竹加工剩余物和竹炭對(duì)箬竹林地土壤及葉生長(zhǎng)的影響

丁渝峰，涂 佳，艾文勝

(湖南省林業(yè)科學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410004)

近十年來，國(guó)內(nèi)外粽葉市場(chǎng)需求持續(xù)增長(zhǎng)，野生粽葉資源供不應(yīng)求，各地紛紛興起成片箬竹(Indocalamushunanensis)人工栽培林[1]。箬竹是富硅作物，它通過葉片的蒸騰作用拉力從土壤中吸取單硅酸(H4SiO4)形式的硅，運(yùn)輸至各個(gè)器官后以植硅體形態(tài)沉積在植物體內(nèi)，竹器官中葉片的硅含量遠(yuǎn)大于竹枝和竹根[2]。竹林生長(zhǎng)季節(jié)結(jié)束后，枯枝落葉凋落，硅以亞穩(wěn)定的硅酸體形態(tài)返回土壤被新竹子重新吸收利用。然而，以葉片為商品的箬竹缺少枯枝落葉歸還土壤的環(huán)節(jié)，導(dǎo)致土壤中硅酸鹽得不到及時(shí)補(bǔ)給，將限制來年箬竹產(chǎn)葉量[3]。同時(shí)，竹林林地土壤中竹根盤繞，土壤緊實(shí)度較種植其他物種的土壤高，養(yǎng)分利用率低。

竹炭除了含有礦質(zhì)元素外，還含有竹炭粉和竹灰等，可維持土壤酸堿平衡、促進(jìn)植株根系生長(zhǎng)[4]；竹加工剩余物中則含有纖維素質(zhì)量、木質(zhì)素、苯醇抽提物、多戊糖、灰分等。兩者混合施入土壤不僅可以為土壤提供有機(jī)質(zhì)、常量礦質(zhì)元素，還可以補(bǔ)充箬竹葉所需要的硅元素。

本研究以竹加工剩余物和竹炭的混合物為肥料，闡明了箬竹苗施肥后土壤化學(xué)性質(zhì)改變和竹葉生長(zhǎng)情況，以期為箬竹葉產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供一定的技術(shù)支撐。

1 試驗(yàn)地概況

本研究試驗(yàn)基地位于湖南省永州市國(guó)家森林植物園，地理位置111°06 E，24°51′N，屬中亞熱帶大陸性季風(fēng)濕潤(rùn)氣候區(qū)，四季分明。年均氣溫為17.6～18.6℃，平均降水量1200～1900mm。土壤為第四紀(jì)紅壤。于2019年10月造箬竹林，造林前土壤翻耕30～50cm。林分土壤化學(xué)性質(zhì)見表1。

表1 永州市國(guó)家森林植物園箬竹林地土壤化學(xué)性質(zhì)Tab.1 Soil chemical properties of Indocalamus hunanensis forest in Yongzhou National Forest Garden指標(biāo)有機(jī)質(zhì)含量/(g·kg-1)全氮含量/(mg·kg-1)有效磷含量/(mg·kg-1)有效鉀含量/(mg·kg-1)有效硅含量/(mg·kg-1)含量9.58±0.750.72±0.120.39±0.1089.23±1.4565.23±0.34

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)材料

竹加工剩余物是生產(chǎn)竹加工制品產(chǎn)生的竹屑，竹炭是竹加工剩余物無氧燃燒碳化制成，由炎陵坑楠竹培育專業(yè)合作社提供。

2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

箬竹種苗為鞭根育苗。2019年10月，采用隨機(jī)區(qū)組法，選擇經(jīng)營(yíng)措施大致相同的地塊設(shè)置10個(gè)施基肥處理，各處理的肥料配比詳見表2。標(biāo)準(zhǔn)地設(shè)置為 20 m×20 m，重復(fù)3次。在箬竹滴水線25 cm深處環(huán)狀溝施肥料，而后埋土覆蓋。試驗(yàn)期間不再追肥。

表2 竹加工剩余物和竹炭配比Tab.2 The ratio of bamboo residue and charcoal%處理竹加工剩余物竹炭110902208033070440605505066040770308802099010101000CK0100

2.3 土樣采集及指標(biāo)分析

2020年9月，在每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣地中采集土壤樣品。每個(gè)處理于箬竹苗滴水線處取樣，采樣后混合土壤并分裝成兩份，其中一份密封后儲(chǔ)存于冰箱(0～4 ℃)用于土壤酶活性測(cè)定，另一份自然風(fēng)干后過 0.25 mm 和 0.1 mm 篩，測(cè)定土壤養(yǎng)分[5]。其中，土壤有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀容量法[6]測(cè)定；土壤全氮含量采用凱式定氮法[7]測(cè)定；有效磷和有效鉀含量采用ICP[8]測(cè)定；土壤過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法[9]測(cè)定；蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水楊酸比色法[10]測(cè)定；酸性磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法[11]測(cè)定；脲酶活性采用靛酚藍(lán)比色法[12]測(cè)定。

2.4 數(shù)據(jù)處理與分析

研究數(shù)據(jù)采用SPSS 13.0 軟件進(jìn)行分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同試驗(yàn)處理對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

表3顯示，施用竹加工剩余物和竹炭的混合物顯著提高了箬竹林土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、有效鉀和有效硅含量(P<0.05)。與CK相比，處理7對(duì)有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷和有效鉀含量的提高最為顯著(P<0.05)，分別提高了92.59%、23.61%、76.92%和87.53%。而處理8的有效硅含量較CK提高了314.45%。隨著竹加工剩余物和竹炭比值增高，有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷和有效鉀的含量呈上升趨勢(shì)。處理7的土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷和有效鉀含量最高；在處理8、9、10中，數(shù)值均逐漸下降。而有效硅含量在處理8最高;而在處理9、10中，數(shù)值均下降。

表3 竹加工剩余物與竹炭對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)的影響Tab.3 Effects of bamboo residue and charcoal on soil chemical properties有機(jī)質(zhì)含量/(g·kg-1)全氮含量/(g·kg-1)有效磷含量/(mg·kg-1)有效鉀含量/(mg·kg-1)有效硅含量/(mg·kg-1)1 9.36±0.45 a0.74±0.01 a0.46±0.01 b 112.3±10.23 ab120.36±13.85 b210.35±0.67 a0.79±0.01 a0.48±0.01 b 114.6±11.22 ab133.65±12.00 b310.45±0.54 a0.76±0.01 a0.51±0.01 b 117.9±9.74 ab146.37±11.35 b411.34±1.22 a0.81±0.02 ab0.53±0.01 b130.56±10.48 b172.35±13.75 c512.36±1.34 a0.82±0.01 ab0.57±0.01 b146.75±10.28 b198.23±15.87 c614.68±0.98 b0.88±0.01 ab0.59±0.01 c152.69±12.20 bc210.34±20.58 c718.45±0.12 c0.89±0.02 b0.69±0.01 d167.34±14.52 c254.35±23.21 d815.34±0.32 b0.87±0.02 ab0.55±0.01 c174.35±12.48 c270.35±26.62 d914.22±0.42 b0.85±0.01 ab0.52±0.01 c185.34±15.85 c245.36±22.85 d1014.18±1.21 b0.85±0.02 ab0.42±0.01 b200.42±19.75 d243.35±22.34 dCK 9.58±1.2 a0.72±0.01 a0.39±0.01 a 89.23±9.32 a65.23±6.33 a 注: 不同字母表示具有顯著性差異(P<0.05)。下同。

3.2 不同試驗(yàn)處理對(duì)土壤酶活性的影響

表4顯示，施用不同比例的竹加工剩余物和竹炭混合物對(duì)箬竹林土壤脲酶和過氧化酶含量影響不顯著，但顯著降低酸性磷酸酶含量和顯著提高蔗糖酶含量(P<0.05)。其中，酸性磷酸酶含量隨著竹加工剩余物和竹炭比值的增加呈現(xiàn)出逐漸遞減的趨勢(shì)。當(dāng)肥料全為竹炭時(shí)，酸性磷酸酶含量下降了52.30%；處理7的蔗糖酶含量較CK增加了43.88%。

表4 不同試驗(yàn)處理對(duì)土壤酶含量的影響Tab.4 Effects of different treatments on soil enzyme activitiesmg·g-1脲酶含量酸性磷酸酶含量過氧化酶含量蔗糖酶含量10.123±0.01 a0.735±0.05 b2.34±0.26 a34.65±3.21 b20.134±0.01 a0.744±0.07 b2.64±0.21 a36.37±2.68 b30.142±0.01 ab0.729±0.07 b3.24±0.61 ab41.35±2.17 c40.147±0.01 ab0.375±0.07 a3.21±0.22 ab42.36±1.22 c50.152±0.00 b0.465±0.02 b3.29±0.45 ab41.39±3.65 c60.173±0.01 c0.546±0.04 bc4.23±0.31 b46.45±4.25 c70.189±0.01 c0.465±0.03 b5.45±0.23 c49.64±3.65 c80.153±0.01 b0.432±0.02 b4.10±0.01 b13.64±1.00 a90.144±0.00 ab0.344±0.01 a3.26±0.04 ab12.36±1.20 a100.142±0.00 ab0.352±0.07 a2.69±0.01 a15.69±1.14 aCK0.155±0.01 b0.738±0.07 b2.65±0.1 a34.50±3.09 b

3.3 不同試驗(yàn)處理對(duì)箬竹葉面積的影響

表5顯示，施用不同比例的竹加工剩余物和竹炭混合物顯著增加了箬竹葉長(zhǎng)和葉寬(P<0.05)，其中處理7較CK分別增加葉長(zhǎng)和葉寬28.57%和80.00%。隨著竹加工剩余物與竹炭比例的增高，竹葉長(zhǎng)和葉寬呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。處理7使土壤竹葉長(zhǎng)和葉寬達(dá)到頂峰，處理8、9、10有所下降，但仍然較CK顯著提高了竹葉長(zhǎng)和葉寬(P<0.05)。

表5 不同試驗(yàn)處理對(duì)箬竹葉面積的影響Tab.5 Effects of different treatments on leaf area of Indoca-lamus hunanensis cm竹葉長(zhǎng)竹葉寬136.00±3.00 a5.11±0.23 a234.00±2.00 a5.12±0.32 a336.00±3.00 a6.11±0.33 a436.00±4.00 a7.13±0.22 ab537.00±5.00 a7.32±0.54 ab639.00±5.00 a8.18±0.42 b745.00±4.00 b9.12±0.65 b842.00±3.00 ab9.23±0.34 b941.00±3.00 ab8.00±0.64 b1041.00±3.00 ab7.00±0.24 abCK35.00±2.00 a5.21±0.20 a

3.4 土壤性質(zhì)與箬竹葉面積的相關(guān)性分析

表6結(jié)果顯示，竹葉寬、過氧化酶含量、有效硅含量這3個(gè)指標(biāo)和竹葉長(zhǎng)之間均呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)；脲酶含量和竹葉寬之間呈極顯著正相關(guān)(P<0.01);過氧化酶含量、有效硅含量和竹葉寬之間呈顯著正相關(guān)(P<0.05)；過氧化酶含量和酸性磷酸酶含量呈顯著正相關(guān)(P<0.05);有效鉀含量和有效硅含量?jī)蓚€(gè)指標(biāo)和過氧化酶含量均呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)；有效鉀含量和有效硅含量之間呈顯著正相關(guān)(P<0.05)。

4 結(jié)論與討論

本研究表明，竹加工剩余物和竹炭混合物不同比例施肥均有效提高了箬竹林土壤必要元素含量和土壤肥力，并有效提高了竹葉的尺寸。主要原因在于: 第一，竹加工剩余物含有大量有機(jī)質(zhì)，經(jīng)過春季雨水浸泡充分腐爛發(fā)酵轉(zhuǎn)為有機(jī)質(zhì)，同時(shí)竹加工剩余物和竹炭含有氮、磷、鉀、硅等元素，能有效提高土壤陽離子含量，減少箬竹人工林林地土壤淋溶損失[13]；其次，竹加工剩余物和竹炭隨著發(fā)酵的進(jìn)行促進(jìn)多種微生物繁殖，促進(jìn)多種酶的共同作用，為箬竹的生長(zhǎng)提供了有益的生態(tài)環(huán)境[14]。由于箬竹葉是硅元素主要聚集的部位，當(dāng)竹加工剩余物和竹炭施入土壤中，有效提高了土壤有效硅的含量[14]，而有效硅通過箬竹的蒸騰作用聚集到竹葉中，有效促進(jìn)了竹葉的增大[15]。

本研究中，處理7對(duì)土壤環(huán)境以及竹葉增大效果較好，說明70%竹加工剩余物與30%竹炭混合物共同作用于箬竹林土壤能有效保留和提高土壤養(yǎng)分含量，改善土壤性狀，滿足箬竹對(duì)土壤養(yǎng)分的需求，有效提高箬竹生產(chǎn)力[16]。