毛竹林带状采伐后垦复施肥对新竹生长及土壤养分含量的影响

张洋洋 凡莉莉 黄霞 熊婷婷 荣俊冬 李士坤 郑郁善

摘  要：為了解毛竹林带状采伐后采取垦复施肥经营方式对竹林快速更新恢复的效果，筛选最优组合模式，为毛竹林采伐更新恢复过程中高效培育提供理论依据。本研究以福建省漳平市毛竹林地为研究对象，设置8 m采伐宽度，采用竹蔸施肥（A）、垦复方式（B）和施肥比例（C）3因素3水平L₉（3⁴）正交试验设计，探讨带状采伐下毛竹林垦复施肥对出笋数、立竹数以及土壤氮、磷、钾养分含量的影响，分析新竹生长及土壤养分的相关关系。结果表明：3个因素对毛竹出笋数和立竹数重要性顺序相同，均为B>C>A，但对土壤不同养分指标表现不同，其中B因素为首要因素且占较大比例;相关性分析表明，出笋数、立竹数均与土壤全磷、全钾、速效钾呈显著正相关（P<0.05），出笋数与立竹数、立竹数与土壤速效钾均呈极显著正相关（P<0.01）。综合考虑毛竹林带状采伐后林地迹地更新效果，最优的垦复施肥组合为A₃B₂C₃，即用竹篼施肥2（200 g/竹篼），垦复方式为带状深翻，氮、磷、钾配比为17∶8∶5。

关键词：毛竹林;带状采伐;垦复施肥;土壤养分中图分类号：S751+.5      文献标识码：A

Effects of Eclamation and Fertilization on Growth and Soil Nutrient Content after Strip Clear Cutting in Phyllostachys Edulis Forests

ZHANG Yangyang¹， FAN Lili¹， HUANG Xia¹， XIONG Tingting¹， RONG Jundong¹， LI Shikun²， ZHENG Yushan^1*

1. College of Forestry， Fujian Agriculture and Forestry University， Fuzhou， Fujian 350002， China; 2. Zhangping Forestry Bureau， Zhangping， Fujian 364400， China

Abstract： In order to understand the effect of reclaiming and fertilizing management method on the rapid regeneration of bamboo forest after strip clear cutting ofPhyllostachys edulisforest， the optimal combination model was screened to provide a theoretical basis for efficient cultivation in the process of regeneration and restoration ofP .edulisforest.In this study， taking thePhyllostachys edulis forest in Zhangping City， Fujian Province as the research object.， set 8 m strip clear cutting widths，and using applying fertilizer to the base of bamboo （A）， the reclamation method （B） and ratio of fertilizatio （C） 3 factors 3 levels L₉（3⁴） orthogonal test Design，to explore the effects of reforestation and fertilization ofP. edulisforest on Shoot yield， Stand density index， and soil nitrogen， phosphorus， and potassium nutrient content， and to analyze the relationship between the growth of new bamboo and soil nutrients. The results show that the three factors have the same order of importance on bamboo shoot output and stand bamboo degree， all of which are B>C>A， but they have different performances on different nutrient indicators of the soil， of which factor B is the most important factor; correlation analysis The results showed that the shoot output and stand bamboo degree were significantly positively correlated with soil total phosphorus， total potassium， and available potassium （P<0.05）， and the shoot output was significantly correlated with stand bamboo degree and stand bamboo degree， and soil available potassium （P<0.01）. Considering comprehensively the effect of reforestation of bamboo land after strip felling， the optimal combination of reclamation and fertilization is A₃B₂C₃， that is， bamboo fertilization 2（200 g/base of bamboo）， the reclamati on method is deep stripping， and the ratio of nitrogen， phosphorus and potassium is 17： 8： 5.

Keywords： Phyllostachys edulis forest; strip clear cutting; eclamation and fertilization; soil nutrient

DOI： 10.3969/j.issn.1000-2561.2021.04.020

毛竹（Phyllostachys edulisJ. Houzeau）为禾本科（Gramineae）竹亚科（Bambusoideae）刚竹属（Phyllostachys）多年生乔木状单轴散生竹种^[1]，我国毛竹林面积约450万hm²，占全国竹林总面积的75%^[2]，广泛分布于浙江、安徽、江西、湖南和福建等省份^[3]。毛竹具有生长迅速、成材较早、产量较高、用途广等特点^[4]。近年来，竹产业发展面临新的挑战，存在经营方式粗放，竹材运输成本高，市场无序竞争等问题，限制了其进一步发展^[5]。毛竹林集约经营水平虽有提高，但竹子越砍越小，产量逐年下降，毛竹采伐既是生产作业，又是抚育作业，是保证毛竹林优质高产、实现永续利用的要素之一，是更新的基础。因此，采取合理的采伐方式，才能获得其最大经济效益。众所周知，毛竹林是典型的异龄林，林地中始终存在不同龄级，包括幼龄竹、壮龄竹，老龄竹、衰老竹^[6]。传统择伐的方式人工成本较高且不符合林业现代化的要求，因此，探索一种能够解决低效、成本高等问题新的采伐方式尤为迫切，有助于实现毛竹产业转型升级^[7]。

带状采伐，即按照一定的宽度、一定面积对毛竹林实施条带式皆伐^[8]，包括伐区区划、采伐清理迹地和促进更新等工作。该方式砍伐时间集中，操作简单，易于实现机械化现代化管理等优点。目前对毛竹林带状采伐方式研究很少，现仅有曾宪礼等^[8-9]探讨不同强度带状采伐方式对春笋、新竹以及土壤的影响程度;李欣欣等^[10]设置3种不同强度的带状采伐，得出当采伐宽度为8 m时毛竹生长状况较好。土壤养分状况直接影响着群落林地的生长发育速率和生产力水平，直接或间接地影响林木生长。毛竹林生长需要消耗较多的土壤养分，氮、磷、钾作为生物体重要的营养元素，在林地采伐更新后，毛竹林生长需要更多营养土壤供给^[11]。本研究在毛竹林带状采伐背景下，与垦复施肥理论结合，探讨带状采伐后不同处理下竹林恢复情况和土壤氮、磷、钾养分质量状况。

1  材料与方法

1.1材料

1.1.1  试验地概况  试验地位于福建省漳平市溪南镇金菊村毛竹林地（北纬25°18'～26°5'，东经117°33?～119°15?），属南亚热带季风气候，年平均温度16.9～20.7 ℃，年平均降雨量1450～2100 mm，水热资源极为丰富，地势平坦，海拔586～610 m，平均日照时数1853 h，无霜期251～317 d，土壤为黄红壤，土层厚度60～80 cm。试验地内竹林覆盖率达98%以上，其间混生少量杉木[Cunning hamia lanceolate（Lamb.） Hook.]、锥栗[Castanea henryi（Skan） Rehd. et Wils.]、厚壳树（Ehretia acuminataR. Brown）;灌木主要有牛耳枫（Dap hniphyllum calycinumBenth.）、地菍（Melastoma dodecandrum Lour.）、寒莓（Rubus buergeri Miq.）、朱砂根（Ardisia crenata Sims）;草本主要有金毛耳草[Hedyotis chrysotricha（Palib.） Merr.]、芒萁[Dicranopteris dichotoma（Houttuyn） Nakaike]、香附子（Cyperus rotundus L.）等。试驗地设置在山坡中下部，坡度为13～25°，坡向为西南，采伐前试验样地土壤养分含量情况见表1。土壤采集与测定包括：土壤全氮（Totalnitrogen，TN），全磷（Total phosphorus，TP），全钾（Total potassium，TK），水解氮（dissolved organic nitrogen，DON），有效磷（available phosphorus，AP），速效钾（available potassium，AK）。

1.1.2  试验材料  选择立地条件和竹林结构相似，同一坡向的成片毛竹林，采伐前标准样地的基本情况见表2。

1.2方法

1.2.1  试验设计  在2018年（出笋的小年）1月进行垂直带状采伐，设置采伐宽度为8 m，长度为30 m，每个采伐标准试验地均沿不同海拔进行，采伐标准样地之间设置8 m宽度的保留带。每个采伐标准样地面积为240 m²（8 m×30 m），采用竹篼施肥、土壤垦复方式和施肥比例3因素的正交设计，按正交表L₉（3⁴）进行，共9种处理，重复3次，随机区组排列，正交试验设计见表3，正交试验水平见表4，试验样地示意见图1。

带状采伐后，在2018年6月（行鞭肥）对采伐带进行施肥和垦复措施。A因素为竹篼施肥，A₁为无竹篼施肥，A₂和A₃均为竹篼施肥（将遗留竹篼用钢钎等器具打通内腔各节隔，直至底部，再将肥料施入竹篼内，复上表土，分别施入尿素100、200 g/竹篼）;B因素为垦复方式，B₁为全面深翻（样地内全部土壤进行深度25 cm的深翻），B₂为带状深翻（样地内每间隔2 m同样进行深度25 cm的深翻），B₃为不深翻;C因素为施肥比例（N∶P∶K），C₁为2∶1∶1，C₂为5∶3∶2，C₃为17∶8∶5，如表4。试验氮肥采用尿素（含N 46%）、磷肥采用钙镁磷肥（含P₂O₅14%）、钾肥采用氧化钾（含K 63%），施肥总量为1125 kg/hm²。

1.2.2  生长量调查与土壤采集测定  （1）笋产量、立竹数调查。截至2018年4月底，记录各采伐带内出笋数，立竹数选择在2018年8月进行，针对采伐带内的所有毛竹进行每株检尺，统计并记录。

（2）土壤样品采集与测定。在毛竹林采伐后当年的9月（孕笋期）进行土壤样品的采集。

按照在每块标准地上、中、下坡（约离最下端5、15、25 m处），挖1个主剖面和1个辅剖面，共3个主剖面和3个辅剖面，同一剖面按0～10、10～20、20～40 cm三层深度取原状土，每层200 g，将不同土层的3份样品混合，每块标准地共取3个土样，装于已灭菌的自封袋，土样用镊子剔除石块、植物残根等杂物，晾干、研磨、过筛。土壤养分含量化学性质均按照《森林土壤分析法》相关要求测定^[12]。土壤测定指标方法：TN含量采用碳氮分析仪（德国元素分析系统有限公司，vario MAX cube CN）测定;TP含量采用碱熔-钼锑抗比色法;TK含量采用碱熔-火焰光度计法测定;DON含量采用碱解-扩散皿法测定，AP含量采用盐酸-硫酸溶液浸提法测定，AK含量采用乙酸铵浸提-火焰光度计法测定。

1.3  数据处理

采用Excel 2010和SPSS 20.0软件进行数据处理与统计分析。采用单因素（one-way ANOVA）多重比较法（Multiple comparison， LSD）对毛竹出笋数和立竹数进行分析，差异显著性水平定义为0.05，并进行Pearson系数双侧检验相关性分析。

2  结果与分析

2.1带状采伐对毛竹林出笋数与立竹数的影响

出笋能力的大小是评价竹种的一个重要指标，出笋数决定了毛竹林产量和收益的大小;立竹数为单位面积竹林竹子的株数，是最能直接反映采伐后竹林恢复显著特征评价指标。表5为毛竹林带状采伐后不同处理下的出笋数与立竹数大小和极差结果。从表5可知，采伐后不同处理对出笋数与立竹数方面差异显著（P<0.05）;处理5的出笋数（1771个/hm²）与立竹数（1042株/hm²）均最高，而处理6的出笋数（633个/hm²）与立竹数（290株/hm²）均最低。根据R值显示，3个因素重要性排序在出笋数与立竹数方面表现相同为：（垦复方式）>C（施肥比例）>A（竹篼施肥）;最优组合为A₂B₂C₃，即采用竹篼施肥1（100 g/竹篼），垦复方式为带状深翻，氮、磷、钾配比为17∶8∶5时，出笋数与立竹数均最高。结果表明，垦复方式和施肥比例对带状采伐后毛竹林出笋数和立竹数影响较大。

2.2带状采伐对毛竹林土壤养分的影响

2.2.1  对土壤全氮和水解氮含量的影响  TN反映了土壤氮素总的潜在水平，受自然因素和经营措施影响较大，植物对TN含量需求量较多，而土壤DON亦称土壤有效氮，包括铵态氮、硝态氮和部分有机物中易分解的、比较简单的氨基酸氮、酰胺以及易水解蛋白质氮，可以被植物直接吸收利用。

表6为毛竹林带状采伐后不同处理下土壤TN、DON含量和极差结果。从表6可知，采伐后不同处理对土壤TN与DON方面差异较小或无显著差異（P>0.05）;在土壤TN中，处理8含量最高（1.45 g/kg），处理4最低（0.95 g/kg），二者相差约1.52倍且差异显著（P<0.05）;在土壤DON中，处理5含量最高（176.09 mg/kg），处理4最低（136.81 mg/kg），二者相差约1.29倍且差异显著（P<0.05）。根据R值显示，3个因素重要性排

序在土壤TN方面表现为：B>A>C，而在土壤DON表现为：C>B>A，TN与DON虽R值排序不同，但最优组合相同，均为A₃B₂C₃，即采用竹篼施肥2（200 g/竹篼），垦复方式为带状深翻，氮、磷、钾配比为17∶8∶5时，土壤TN和DON含量最高。

2.2.2  对土壤全磷和有效磷含量的影响  磷是影响植物生长发育和营养物质累计的重要元素^[13]，土壤TP参与多种生长代谢过程;土壤AP是土壤全磷中水溶性和易转化磷的总和，其测定值是标志土壤磷素供应的主要指标，易被植物吸收利用，其含量较好地反映土壤供磷能力，但受土壤类型、气候、施肥水平、耕作栽培措施等条件的不同而有所不同^[14]。

表7毛竹林带状采伐后不同处理下土壤TP和AP含量和极差结果。从表7可知，采伐后不同处理对土壤TP与AP方面差异较小或无显著差异（P>0.05）;处理8土壤TP（1.62 g/kg）和AP

（10.24 mg/kg）含量均最高，处理7的土壤TP最低（0.74 g/kg），处理4的土壤AP含量最低（6.16 mg/kg）。根据R值显示，3个因素重要性排序在土壤TP表现为B>C>A，而AP表现为A>B>C，二者在首要因素方面存在不同;土壤TP中最优组合为A₃B₂C₃，AP最优组合为A₃B₃C₃，二者僅在B因素的水平方面不同。

2.2.3  对土壤全钾和速效钾含量的影响  钾是植物生长的重要元素之一，分为无效态、缓效态和速效态，三者共同维持动态平衡，同时钾素能减少植物蒸腾，调节植物组织水分平衡，土壤TK是所有形态钾素的总和，反映土壤钾素的供应能力;土壤AK包括交换性钾和水溶性钾，可以直接被植物吸收利用，是反映土壤钾素有效性高低的标志之一。

表8为毛竹林带状采伐后不同处理下土壤TK和AK含量和极差结果。从表8可知，采伐后不同处理对土壤TK与AK方面差异显著（P< 0.05）;处理8的土壤TK（73.83 g/kg）和AK（256.06 mg/kg）含量均最高，处理4的土壤TK最低（20.81 g/kg），处理6的土壤AK最低（211.41 mg/kg）。根据R值显示，3个因素重要性排序在土壤TK与AK表现相同，为B>A>C;最优组合土壤TK为A₃B₃C₃，AK为A₃B₂C₃，二者仅在B因素水平方面不同。

2.3 笋产量、立竹数与土壤养分相关性

表9为毛竹林带状采伐后笋产量、立竹数与土壤养分Pearson相关性。从表9可知，出笋数、立竹数均与土壤TP、TK、AK呈显著正相关（P<0.05），出笋数与立竹数、土壤TP与TK均呈极显著正相关（P<0.01）;土壤AK与TP、TK呈显著正相关（P<0.05）。

3  讨论

在2018年9月（孕笋期）进行土壤样品采集，此时受林地养分的影响较大，经过带状采伐后，林地内没有母竹提供营养，而新竹生长所需营养主要来源于土壤，因此对采伐后孕笋期进行土壤的采集与测定，探讨该时期土壤养分状况情况。通过正交试验极差分析结果显示，采伐后不同处理对出笋数与立竹数方面差异显著（P<0.05），表明伐后采取不同的垦复施肥组合措施对竹林恢复期间的出笋数与立竹数有较大影响;出笋数与立竹数的最优组合相同，均为A₂B₂C₃，且二者R值排序相同，均为B>C>A，表明采用竹篼施肥1（100 g/竹篼），垦复方式为带状深翻，氮、磷、钾配比为17∶8∶5时对带状采伐后竹林生长量恢复较好;此外B因素（带状深翻）为首要影响因素，对竹林生长影响较大，与董建文等^[15]认为深翻垦复能使鞭段数增加，萌动竹笋多，促进新竹株数增多的结论一致。在毛竹林经营措施中，通过深翻林地，将林地内树蔸、竹伐蔸和老竹鞭挖除，可以为竹鞭孕笋长竹提供疏松空间，王宏^[3]认为松土垦复能在短期内改善土壤理化性质，铲除了制约竹子生长的其他植被，对竹产量有一定的增产效果;郭晓敏等^[16]认为施肥及抚育垦复措施能提高新竹平均胸径，胸径呈现逐年上升趋势，增幅较大，且不同的垦复措施和施肥处理对毛竹林生长和收益影响较大;Li等^[17]认为施用N、P、K营养元素后，毛竹林的新芽数量显著增加，但同时受到竹龄结构的限制。

根据对土壤养分含量的测定及R值显示，土壤AP与TK的最优组合均为A₃B₃C₃;土壤TN、DON、TP、AK的最优组合均为A₃B₂C₃，故在不同土壤养分指标中最优组合存在差异，可能与各养分指标的本质特征有关;其次，3个因素对土壤不同养分指标的影响不同，B因素为较多数情况的首要因素，且始终是B₂水平表现最佳，与陈卓梅^[18]通过比较对麻竹（Dendrocalamus latiflorus Munro）采用三种不同土壤垦复措施得出带状深翻方式为最好的结论相同。将出笋数、立竹数与土壤养分综合分析得有利于竹林恢复和提高土壤养分质量的最优组合为A₃B₂C₃，即采用竹篼施肥2（200 g/竹篼），垦复方式为带状深翻，氮、磷、钾配比为17∶8∶5时带状采伐后有利于土壤养分质量的提高。

在本研究中，除土壤TK与AK在采伐后差异显著（P<0.05）外，其余土壤TN、DON、TP和AP差异较小或无显著差异（P>0.05），可能与施肥垦复方式相关。通过深翻林地可以提高有机质、全氮、全磷、有效氮、速效磷的含量，使土壤养分供给能力增强^[19];陈乾富^[20]通过将施肥深翻的土壤与对照相比，土壤土壤团聚体和水稳定性团聚体均表现较好，具有较强的涵养水源功能，同时指出在福建省竹林经营应提倡深翻垦复措施。毛竹林体内营养元素含量与土壤肥力密切相关，在不同的生长发育期，毛竹对土壤的氮磷钾营养元素吸收存在差异性;苏文会^[21]对毛竹孕笋期的土壤养分研究得出：土壤全氮和全钾含量较高，但有效态含量却较低，并认为该时期是人为干预的关键时期，因此对该时期的土壤养分研究具有重要意义。

通过对出笋数、立竹数、土壤养分Pearson相关性表明，本研究结果与鲁顺保等^[22]认为土壤养分对立竹数影响有显著影响的结论一致，出笋数、立竹数均与土壤全磷、全钾、速效钾呈显著正相关（P<0.05），竹林生长状况与土壤养分是否亏缺直接相关。林地每年因伐竹挖笋，带走土壤中氮、磷、钾等营养元素，且毛竹枯枝落叶量较少，通过在林地施肥可进行补充，建立新的土壤养分平衡，提供毛竹林优良的生长环境，使毛竹林能更好更快的生长^[4]。石英^[23]在新竹笋产量和新竹质量的各项指标中，综合分析竹篼施肥效果最为突出，不同肥料浓度对竹篼吸收肥力效果有显著影响，一般每个竹篼施50～200 g。据极差试验结果显示，土壤养分最优组合中A因素始终为A₃，出筍数与立竹数为A₂，均体现出竹蔸施肥的优越性，但对不同评价指标中对最佳施肥计量存在差异，相对高含量的竹蔸施肥能加速竹蔸腐烂，从而更有利于竹林生长。此外，在现有经营水平上，林地基本能够满足毛竹林对磷元素的需求，因此应加强氮元素的输入与管理，同时不排除缺磷林地可适当增加磷元素的输入，缓解本区域氮元素限制，提高毛竹林生产力^[24]，与本文最优组合中C因素始终为C₃（氮、磷、钾配比为17∶8∶5），高含量氮有利于竹林生长的结果一致。

4  结论

综合分析毛竹林带状采伐后林地迹地更新效果，最优垦复施肥组合为A₃B₂C₃，即用竹篼施肥2（200 g/竹篼），垦复方式为带状深翻，氮磷钾配比为17∶8∶5。

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