施保水劑對材用毛竹林作用效應研究

余 林，盧玉生，況小寶，黃思遠，李 怡，程 平

（江西省林業(yè)科學院，江西 南昌 330013）

毛竹（Phyllstachys edulis）是我國分布面積最廣和經濟價值最為重要的竹種[1]。毛竹孕筍期為9－10月，這期間主要毛竹生長區(qū)降水量少，干旱造成次年發(fā)筍量減少從而導致竹材產量和質量降低[2]，這成為制約毛竹材用林高質量經營的突出問題。保水劑是一種具有保水性能好、吸水倍率高等特點的高分子化合物[3]。它能夠將吸收的水分凝膠化，反復釋水、吸水，因而具有很強的保水性同時無毒無害。因此，在農業(yè)上稱其為“微型水庫”[4]。保水劑廣泛應用于大豆（Glycine max）、馬鈴薯（Solanum tuberosum）、小麥（Triticum aestivum）、玉米（Zea mays）[5-8]等作物上。它可以提高土壤含水量、抑制土壤蒸發(fā)、改善土壤結構、增強土壤對養(yǎng)分的吸附[9]。王金革等[4]采用施入保水劑后盆栽控水的方法后，花毛竹（Ph. edulis‘Tao Kiang’）和腫節(jié)苦竹（Oligostachyum oedogonatu）效果最為明顯，越冬成活率從0 提高到100%，龜甲竹（Ph. edulis‘Heterocycla’）、毛竹、四季竹（O. lubricum）次之，提高了30%～70%。艾文勝等[10]對毛竹使用保水劑后新竹的平均胸徑、平均枝下高和新竹數量增幅分別為10%、8%和3%。榮俊冬等[11]對沿海砂地麻竹（Dendrocalamus latiflorus）施用保水劑后生理特征進行了研究，發(fā)現不同劑量保水劑對麻竹葉綠素含量、抗氧化活性酶活性、電解質含量以及丙二醛含量均有顯著影響。包剛等[12]研究不同施用量及施用方法的農林保水劑的毛竹幼苗葉片凈光合速率、葉片氣孔導度、蒸騰速率等顯著高于對照組。目前關于使用保水劑對毛竹材用林土壤物理性狀研究較少，該研究以江西瑞金市毛竹材用林為研究對象，探究保水劑對毛竹生長、土壤物理性狀以及經濟效益的影響規(guī)律，旨在為毛竹材用林集約經營提供依據。

1 試驗區(qū)概況

試驗地位于江西省瑞金市，武夷山脈南段西麓，地處25°30′－26°20′ N，115°42′－116°22′ E，屬亞熱帶季風濕潤型氣候，年平均氣溫19.0 ℃，年降水量1710 mm，無霜期286 d。試驗地設置在毛竹生長具有代表性的澤覃鄉(xiāng)，平均海拔高度為410 m，平均坡度25°，土壤為山地黃紅壤，土層厚40 cm 以上，有機質含量1.4%～3.7%，pH 值4.0～4.7，速效N 55.74～111.61 mg·kg-1，速效P 2.21～5.98 mg·kg-1，速效K 25.29～122.92 mg·kg-1。試驗地為大小年明顯的毛竹林，竹林林相良好。毛竹林分平均胸徑8.1～10.8 cm，立竹度1700～3625 株·hm-2。毛竹試驗林中夾雜有杉木（Cunninghamia lanceolata）、樟樹（Cinnamomum cam-phora）、楓香（Liquidambar formosana）、楓楊（Pterocarya stenoptera）等植被。毛竹林的主要經營措施為墾復、挖筍和采伐。

2 研究方法

2.1 試驗設計

以不施保水劑為對照CK，設置不同保水劑施入方式與施入量處理，試驗設計為處理T1穴施30g·株-1，處理T2溝施90 kg·hm-2，處理T3溝施180 kg·hm-2，處理T4溝施270 kg·hm-2。

2.2 樣地設置及調查

2018年8 月，選擇立地條件基本一致的具有代表性的毛竹林地，采取完全隨機設計設置施保水劑試驗樣地。試驗共5 個處理，每個處理3 次重復，共設置試驗樣地15 塊，每個樣地為20 m×20 m，相鄰樣地之間設置至少10 m 的緩沖帶。于2018年8 月、2019年12 月施入保水劑。對標準樣地內毛竹進行每竹調查，測量胸徑、全高等指標，記錄立竹度數，并統(tǒng)計出標準地的立竹度、平均胸徑及各度竹數量等指標。于2019年12 月和2020年12 月調查當年新竹胸徑、全高等指標，計算毛竹立竹年生產量。

2.3 土壤含水量測定

于2019年毛竹行鞭期至筍芽分化前的6 月、7月和8 月，用鋁盒分0～10 cm、10～20 cm、20～40 cm 3個土層取土，采用烘干法測定土壤相對含水量。

2.4 土壤樣品采集與分析

于2018年8 月和2020年12 月在每塊標準地中用環(huán)刀取土，分0～10 cm、10～20 cm、20～40 cm 3 個土層，測定土壤水分、土壤孔隙度、土壤容重等物理性質指標，測定方法參照中華人民共和國林業(yè)行業(yè)標準《LY/T 1215－1999 森林土壤水分-物理性質的測定》。

3 結果與分析

3.1 施保水劑毛竹林生長特征

比較分析不同施保水劑處理毛竹胸徑增長率的差異，結果表明施保水劑后毛竹林胸徑增長率在1.97%～5.70%，平均值為3.13%，均高于對照林分的1.06%（圖1）。毛竹林中每株穴施30 g 保水劑的林分胸徑增長率最高，顯著高于其他施保水劑處理，林分平均胸徑從9.40 cm 增加到9.93 cm，其次為溝施90 kg·hm-2處理，林分胸徑增長率為2.51%，溝施270 kg·hm-2處理的林分胸徑增長率最低。

圖1 施保水劑毛竹林胸徑增長率Fig. 1 Stand average breast diamete growth rate of Ph.edulis forest with water retaining agent

3.2 施保水劑毛竹林地土壤含水量變化

分析施保水劑對毛竹林地土壤相對含水量的影響發(fā)現，不同處理毛竹林土壤相對含水量的大小排序為T4（26.36%）>T2（26.20%）>T3（24.96%）>T1（24.26%）>CK（20.92%），施保水劑毛竹林土壤相對含水量顯著高于對照，但不同施保水劑處理間差異不顯著（表1）。毛竹林土壤相對含水量大致表現為隨著土層深度的增加而減少，但差異未達到顯著水平。從月份來看，不同處理毛竹林土壤相對含水量均表現為6 月>8 月>7 月，這與試驗區(qū)降雨量6 月（438.7 mm）>8 月（156.21 mm）>7 月（92.71 mm）的趨勢一致。試驗區(qū)4－6 月是全年降水的集中期，其雨量常占全年雨量的50%以上，但夏秋季節(jié)降水稀少，隨著干旱程度的加深，保水劑的抗旱作用將更加凸顯。

表1 施保水劑毛竹林土壤相對含水量Tab. 1 Relative soil water content of Ph. edulis forest with water retaining agent

3.3 施保水劑毛竹林地土壤物理性狀變化

通過分析施保水劑對毛竹林地土壤容重、孔隙度、含水量和持水量等土壤物理性狀指標的影響，結果表明，不同施保水劑處理毛竹林地土壤容重、質量含水量、體積含水量、最大持水量和毛管持水量存在極顯著差異（P<0.01）（表2）。施保水劑毛竹林地土壤容重在0.9520～1.0648 mg·m-3，均小于對照的1.1971 mg·m-3，且隨著溝施保水劑量增大而減小。施保水劑毛竹林地土壤總孔隙、毛管孔隙和非毛管孔隙均大于對照，說明施保水劑有利于毛竹林地土壤疏松通氣。不同施保水劑處理毛竹林地質量含水量在27.33%～44.50%，大小排序為T4>T1>CK>T2>T3；體積含水量在27.47～42.00 g·L-1，大小排序為T4>CK>T1>T2>T3。施保水劑毛竹林地土壤最大持水量和毛管持水量分別在503.08～623.21 g·kg-1和434.14～534.06 g·kg-1，大于對照的432.93 g·kg-1和383.72 g·kg-1，均隨著溝施保水劑量增大而增大。不同施保水劑毛竹林地土壤物理性狀變化可能與保水劑在吸水和失水過程中使得土壤結構發(fā)生變化有關，說明施保水劑對毛竹林地土壤具有改良作用。

表2 施保水劑毛竹林地土壤物理性狀Tab. 2 Soil physical properties of Ph. edulis forest with water retaining agent

土壤物理性狀研究結果表明，不同處理毛竹林地土壤物理性狀指標狀況和變化趨勢不一致，因此有必要進行定量綜合評價。采用灰色關聯度分析法進行土壤物理性狀定量綜合評價，結果表明，不同施保水劑處理毛竹林地土壤物理性狀綜合得分大小排序為T4（0.6813）>T3（0.5086）>T1（0.4907）>T2（0.4608）>CK（0.4199），施保水劑毛竹林土壤物理性狀綜合得分均大于對照。在施保水劑相同數量的情況下，穴施保水劑（T1）毛竹林地土壤物理性狀優(yōu)于溝施保水劑（T2）；毛竹林地土壤物理性狀綜合得分隨著溝施保水劑施入量的增加而增大，進一步說明施保水劑能有效改善毛竹林地土壤物理性狀。

3.4 施保水劑毛竹林經濟效益分析

通過調查2019年和2020年各試驗樣地新竹的胸徑和株數，采用沈錢勇等根據浙江省毛竹實測數據編制的毛竹單株稈重公式W=0.0520 D2.2052A0.4457計算出每度竹（2 a）每公頃毛竹林的竹材產量，并根據目前的市場價格計算出相關的收入與支出，其中竹材單價按500 元·t-1、保水劑按20 元·kg-1、施保水劑人工按1.5 個·667m-2、竹林清雜人工按0.5 個·667m-2、采伐按200 元·667m-2、竹材運費按75 元·t-1、人工費按110 元·工-1計算。從表3 可以看出，扣除經營成本，各處理毛竹林的凈收益－59.25～2605.75 元·hm-2，其中T1處理的凈收益最高，T4處理最低。與CK 相比，T1處理增加收益285.25 元·hm-2，增幅為12.3%，其他施保水劑處理的毛竹林的凈收益均低于對照處理。因此，從經濟效益角度來看，選擇每株穴施30 g 保水劑，能提供毛竹林生長所需的水分條件，提高毛竹林的經濟效益。

表3 施保水劑毛竹經濟效益分析Tab. 3 Economic benefit analysis of Ph. edulis with water retaining agent

4 結論與討論

保水劑對不同植物的株高、生物量、根冠比產生的影響有所不同[12]。毛思帥等[13]對玉米的研究結果表明，施用保水劑增加了玉米株高、總生物量、地上部分干物質質量、地下部分干物質質量和根冠比。而白文波等[14]對棉花的研究結果表明，施用保水劑造成棉花生育期內株高減小，主莖葉數、單株蕾數減少，葉面積減小，但單株鈴數增加。該研究毛竹林中每株穴施30 g 保水劑的林分胸徑增長率最高，顯著高于其他施保水劑處理，林分平均胸徑從9.40 cm 增加到9.93 cm。增幅為5.6%，這與艾文勝等[10]在毛竹上使用保水劑后新竹平均胸徑增幅10%的研究結果基本一致。

保水劑基于其超強的吸水性，可高效實現水分的緩慢釋放，可不同程度提高土壤含水率。藍松濤等[15]研究了干旱脅迫下保水材料施用對甘蔗種植的影響，結果表明，甘蔗種植土壤中施用保水材料能夠提高20.49%～50.82%的土壤含水量，在干旱脅迫下可以起到為甘蔗提供水分的作用。包剛等[16]施用保水劑在毛竹林中可以提高土壤含水量，尤其在降水較少的9－11 月，期間施用保水劑毛竹林的土壤含水量均值高出未施用毛竹林10.20%。該研究中不同處理毛竹林土壤相對含水量的大小排序為T4（26.36%）>T2（26.20%）>T3（24.96%）>T1（24.26%）>CK（20.92%），施保水劑毛竹林土壤相對含水量顯著高于對照，但不同施保水劑處理間差異不顯著。

保水劑可使土壤含水量、總孔隙度、團聚性、可塑性、壓實性、吸水性、田間持水量及飽和含水率提高，使飽和導水率、蒸發(fā)、滲透及排水能力減弱，容重下降[9]。包剛等[16]施用保水劑在毛竹林中具有明顯的效果，保水劑改良了土壤物理性質，提高土壤0～10 cm土層團聚體結構的穩(wěn)定性。劉瑞鳳等[17]使用復合保水劑提高大于0.25 mm 團聚體含量、孔隙度以及陽離子交換量，降低土壤容重。該研究施保水劑毛竹林土壤物理性狀綜合得分均大于對照。在施保水劑相同數量的情況下，穴施保水劑（T1）毛竹林地土壤物理性狀優(yōu)于溝施保水劑（T2）；毛竹林地土壤物理性狀綜合得分隨著溝施保水劑施入量的增加而增大，進一步說明施保水劑能有效改善毛竹林地土壤物理性狀。

從經濟效益角度來看，選擇每株穴施30 g 保水劑，能提供毛竹林生長所需的水分條件，提高毛竹林的經濟效益。該試驗開展了保水劑對毛竹材用林胸徑和土壤物理性狀規(guī)律的研究，下一步應結合施肥試驗，繼續(xù)探究施肥與保水劑對材用毛竹林的耦合效應。