粉单竹秆形结构与生物量

黄大勇 黄大志 韦丽颜 李立杰 徐振国

(1 广西林业科学研究院 南宁 530002；2 广西贵港市平天山林场 广西贵港 537100)

粉单竹(Bambusachungii)主要分布于广东、广西，以粤西、桂中、桂东南较为集中，引种至湖南益阳、四川长宁均能安全过冬，可在极端低温不低于-5 ℃的区域种植[1-2]。分布区域与撑篙竹相同，单独成林或与撑篙竹混生。广西有粉单竹面积35 611.8 hm2，占广西竹林总面积的9.74%，是广西仅次于毛竹(Phyllostachysedulis)林面积的第2大竹种。

粉单竹秆形通直，节间长，竹壁薄，竹材韧性强，是南方重要的竹编材料。纤维含量42.4%～50.7%，纤维长达2.5 mm，长宽比190，是优质造纸原料。竹秆密被白粉，分枝高，丛态优美，适宜公园布景，以及营造森林竹海，是优良的景观竹。粉单竹分布较广，用途广泛，所以相关研究较多，涵盖了种苗繁育、丰产栽培、种源变异、良种造林、引种试验、景观效应、水土保持、竹材制浆、竹叶黄酮提取工艺等领域[1-7]，曹学优将此竹北移至湖南益阳，研究了粉单竹的秆形指标，重点对比了7个种源间的差异程度，其分析结果对本研究有很大帮助。竹材加工和利用在很大程度上受秆形特征和生物量分配格局影响[2]，为了更好地发挥粉单竹等丛生竹的资源优势，促进丛生竹开发利用，本文对粉单竹的秆形指标进行测量，对蔸、秆、枝、叶等各部分生物量进行分析，研究秆形特性及变化规律及生物量的分配，重点分析竹秆生物量与秆形的相关性，以期为竹材科学利用提供依据。

1 材料与方法

1.1 样地概况

竹材采自亚热带气候区的广西南宁市北郊，年均气温21.7 ℃，年均降雨量1 300 mm，降水集中在夏季。竹林地为低台地形，面积4 hm2，海拔110～128 m，地势平缓。土壤为赤红壤[8-9]。粉单竹为中型丛生竹，秆高10～15 m，胸径4～8 cm，四季常绿，分枝高，主枝不明显，3—5月换叶。夏季出笋，笋期长达120 d。采样的粉单竹林在1958年成片种植，与撑篙竹片状混生，年年采伐竹材利用，通常砍大留小，留下小竹、老竹较多，近5年来加强管护和病虫害防治，竹林采伐量减少，断秆竹减少，新竹粗度和高度明显增加[10]。

1.2 数据采集

在竹林内采伐立竹100株，每竹测量胸径、全长和材长，记录节间数量，节间号从基部到梢部依次记为1～N节，测量各节间三要素：长度、直径和壁厚[11]。将竹秆等分5段，从基部到梢部依次为1～5段，分段称取质量。选16株挖蔸，依次称蔸、秆、枝梢、叶的鲜质量。

利用EXCEL统计试验数据。通过材长(m)与胸径(cm)之比计算高径比，通过竹秆双侧壁厚与外壁直径之百分比计算壁厚率。应用SPSS统计分析粉单竹秆形要素之间的变化规律，主要以胸径作为自变量，以其他秆形要素作为因变量，用各种函数方程进行回归拟合，结合生产应用的便利性，从中选出最佳秆形特征和生物量回归方程。

2 结果与分析

2.1 竹秆的基本形态

竹子的胸径、秆高影响竹材产量，节数、节间长度、壁厚影响粉单竹材的使用率和篾用质量[11-13]。根据测定数据的统计结果可知(表1)：粉单竹秆全高为9.2～17.9 m，平均为13.5 m；材长8.5～17.3 m，平均为13.1 m；胸径4.3～8.2 cm，平均为6.4 cm；枝下高4.9～11.7 m，平均为8.5 m；节间长8～120 cm，平均为64.2 cm，基部节间单侧壁厚0.6～1.6 cm，平均为1.0 cm；秆材节数16～26节，平均为20节。各项指标均高于北移至益阳的粉单竹[1]。与混生的撑篙竹相比，相同的立竹高度，粉单竹的胸径要粗1～2 cm。如立竹全高13.0 m，撑篙竹立竹胸径4～5 cm，粉单竹的胸径为5～6 cm[11]。

表1 粉单竹秆基本指标

2.2 秆形因子相关分析

2.2.1 胸径与材长

秆全高、材长都是秆形纵向特征的重要因子[12]。材长是指在秆尾径1 cm处截去梢后的竹秆长度，是反映立竹大小的重要指标。调查的100株立竹，保持全梢的仅有38株，其余竹株基本在竹秆尾径1 cm处折断，断梢原因不明。从表1看出，秆全高、材长与胸径呈正相关。考虑到粉单竹断梢普遍，这里只分析胸径与材长的关系。胸径与材长的Pearson相关系数为0.772，达到显著相关水平，二者之间的最优拟合方程为幂函数方程H材长=D1.382(R2=0.998)。粉单竹高径比变化规律与撑篙竹等大多数植物相同，均随着胸径的增加而降低，因此在生产中密植、保留较高郁闭度可促进高生长[11]。

2.2.2 节间变化

2) 节间长度。粉单竹节间长度8～120 cm，平均节间长度是撑篙竹的1.82倍，节间长度变化与大多数丛生竹相同，自基部至梢部呈两头短、中间长的变化规律。按照每10 cm一个长度级进行统计，测定的100株2 059个节间长度分布如表2。

表2 粉单竹节间长度分布

由表2看出，节间长度级呈正态分布，节间长度大多集中在41～90 cm范围内，占节间总数的67.17%；长度大于90 cm的分布在秆中部，占12.58%；长度小于40 cm的分布在竹秆基部第1～3节间及尾梢1～3节。节间长度与节位N(即节间号))、胸径、材长的Pearson相关系数分别为0.051、0.085、0.165，均呈显著相关。因而可用拟合相关方程LN=4.039L秆材+1.077D+0.201N(R2=0.936)来估算节间长度。

粉单竹最粗节间出现在4～6节，最长节间出现在秆中部7～18节，在9～12节间出现的频度达到51.64%。最粗节间、最长节间不在同一位置(表3)，因此最长节间的直径并非是全秆节间最粗的，这与北移益阳的粉单竹最长节间的直径最粗的结论有所不同[1]。

表3 粉单竹最长节间出现区间

3) 节间壁厚。壁厚是指节间中部单侧壁厚。从基部到梢部，粉单竹节间壁厚与高度呈负相关。基部壁厚0.6～1.6 cm，平均1.08 cm，与相同立地生长的撑篙竹壁厚1.34 cm比较，粉单竹的竹壁较薄，节间中空大。基部壁厚是同等粗度撑篙竹的63.8%～68.8%。节间壁厚与胸径、材长及节间位置均显著相关，在此拟合了线性回归方程T节间=0.122D-0.034N(R2=0.971)和可拟合线性回归方程T节间=0.073D+0.025L秆材-0.035N(R2=0.973)，用于壁厚的测算。竹秆壁厚率体现出节间中空程度，壁厚率小，节间中空大。粉单竹壁厚率呈“两头高、中间低”的变化趋势，基部壁厚率为全秆最大，往上至秆中部壁厚率逐渐变小至13%～16%，梢部壁厚率又有所增加；各部位的壁厚率均较同立地生长的撑篙竹要小(表4)。因此，粉单竹秆比撑篙竹更易压破，横向抗压强度不如撑篙竹。

表4 粉单竹、撑篙竹不同径级秆基部壁厚与壁厚率

4) 节间直径。粉单竹秆的胸高位置常在第4～5节，以第4节出现频度最高，占72.00%，第5节占22.00%。全秆最粗直径以第4～6节的频度较高，分别为14.41%、36.44%、26.27%，因此多数立竹最粗直径在胸高位置及其上方，这种特性与大多数丛生竹相同[13]，最粗径与胸径关系紧密。据此用胸径来计算最粗秆径是可行的，其相关方程Dmax=1.026D(R2=0.999)拟合程度较高。整条竹秆节间直径呈“细—粗—细”的变化趋势，从基部到最粗径的节数只占总节数的20%～30%，最粗径节间至梢部节数较多，占总节数的70%～80%。

2.2.3 竹秆分枝变化

粉单竹常在第11～14节分枝，枝下高超过竹秆全高的1/2，林下空旷，人员活动方便，适宜造景。分枝高而便于采伐，减少修枝成本。主秆无枝或枝眼少，竹材加工利用程度高。因此，培育高分枝的粉单竹林成为生产和利用要求之一。根据以往生产经验，竹林郁闭度以及立竹空间位置对分枝高低也有一定的影响，但本次测定时没有这方面的数据，仅考虑了胸径的影响，枝下高度与胸径的Pearson相关系数为0.444，呈极显著相关，其关系可用幂函数方程H分枝=D1.144(R2=0.994)表达。

2.3 全株生物量分配

竹子有竹蔸和须根、竹秆、尾梢、枝条以及竹叶。生产、生活中利用了大部分秆材，留下的尾梢、枝条以及竹叶，经过1～2年枯腐、分解，回归林地成为竹林的有机物肥料，对其生物量测算有利于指导竹林施肥。调查统计结果表明[11]：平均全株质量13.398 kg，其中蔸质量1.196 kg、秆质量10.292 kg、枝梢质量1.095 kg、叶质量0.815 kg，呈现出秆>蔸>枝梢>叶的变化规律；竹秆作为主要材用部分，质量占全株的76.82%，是地上部分的84.35%，具有较高的利用率。竹蔸在林地分布甚广，收集难度极大，因此在生物量统计中缺失此项。枝梢为竹叶的支架，粉单竹分枝高且粗壮，主枝不明显，与撑篙竹明显不同，因而枝梢生物量小于竹蔸[11]。竹叶所占生物量份额最小，只占6.08%，明显高于同立地撑篙竹。由于竹蔸生物量的测定只有16份，数据量不足，在此不进行回归分析。

2.4 竹秆生物量分配

2.4.1 与胸径、材长的关系

单位面积竹材生物量是竹林产量的表达方式之一。竹秆是材用的主要部分，测定竹秆生物量对于评价竹林生产力、秆材利用性质和产品品质优劣都有重要意义。本研究采伐的立竹胸径为4.3～8.2 cm，平均为6.4 cm，材长为8.5～17.3 m，平均为13.1 m；同一种竹子，胸径越粗，秆越长，竹秆就越重，秆质量与胸径、材长之间的Pearson相关系数分别为0.873、0.921，均达到极显著水平，但与撑篙竹不同的是，材长对秆质量的影响程度更高[11]。在生产中常利用胸径这一单因素估算竹秆质量，在此拟合了二次线性方程W=0.312D2-0.474D(R2=0.977)进行生产应用。考虑到材长对粉单竹秆质量的影响，拟合了二元线性函数方程W秆=0.08DH+0.000 403(DH)2(R2=0.993))来测算单株鲜质量，从相关系数大小看，采用胸径、材长进行测产结果更准确。

2.4.2 竹秆各段的生物量分配

根据竹秆鲜质量的测定数据统计，粉单竹平均秆材鲜质量为10.292 kg，竹秆等分5段后，1～5段平均秆质量依次为3.970、2.676、1.902、1.207、0.537 kg，分别占总秆质量的38.58%、26.00%、18.47%、11.73%、5.21%，基部2段鲜质量占64.58%。不同胸径级的竹秆，各段秆质量占整秆质量比相对稳定，见表5。各段秆质量与总秆质量的Pearson相关系数为0.989、0.996、0.993、0.973、0.789，秆梢段质量对全秆质量影响相对很小，而且此段节间短、竹壁薄、分枝多，修枝费工费时，常常削去，成为林中弃物。

表5 粉单竹秆鲜质量分布

3 结论与讨论

1) 粉单竹为中型竹，胸径4～8 cm，在立地条件好时可达到9 cm，秆材长度、分枝高度与胸径的关系可用拟合的幂函数方程表达。同样，节间秆形三要素(直径、长度、壁厚)与胸径、材长、节间位置的关系均可利用幂函数回归方程或线性函数回归方程表达。

2) 秆材节数为16～26节，从基部至梢部，直径呈“细—粗—细”的变化趋势，最粗秆径在第4～6节，常高于胸高位置；秆中部节间较长，最长节间在第9～12节；壁厚率呈“两头高、中间低”，最厚秆壁在基部，各部位的壁厚率均较同立地的撑篙竹小。在本研究中分枝高低只分析了胸径的影响，立竹位置、郁闭度等因素的影响在今后的研究中需要考虑。

3) 粉单竹各部位鲜质量呈现为秆>蔸>枝梢>叶的变化趋势，秆材鲜质量占全株质量的76.82%，占地上部分质量的84.35%，基部2段约占秆材质量的2/3。秆材质量与胸径、高度之间的最优拟合方程W秆=0.08DH+0.000 403(DH)2、W秆=0.312D2-0.474D，可以用于竹林采伐前的产量预测。

4) 通过研究粉单竹秆形结构变化规律及其生物量分配格局，对粉单竹的秆形特征及生物量分配有了初步了解，可为粉单竹生产利用提供理论依据。本次研究取样仅局限于南宁市，而粉单竹的分布较广，生境多样，其种源、立地、培育技术、采伐方式的差异对其影响有待于进一步研究。