撑篙竹秆形结构研究

黄大勇

(广西林业科学研究院 南宁530002)

撑篙竹 (Bambusa pervariabilis) 是竹亚科(Bambusoideae) 箣竹属 (Bambusa) 中型丛生竹，生长区域东至福建中南部， 西达广西百色、 河池，南至广西沿海及海南省， 北沿广西漓江、 融江两岸直达湘桂交界。 主要分布于珠江中下游地区的河岸和低山丘陵， 以粤西的广宁、 清远、 三水、 四会、封开、 郁南等地， 桂东南的梧州、 玉林、 贵港等地较为集中。 撑篙竹秆形通直， 材质坚硬， 大小适中，尖削度小， 是建筑业和农副业的优良用竹， 主要用于建筑棚架、 制作家具等； 可劈篾编制竹器、 制成竹浆， 是华南地区常见栽培的材用竹种之一[1]。 尽管撑篙竹用途广泛， 竹材用量较大， 但对竹材特性的研究较少， 尤在秆形结构的研究方面未见报导。本文通过测定撑篙竹的胸径、 全高、 秆材长、 节间数量， 以及每节间的长度、 壁厚和直径等秆形指标，分析这些指标间的相关性， 研究其秆形特性及变化规律， 为撑篙竹的竹林培育和竹材更深层次的利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 采样地概况

研究地设在广西南宁市东北郊的广西林科院竹园， 地 理 位 置 东 经108°20′50.47″， 北 纬22°55′37.18″， 生境海拔114～115 m， 低台地形， 坡度3°。属亚热带季风气候， 阳光充足， 雨量充沛， 气候温和。 年均气温21.7 ℃， 最冷的1 月平均12.8 ℃，最热的7 月份平均30 ℃， 年均降雨量1 300 mm， 降水集中在夏季， 干湿季分明。 土壤为赤红壤， 表土层厚5～10 cm[2-3]。

撑篙竹为中等型丛生竹， 分枝从秆基部开始，主枝粗长。 四季常绿， 3—5 月换叶。 嫩竹由竹蔸上的笋芽萌发生长， 在地面成丛生长。 每年6—9 月出笋， 笋期长达120 d。 采样的撑篙竹林为1958 年从周边农村引种， 成林后采伐粗壮竹秆利用， 留下小竹、 老竹较多， 近5 年来作为种质资源库保存， 禁止滥伐， 竹林新竹达到正常粗度和高度。

1.2 数据采集与分析

调查采用随机取样法， 选取不同径阶、 秆梢完整、 节间无虫害的立竹97 株， 平地伐后修枝， 每竹检尺胸径、 全高以及可利用秆长(秆材长)， 记录节间数量， 从基部到梢部依次编节间号为1—N 节，测量各节间长度。 截去秆直径小于1 cm 的梢部， 得到可利用秆材， 劈开可利用秆材测量各节间的壁厚。

利用Excel 进行数据统计， 应用SPSS 对撑篙竹的胸径与秆全高、 秆材长、 壁厚、 节数、 节间长度等进行相关性分析。 在数据处理中， 主要以胸径作为自变量， 全高、 秆材长、 节间数等作为因变量，分别用多种函数方程进行拟合， 比较各方程的相关性系数(R2) 或Spearman's rho 相关系数， 从中选出最佳拟合方程。

2 结果与分析

2.1 秆径基本形态

竹子胸径、 秆高、 壁厚、 节数等是影响竹材质量的重要因子[4-5]。 根据统计结果可知(表1)： 秆全高为7.8 ～17.1 m， 平均为13.7 m； 秆材长6.7 ～15.6 m， 平均为12.5 m； 胸径3.0～6.9 cm， 平均为5.1 cm； 节间长5～62 cm， 平均为35.2 cm， 基部节间壁厚0.8～1.9 cm， 平均为1.3 cm； 秆材节数26～44 节， 平均为35 节。

表1 撑篙竹秆基本形态

2.2 立竹秆形结构因子相关性分析

2.2.1 胸径与秆高的相关性

由于立竹在竹笋出土前其径向生长就已停止，所以竹子高度、 节间的数量及长短、 壁厚均可认为是胸径的从属因子[3]。 胸径是竹林中相对易测的秆形结构因子， 在生产、 科研中得到广泛利用， 常用胸径作为基础数据， 推算秆全高、 秆材长、 秆壁厚等生长量[4]。

1) 胸径与秆全高。 大多数丛生竹立竹尾梢弯曲或下垂， 部分竹秆还倾斜生长， 立竹自然高度并不是竹秆全长。 这里的秆全高是指竹秆采伐后测得的基部至尾梢拉直后的竹秆长度。 秆全高是秆形纵向特征的重要因子， 也是立竹大小的重要指标， 在生长过程中受外部因素如温度、 湿度、 光照、 水分、土壤的影响， 但也受遗传因素影响， 当立地条件基本一致时， 主要受胸径因素控制。 从表1 看出， 秆全高随着胸径的增粗而增加， 胸径与秆全高的Pearson 相关系数为0.631， 达到显著正相关水平，用线性、 二次、 三次、 复合、 指数及幂函数方程进行拟合， 最优的为幂函数方程H全高＝D1.598(R2＝0.994)。 从生产中使用方便角度考虑， 一元二次函数方程H全高＝4.169D-0.7286D2(R2＝0.992) 较宜在林分调查时现场使用。

2) 胸径与秆材长。 在采伐立竹过程中观察到，在梢部秆直径1 cm 处时， 尾梢仍保持直立或斜立，未弯曲下垂。 因此即使不采伐立竹， 秆材长的数据也可以在竹林内测到。 与秆全高变化规律一样， 秆材长也随着胸径的增粗而增加， 胸径与秆材长的Pearson 相关系数为0.639， 达到显著相关水平， 用线性、 二次、 三次、 复合、 指数及幂函数方程进行拟合， 最优的为幂函数方程H秆材长＝D1.542(R2＝0.994)， 一 元 二 次 函 数 方 程H秆材长＝3.773D -0.255D2(R2＝0.992) 也达到良好的拟合效果。

3) 高径比。 通常情况下胸径越粗， 竹秆越高。受环境和生长空间的影响， 当胸径相同时， 竹秆仍有一定的变化幅度， 秆越高， 可利用部分越长。 竹秆全高(m) 与胸径(cm) 之比为高径比， 此值越大， 竹子用材长越长[4]。 从表1 看出， 撑篙竹高径比值随着胸径的增加而降低， 这种变化趋势符合竹子生物学特性， 即秆形细小的立竹需要更大的高生长才能在竹丛中获得更多的光合作用机会。 常见生长在山沟底部、 获得光照时间短的竹丛， 立竹往往较平原、 低台地区更高， 体现出高径比变化趋势。因此， 在人工经营竹林时适当的密植、 保留较高郁闭度， 有利于立竹高生长。

2.2.2 节间变化趋势

节间长短、 粗细及竹壁厚薄对竹材利用至关重要， 这些秆形指标受竹子生长环境及遗传因素等双重影响， 本文的材料采集地相对集中， 立地条件一致， 因此节间的变化趋势基本反映了撑篙竹遗传因素的影响。

1) 节间数量的变化。 秆梢部分受风雨、 虫害及幼竹生长后期水分的影响， 节数及长度常常不完整，易折断， 且其对于秆材利用影响甚微， 因此分析可利用的秆材节数与胸径、 秆材长的相关性， 对于服务生产更为现实。 根据所测数据统计， 撑篙竹秆材节数26～44 节， 平均35 节。 不同胸径级的平均节数随胸径的增加而增多(表1)。 秆材节数与胸径、 秆材长的Pearson 相关系数分别为0.759、 0.805， 均呈显著相关。 拟合相关方程， 最优的为幂函数和一元二次线性函数方程， 从应用简便方面考虑， 取一元二次线性方程 N节数＝9.976D - 0.595D2(R2＝0.994)； 与秆材长的最佳拟合方程为线性函数方程N节数＝2.808H秆材(R2＝0.995)； 与胸径、 秆材长的最佳拟合方程为线性函数方程N节数＝2.159D+1.922H秆材(R2＝0.996)。 胸径越粗、 秆材越长， 节数越多， 这是同一竹种所有竹秆节数的变化规律。由于竹子在出土之前其全株的节数已定， 出土后不再增加新节， 因此在生产经营中加强笋前抚育， 促进地下竹蔸萌发大笋， 培育大笋长成大竹， 增加节间数量， 和出笋后抚育增加竹秆长度都显得同样重要。

2) 节间长度的变化。 与节间数量一样， 节间长度是秆形特征的重要指标， 与竹材利用程度甚为密切。 撑篙竹节间长度的变化除受竹笋高生长“慢—快—慢” 的生长特性影响外， 还受到生长过程中外部因素的影响。 节间长度与胸径和节间位置密切相关， 自基部至梢部， 节间长度呈“短—长—短” 的变化规律， 节间长度5～62 cm， 以每5 cm 划分一个长度级， 对测量的节间长度进行统计， 结果如表2。

表2 撑篙竹节间长度分布

表2 (续)

由表2 看出， 节间长度分级呈正态分布， 节间长度大多数为26 ～50 cm， 占节间总数的73. 90%； 长度大于50 cm 的分布在秆中部， 不足1%； 长度小于10 cm 的分布在竹秆基部第1 节间及尾梢。

根据对测定的97 株竹秆3 372 个节间长度数据进行分析， 节间长度与所处的位置N (即节间号)Spearman's rho 相关系数为-0.247， 呈显著相关； 也与胸径、 秆材长相关， Pearson 相关系数分别为-0.049、 0.065， 拟合相关方程得出LN＝3.814L秆材-1.467D-0.285N (R2＝0.915)， 用此方程可获得任何一节间的实际长度。

统计每株竹子的最长节间出现的节位， 计算出不同径阶的最长节间出现相对高度区间， 见表3。竹秆最长节间在秆中部的第8—24 节， 越粗的竹子，最长节间出现的位置越高， 出现的部位在竹秆中部；最长节间在第15—20 节出现的频度相对较高， 每节均超过15%。

表3 撑篙竹最长节间出现区间

2.2.3 秆壁厚变化

壁厚是秆形结构的主要特征因子之一。 竹材壁厚不同其利用程度大不相同。 从测量的每节间壁厚变化趋势分析(表4)， 节间竹壁厚度从基部到梢部， 随高度的增高而逐渐变薄； 基部单侧壁厚为0.82～1.91 cm， 随着胸径的增粗， 基部竹壁变厚，这种变化趋势在秆的各个位置基本一致， 但越往上，竹壁越薄， 秆材梢部直径基本为1 cm， 单侧壁厚在0.2 cm 左右。 各节间壁厚不仅与立竹粗细、 秆长相关， 还与节间所处位置显著相关， 对3 372 个节间壁厚与胸径、 秆材长及节间号的相关性进行分析，Pearson 相关系数分别为0.137、 0.086、 -0.862， 均达到显著差异水平。 拟合节间壁厚与胸径、 节间号的相关性方程， 线性回归方程T节间＝0.188D -0.023N (R2＝0.948)， 拟合效果好； 如增加秆材长因素作为自变量， 线性回归方程T节间＝0.079D+0.047L秆材-0.024N (R2＝0.958)， 拟合效果好。 利用此拟合方程， 在不破坏竹秆情况下就可以预测各节间的壁厚。

表4 撑篙竹不同径级秆壁厚率

竹秆双侧壁厚与外壁直径之百分比称为竹秆的壁厚率， 是衡量竹材力学强度的一项重要指标[5]。撑篙竹壁厚率为19%～70%， 从秆基部至梢部， 壁厚率呈“两头高、 中间低” 的变化趋势， 基部壁厚率大于50%， 往上至秆中部壁厚率逐渐变小， 因而中部竹秆的中空较大， 至梢部壁厚率逐渐增加到40%左右。 从表4 看出， 竹秆各区间的壁厚率相对稳定， 没有随胸径的增加而发生显著变异。2.2.4 竹秆直径变化规律

1) 最粗直径与胸径。 撑篙竹秆的胸高位置常在第4—8 节， 以5—6 节出现频度最高。 全秆最粗直径出现在第1—13 节间， 以出现在第7—9 节的频度较高， 分别为21%、 21%、 19%， 出现这段位置的频度达到61%， 即大部分竹秆最粗直径在胸高位置以上， 这与毛竹(Phyllostachys edulis)、 水竹(Ph.heteroclada )、 肿 节 少 穗 竹 ( Oligostachyum oedogonatum) 等散生竹最粗直径在基部节间不一致[5-10]， 说明竹秆的节间直径并不完全循着竹秆高度的增加而减少的规律。 最粗秆径与胸径的Pearson相关系数为0.957， 呈显著相关， 据此， 用胸径来计算最粗秆径是可行的。 拟合最粗秆径与胸径的相关方程： Dmax＝1.054D (R2＝0.998)。

2) 竹秆直径与胸径、 节间位置。 竹秆节间直径从基部到梢部呈现“细—粗—细” 的变化趋势， 基部秆径较细， 约为胸径的92.32%， 但竹壁最厚， 至第7—9 节时秆径最粗， 延至梢部则秆径逐渐变细。对3 372 个节间直径与胸径、 节间号进行相关性分析， Pearson 相关系数分别为0.286、 -0.808， 均呈显著相关， 用线性回归方程拟合为D节间号＝1.165D-0.119N节间号(R2＝0.970)。

3 结论与讨论

1) 撑篙竹为中等型竹， 胸径很少超过7 cm。 胸径是竹林内相对容易测量的秆形因子， 在生产中广泛运用。 与其他竹种一样， 撑篙竹秆全高、 秆材长与胸径显著相关， 本研究拟合了秆全高、 秆材长与胸径的多种函数方程， 比较各方程的相关系数， 以幂函数方程、 一元二次函数方程获得估测精度较高。采用相同的回归分析方法， 对节间的数量、 直径、长度、 壁厚与胸径、 秆材长、 节间位置进行相关性分析， 发现这些因变量均可通过幂函数方程、 线性函数方程进行较精确的估测， 即不用采伐立竹， 通过测定胸径、 秆材长、 确定节间号等秆形因子就可以估测出整条竹材的节数、 每节间的直径、 长度和壁厚。

2) 撑篙竹高径比值随着胸径的增加而降低， 这种变化趋势符合竹子生物学特性， 即秆形细小的立竹需要更大的高生长才能在竹丛中获得更多的光合作用机会。 在生产中可以通过增加竹林立竹量， 提高郁闭度来促进立竹高生长。

3) 全秆节间数量为32～57 节， 可用秆材节间数量为26～44 节， 随着胸径的增大， 节间数量逐渐增加。 从基部至梢部， 竹秆直径呈“细—粗—细” 的变化趋势， 最粗秆径在第7—10 节， 处于胸高位置之上， 这与散生竹秆的变化规律不一致； 节间长度呈“短—长—短” 的变化趋势， 最长节间大部分出现在15—20 节； 最厚秆壁在基部， 随着秆高的增加， 竹壁逐渐变薄， 壁厚率呈“两头高、 中间低”的变化趋势， 秆中部壁厚率最小， 节间空腔最大。

4) 通过对撑篙竹秆形指标的变化规律进行相关性分析和研究， 为掌握撑篙竹秆生物学特性提供一定的理论基础， 为撑篙竹生产利用提供参考标准。本文研究的撑篙竹林仅取样于南宁市， 对撑篙竹的秆形特征有了初步了解， 但撑篙竹分布较广， 各地需考虑培育技术、 采伐方式以及立地条件的差异对撑篙竹秆形生长的影响。