傅成杰,高 偉,巫智斌,方棟龍,盧華輝
(1.福建林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,福建 南平 353000;2.福建省南平市延平區(qū)林業(yè)局,福建 南平 353000)
綠竹(DendrocaiamopsisoldhamiMunro)屬叢生竹,栽培和利用歷史悠久,是亞熱帶優(yōu)良的筍材用竹種之一,具有成材早、出筍期長、產(chǎn)量高等特點[1-2]。綠竹筍鮮甜爽口、質(zhì)地脆嫩、營養(yǎng)豐富,在17種叢生竹筍當(dāng)中,其感官和營養(yǎng)品質(zhì)屬最佳之一[3]。綠竹在我國浙江、福建、臺灣等省普遍栽培,其中福建省栽培面積達(dá)1.33萬hm2[4]。竹筍是竹林的重要產(chǎn)出,竹筍業(yè)現(xiàn)已成為當(dāng)?shù)亓洲r(nóng)增收致富、農(nóng)村社會經(jīng)濟發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)[5]。研究表明,立地條件可以影響竹筍的產(chǎn)量和品質(zhì),因此,研究不同立地上竹筍產(chǎn)量和品質(zhì),探究廣大竹農(nóng)和基層林業(yè)技術(shù)人員普遍關(guān)注的問題,對于促進(jìn)竹筍科學(xué)生產(chǎn),實現(xiàn)竹業(yè)增效、竹農(nóng)增收具有重要意義[6]。
大量研究表明,土壤類型與竹筍產(chǎn)量和品質(zhì)具有密切關(guān)系[1,7-16],但在已有研究中存在以下問題:首先,研究區(qū)域上以浙江省較多,但近年來,在福建福安、尤溪和古田等閩東和閩中地區(qū)也陸續(xù)開展了相關(guān)研究[11,16-17],可針對綠竹重要產(chǎn)區(qū)之一的閩北地區(qū)研究較少;其次,在立地類型上,主要以南方紅壤和黃紅壤為代表的丘陵山地為主[8,12,18-19],而以耕作土壤為代表的農(nóng)田地研究較少;再次,在竹筍品質(zhì)上,多以竹筍營養(yǎng)成分研究為主[11-14,16,20],而基于產(chǎn)量綜合竹筍形體指標(biāo)和營養(yǎng)成分等竹筍品質(zhì)的研究較少;此外,生態(tài)因子分析上,多以一些簡單相關(guān)分析來對土壤養(yǎng)分與竹筍品質(zhì)的關(guān)系進(jìn)行研究,而每種土壤養(yǎng)分的重要性和貢獻(xiàn)仍沒有做到準(zhǔn)確區(qū)分[12,13,16,21],因此限制綠竹產(chǎn)量和品質(zhì)的關(guān)鍵因子仍不明確。由此可見,進(jìn)一步豐富立地條件下對綠竹產(chǎn)量和品質(zhì)的影響研究,找出限制綠竹筍產(chǎn)量和品質(zhì)的關(guān)鍵因子,對揭示綠竹產(chǎn)量、品質(zhì)與立地條件的關(guān)系,提升綠竹筍用林優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的栽培管理具有重要意義。
閩北地區(qū)因受“華東屋脊”武夷山脈影響和其自身較高的緯度,形成了與閩東、閩中地區(qū)等南亞熱帶氣候區(qū)截然不同的中亞熱帶氣候,其不同地區(qū)的水熱條件差異更為顯著,這可能會對綠竹的生長和產(chǎn)量產(chǎn)生顯著的影響。此外,閩北地區(qū)主要以農(nóng)田作為綠竹種植區(qū)域,其土壤條件與閩東、閩中地區(qū)的丘陵山地有較大差別,而土壤條件可能會顯著影響竹筍的形體和營養(yǎng)成分,進(jìn)而影響竹筍的經(jīng)濟效益。因此,在閩北地區(qū)開展立地條件對竹筍生長的研究,探明影響閩北地區(qū)綠竹筍產(chǎn)量和品質(zhì)的主要環(huán)境因子,對閩北綠竹產(chǎn)業(yè)的經(jīng)營和管理具有重要的指導(dǎo)意義。鑒于此,本文選擇閩北綠竹主要栽培的低山丘陵、路邊農(nóng)田、江岸溪邊等區(qū)域[4,17],分別設(shè)置低山丘陵地、農(nóng)田耕作地、河灘沖積地等3種立地,通過近4年相對一致的竹林管理,于2021年調(diào)查了3種立地上的土壤養(yǎng)分指標(biāo)、竹筍產(chǎn)量和竹筍品質(zhì)(形體指標(biāo)和營養(yǎng)成分),分析了土壤條件和綠竹產(chǎn)量與品質(zhì)的關(guān)系,旨在探明:1)綠竹栽培的3種立地上,其土壤養(yǎng)分有何不同?2)不同立地上的竹筍產(chǎn)量和品質(zhì)(形體指標(biāo)和營養(yǎng)成分)有何差異?3)影響竹筍品質(zhì)的主要土壤因子是什么?
研究區(qū)位于福建省南平市延平區(qū)大橫鎮(zhèn)葫蘆丘村(北緯26°15′~26°51′、東經(jīng)117°50′~118°40′),屬中亞熱帶海洋季風(fēng)氣候區(qū),常年平均氣溫17.9~21.2℃,無霜期247~339d,年降雨量1 430~2 032mm。光照時間長,平均年日照時數(shù)為1 758.8h,輻射能充足,熱量資源集中,高溫高濕多光照同時出現(xiàn)。延平區(qū)于20世紀(jì)80年代大面積引種栽培綠竹,1997年在河灘、丘陵和農(nóng)田等立地種植面積達(dá)3 000hm2,成為福建省最大的綠竹基地。2016年,延平區(qū)被中國林業(yè)產(chǎn)業(yè)協(xié)會授予“中國綠竹產(chǎn)業(yè)示范基地”,大橫鎮(zhèn)被譽為綠竹之鄉(xiāng)。研究區(qū)葫蘆丘村綠竹栽培歷史達(dá)40年,栽培面積達(dá)上千公頃。
選擇代表閩北綠竹主要種植的低山丘陵地、農(nóng)田耕作地和河灘沖積地3種立地(表1)。2017年8月,通過每竹調(diào)查計算,按照立竹密度各選取代表3種立地生長的竹林進(jìn)行控制試驗,每片竹林面積約1hm2。2017年9月,樣地留取立竹密度3 600~3 800株/hm2,立竹6~8株/叢,樣地立竹的年齡結(jié)構(gòu)約1a生∶2a生∶3a生為3∶2∶1,無3a生以上立竹。2018年1月開始到2021年4月,采取相同的綠竹林管理措施。
表1 3種立地基本(管理)概況
2021年5月,在低山丘陵地、農(nóng)田耕作地和河灘沖積地3種立地中,按照標(biāo)準(zhǔn)地設(shè)置方法,每種立地隨機設(shè)計3個10m×10m標(biāo)準(zhǔn)試驗地,共設(shè)9個標(biāo)準(zhǔn)試驗地,每個標(biāo)準(zhǔn)試驗地要求綠竹叢數(shù)為6叢。
1.3.1土壤采樣與養(yǎng)分指標(biāo)分析方法
選取每個標(biāo)準(zhǔn)試驗地的東南西北和中心位置的土壤剖面,在土層深度0~20cm、20~40cm進(jìn)行取樣,按照土壤剖面數(shù)量和分層等量混合土壤并稱重1kg左右土壤帶回實驗室[13]。3種立地共取9份土壤,每份土壤樣品分成3個分樣,共有27個樣品進(jìn)行分析。土壤養(yǎng)分主要指標(biāo)(測定方法)[1,11-13,16]有8項,即pH(電位測定法)、有機質(zhì)(高溫外熱重鉻酸鉀氧化法)、全N(硫酸過氧化氫消煮凱氏定氮法)、全P(硫酸過氧化氫消煮紫外分光光度法)、全K(硫酸過氧化氫消煮原子吸收分光光度法)、堿解N(堿解-擴散法)、有效P(鹽酸-氟化銨浸提鉬銻抗比色法)、速效K(乙酸銨浸提原子吸收分光光度法)。
1.3.2竹筍采樣與品質(zhì)分析方法
1)竹筍產(chǎn)量采集調(diào)查。按照延平區(qū)大橫鎮(zhèn)綠竹出筍期(5—10月)進(jìn)行采筍,分別在3種立地共9個標(biāo)準(zhǔn)試驗地(100m2)上進(jìn)行前后5個月的采筍,采筍的標(biāo)準(zhǔn)要求是筍尖稍露出土1~3cm時進(jìn)行采集,采樣的竹筍生長狀況良好[1]。每個標(biāo)準(zhǔn)試驗地的竹筍全都采集,并記錄采集竹筍的母竹,進(jìn)而統(tǒng)計不同年生綠竹的產(chǎn)筍情況。有少量竹筍是通過無立竹地下竹蔸生長的,則統(tǒng)計為無立竹地下竹蔸產(chǎn)筍量。
2)竹筍品質(zhì)采樣分析。竹筍采樣時間在2021年6月15日(綠竹出筍盛期)清晨[1],在標(biāo)準(zhǔn)試驗地中選擇1a生綠竹生長的筍(1a生竹所產(chǎn)筍)、2a生綠竹生長的筍(2a生竹所產(chǎn)筍)、3a生綠竹生長的筍(3a生竹所產(chǎn)筍),采筍的標(biāo)準(zhǔn)要求與“1)竹筍產(chǎn)量采集調(diào)查”相同,滿足采筍標(biāo)準(zhǔn)的竹筍全部采集。9個標(biāo)準(zhǔn)試驗地采樣時間相差不到0.5h,竹筍采集后立即低溫冷藏,并于當(dāng)天送往南平市食品藥品檢驗檢測中心進(jìn)行檢測分析。
a.共檢測分析5項指標(biāo)[14-15,22],即商品筍重量、筍基徑、筍長、去殼凈重和可食率。具體內(nèi)容如表2所示。
表2 竹筍形體指標(biāo)解釋及分析說明
b.竹筍營養(yǎng)成分分析方法。營養(yǎng)成分:綠竹筍主要的營養(yǎng)成分[1,14,16]有可溶性糖、粗蛋白質(zhì)、粗纖維、氨基酸總量、氮(N)、磷(P)、鉀(K)、含水率等指標(biāo)。分析方法:可溶性糖采用蒽酮比色法,粗蛋白質(zhì)采用硫酸過氧化氫消煮凱氏定氮法,粗纖維采用F2000全自動纖維分析儀,氨基酸總量采用L-3000型全自動氨基酸分析儀,N采用硫酸過氧化氫消煮凱氏定氮法,P采用硫酸過氧化氫消煮紫外分光光度法,K采用硫酸過氧化氫消煮原子吸收分光光度法,含水率采用烘干恒量法。
在SPSS 18.0中,對不同立地上的土壤養(yǎng)分成分、竹筍產(chǎn)量、竹筍形體和營養(yǎng)成分等進(jìn)行單因素方差分析(One-way ANOVA)和Duncan多重比較(Duncan′s multiple range test);在Canoco 5.0軟件中,采用冗余分析(RDA)來評價土壤養(yǎng)分指標(biāo)對竹筍形體和營養(yǎng)成分的影響。
由表3可知:1)3種立地的全N、全P、全K、有機質(zhì)、堿解N、有效P和速效K 等7項養(yǎng)分指標(biāo),以農(nóng)田耕作地含量均最高,其次為低山丘陵地,河灘沖積地最低;而河灘沖積地pH值最高,2)對3種立地的土壤養(yǎng)分進(jìn)行比較分析,土壤全N、有機質(zhì)和pH值在3種立地間具有顯著差異(P<0.05);農(nóng)田耕作地和低山丘陵地土壤全P和全K均無顯著差異,但均顯著高于河灘沖積地;土壤堿解N、有效P、速效K含量,3種立地均無顯著差異。
表3 3種立地土壤養(yǎng)分指標(biāo)分析
由表4可知:1)農(nóng)田耕作地竹筍產(chǎn)量最高(16 990kg/hm2),其次為低山丘陵地(15 020kg/hm2),最低為河灘沖積地(13 980kg/hm2);3種立地均以1a生綠竹產(chǎn)筍量最高,無立竹地下竹蔸產(chǎn)筍量最低。2)對3種立地竹筍產(chǎn)量進(jìn)行比較分析,農(nóng)田耕作地1a生、2a生、3a生竹筍產(chǎn)量均最高,河灘沖積地、無立竹地下竹蔸產(chǎn)量最低;農(nóng)田耕作地“產(chǎn)筍量合計”指標(biāo)顯著高于河灘沖積地,而低山丘陵地與其它兩種立地?zé)o顯著差異;1a生、2a生、3a生、無立竹地下竹蔸等4項竹筍產(chǎn)量指標(biāo),其各項指標(biāo)內(nèi)均無顯著差異,而1a生、2a生均顯著高于3a生和無立竹地下竹蔸;農(nóng)田耕作地1a生顯著高于河灘沖積地2a生和低山丘陵地2a生;3a生和無立竹地下竹蔸無顯著差異。
表4 3種立地竹筍產(chǎn)量分析
由表5可知:1)農(nóng)田耕作地1a生竹所產(chǎn)筍的基徑、筍長指標(biāo)均最高;低山丘陵地2a生竹所產(chǎn)筍商品筍重量、去殼凈重、可食率指標(biāo)均最高。2)3種立地1a生和2a生竹所產(chǎn)筍的5項指標(biāo)均顯著高于3a生竹所產(chǎn)筍,其中農(nóng)田耕作地和低山丘陵地1a生竹所產(chǎn)筍基徑均顯著高于河灘沖積地1a生和2a生竹所產(chǎn)筍;低山丘陵地2a生竹所產(chǎn)筍去殼凈重顯著大于河灘沖積地1a生和2a生竹所產(chǎn)筍;3種立地1a生和2a生竹所產(chǎn)筍的筍長和商品筍重量、可食率3項指標(biāo)均差異不顯著。3)3種立地3a生竹所產(chǎn)筍指標(biāo)中,低山丘陵地與農(nóng)田耕作地筍基徑、筍長、商品筍重量3項指標(biāo)均不顯著,但均顯著高于河灘沖積地;低山丘陵地可食率與農(nóng)田耕作地不顯著,但顯著高于河灘沖積地;3種立地之間去殼凈重差異均不顯著。
表5 3種立地不同年生竹所產(chǎn)筍形態(tài)指標(biāo)分析
由表6可知:1)低山丘陵地所產(chǎn)筍可溶性糖、粗蛋白質(zhì)、氨基酸總量、P、K、含水率6項指標(biāo)均最高,河灘沖積地所產(chǎn)筍粗纖維、N這2項指標(biāo)均最高。2)對3種立地竹筍營養(yǎng)成分進(jìn)行比較分析,低山丘陵地和農(nóng)田耕作地所產(chǎn)筍可溶性糖和粗纖維無顯著差異,但可溶性糖均顯著高于河灘沖積地,而粗纖維顯著低于河灘沖積地;3種立地的粗蛋白質(zhì)、氨基酸總量均顯著差異,且低山丘陵地所產(chǎn)筍含量最高,其次是農(nóng)田耕作地所產(chǎn)筍,而河灘沖積地最低;3種立地的N、P、K、含水率指標(biāo)均無顯著差異。
由土壤養(yǎng)分與竹筍形態(tài)指標(biāo)的冗余分析可見(圖1),RDA第一軸解釋率為94.34%,第二軸為3.67%,前兩軸總解釋率為98.01%。在土壤因子中,貢獻(xiàn)度最高的為土壤全N(27.3%,P=0.084)和全K(22.2%,P=0.138),其與綠竹竹筍的所有形態(tài)指標(biāo)夾角都小于90°,說明,土壤中全N和全K水平的提高能顯著提高竹筍的形態(tài)指標(biāo);其次為土壤速效K和堿解N,貢獻(xiàn)度分別為11.0%和10.7%;其它土壤因子的貢獻(xiàn)度均在10%以下。
表6 3種立地竹筍營養(yǎng)成分分析
由土壤養(yǎng)分與竹筍營養(yǎng)成分的冗余分析可見(圖2),RDA第一軸解釋率為94.89%,第二軸為2.08%,前兩軸總解釋率為96.97%。在土壤因子中,貢獻(xiàn)度最高的為土壤全P(89.6%,P=0.002),其與綠竹竹筍的可溶性糖、氨基酸總量、粗蛋白質(zhì)、含水率、K、P營養(yǎng)成分夾角都小于90°,說明,土壤中全P水平的提高能顯著提高竹筍這6項營養(yǎng)指標(biāo),其次為pH貢獻(xiàn)度(4.3%,P=0.008),其它土壤因子的貢獻(xiàn)度均在1.6%以下。
圖1 土壤養(yǎng)分與竹筍形態(tài)指標(biāo)的RDA分析
圖2 土壤養(yǎng)分與竹筍營養(yǎng)成分的RDA分析
本研究表明,3種立地之間農(nóng)田耕作地的土壤基礎(chǔ)肥力最高,其次是低山丘陵地,河灘沖積地最低。已有研究發(fā)現(xiàn),土壤中N,P,K等大量營養(yǎng)元素和有機質(zhì)在土壤肥力的形成過程中,起著極其重要的作用[23]。本研究中,農(nóng)田耕作地和低山丘陵地的全N、全P、全K和有機質(zhì)都顯著高于河灘沖積地,其因是農(nóng)田耕作地、低山丘陵地發(fā)育母巖屬花崗巖,土壤基礎(chǔ)肥力較為一致,而河灘沖積地成土母質(zhì)為沖積物,剖面發(fā)育微弱,保肥能力弱,有機質(zhì)含量低[24];相比低山丘陵地,農(nóng)田耕作地的全N和有機質(zhì)均顯著高于低山丘陵地,全P和全K含量也高于低山丘陵地,其因是農(nóng)田耕作地前茬種植水稻,且其分布在村莊周圍,農(nóng)家肥的施用更為頻繁,因此土壤基礎(chǔ)肥力指標(biāo)優(yōu)于低山丘陵地[13]。3種立地土壤堿解N、有效P、速效K含量均無顯著差異,這可能與2018年開始每年等量施用綠竹專用復(fù)合肥,土壤的有效養(yǎng)分供應(yīng)得到保障且含量較為一致有關(guān)。河灘沖積地pH值最高,可能與土壤質(zhì)地以砂質(zhì)壤土為主,透水性強有關(guān)[25]。
竹筍產(chǎn)量是體現(xiàn)竹林經(jīng)濟效益的重要指標(biāo)[6],通過竹筍采集和產(chǎn)量分析,農(nóng)田耕作地竹筍產(chǎn)量最高,其次是低山丘陵地,產(chǎn)量最低是河灘沖積地。已有研究表明,竹筍產(chǎn)量高低與土壤肥力密切相關(guān)[9],因此,本研究中河灘沖積地土壤的整體肥力偏低,可能是影響其竹筍產(chǎn)量的重要原因??傮w上,除了農(nóng)田耕作地1a生均顯著高于河灘沖積地2a生和低山丘陵地2a生外(表5),其余1a生和2a生綠竹產(chǎn)筍量無顯著差異,但均顯著高于3a生和無立竹地下竹蔸產(chǎn)筍量。這說明3a生以上綠竹和無立竹地下竹蔸無產(chǎn)筍能力[26-28],在筍用林管理中應(yīng)當(dāng)移除,以保留1~2a生的立竹為主。
本研究表明,低山丘陵地和農(nóng)田耕作地竹筍形體指標(biāo)均優(yōu)于河灘沖積地。研究發(fā)現(xiàn),竹筍形體除自身遺傳因素影響決定外,還受到生長環(huán)境因子的影響[5,15]。3種立地1a生竹所產(chǎn)筍、2a生竹所產(chǎn)筍的筍基徑、筍長、商品筍重量、去殼凈重和可食率等5項指標(biāo)均顯著高于3a生竹所產(chǎn)筍,這與3a生竹的綠竹生理機能衰退、土壤營養(yǎng)吸收不足,導(dǎo)致發(fā)筍能力弱有關(guān)[29]。農(nóng)田耕作地和低山丘陵地1a生竹所產(chǎn)筍基徑均顯著高于河灘沖積地1a生和2a生竹所產(chǎn)筍;低山丘陵地2a生竹所產(chǎn)筍去殼凈重顯著大于河灘沖積地1a生竹所產(chǎn)筍和2a生竹所產(chǎn)筍;3種立地1a生竹所產(chǎn)筍和2a生竹所產(chǎn)筍在筍長、商品筍重量、可食率3項指標(biāo)均無顯著差異。
已有研究指出,竹筍營養(yǎng)成分的提升對培育高品質(zhì)竹筍具有重要意義[30]。本研究中,低山丘陵地竹筍營養(yǎng)最高,其次是農(nóng)田耕作地,河灘沖積地最低??扇苄蕴鞘侵窆S口感的重要指標(biāo);粗蛋白質(zhì)和氨基酸是人體必需的營養(yǎng)物質(zhì);粗纖維是人體膳食纖維;含水率影響食品的品質(zhì)保持和貯藏;N,P,K是合成營養(yǎng)物質(zhì)的基本元素。低山丘陵地和農(nóng)田耕作地所產(chǎn)筍可溶性糖、粗蛋白質(zhì)和氨基酸總量3項指標(biāo)均顯著高于河灘沖積地,而粗纖維含量顯著低于河灘沖積地,這與低山丘陵地和農(nóng)田耕作地基礎(chǔ)肥力高、河灘沖積地基礎(chǔ)肥力低有關(guān);RDA分析表明(圖2),3種立地土壤有機質(zhì)含量與可溶性糖含量呈正相關(guān)(夾角<90°),而與粗纖維呈負(fù)相關(guān)(夾角>90°),這與鄭蓉和徐森等研究結(jié)論一致[5,13]。農(nóng)田耕作地基礎(chǔ)肥力高,但竹筍營養(yǎng)低于低山丘陵地,這可能與其產(chǎn)筍量較高,從而導(dǎo)致竹筍的營養(yǎng)成分在短時間內(nèi)得不到有效積累有關(guān)[31]。
已有研究表明,N和K是植物體內(nèi)的主要營養(yǎng)元素,對作物產(chǎn)量和改進(jìn)品質(zhì)均具有明顯的作用,而P是植物體內(nèi)許多重要有機化合物的組分,同時又以多種方式參與植物體內(nèi)各種代謝過程[32]。本研究中,對竹筍形態(tài)影響貢獻(xiàn)度較高的土壤因子是土壤全N(27.3%)、全K(22.2%)、速效K(11.0%)和堿解N(10.7%);對竹筍營養(yǎng)成分具有顯著影響的為土壤全P(89.6%)和pH(4.3%);在對竹筍營養(yǎng)成分的影響中,特別是土壤全P,其貢獻(xiàn)度顯著高于其他因子。可見,土壤中磷肥的補充可以顯著促進(jìn)竹筍營養(yǎng)成分含量的提升。
研究了閩北地區(qū)3種立地(低山丘陵地、農(nóng)田耕作地、河灘沖積地)對綠竹筍的產(chǎn)量、形體指標(biāo)與營養(yǎng)物質(zhì)含量的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn):農(nóng)田耕作地土壤基礎(chǔ)肥力優(yōu)于低山丘陵地和河灘沖積地,其產(chǎn)筍量也最高,3a生綠竹和無立竹地下竹蔸產(chǎn)筍能力低,在筍用林管理中應(yīng)當(dāng)移除,保留立竹年齡結(jié)構(gòu)以1a生和2a生為主;相比河灘沖積地,低山丘陵地和農(nóng)田耕作地更有利于培育形體優(yōu)良的竹筍;低山丘陵地的竹筍營養(yǎng)最高,其次是農(nóng)田耕作地,河灘沖積地竹筍營養(yǎng)最低;土壤中的全N、全K、速效K和堿解N是影響竹筍形體的主要指標(biāo),而土壤全P和pH對竹筍營養(yǎng)成分影響顯著。本研究采集分析的是出筍盛期(6月)的竹筍,而綠竹筍期前后長達(dá)6個月(5—10月),綠竹在不同時期發(fā)筍,其自身生理機能以及土壤養(yǎng)分、溫度、光照、水分等環(huán)境因子的不同,竹筍形體指標(biāo)和營養(yǎng)成分的差異還有待進(jìn)一步研究。