长期集约经营绿竹林养分需求特征

杨 杰，郑 蓉，温晓芸，郑瑞钰，吴承文

(1.福建省林业科学研究院，福建 福州 350012；2.国家林业和草原局南方山地用材林培育重点实验室，福建 福州 350012；3.福建省森林培育与林产品加工利用重点实验室，福建 福州 350012； 4.尤溪县林业局，福建 尤溪 365100)

绿竹(Dendrocalamopsisoldhami)，为绿竹属合轴丛生竹种，具有经济价值高，生产周期短、易栽培等特点[1]。绿竹栽培主要以笋用为主，研究表明绿竹笋含有20余种氨基酸和多种人体必需的微量元素[2]，且有清凉解暑之功效，有“素食第一”之美称，受到国内外人们的青睐。除传统食用之外，绿竹竹材还可以用来加工成竹工艺品、造纸等[1]。

作为竹笋生产最主要的保障，化肥在我国南方地区绿竹笋用林中一直被大量施用[3-4]，而肥料中的氮、磷、钾养分扮演着最重要的角色。绿竹的生长对水、肥的需求较大，特别是在人为经营程度较高的笋用竹林中养分输出远大于养分归还，致使自然状态下竹林养分需求量远大于土壤供给能力[5-6]。因此，肥料的大量施用成为当前绿竹林持续生产力保持的关键措施。对于笋用绿竹林来说，目前单纯致力于提高产量而进行的肥料过量投入具有一定的盲目性[2,4,7]，长期单一肥料的施用导致土壤中养分极不平衡[8-9]，大量盲目投入的养分及不科学的施肥措施不仅造成肥料利用率偏低，更易引起土壤板结、土壤质量下降等一系列问题[2,10]。与此同时，大量流失的养分进入水体和大气也在一定程度上加重了水体富营养化和大气污染等环境问题[11]。因此，在生产中做到按需供给的精准施肥是解决土壤养分不平衡、质量下降，提高肥料利用率、减少养分流失的重要途径。

“3414”试验方案是农业上肥效田间试验的总称，试验包含三因素四水平。通过试验可获得作物最佳施肥量、施肥比例等参数，是筛选、验证土壤养分、建立施肥指标体系的基本环节。研究以绿竹核心需求养分氮、磷、钾为研究对象，以农业上田间“3414”肥料试验为参考。针对传统经营过程中盲目施肥、过量施肥等问题，通过土壤养分的测定及田间“3414”施肥试验，获取笋用绿竹林最佳施肥量及施肥比例，改善目前生产中仅基于经验开展的盲目、过量施肥等粗犷经营管理方式，为福建省绿竹林的科学经营与肥料精准管理提供理论指导。

1 试验材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于福建省尤溪县城关镇下村村(118°15′27″E，26°10′10″N)，属中亚热带季风性湿润气候，夏季湿热，冬季温凉，年平均气温19.2 ℃，极端低温-7.8 ℃。降水量的年际变化较大，平均年雨量1 620.6 mm。年平均日照时数1 574.3 h。试验点位于低矮丘陵地带，坡度10°～15°，土体深厚，呈暗红棕色，质地粘重，偏酸性，土壤养分基本情况如表1。

试验绿竹林2004年由1年生母竹移栽造林，造林密度900株·hm-2，2006年成林后作为笋用竹林经营至今。竹林经营采取传统经营方式， 每年1-4月伐除老竹， 根据竹丛大小选择性保留1-3年生母竹5株，年龄结构1年生∶2年生∶3年生为2∶2∶1，其中3年生母竹最多保留1株。4-5月翻土并进行施肥，翻土深度10～15 cm，施肥采用环竹丛外缘沟施，沟深15～20 cm，宽10～20 cm，施肥后及时覆土踩实。试验竹林前5年施肥主要以碳酸氢铵和过磷酸钙为主，用量分别为1 440 kg·hm-2和2 160 kg·hm-2，无施钾肥。5月底开始挖笋，早期笋体小、品质差，铲除原地丢弃为主。6月初开始大规模挖笋，笋期依当季降雨而定，雨水充沛笋期可以延伸至10月，如遇干旱则出笋量锐减。笋季结束后开始清理林下杂草、灌丛等，并适当进行病虫害防治。

表1 试验绿竹林土壤基本情况

1.2 试验设计

“3414”施肥试验于2018年1月开始。试验设计14个处理5个重复，具体处理方案详见表2。试验选取生长均匀、无病虫害发生的绿竹林分别设立5个试验点，每个试验点选取同一水平带上14丛生长均匀的竹丛作为1个试验重复，对每个试验重复内14丛绿竹按照不同处理进行随机排列。肥料分为2次施用，每次施肥占总施肥量50%，试验于2018年4月开始施肥，施肥采用均匀撒于竹丛表面后深翻入土的方式；7月份追施一次，施肥采用环竹丛外缘沟施，沟深15～20 cm，宽10～20 cm，施肥后及时覆土踩实。试验用肥料分别为：尿素(CH4N2O)，含N ≥ 46.4%，生产厂家：河北阳煤正阳化工集团有限公司沧州正元化肥有限公司，品牌：正元牌。过磷酸钙(CaP2H4O8)，含P2O5≥ 12%，生产厂家：浙江中农化肥有限公司，品牌：好田头。硫酸钾(K2SO4)：含K2O ≥ 50%，S ≥ 16%，生产厂家：福建省中挪化肥有限公司，品牌：狮乐牌。

表2 绿竹“3414”试验设计因子水平表

1.3 产量统计与数据处理

2018年6月5日开始挖笋，每5-7 d挖笋1次，挖笋时逐丛记录每次竹笋数量、重量、最大单体重及最大单体直径，由于2018年9月发生了严重的干旱，为保证绿竹母竹生长，9月18日后不再挖笋。数据处理使用SPSS 18.0系统进行统计分析，Duncan新复极差法测验不同处理的差异显著性；Origin 8.5作图。

2 结果与分析

2.1 绿竹笋产量和单体大小变化规律

总体来看，试验竹林笋季从2018年6月5日开始，于2018年9月18日结束。在整个笋季内试验林单位面积笋数量和最大单体重随时间变化规律一致，且变化较大，年变化范围分别在0.82 ×103-4.49×103个·hm-2和312～647 g·个-1之间，平均单次收获笋数量和平均重量分别为2.16×103个·hm-2和443 g·个-1。在笋季内单次笋产量和最大单体直径变化规律一致，但不同时间之间变化不大，其中2018年7月2日单次笋产量最高，为1.66 t·hm-2，2018年6月5日单次笋产量最低，为0.34 t·hm-2，单次平均产量为0.72 t·hm-2；2018年7月2日最大单体直径最大，为8.6 cm，2018年8月20日最大单体直径最小，为7.0 cm。

图1 绿竹笋产量和单体大小变化规律Fig.1 Variations of shoot yield and monomer size of Dendrocalamopsis oldhami说明：表中数据为平均值±标准误差(n=70)。Note：The data in the table are mean ± standard error.

表3 不同处理年竹笋产量及施肥的增产效应

2.2 不同处理竹笋产量及施肥的增产效应

对不同处理笋产量及施肥增产效应分析结果表明，不同处理之间单位面积笋数量差异较大，不同处理单位面积笋数量大小顺序为N2P2K1>N2P0K2>N2P1K2>N1P2K2>N2P2K2>N3P2K2>N1P1K2>N2P2K3>N2P2K0>N1P2K1>N2P3K2>N0P0K0>N0P2K2，其中N2P2K1相对于不施肥处理增产效果最为明显，施肥效应为92.8%，N0P2K2施肥效应最低，为-0.7%。

不同处理之间单位面积笋产量最高为N2P2K1，年笋产量为17.9 t·hm-2，最低为N0P0K0，年笋产量为8.7 t·hm-2。对不同处理施肥效应计算结果表明，增产的施肥效应在6.5%～106.9%之间，N2P2K1施肥效应最明显。差异显著性分析结果与笋数量结果相同，仅N2P2K1与N0P0K0、N0P2K2和N2P3K2之间存在显著性差异(P<0.05)，其余处理间均不存在差异显著性(P>0.05)。不同处理之间最大单体重和最大单体直径分别在395.5～500.0 g和7.4～8.6 cm之间，其中N2P0K2最大单体重最大，施肥效应为23.9%；N2P2K3最大单体直径最大，施肥效应为13.8%。差异显著性分析结果表明，不同处理间最大单体重差异显著性仅存在于N2P0K2与N1P2K2之间(P<0.05)。

2.3 “3414”设计氮磷钾肥料试验回归分析及最高产量施肥量

通过对表3的试验数据进行回归分析可以得到多种肥料效应方程。将氮、磷、钾施肥量分别设为x1、x2、x3，产量设为y，经回归分析得到三元二次肥料效应方程：y=8 473.642+17.152x1+4.322x2+26.412x3-0.021x12-0.018x22-0.032x32+0.016x1x2-0.012x1x3-0.027x2x3。以三元二次方程为基础，解产量y对x1(氮)、x2(磷)、x3(钾)的边际产量均等于0的联立方程为：17.152-0.042x1+0.016x2-0.012x3=0。

4.322-0.036x2+0.016x1-0.027x3=0

26.412-0.064x3-0.012x1-0.027x2=0

求解可得最高产量施肥量x1=292.88，x2=-26.49，x3=368.95。将x1=292.88，x2=-26.49，x3=368.95代入拟合公式计算出此时产量为15 800.44 kg·hm-2。由于x2(磷)为负，无法达到磷肥施肥量为负，所以在计算时仅仅简单以施肥量为0计算，此时肥料效应方程为：

y=8473.642+17.152x1+26.412x3-0.021x12-0.032x32-0.012x1x3，则偏导方程组即变为：

17.152-0.042x1-0.012x3=0

26.412-0.064x3-0.012x1=0

解得x1=306.91，x3=355.14，则最高产量施肥量为x1(氮)=306.91 kg·hm-2、x2(磷)=0 kg·hm-2、x3(钾)=355.14 kg·hm-2。代入拟合公式，此时产量15 795.72 kg·hm-2。

3 讨论与结论

氮、磷、钾是植物生长最主要的养分元素，一般来说，在肥料施入后短时间内土壤中养分最为充分，笋单体相对较大，随着养分不断消耗笋单体会因养分不足而变小。在研究中，6月份刚出笋时土壤中养分最为充足，但最大单体直径并未有明显增加，且笋最大单体重在7月初和8月底出现大幅增加，说明土壤中养分含量不是影响笋体大小的决定因素。同时相关性分析结果显示笋数量与笋最大单体重之间无相关性，表明笋数量的增加并没有使笋变小，笋数量与笋单体重之间无明显关联性。

图2 竹笋数量、产量、最大单体重和最大单体直径之间的相关关系Fig.2 Correlation between the number of shoots，shoot yield，maximum single weight and maximum shoot body diameter

进一步对笋期内单位面积竹笋数量和产量进行分析发现，单位面积笋数量和笋产量变化规律相似(图1)，而笋产量与最大单体重无相似变化规律，且随着时间的推移，单位面积笋产量也并未出现明显降低的趋势，相关性分析结果表明，笋产量与笋的最大单体直径之间均具有极显著相关关系(图2，P<0.01)，而与最大单体重无相关关系，这主要是因为绿竹笋的大小在笋芽分化时就已形成[13-14]，随时间、养分、土壤湿度等外界环境变化不大，而笋的重量决定于笋生长的时间，绿竹可食部分主要为生长在土壤内部的笋体[15]，需在笋尖刚露出土壤表面时挖取，笋尖已出土没有被及时挖取的笋会快速生长致使重量在短期内大幅增加，而其直径大小几乎无变化，因此相对于最大单体重来说，最大单体直径与产量的关系更为密切。除此之外笋产量与笋数量之间也具有极显著相关关系(图2，P<0.01)，表明笋产量除了与笋体直径有关外直接决定于笋数量。

绿竹也是一种优良的材用竹种，在生长的过程中对养分的需求较高，因此在传统栽培过程中，竹农常常根据栽培经验施入大量氮、磷肥料，但却往往忽略了长期施用化肥养分单一造成的养分失衡的问题。对表2中的试验结果进行分析我们发现处理9笋数量和笋产量均最高，说明笋数量与笋产量之间关系密切。同时，对产量(y)与氮(x1)、磷(x2)、钾(x3)的三元二次方程进行求解得出最高产量施肥量为x1=292.88 kg·hm-2，x2=-26.49 kg·hm-2，x3=368.95 kg·hm-2，最高产量氮肥施肥量为292.88 kg·hm-2，处于试验设计中2水平和3水平施肥量之间，表明每年施入的氮肥利用较为充分，最高产量钾肥施肥量为368.95 kg·hm-2，处于试验设计中3水平和最高水平之间，且接近于最高水平施肥量，表明土壤较为缺钾，长期栽培造成了土壤中钾的亏缺；而磷肥的施肥量为负，说明长期集约经营绿竹林土壤磷素养分是富余的，成了阻碍产量增加的一个因素。这主要是由于在传统的绿竹栽培过程中，竹农主要以价格便宜的碳酸氢铵和过磷酸钙为主，而过磷酸钙使用后很容易被固定在土壤中、难以移动、难以被植物完全吸收利用[12,16]，常年施肥造成了土壤中磷肥大量富余，重施氮、磷的传统栽培习惯造成土壤富磷、贫钾的状态，因此短期内增施钾肥、减施磷肥是研究中绿竹林可持续经营的必要措施。