采伐低密度留養(yǎng)方式不利于新竹胸徑的增加，而中度采伐中密度留養(yǎng)方式能促進(jìn)竹林的健康生長(zhǎng)。

各處理間兩期新竹平均胸徑變化量的多重比較結(jié)果(圖4)顯示，只有處理A1B1和處理A2B2新竹平均胸徑差異顯著(P<0.05)，其余處理之間差異不顯著(P>0.05)。說(shuō)明經(jīng)過(guò)不同經(jīng)營(yíng)措施新竹胸徑發(fā)生了變化，中等施肥中度采伐中密度留養(yǎng)更有利于新竹胸徑的增加，而大量施肥強(qiáng)度采伐低密度留養(yǎng)不利于新竹胸徑的增長(zhǎng)。由圖4可以看出，只有處理A1B2、A2B2和A3B2新竹平均胸徑有所增加，而其余處理新竹平均胸徑都是減少的，3種處理的增幅為：A2B2(8.78%)>A1B2(2.43%)>A3B2(2.06%)。說(shuō)明新竹的平均胸徑與采伐留養(yǎng)方式有關(guān)，合理的采伐留養(yǎng)方式可以改善竹林環(huán)境、調(diào)整林分組成結(jié)構(gòu)，有利于新竹胸徑的增粗。在選擇合理的采伐留養(yǎng)方式的同時(shí)，適度的施肥能夠更好地提高新竹胸徑的增幅，從而提高毛竹林竹材的產(chǎn)量和質(zhì)量。

2.2.2不同經(jīng)營(yíng)措施對(duì)新竹株數(shù)的影響

新竹株數(shù)是反映竹林生長(zhǎng)數(shù)量的重要因子，不同的經(jīng)營(yíng)措施對(duì)新竹株數(shù)也會(huì)產(chǎn)生不同的影響。不同經(jīng)營(yíng)措施新竹株數(shù)2010—2013年的變化量結(jié)果見(jiàn)圖5。單因素方差分析結(jié)果表明，兩期新竹株數(shù)變化差異不顯著(P>0.05)。兩期新竹株數(shù)變化量的雙因素方差分析結(jié)果表明(表6)，不同施肥處理對(duì)新竹株數(shù)變化差異不顯著，而采伐留養(yǎng)處理對(duì)新竹株數(shù)變化差異極顯著(P<0.01)，兩者交互作用不明顯。說(shuō)明新竹株數(shù)的變化與采伐留養(yǎng)方式密切相關(guān)。多重比較發(fā)現(xiàn)中度采伐中密度留養(yǎng)分別與強(qiáng)度采伐低密度留養(yǎng)和弱度采伐高密度留養(yǎng)存在極顯著差異(表7)，說(shuō)明中度采伐中密度留養(yǎng)方式有效促進(jìn)了新竹株數(shù)的增加，而強(qiáng)度采伐低密度留養(yǎng)和弱度采伐高密度留養(yǎng)方式不利于新竹株數(shù)的增加。

各處理間兩期新竹株數(shù)變化量的多重比較結(jié)果(圖5)顯示，處理A1B2與A1B1、A2B1和A3B3新竹株數(shù)變化差異極顯著(P<0.01)；處理A1B2和A2B3新竹株數(shù)變化差異顯著(P<0.05)；處理A3B2和A3B3新竹株數(shù)變化差異顯著(P<0.05)；其余處理之間差異不顯著(P>0.05)。說(shuō)明經(jīng)過(guò)不同經(jīng)營(yíng)措施新竹株數(shù)發(fā)生了顯著變化，大量施肥中度采伐中密度留養(yǎng)更有利于新竹株數(shù)數(shù)量上的增加，而大量施肥強(qiáng)度采伐低密度留養(yǎng)，中等施肥強(qiáng)度采伐低密度留養(yǎng)和不施肥弱度采伐高密度留養(yǎng)不利于新竹株數(shù)的增加。由圖5可以看出，只有處理A1B2、A2B2和A3B2新竹株數(shù)增加較多，其余處理新竹株數(shù)都是減少或不變的，3種處理的增幅為：A1B2(81.0%)>A3B2(35.4%)>A2B2(15.2%)。說(shuō)明新竹株數(shù)也與采伐留養(yǎng)方式密切有關(guān)，合理的采伐留養(yǎng)方式可以改善竹林環(huán)境、調(diào)整林分組成結(jié)構(gòu)，有利于新竹株數(shù)的大幅增加。

表4　不同經(jīng)營(yíng)措施新竹平均胸徑變化的雙因素方差分析結(jié)果

表5　不同采伐留養(yǎng)處理新竹平均胸徑變化的多重比較

圖4　各處理2010—2013年新竹平均胸徑的變化量　Fig.4　The changes of new bamboo Average DBH in every treatment from 2010 to 2013

圖5　各處理2010—2013年新竹株數(shù)的變化量　Fig.5　The changes of new bamboo number in every treatment from 2010 to 2013

源SourceIII型平方和SumofsquaresoftypeIIIdf均方MeansquareFSig.校正模型Calibrationmodel1818.0748227.2592.5000.051截距Intercept17.926117.9260.1970.662施肥處理Fertilizing170.296285.1480.9370.410采伐留養(yǎng)處理Cuttingandleaving1273.1852636.5937.0040.006施肥處理×采伐留養(yǎng)處理Fertilizing×Cuttingandleaving374.593493.6481.0300.419誤差Error1636.0001890.889總計(jì)Total3472.00027校正的總計(jì)Correctionofatotal3454.07426

表7　不同采伐留養(yǎng)處理新竹株數(shù)變化的多重比較

圖6　各處理2010—2013年新竹碳儲(chǔ)量的變化量　Fig.6　The changes of new bamboo carbon storage in every treatment from 2010 to 2013

2.2.3不同經(jīng)營(yíng)措施對(duì)兩期新竹地上碳儲(chǔ)量的影響

新竹碳儲(chǔ)量直觀地反映了竹林當(dāng)前的生長(zhǎng)力，不同的經(jīng)營(yíng)措施對(duì)新竹碳儲(chǔ)量的影響可以用來(lái)評(píng)價(jià)各經(jīng)營(yíng)措施的合理性。不同經(jīng)營(yíng)措施新竹地上碳儲(chǔ)量2010—2013年的變化量結(jié)果見(jiàn)圖6。單因素方差分析結(jié)果表明，兩期新竹地上碳儲(chǔ)量差異不顯著(P>0.05)。兩期新竹地上碳儲(chǔ)量變化量的雙因素方差分析結(jié)果表明(表8)，不同施肥處理對(duì)新竹地上碳儲(chǔ)量變化差異不顯著，而采伐留養(yǎng)處理對(duì)新竹地上碳儲(chǔ)量變化差異極顯著(P<0.01)，兩者交互作用不明顯。說(shuō)明新竹地上碳儲(chǔ)量也與采伐留養(yǎng)方式密切相關(guān)，多重比較發(fā)現(xiàn)中度采伐中密度留養(yǎng)分別與強(qiáng)度采伐低密度留養(yǎng)和弱度采伐高密度留養(yǎng)存在極顯著差異(表9)，說(shuō)明中度采伐中密度留養(yǎng)方式有效地促進(jìn)了新竹地上碳儲(chǔ)量的增加，而強(qiáng)度采伐低密度留養(yǎng)和弱度采伐高密度留養(yǎng)方式不利于竹林的長(zhǎng)期經(jīng)營(yíng)。

各處理間兩期新竹地上碳儲(chǔ)量變化量的多重比較結(jié)果(圖6)顯示，處理A1B2與A1B1、A3B3新竹地上碳儲(chǔ)量變化差異極顯著(P<0.01)；處理A1B2與A2B1、A2B3新竹地上碳儲(chǔ)量變化差異顯著(P<0.05)；處理A2B2與A1B1、A3B3新竹地上碳儲(chǔ)量變化差異顯著(P<0.05)；處理A3B2與A1B1、A3B3新竹地上碳儲(chǔ)量變化差異顯著(P<0.05)；其余處理之間差異不顯著(P>0.05)。說(shuō)明經(jīng)過(guò)不同經(jīng)營(yíng)措施新竹地上碳儲(chǔ)量發(fā)生了顯著變化，大量施肥中度采伐中密度留養(yǎng)更有利于新竹地上碳儲(chǔ)量的增加，而大量施肥強(qiáng)度采伐低密度留養(yǎng)和不施肥弱度采伐高密度留養(yǎng)不利于新竹地上碳儲(chǔ)量的增加。由圖6可以看出，只有處理A1B2、A2B2和A3B2新竹地上碳儲(chǔ)量增加，其余處理新竹地上碳儲(chǔ)量都是減少的，3種處理的增幅為：A1B2(90.8%)>A3B2(35.7%)>A2B2(49.7%)。說(shuō)明新竹地上碳儲(chǔ)量也與采伐留養(yǎng)方式密切相關(guān)，合理的采伐留養(yǎng)方式可以大幅提高新竹的地上碳儲(chǔ)量，從而增加毛竹林的碳匯量。

表8　不同經(jīng)營(yíng)措施新竹碳儲(chǔ)量變化的雙因素方差分析結(jié)果

表9　不同采伐留養(yǎng)處理新竹碳儲(chǔ)量變化的多重比較

3結(jié)論與討論

無(wú)論2010年還是2013年，新竹平均胸徑、株數(shù)和碳儲(chǔ)量與3年生和5年生老竹的相關(guān)性均高于2年生和4年生老竹。

其原因可能是毛竹竹葉每2a換1次，新竹在第2年換葉[19]。那么，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的合成、積累、轉(zhuǎn)化及消耗周期也是兩年，換葉期間，可供鞭芽分化和生長(zhǎng)發(fā)育所需要的養(yǎng)分很少，致使竹鞭上的筍芽仍多處于休眠狀態(tài)，第二年就不出筍或很少出筍，而換葉后。光合能力逐漸加強(qiáng)，竹桿及竹鞭中干物質(zhì)積累也隨之增加，從而滿足了部分筍芽分化(孕筍)所需的養(yǎng)分，為大量出筍創(chuàng)造了物質(zhì)基礎(chǔ)[20]。因此，奇齡老竹不具備發(fā)筍能力，那么，新竹的平均胸徑，株數(shù)和碳儲(chǔ)量就由偶齡老竹決定。根據(jù)這個(gè)原理，對(duì)于大小年竹林可以采取隔年采伐老竹的經(jīng)營(yíng)方式，而對(duì)于花年竹林應(yīng)該每年適當(dāng)采伐偶齡老竹，采伐時(shí)間可以為當(dāng)年新竹生長(zhǎng)完成后。

經(jīng)過(guò)不同經(jīng)營(yíng)處理2013年新老竹之間關(guān)系發(fā)生了很大的改變，新竹平均胸徑與老竹的相關(guān)性大幅下降，新竹株數(shù)和碳儲(chǔ)量與老竹幾乎沒(méi)有相關(guān)性，主要原因可能是不同經(jīng)營(yíng)措施的實(shí)施對(duì)新竹的平均胸徑、株數(shù)和地上碳儲(chǔ)量產(chǎn)生了很大的影響。

不同經(jīng)營(yíng)措施對(duì)新竹胸徑的影響表明，處理A1B2、A2B2和A3B2使新竹平均胸徑有所增加，其增幅為：A2B2(8.78%)>A1B2(2.43%)>A3B2(2.06%)，而其余處理新竹平均胸徑都是減少的。說(shuō)明中等施肥中度采伐中密度留養(yǎng)效果最好，有利于大徑竹材的培育，而大量施肥強(qiáng)度采伐低密度留養(yǎng)效果最差。

研究表明，新竹平均胸徑的變化與采伐留養(yǎng)方式密切相關(guān)，強(qiáng)度采伐低密度留養(yǎng)不留Ⅲ度竹不利于新竹胸徑的增加，這與張春霞等的研究結(jié)果基本一致，隨毛竹林留竹度數(shù)的增高，竹林結(jié)構(gòu)漸趨良好，中齡竹子在竹林中所占比例漸高，提供給新個(gè)體生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)漸多,從而使新個(gè)體生長(zhǎng)狀況漸好，表現(xiàn)為成竹即新竹胸徑漸高[21]。由于老齡竹提供新個(gè)體生長(zhǎng)所需營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的能力漸弱，適當(dāng)?shù)牟煞ア蠖戎穸麴B(yǎng)Ⅱ度竹，不僅給新竹提供了生長(zhǎng)空間，而且高比例的壯年竹又給新竹提供了大量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，從而促進(jìn)新竹胸徑的增加，提高竹材的質(zhì)量。

不同經(jīng)營(yíng)措施對(duì)新竹株數(shù)的影響表明，采伐留養(yǎng)處理對(duì)新竹株數(shù)變化差異極顯著(P<0.01)。處理A1B2、A2B2和A3B2新竹株數(shù)增加較多，其增幅為：A1B2(81.0%)>A3B2(35.4%)>A2B2(15.2%)，而其余處理新竹株數(shù)都是減少或不變的。說(shuō)明大量施肥中度采伐中密度留養(yǎng)效果最好，大量施肥強(qiáng)度采伐低密度留養(yǎng)、中等施肥強(qiáng)度采伐低密度留養(yǎng)和不施肥弱度采伐高密度留養(yǎng)效果較差。

研究表明，新竹株數(shù)的變化也與采伐留養(yǎng)方式密切相關(guān)，中度采伐中密度留養(yǎng)方式有效促進(jìn)了新竹株數(shù)的增加，而強(qiáng)度采伐低密度留養(yǎng)和弱度采伐高密度留養(yǎng)方式不利于新竹株數(shù)的增加。這與不同經(jīng)營(yíng)措施對(duì)新竹平均胸徑的影響結(jié)果相似。但是中度采伐中密度留養(yǎng)不同施肥水平對(duì)新竹平均胸徑的影響與對(duì)新竹株數(shù)的影響相反，中等施肥新竹平均胸徑的增長(zhǎng)大于大量施肥和不施肥，而中等施肥新竹株數(shù)的增加卻小于大量施肥和不施肥。產(chǎn)生這種情況的原因可能是筍芽發(fā)育多、筍密度大，影響了筍的質(zhì)量。這與游德龍研究立竹結(jié)構(gòu)和施肥對(duì)筍用苦竹林筍生長(zhǎng)的影響結(jié)果一致，產(chǎn)筍量隨密度增大而增加，隨1年生竹比例增加而減少，但筍個(gè)體重卻相反，產(chǎn)筍量越大，個(gè)體重量越小，這與出筍數(shù)量有關(guān)，出筍數(shù)量越多，單個(gè)筍體的養(yǎng)分占有量就越少，個(gè)體變小，質(zhì)量輕[22]。

不同經(jīng)營(yíng)措施對(duì)新竹地上碳儲(chǔ)量的影響表明，采伐留養(yǎng)處理對(duì)新竹地上碳儲(chǔ)量變化差異極顯著(P<0.01)。處理A1B2、A2B2和A3B2新竹地上碳儲(chǔ)量有所增加，其增幅為：A1B2(90.8%)>A3B2(35.7%)>A2B2(49.7%)，而其余處理新竹地上碳儲(chǔ)量都是減少的，說(shuō)明大量施肥中度采伐中密度留養(yǎng)效果最好，有利于竹林新竹碳儲(chǔ)量的大幅增加，而大量施肥強(qiáng)度采伐低密度留養(yǎng)、中等施肥強(qiáng)度采伐低密度留養(yǎng)和不施肥弱度采伐高密度留養(yǎng)效果較差。

新竹碳儲(chǔ)量是衡量竹林固碳能力的重要指標(biāo)之一，周?chē)?guó)模的研究表明，無(wú)論是集約經(jīng)營(yíng)還是粗放經(jīng)營(yíng)兩種類型毛竹林新竹(1年生)毛竹積累的碳儲(chǔ)量分別達(dá)10.1117、5.6131 tC/hm2，已分別占全年碳儲(chǔ)量的88.8%和92.6%[23]，所以研究不同經(jīng)營(yíng)措施對(duì)新竹碳儲(chǔ)量的變化也具有非常重要的意義。研究表明，影響新竹地上碳儲(chǔ)量的主要因素依次是新竹株數(shù)與新竹平均胸徑，無(wú)論是新竹株數(shù)還是新竹平均胸徑都與采伐留養(yǎng)處理密切相關(guān)，也就意味著新竹地上碳儲(chǔ)量主要是受林分密度和留養(yǎng)竹度數(shù)影響的，這與李海等和朱劍秋等的研究結(jié)果一致。李海等研究不同間伐強(qiáng)度對(duì)撐綠竹新竹生長(zhǎng)的影響發(fā)現(xiàn)，撐綠竹林中度間伐有利于新生竹的生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量提高，過(guò)度間伐使竹叢內(nèi)母竹大量減少，不能給新生竹提供足夠的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，而不間伐使竹叢老竹數(shù)量逐年增多進(jìn)行光合作用的能力減弱[24]。朱劍秋研究毛竹林不同留養(yǎng)度數(shù)對(duì)生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不同留養(yǎng)度數(shù)的毛竹林、其新竹數(shù)量、新竹胸徑和竹材產(chǎn)量的差異是顯著的，而留養(yǎng)Ⅱ度、Ⅲ度的毛竹林，成竹率高、成竹數(shù)多[25]。因此，合理的密度和留養(yǎng)竹比例是增加竹林新竹固碳能力的最重要的兩個(gè)因素。此外，大量施肥能通過(guò)增加新竹株數(shù)來(lái)增加新竹地上碳儲(chǔ)量，但是大量施肥加速了表層土壤有機(jī)質(zhì)的礦化。加快有機(jī)質(zhì)礦化雖然可釋放出更多養(yǎng)分元素供竹子生長(zhǎng)，再加上人為施肥，從某種程度上使竹筍、竹材產(chǎn)量增加，但在產(chǎn)量增加的同時(shí)，土壤總有機(jī)碳貯量卻下降明顯，土壤總有機(jī)碳減少，將會(huì)使林地潛在肥力下降, 對(duì)竹林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)產(chǎn)生負(fù)面影響[26]。

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Effects of old bamboo forests and relevant management measures on growth of new bamboo forests

LI Chong1,2, ZHOU Guomo1,2, SHI Yongjun1,2,*, ZHOU Yufeng1,2, XU Xiaojun1,2, ZHANG Yupeng1,2, FAN Yeqing1,2, SHEN Zhenming3

1ZhejiangProvincialKeyLaboratoryofCarbonCyclinginForestEcosystemsandCarbonSequestration,ZhejiangA&FUniversity,Lin′an311300,China2TheNurturingStationfortheStateKeyLaboratoryofSubtropicalSilviculture,ZhejiangA&FUniversity,Lin′an311300,China3ForestryStationofLin′anCity,Lin′an311300,China

Abstract：Moso bamboo forest, an important forest resource in China, plays an irreplaceable and important role in forest carbon sequestration and in adaptation of the forestry to climate change. Because of the special characteristics of Moso bamboo forests in continuous cutting and self-renewal, the quantity and quality of new bamboo′s development become a decisive factor in evaluating functional changes of Moso bamboo forest carbon sequestration in the process of bamboo forest management. This research examined the effect of old bamboo forest and relevant management measures on growth of new bamboo forest based on the 2010 and 2013 Moso bamboo forests. A two-factor randomized block design was employed, which fertilization amount and cutting/leaving ways were selected based on the removal of topographical impacts. Results showed that the correlation coefficients of average diameter at breast height (DBH), number of culms and carbon storage between new bamboo forest and old bamboo forest of 3 and 5 years have higher values than those between new bamboo forest and old bamboo forest of 2 and 4 years either in the year of 2010 or 2013. The carbon storage between new bamboo forests and old bamboo forests of 3 and 5 years has linear relationships (e.g, y=0.675x-2.2491, R2=0.8561); in contrast, there is no correlations between new bamboo and old bamboo of 2 and 4 years (e.g., y=-0.1109x+6.7287, R2=0.0061). After different management measures were implemented, the relationships between new and old bamboo forests changed considerably, that is, the correlation of average DBH between new and old bamboo forests decreased dramatically; no correlation in number of culms and carbon storage between new and old bamboo forests existed. The linear regression model of carbon storage between new bamboo and old bamboo forests of 3 and 5 years was y=0.1036x+3.7539, R2=0.0981, and between new and old bamboo forest of 2 and 4 years was y=-0.0408x+5.9069, R2=0.0151. These results implied that the implementation of different management measures had a great effect on average DBH, number of culms and aboveground carbon storage of new bamboo forest. These attributes increased with treatments A1B2 (high fertilization with moderate-intensity cutting and leaving), A2B2 (intermediate fertilization with moderate-intensity cutting and leaving) and A3B2 (no fertilization with moderate-intensity cutting and leaving). The order of average DBH increase rate of new bamboo forest is A2B2 (8.78%)>A1B2 (2.43%)>A3B2 (2.06%), and the increase rates of number of culms and aboveground carbon storage are A1B2 (81.0%)>A3B2 (35.4%)>A2B2 (15.2%) and A1B2 (90.8%)>A3B2 (35.7%)>A2B2 (49.7%). The rest of treatments result in decrease of these attributes. These situations imply that moderate-intensity cutting and leaving method was useful in improving the quality of new bamboo forest. In terms of carbon sequestration maximization, high fertilization combining with moderate-intensity cutting and leaving was useful in increasing carbon storage of new bamboo forests. On the other hand, considering cultivating large-diameter bamboo forests, intermediate fertilization combining with moderate-intensity cutting and leaving was preferable.

Key Words:moso bamboo; cutting and leaving; fertilization amount; carbon storage; average DBH; number of new bamboo culms

基金項(xiàng)目:國(guó)家“十二五”科技支撐項(xiàng)目(2012BAD22B0503)；國(guó)家自然科學(xué)重大基金(61190114)；國(guó)家林業(yè)局948項(xiàng)目(2013-4-71)；國(guó)家自然科學(xué)基金(31370637)；浙江省重點(diǎn)科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(2010R50030)；浙江省大學(xué)生科技創(chuàng)新活動(dòng)計(jì)劃(2013R412045)

收稿日期:2014- 10- 07;

修訂日期:2015- 04- 20

*通訊作者

Corresponding author.E-mail: syjwwh@163.com

DOI:10.5846/stxb201410071965

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