竹林培育措施對土壤特性影響的研究進展

周昀菲 輝朝茂 劉蔚漪

(1 西南林業(yè)大學 昆明 650224； 2 西南林業(yè)大學叢生竹工程技術研究中心 昆明 650224)

竹子屬禾本科(Gramineae)竹亞科(Bambusodeae)植物，是一種獨立的、具有重要地位的特殊植被類型，在國際竹藤中心與英國皇家植物園合作出版的《世界竹藤名錄》一書中，涵括的竹種達1 642種[1]。竹類可以通過生產(chǎn)竹類原材料、加工制造竹產(chǎn)品、開發(fā)利用其藥用價值，為有著豐富竹類資源的區(qū)域提供重要的經(jīng)濟來源。竹類對生態(tài)環(huán)境也具有積極的影響，具有一次造林永續(xù)利用的優(yōu)勢，在固土保墑、涵養(yǎng)水源、園林綠化、氣候調(diào)節(jié)、美化環(huán)境、改良土壤物理結構等方面具有很大的應用空間和發(fā)展?jié)撃?，比如竹類涵養(yǎng)水源及水分吸收的能力是杉木的1.3倍，水土保持能力是馬尾松的1.5倍[2]。因此，制定合理的竹林資源培育措施，既要保證竹林經(jīng)營的經(jīng)濟效益，又要發(fā)揮其良好的生態(tài)效益，尋找竹林經(jīng)濟效益與生態(tài)效益的平衡，在竹類資源的合理開發(fā)和利用中具有重要的現(xiàn)實意義。

土壤作為一個間接因子，受到水、熱、氣、肥等多種環(huán)境因素的影響，能夠調(diào)控植株根系的生長。土壤質(zhì)量是土壤保護生態(tài)環(huán)境、維持生物生產(chǎn)力、為動植物提供適合其生存環(huán)境的能力[3]。土壤在一系列有效的培育措施下，能夠增加土壤微生物數(shù)量，提高土壤酶活性，從而提高土壤肥力，促進植物生長。本文選擇竹林培育措施中的傳統(tǒng)培育措施、林分及群落結構調(diào)整、土壤性質(zhì)改良3個重要方面，總結其最新研究進展，綜合分析這些措施對土壤特性的影響、適用范圍及可操作性，以期為竹林培育工作提供借鑒。

1 傳統(tǒng)培育措施

1.1 整地對土壤的影響

整地一般包括整地前清理和翻墾2個部分，通常在造林前3～5個月進行。當坡度平緩時，每年進行全面墾復；當坡度適中時，每2年進行1次隔帶墾復；當坡度較大時每年淺鋤1次，隔年墾復1次，并同時清除一些大石塊、竹兜、老竹鞭等雜物[4]。

合理的整地措施，不僅能夠直接影響土壤質(zhì)量，還能通過改變土壤的團粒結構、水分狀況、溫度狀況、通氣狀況等，增進養(yǎng)分循環(huán)效率，增加土壤中生物的數(shù)量、活性，從而間接改變土壤質(zhì)量；同時在一定程度上還能提高竹林光照強度及面積，改變小地形，減弱土壤侵蝕，增強保持水土、涵養(yǎng)水源能力，從而改善竹林結構，促進竹林生長[5]。研究顯示：墾復后毛竹林平均胸徑、新生竹胸徑、新生竹占比是未墾復竹林的1.37、1.53、1.85倍，竹林立竹度提高450株/hm2[6]；方竹林筍產(chǎn)量增加1.31倍，1～3年生竹生物量明顯提高，0～20 cm土層生物量提高2.54倍，竹林總生物量增長1 463.25 g/m2[7]；帶翻處理的麻竹林筍產(chǎn)量和筍生物量是不處理和全翻的1.17和1.11倍，而且竹林經(jīng)濟效益最好，其利潤達17 778元/hm2[8]。

但整地過度(長期機械整地或高強度整地)會引起土壤流失，造成土壤質(zhì)量下降，人工林長期生產(chǎn)力受到影響[8]。墾復次數(shù)多、深度大對土壤會造成劇烈干擾，從而破壞土壤結構，加劇土壤呼吸作用，微生物分解加速，土壤碳儲量可降低10.27～21.08 t/hm2，毛竹林總碳儲量降低15.02 t/(hm2·a)[9]。麻竹筍用林采用全翻整地，泥沙含量和地表徑流每年流失達234.45 kg/hm2和30.37 mm[10]。因此，在竹林培育中應合理控制整地強度，調(diào)整整地方式，以維護林地生產(chǎn)力。

1.2 施肥對土壤的影響

施肥主要影響土壤的理化性質(zhì)及微生物數(shù)量和活性。合理的竹林施肥能夠顯著提高新竹產(chǎn)量、出筍量，在毛竹林中施肥能讓80～100 cm土層的有機碳含量提高2.72%～37.14%[11-12]。氮肥可以使竹林土壤養(yǎng)分和生產(chǎn)力維持在較高水平；磷肥能使竹子的枝莖堅韌，促進地下莖的萌發(fā)，增強抗旱、抗寒能力；鉀肥有利于竹子對氮元素的吸收、代謝以及碳水化合物的代謝，能有效調(diào)控各種礦物元素和酶的活性，控制養(yǎng)分和水的輸送，在一定程度上增強竹類的光合作用，并幫助竹子抵御病害及惡劣天氣，從而有效防止竹子枯萎[13]。

但不恰當?shù)氖┓史绞綍黾拥?、磷等的淋失，施肥成分單一還會破壞土壤的團粒結構，改變土壤特性，降低土壤含水量和土壤通透性，降低土壤質(zhì)量，從而使林分生產(chǎn)力下降[14]?；实拇罅渴┯脮?～30 cm土層交換性酸增多，土壤pH值下降，20～40 cm土層速效氮含量隨種植年份的增加可降低6.45%～17.24%[15]。過量施肥還會在一定程度上降低土壤碳儲量，影響土壤碳庫，破壞原有生態(tài)系統(tǒng)的結構[16]。因此，掌握合適的施肥方式和施肥量非常必要。

1.3 水分調(diào)控對土壤的影響

土壤水分影響土壤結構、黏合度、緊實度等，對竹子的生長和發(fā)育過程具有不可替代的作用，尤其當其他環(huán)境條件良好時，水分甚至是竹子生物量的重要決定因子[17]。

竹林地的土壤含水量是影響竹林成活率的重要因素之一。在干旱期、竹林生長期或竹林留筍前的秋季，竹林需及時補水。在自然情況下，適宜竹林生長的降水量為1 000～2 000 mm，低于這個水平土壤所能夠提供的水分不足以支撐竹林的生長。例如，當慈竹林土壤含水率由50%～70%下降到20%～40%時，其發(fā)筍數(shù)量會下降40%，新竹莖稈鮮質(zhì)量下降72%，纖維細胞長度下降27%[18]；毛竹林在供水后毛竹層碳貯量、生物量分別提高12.44、24.57 t/hm2[19]；植被層、凋落物層、土壤層氮磷鉀的總貯量分別增加220.09、14.09、24 606.54 kg/hm2[20]；尤其是秋季供水的出筍量、出筍單株質(zhì)量、出筍株數(shù)是不供水的1.54、1.19、1.30倍，第2年新筍的平均胸徑、平均竹高、留筍數(shù)是不供水的1.11、1.12、1.14倍[21]，毛竹林水分含量提高了毛竹林生產(chǎn)力。

供水措施雖然在短期內(nèi)改善了土壤環(huán)境，但長期而言會使竹林土壤的滲透能力、竹林養(yǎng)分含量與土壤保水性能等下降。在相同條件下，不長期供水的毛竹林比長期供水的毛竹林其初滲率、平均滲透率和滲透總量高1.14、1.17、1.50倍[22]。總體而言，與長期供水毛竹林相比，不長期供水的土壤滲透能力更強、保水性能更優(yōu)。另外，供水時還要注意方式，竹林供水一般分為噴灌和滴灌，噴灌在提高竹林的平均胸徑、平均竹高等生長指標上的作用比滴灌更為顯著。噴灌與滴灌處理的毛竹林相比，其平均眉徑、平均竹高、平均立竹度可增加1.18、0.73、0.86倍[23]。

2 林分及群落結構調(diào)整

2.1 密度調(diào)整

林分密度是影響林分土壤質(zhì)量的重要因素之一[24]，合理調(diào)控好竹林密度能有效提升土壤質(zhì)量，為竹林生長提供更優(yōu)質(zhì)的環(huán)境。與其他大多數(shù)喬木不同，竹林在生長過程中立竹密度一直處于動態(tài)變化中，竹林從出筍到成材收獲的整個過程，都需要不斷調(diào)控密度。通常出筍前的立竹密度最大，隨著出筍和竹子生長，應定期進行撫育疏伐，在冬天伐竹密度下降后，再提高立竹密度[25]。不同立竹密度下的土壤質(zhì)量存在明顯差異，選擇適宜的立竹密度經(jīng)營竹林，能在一定程度上提高土壤質(zhì)量；當密度為2 400株/hm2時土壤質(zhì)量綜合指數(shù)達最大值0.585 3，土壤含水量和孔隙度也能得到最顯著提高；當密度為3 000株/hm2時，土壤容重最大[24]。

在一般經(jīng)營條件下，適宜毛竹林生長的經(jīng)營密度為2 700～3 000株/hm2[26]，也有人認為是1 200～1 650株/hm2[27]，這取決于不同的經(jīng)營目標。對提高土壤密度而言，密度宜選擇3 000株/hm2；對提高土壤總孔隙度、含水率和質(zhì)量綜合指數(shù)而言，密度宜為2 400株/hm2[24]。隨著竹林經(jīng)營密度的增加，土壤全氮含量和pH值會升高，其他營養(yǎng)元素和有機質(zhì)含量會先增加再略有下降，而土壤各種酶的活性則會先升高再逐漸穩(wěn)定或略有下降[24]。

林分密度對竹林的生態(tài)條件如溫度、光照、空氣濕度、土壤水分、土壤肥力、通氣情況等也有較明顯的影響[28]。調(diào)節(jié)竹林密度應針對竹林的培育目標，用材竹林應適當增加立竹量，筍用竹林應注意減少立竹量以保持筍產(chǎn)量，筍竹兩用林應注意平衡筍、材兩者需求來決定立竹量；經(jīng)營密度也與立地條件有關，立地較好的竹林適合相對較低密度的經(jīng)營，立地較差的竹林則應適當提高竹林密度[27]，只有竹林結構合理時才能夠充分發(fā)揮水肥條件和利用太陽能，提高竹林生物量[29]。

2.2 混交造林

竹類常與杉木(Cunninghamialanceolate)、馬尾松(Pinusmassoniana)或其他經(jīng)濟價值較高的闊葉樹種混植，形成混交林分[30]。集約經(jīng)營純竹林容易造成竹林產(chǎn)量下降，立竹度降低，對病蟲害抗性減弱等情況；而竹木混交林能增加土壤表面枯落物，提高竹林的質(zhì)量、產(chǎn)量和生態(tài)效益，增強抗惡劣天氣以及抵御病蟲害的能力[30]。

杉木是竹林短期混交模式中適宜的伴生樹種[30]，竹杉混交林可以提高林分生產(chǎn)力，改善土壤理化性質(zhì)[31]，林下總輻射可由竹純林的1 226 μmol/(m2·s)提高到竹杉混交林的1 473 μmol/(m2·s)，地表徑流系數(shù)由竹純林的0.621降低到混交林的0.529[32-33]；將密度調(diào)整到毛竹575株/hm2、杉木870株/hm2時，地上部分生物量可達355.89 t/hm2，平均胸徑為毛竹純林的1.14倍[34]。肉桂(Cinnamomumcassia)屬于中性偏陰樹種，竹類屬于陽性樹種，兩者混交相對于毛竹林純林，可充分利用林分的空間資源，增加林分相對濕度，林分提前郁閉。在毛竹林中種植肉桂，對毛竹造林母竹成活率無明顯影響[35]，但對造林母竹當年長新竹的比例和新竹質(zhì)量有明顯影響[36-37]。當毛竹與馬尾松混交時，由于馬尾松高大通直，樹冠透光度大，竹類多居于亞層林，混交時種間矛盾小，長期經(jīng)營有利于抵御大風及嚴寒天氣對竹類稈形造成的危害，保證竹子高大通直，提高其利用價值和觀賞性[29]。

整體而言，混交林內(nèi)郁閉情況較純林好，相對濕度較高，母竹光合作用條件較優(yōu)，有更充足的營養(yǎng)物質(zhì)供幼竹生長，對幼竹林的生長發(fā)育有積極作用，可充分利用林分的空間資源，營造出適合竹類生長的小環(huán)境，增加新造竹林的質(zhì)量和數(shù)量。

2.3 林下種植

林下種植可以提高林分的生產(chǎn)力，維護竹林多樣性，促進養(yǎng)分循環(huán)，提高竹林的生態(tài)穩(wěn)定性。了解林下種植對竹林土壤生態(tài)系統(tǒng)的影響，可以有效改良土壤特性[37]。

淡竹葉(Lophatherumgracile)屬于耐蔭性的多年生草本植物，其生長條件和竹林生長所需的條件相近，適合在竹林下栽植[38]。春蘭(Cymbidiumgoeringii)是蘭科蘭屬的地生植物，喜溫暖濕潤的半陰環(huán)境，在竹林下栽培春蘭可解決栽培場地問題和大棚搭建問題。竹蓀(Dictyophoraindusiata)是寄生在枯竹根部的一種隱花菌類，在竹林采伐后會留下很大比例的竹兜，而竹兜難以清除，自行腐爛也需要很長一段時間，在竹兜之上接種適宜在竹下環(huán)境生長的竹蓀菌，既能有效利用伐后剩余的竹兜，改善土壤條件，又能發(fā)展林下食用菌，竹蓀產(chǎn)量平均可達33.0 kg/hm2，凈收益是竹林單產(chǎn)竹和筍的51倍，可大大提高林分經(jīng)濟效益[39]。在竹林下還適合種植金銀花、西洋參等藥用植物，發(fā)展竹林下經(jīng)濟能夠帶來可觀的經(jīng)濟收益[40]。

3 土壤改良措施

3.1 土壤酶和微生物的調(diào)控

土壤酶能夠通過一系列物理、化學、生物學反應顯著影響土壤肥力[41]。例如土壤中的過氧化氫酶能夠改變微生物數(shù)量和活性、有機質(zhì)含量從而影響竹根系的生長[42]；堿性磷酸酶能夠加速土壤中有機磷化合物水解，形成無機態(tài)磷，直接為土壤提供養(yǎng)分，增強土壤肥力，從而提高竹林立地生產(chǎn)力[43]；脲酶可以促進有機物水解成CO2和氨，其中氨是竹類氮素的直接來源，測定氨的活性可以知道土壤氮素狀況；蔗糖酶可以促進高分子化合物的分解，將土壤中的高分子化合物分解成竹林土壤及其中微生物能夠利用的營養(yǎng)物質(zhì)，通過測定土壤中蔗糖酶的活性還能夠了解土壤熟化程度以及土壤肥力狀況[44]。

土壤微生物能夠改善土壤結構，促進養(yǎng)分循環(huán)和植物生長[45]，是維持土壤質(zhì)量和活性的關鍵保證，是土壤養(yǎng)分供給能力和土壤適應能力的外在表征，對改善土壤物理、化學和生物學特性，以及提高土壤質(zhì)量有顯著作用[46]。為保證竹林土壤微生物的多樣性和群落結構的復雜化，應注意保持栽植種類的多元化、林分層次的復雜化以及經(jīng)營強度的合理化。長期施用磷肥可以提高土壤微生物活性[46]，土壤中有效磷、腐殖質(zhì)含量的增加以及微生物數(shù)量的分解可以增加磷酸酶的含量[47]。竹林覆蓋和長期施肥會降低土壤微生物活性，導致土壤微生物數(shù)量下降，竹林地生產(chǎn)力過早出現(xiàn)退化。長期(10年以上)強度經(jīng)營會使土壤微生物碳活性減弱，長期施用有機肥能顯著提高微生物氮含量[48]。將有機肥和化肥按比例配施，可明顯增加土壤有機質(zhì)含量、微生物生物量，提高土壤養(yǎng)分，加快土壤中物質(zhì)循環(huán)，增強土壤肥力，提高竹林的產(chǎn)量[49]。

3.2 土壤改良劑的施用

土壤改良劑可以改善土壤理化性質(zhì)，協(xié)調(diào)土壤水、熱、氣、肥的交互作用，提高土壤對養(yǎng)分的利用效率，增加土壤含水量，提高涵養(yǎng)水源能力，有時還可以保持土壤溫度，使植物提前或不延遲發(fā)育成熟[50]。

竹林專用礦渣肥是一種很好的土壤改良劑，既能夠改良酸性土壤，又具有養(yǎng)分種類多、濃度高等特點[51]。林地使用堿性的礦渣肥能夠有效調(diào)節(jié)土壤因施用氮肥而導致的土壤酸化，使土壤回到正常酸堿度水平[52]。酸性的、含有豐富養(yǎng)分的竹葉酵素可以改良堿性化竹林土壤，使土壤的pH值明顯下降，養(yǎng)分水平明顯上升，竹葉酵素還有延緩竹葉變黃衰老、促進竹子生長的效果，具有環(huán)保、綠色、成本低的特點[53]。在土壤中施用含磷石膏、EDTA、海泡石、醋酸和檸檬酸等調(diào)節(jié)土壤性能、改善土壤成分的土壤改良劑，能夠吸收竹林土壤中的重金屬元素，減弱土壤中有害物質(zhì)的累積，有利于竹林生長[54]。

但是，土壤改良劑還存在一些亟待解決的問題：第一，單一成分的改良劑存在改良效果不佳或存在不同程度的負面影響；第二，天然成分的土壤改良劑效果不明顯，來源有限，效果持續(xù)時間不長；第三，人工合成的高分子土壤改良劑成本高，存在一些潛在的環(huán)境污染危險，應用不廣泛。結合多種土壤改良劑優(yōu)點的配合施用，但其改良效果、改良機理和是否存在交互作用還沒有成熟的研究結論，有待開展進一步的探究性試驗[55]。

4 總結及展望

研究竹林培育措施與土壤特性的關系，有利于把握適生竹林土壤的土壤特性和土壤質(zhì)量，從而通過采取傳統(tǒng)的、新型的竹林培育措施改良土壤，促進竹林生長。在山區(qū)竹林種植中，通過改進竹林培育措施改良林地土壤特性，能有效解決目前竹林培育措施落后的問題，起到增加竹林產(chǎn)量和改進竹材質(zhì)量的作用。

在所提到的幾類竹林培育措施中，施肥、灌溉、密度調(diào)整、林下種植、混交造林、土壤酶調(diào)控、施用土壤改良劑等，會存在資金預算不足、條件欠缺等實際問題。目前在我國浙江、江蘇、福建、江西、云南等地區(qū)都有大面積的竹林種植，對浙江一帶經(jīng)濟較發(fā)達的地區(qū)，竹林培育措施比較完善，具備了一套成熟的培育體系；而在云南經(jīng)濟條件較為有限，培育措施也比較落后一些，可以通過借鑒江浙地區(qū)的培育措施，改良并結合傳統(tǒng)的培育措施，取優(yōu)補劣，提高云南一帶竹林培育的成效。

總而言之，隨著竹林培育措施與土壤特性兩者關系研究的不斷深入，竹林因土壤特性問題而導致的生長受限和質(zhì)量缺陷將得以改善。同時，在竹林培育、竹筍生產(chǎn)、林下種植等方面也為竹農(nóng)提供一定的參考和指導，未來可在山區(qū)現(xiàn)有的培育措施基礎上結合新型培育措施進行合理的改進和提升，將會增加竹林產(chǎn)量，為山區(qū)竹林經(jīng)營帶來更好的經(jīng)濟效益。