全 文 :硬头黄竹秆形结构及毛竹专用肥对其影响研究
*
张文元1,刘 顺2,涂胜勇3,江 斌4,吴珍花1,胡冬南1,涂淑萍1,郭晓敏1
(1. 江西农业大学 江西省森林培育重点实验室,江西 南昌 330045;2. 中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所,
国家林业局森林生态环境重点实验室,北京 100091;3. 江西省永丰县李山林场,江西 永丰 331500;
4. 江西省永丰县官山林场,江西 永丰 331500)
摘要:以赣南地区的硬头黄竹为研究对象,采取施用毛竹专用肥的营养管理手段,研究施肥和对照处理硬头黄
竹秆形结构特性,探讨毛竹专用肥对硬头黄竹生长的调节作用。结果表明,硬头黄竹节间长随节位数变化规律
呈现“短-长-短”的变异模式。施肥提高了竹最长节出现的节位数和最长节的长度。施肥对壁厚和壁厚随高度
的变化无影响,但会降低竹尖削度,且施肥处理秆重随高度分布较均匀,因此施肥处理硬头黄竹秆形较好,利
于加工利用。同时对各指标间进行了方程拟合。结果表明,秆重与胸径和壁厚显著相关,与秆高极显著相关;
秆高与胸径和壁厚极显著相关。
关键词:硬头黄竹;施肥;秆形特征;拟合方程
中图分类号:S 795. 9;S 725. 5 文献标识码:A 文章编号:1672 - 8246 (2015)02 - 0009 - 07
Culm Form Characteristics of Bambusa rigida and
the Influence of Special Bamboo Fertilizer
ZHANG Wen-yuan1,LIU Shun2,TU Sheng-yong3,JIANG Bin4,WU Zhen-hua1,
HU Dong-nan1,TU Shu-ping1,GUO Xiao-min1
(1. Key Laboratory of Tree breeding and Cultivation of Jiangxi Province,Jiangxi Agricultural University,Nanchang Jiangxi 330045,P. R. China;
2. Institute of Forest Ecology and Consrvation under Chinese Academy of Forestry,Key Laboratory of Forest Ecology under State Forestry Administration,
Beijing 100091,P. R. China;3. Lishan Forest Farm of Yongfeng County,Yongfeng Jiangxi 331500,P. R. China;
4. Guanshan Forest Farm of Yongfeng County,Yongfeng Jiangxi 331500,P. R. China)
Abstract:Study on the culm form characteristics of Bambusa rigida,which widely distributed in south of Jiangxi
Province,and analysis of the effect of the special bamboo fertilizer on it were conducted through comparison be-
tween treatment with special fertilizer and control check (CK). The results showed that internode length varied
with a tendency of “short-long-short”model. Fertilization improved the length of the longest internode and the
number of nodes. Fertilization had no influence on wall thickness,but could reduce taperingness,and culm
weight showed a uniform variation with height dynamics under fertilization. Therefore,the culm form performed
better and was easy for utilization under fertilization. The results of equation fitting showed that culm weight had
significant correlation with DBH and wall thickness,culm weight had extremely significant correlation with culm
height,culm height had extremely significant with DBH and wall thickness.
Key words:Bambusa rigida;fertilization;culm form characteristic;fitting equation
第 44 卷 第 2 期
2015 年 4 月
西 部 林 业 科 学
Journal of West China Forestry Science
Vol. 44 No. 2
Apr. 2015
* 收稿日期:2014 - 10 - 06
基金项目:教育部博士点基金 (20113603120004),国家林业局林业公益性行业科研专项 (201104058) ,江西省教育厅科学技术研究
项目 (GJJ13270),江西省科技计划项目 (20132BA204026),中央财政林业科技推广示范资金 (JXTG [2013] 06 号)。
第一作者简介:张文元 (1977 -),男,讲师,博士,主要从事森林培育理论与技术、竹林培育方面的研究。
E-mail:zwy15@ 126. com
通讯作者简介:郭晓敏 (1956 -),女,教授,博导,主要从事经济林培育方面的研究。E-mail:gxmjxau@ 163. com
DOI:10.16473/j.cnki.xblykx1972.2015.02.014
植株结构是植物对环境响应的基础,是植株生
态自适应的机制之一[1]。竹秆作为竹子地上部分
的重要器官,是连接地上部分枝、叶和地下部分的
重要构件。立竹秆形是竹类植物生物量积累及材性
的基础,良好的秆形能够拓展立竹的生存空间,提
高对环境和资源的占有率和竹材质量[2]。秆形一
直是评价竹种材性优劣的重要指标之一[3],秆形
特征对竹材的利用具有指导作用[4]。
我国合轴丛生竹共有 16 属 160 余种,80 × 104
hm2,年产竹材 500 × 104 t[5],丛生竹具有分布面
积广、成丛生长、生长迅速、生物量高、生态功能
突出等特点,是我国竹林资源重要组成部分[6]。
但是,我国的竹类研究一直较集中于以毛竹为代表
的散生竹[7],对丛生竹的研究和利用水平较低,
并仅局限在绿竹 (Dendrocalamus oldhami)、慈竹
(Bambusa emeiensis)等少数竹种上[8]。加强对丛
生竹资源的研究和开发,对于合理充分地利用丛生
竹种资源,构建资源节约型社会具有重要的意义。
硬头黄竹 (Bambusa rigida Keng)为禾本科
(Gramineae)箣竹属 (Bambusa)植物,地下茎合
轴丛生型竹种,具有竹秆高、壁厚、材质坚硬、重
量重、径级相对稍小等特点[9],主要用于造纸,
还可用于编织、搭棚、围篱及庭园绿化等[10],广
泛分布于我国广东、广西、四川、福建、江西等省
的山脚、路旁及河边[11],是一种资源丰富且具有
重要经济效益[12]和生态功能[13]的典型中型丛生竹
种。目前,关于硬头黄竹的研究多集中在无性繁
殖、生长规律、理化特性、遗传多样性、加工利用
等方面[11,14 ~ 15],而关于其竹秆特性的研究较少,
周益权等[9]对川南硬头黄竹竹秆特性进行了研究。
随着硬头黄竹经济效益的不断上升,以施肥为核心
的土壤养分管理是提高林分生产力、取得更大效益
的重要手段[16]。尽管我国在竹林营养管理方面取
得了较多的成果,但是关于硬头黄竹林施肥方面的
研究还处于起步阶段,成果较少,还没有确定其合
理的施肥量、肥料配比等。因此,本项目以江西赣
南地区栽培历史悠久、分布广泛的硬头黄竹林为研
究对象,采取施用毛竹专用肥的营养管理手段,研
究施肥和对照处理硬头黄竹秆形结构特性,探讨毛
竹专用肥对硬头黄竹生长的调节作用,旨在为更好
地经营硬头黄竹林提供基础理论数据。
1 研究区自然概况
本研究试验样地位于江西省赣县大田乡。赣县
地处江西省南部,赣州市中部,赣江上游,位于东
经 114°42 ~ 115°22,北纬 25°26 ~ 26°17。赣县
地形属丘陵山地,地势东南高,中、北部低。全境
地处中亚热带丘陵山区季风湿润气候区,气候温
和,阳光充足,雨量充沛,并具有春早、夏长、秋
短、冬迟的特点。年均气温 19. 3℃,年均日照
1 092 h,年均降雨量 1 076 mm,年无霜期 298 天,
四季常青。赣县森林植物种类有毛竹、湿地松
(Pinus elliottii)、油 桐 (Vernicia fordii)、楠 木
(Phoebe zhennan)等。赣县为江西省硬头黄竹的主
产区,硬头黄竹试验地土壤为花岗岩母质发育而成
的红黄壤,硬头黄竹林土壤性质见表 1。
表 1 硬头黄竹林地土壤的化学性质
Tab. 1 Soil chemical properties of the in Bambusa rigida forest
土层
/cm
全量养分 /g·kg -1
有机质 全氮 全磷 全钾
速效养分 /mg·kg -1
碱解氮 有效磷 速效钾
0 ~ 10 19. 57 0. 93 0. 71 18. 01 180. 7 6. 2 29. 4
10 ~ 30 13. 08 0. 67 0. 59 19. 17 173. 7 4. 8 29. 0
30 ~ 50 10. 70 0. 57 0. 54 18. 97 155. 1 4. 9 33. 2
2 材料与方法
2. 1 样地设置
选择林相良好、林分结构基本一致的硬头黄竹
纯林进行施肥试验。田间试验主要采用不完全随机
区组设计,3 次重复,每个重复内设有毛竹专用肥
处理和对照处理。处理间设置隔离行,每个处理内
选择生长势基本一致的硬头黄竹 6 丛,相邻小区设
置一定 (3 m)的缓冲带。
2. 2 施肥时间
毛竹专用肥肥料类型、各元素用量及配比及肥
01 西 部 林 业 科 学 2015 年
料施入量见表 2。每年施肥两次。第 1 次施肥为硬
头黄竹发笋期前 (大致在每年的 6 月);第 2 次施
肥为新竹成长期 (大致在每年的 2 月)前,以促
进硬头黄竹发笋和后期生长,每次施肥各种肥料用
量占全年总施入量的 50 %。2008 年 6 月对试验地
进行第 1 次施肥,2009 年 2 月进行第 2 次施肥,
至 2010 年 6 月,总共施肥 5 次。
表 2 试验林地肥料种类、用量及配比
Tab. 2 Fertilizer types,amount and proportion
in sample plot
处理
号
肥料
种类
施入肥料量/kg·丛 -1
N P2O5 K2O
肥料配比
N︰ P2O5 ︰K2O
1 毛竹专用肥 0. 504 0. 375 0. 294 12 ︰ 8. 5 ︰ 7
2 对照 0 0 0 0
注:毛竹专用肥为江西农业大学针对江西省毛竹林地土壤状况而研
制,其养分总含量为 27 %,湖南浏阳复混肥厂生产。
2. 3 施肥方法
环状沟施法。在每丛硬头黄竹竹体周围挖深
10 cm左右的环形沟,施入肥料后立即进行覆土。
2. 4 测定方法
2011 年 3 月在每个样地内按照不同年龄硬头
黄竹进行每竹检尺,调查每竹胸径、竹高等指标,
并计算不同处理各龄竹的平均胸径,据此在每个样
地内分别选出各龄标准竹 3 株,沿地面处伐倒,剃
下枝叶,量竹株全高,参考 “毛竹林的调查方
法”[17],去掉小头 (梢部),剩余部分长度为秆高
(用材长),数节数,测量节间长,然后将秆 5 等
分,自基部开始编号为 “1,2,3,4,5”。测量
各段基部处直径、壁厚,并分别对各段称重。
2. 5 数据统计与分析
试验数据的计算分析及作图采用 Excel 2003,
相关数据的方差分析采用 SPSS 17. 0 进行。
3 结果与分析
3. 1 施肥对竹间长变化规律的影响
节间长短是影响竹材加工利用的一个重要指
标,直接影响到竹材料加工的难易、产品力学性能
和美观程度等[3]。自硬头黄竹秆基开始,对节进
行编号,记为 1,2,3……,称为节位数[18]。通
过以节位数为函数自变量 x,以节间长为因变量 y,
采用线性、幂函数和多项式等函数方程进行拟合。
通过分析拟合 (相关系数 R2)结果可知,采用二
次函数和三次函数进行拟合效果较好,拟合方程及
结果见表 3。
表 3 施肥对硬头黄竹竹间长变化规律的模拟方程
Tab. 3 The simulation equation of internode length for different age of B. rigida under fertilization
处理 模型 方程 R2 p
施肥
y = ax2 + bx + c y = - 0. 383x2 + 5. 683x + 22. 751 0. 869 0. 000
y = ax3 + bx2 + cx + d y = 0. 034x3 - 1. 253x2 + 11. 782x + 12. 829 0. 954 0. 000
对照
y = ax2 + bx + c y = - 0. 236x2 + 2. 852x + 29. 758 0. 841 0. 000
y = ax3 + bx2 + cx + d y = 0. 030x3 - 1. 008x2 + 8. 265x + 20. 953 0. 932 0. 000
由表 3 可知,采用二次函数和三次函数方程对
不同年龄硬头黄竹竹间长随竹节变化的拟合结果均
达到极显著水平。考虑到实际生产上应用方便的原
则,选择拟合程度较好的二次函数方程作为拟合方
程,根据该方程,可以计算出硬头黄竹节间长度,
对硬头黄竹竹材加工利用具有重要的参考价值。
硬头黄竹节间长随节位数的变化反映了节间长
在竹秆纵向上的分布变化情况,由硬头黄竹节间长
自竹秆基部至秆梢的变化规律 (图 1)可知,施肥
和对照处理硬头黄竹竹秆节间长度自竹秆基部至秆
梢呈现“短-长-短”的变异模式,即随着节位数的
增加呈现为开口向下的抛物线状。施肥处理硬头黄
竹最长节为第 7 ~ 8 节,对照处理则为 5 ~ 6 节,且
施肥处理最长节的长度大于对照处理,说明施肥提
高了最长节出现的节位数和最长节的长度,增加了
竹秆可利用程度。施肥处理硬头黄竹秆基和秆梢处
的节间长与对照处理相当,而中部节间长大于对照
处理。施肥和对照处理节间长度随着节位数的变化
规律具有较高的一致性,说明硬头黄竹竹秆节间长
的变化中,施肥具有一定的调节作用,但施肥只是
影响竹节间长度的因素,节间长度随节位数的变化
规律受到环境等其他因素的影响。
11第 2 期 张文元等:硬头黄竹秆形结构及毛竹专用肥对其影响研究
图 1 施肥对硬头黄竹节间长的影响
Fig. 1 Effects of fertilization on internode length of B. rigida
3. 2 施肥对竹秆直径随高度变化的影响
竹直径随着高度的增加表现为减小的趋势称为
竹子的“尖削度”[19],可用竹相对直径 (竹高度
处的秆直径与地径之比)随相对高度的变化曲线
来反映[20]。尖削度越小,竹材越匀称,出材率和
利用率越高[21],反之,尖削度越大越会造成原料
的浪费,不利于板材的加工,因此尖削度是衡量加
工利用的重要指标[22]。本研究以竹地径为标准,
将各相对高度竹秆段靠近基处的秆直径与地径之比
作为相对直径,研究相对直径随着相对高度的变化
趋势,结果见图 2。由图 2 可知,硬头黄竹直径随
着高度的增加呈现先平缓后加速下降的趋势,施肥
与对照处理的变化一致,但对照较施肥处理的变化
幅度大,表明施肥能够减小竹子的尖削度。以相对
直径 (y)为因变量,相对高度为自变量 (x),通
过二项式模型方程拟合结果为,施肥 y = - 0. 038x2
+0. 075x + 0. 935 (R2 = 0. 972);对照 y = - 0. 042x2
+0. 127x + 0. 898 (R2 = 0. 986)。
3. 3 施肥对竹壁厚随高度变化的影响
本研究以相对高度 1 处竹秆基部壁厚为标准,
将各相对高度竹秆段靠近基部处的壁厚与标准壁厚
的比值作为相对壁厚,研究相对壁厚随着相对高度
的变化趋势,结果见图 2。由图 2 可知,硬头黄竹
壁厚随着高度的增加呈现减小的变化趋势,相对高
度 1 ~ 3 间,壁厚减小明显,而相对高度 3 ~ 5 间,
壁厚变化较平缓;施肥与对照处理的变化趋势相
同,说明施肥对硬头黄竹壁厚随高度的变化较小。
以相对壁厚 (y)为因变量,相对高度为自变量
(x),通过二项式模型方程拟合结果为,施肥 y =
0. 056x2 - 0. 489x + 1. 401 (R2 = 0. 964);对照 y =
0. 045x2 - 0. 431x + 1. 368 (R2 = 0. 989)。
3. 4 施肥对竹秆重随高度变化的影响
研究硬头黄竹不同高度处的质量随高度的变化
规律,可以了解硬头黄竹秆生物量的分布规律、竹
株各段纤维程度[23],对其竹材的利用具有指导意
义。通过以相对高度 1 处秆鲜重为标准,将各相对
高度竹秆段鲜重与标准鲜重的比值作为相对秆重,
研究相对秆重随着相对高度的变化趋势,结果见图
2。由图 2 可知,硬头黄竹秆鲜重以相对高度 1 最
大,随着高度增加,各段秆鲜重呈现下降的趋势。
随着相对高度的增加,施肥处理硬头黄竹相对秆重
呈现均匀的下降趋势,而对照处理先变化缓慢,后
迅速减小。以相对秆重 (y)为因变量,相对高度
为自变量 (x),通过线性方程拟合结果为,施肥 y
= -0. 182x +1. 142(R2 =0. 987);对照 y = -0. 026x2
+0. 005x + 1. 019 (R2 = 0. 994)。
图 2 相对直径、相对壁厚和相对秆重随相对高度的变化
Fig. 2 The variation of relative diameter,relative wall thickness and relative culm weight with relative height
21 西 部 林 业 科 学 2015 年
3. 5 硬头黄竹秆形结构指标相关性
对硬头黄竹上述各指标进行相关性分析可知,
秆高分别与胸径、壁厚和秆重极显著相关;秆重分
别与胸径和壁厚显著相关;但壁厚与胸径间关系不
显著。除了胸径和壁厚间不存在显著相关性外,其
余指标间都存在显著或极显著相关性 (见表 4),
这再次说明了竹壁厚的稳定遗传性。通过指标间的
相关性建立相关方程见表 5。
表 4 生长指标的相关性分析
Tab. 4 The correlation analysis of growth indexes
指标 胸径 秆高 壁厚 秆重
胸径 1
秆高 0. 755** 1
壁厚 0. 495 0. 720** 1
秆重 0. 685* 0. 937** 0. 612* 1
注:表中数据为 pearson相关系数,显著性检验采用尾检验。
表 5 各指标间的相关方程
Tab. 5 The simulation equation of different indexes
因变量 自变量 数学模型 R F
秆高
胸径 TH = - 0. 498DBH3 + 4. 791DBH2 - 13. 073DBH + 15. 027 0. 885** 9. 652
壁厚 TH = 1. 531WT1. 010 0. 730** 11. 385
秆重
胸径 CW = - 612. 541DBH3 + 6 079. 483DBH2 - 18087. 904DBH + 17 536. 310 0. 929** 16. 695
壁厚 CW = 85. 196WT2. 233 0. 705* 9. 885
秆高 CW = 121. 745TH2 - 755. 423TH + 1818. 604 0. 967** 65. 172
注:DBH为胸径 (cm),TH为秆高 (m);WT为竹胸径处壁厚 (mm) ;CW为秆重 (g);R为相关系数,F为检验值。
秆重与胸径、壁厚和秆高间存在显著或极显著
关系,采用幂数模型拟合得到方程如下,拟合相关
系数较高,可为计算硬头黄竹秆高、秆重提供理论
参考。TH = 1. 544DBH0. 484·WT0. 583 (R2 = 0. 734),
CW = 23. 278DBH - 0. 186 · TH2. 861 ·WT - 0. 455 (R2 =
0. 946)。
4 结论与讨论
丛生竹是我国竹林资源的重要组成部分,区域
性规模化发展、开发利用丛生竹资源,对于环境保
护和促进社会经济发展及进一步提升我国竹产业整
体水平有着重要的现实意义[2]。竹秆形特征是判
断竹材利用率和加工方向的重要指标,对于提高营
林水平具有重要的参考价值[22],而施肥作为常规
的营林措施对林产品的产量和质量有一定的影
响[24]。通过对施肥和对照处理的硬头黄竹秆形特
征进行比较,可以看出施肥对硬头黄竹秆形特征具
有一定的影响。
硬头黄竹节间长随节位数增加呈现 “短-长-
短”的变异模式,施肥与对照处理节间长随节位
数的变化规律相似。通过以节位数为自变量 x,以
相对节间长为因变量 y建立相关方程,可以发现二
次方程和三次方程函数均能较好地反映硬头黄竹节
间长随节位数变化的关系。对比其他竹种的研究结
果表明,不同竹种竹节间长的变化随节位数的变化
规律相似,而最大节间长出现的节位数存在差异。
施肥试验能够有效地影响林地土壤肥力状况,
直接影响着植株的生长,竹秆形在异质环境表现出
一定的适应性差异,并通过竹直径、竹壁厚度和竹
秆重量的变化规律进行表现,从而可以较好地了解
硬头黄竹竹秆结构特性,以及遗传的稳定性和对表
型的可塑性。研究表明,随着相对高度的增加,竹
相对直径、相对壁厚和相对秆重均呈现下降的变化
趋势,但不同指标对环境的适应性变化规律不同,
相对壁厚随着相对高度的变化规律在施肥和对照处
理呈现明显的一致性,说明相对壁厚是硬头黄竹一
个较稳定的指标,不受地力条件变化的影响,具有
一定的稳定性,这与毛竹的研究结果一致[23]。施
肥能够影响竹相对直径和相对秆重的变化规律,表
现在施肥处理竹尖削度减小及竹秆重随高度呈均匀
下降,这些表明施肥能够使竹材通直、材质均匀,
有利于竹材的加工利用。
植物的生长和对环境的适应是一个长期的过
程,施肥作为竹林经营措施的一个重要手段,施肥
量、施肥配比、施肥方式等都会对竹子生长产生重
要的影响,而植物在生长过程中对养分的吸收受到
环境和元素之间的协同或拮抗作用的影响,并在不
31第 2 期 张文元等:硬头黄竹秆形结构及毛竹专用肥对其影响研究
同土壤环境中的表现形式也不同[25],从而产生了
种源的差异性。对比不同产地硬头黄竹可知,四川
长宁县硬头黄竹胸径介于 2. 0 ~ 5. 7 cm 间[12],贵
州赤水市硬头黄竹胸径平均在 4. 5 cm 左右,最大
值与最小值相差 5. 1 cm[26],而本研究中硬头黄竹
平均胸径 (3. 2 cm)较小,硬头黄竹的胸径表型
具有一定可塑性,但已有研究表明对硬头黄竹新竹
胸径影响因子的排列顺序为,施肥方式 >肥料配比
>施肥量,但均未到达显著的水平[16]。因此,实
际生产中,可根据经营目标采取适当的措施,最终
达到竹林的丰产稳产、高效的经营。
竹秆作为竹材利用的主要部分,对竹秆特性的
研究不仅有助于了解竹秆材性,更有助于了解竹林
的生产力,因此秆重是材用竹林经营中首要考虑的
因子[27]。胸径、竹高、壁厚和生物量等指标均存
在一定的关系,竹秆个体各结构因子间的相关关
系,是遗传性状和环境因素的共同作用结果,各结
构因子的变化,对竹林群体有直接的影响[28]。已
有大量的研究表明竹高、壁厚和秆重与胸径间存在
一定的关系,而在实际操作中,由于竹高难以精确
检测,壁厚和秆重需要将竹伐倒进行测量等不利于
直接测定,故可以借助易于测定的胸径建立相关关
系,从而推算其他指标。硬头黄竹除了胸径和壁厚
间不存在显著相关性外,其余指标间都存在显著或
极显著相关性,这再次说明了竹壁厚的稳定遗传
性。
由于不同地理位置环境条件存在差异及竹种类
别的不同,竹子秆形因子间的变化规律性不强[29],
而仅通过测量胸径来计算其他指标的准确性较低,
还需考虑其他因子和具体的变化关系[30]。
随着竹加工技术的发展和 “以竹代木”步伐
的加大,竹原料供需矛盾日益突出[19],如何培育
优良竹种,开发竹类资源并进行有效利用对缓解这
种矛盾具有重要的意义。本研究调查分析了施肥对
优良丛生竹秆形特征的影响,表明施肥对秆形结构
有一定的影响,施肥能够在一定程度上提高竹高、
胸径、节间长等指标,减小竹的尖削度,并影响节
间长、相对秆重随高度的变化规律,但受到遗传稳
定性的影响,壁厚的变化较小。同时,还构建了各
相关指标间的相关关系,可以为了解竹秆生长特性
和硬头黄竹多样化开发利用提供理论参考。
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41 西 部 林 业 科 学 2015 年
近 300 m),年平均气温 11. 3℃,年平均降雨量
1 931 mm,其热量条件反而不如高黎贡山样地
(年平均气温 15. 5℃,年平均降雨量 1 650 mm),
其物种丰富度也偏低。鼎湖山样地处于南亚热带
区,年平均气温 20. 9℃,年平均降雨量1 985 mm,
海拔不超过 500 m,西双版纳样地处于纬度最低的
热带地区,年平均气温 21. 8℃,年平均降雨量
1 493 mm,海拔不超过 900 m,在 8 个样地中水热
条件最充裕,因而拥有较高的物种多样性。
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