竹加工剩余物和竹炭对箬竹林地土壤及叶生长的影响

丁渝峰，涂 佳，艾文胜

(湖南省林业科学院，湖南 长沙 410004)

近十年来，国内外粽叶市场需求持续增长，野生粽叶资源供不应求，各地纷纷兴起成片箬竹(Indocalamushunanensis)人工栽培林[1]。箬竹是富硅作物，它通过叶片的蒸腾作用拉力从土壤中吸取单硅酸(H4SiO4)形式的硅，运输至各个器官后以植硅体形态沉积在植物体内，竹器官中叶片的硅含量远大于竹枝和竹根[2]。竹林生长季节结束后，枯枝落叶凋落，硅以亚稳定的硅酸体形态返回土壤被新竹子重新吸收利用。然而，以叶片为商品的箬竹缺少枯枝落叶归还土壤的环节，导致土壤中硅酸盐得不到及时补给，将限制来年箬竹产叶量[3]。同时，竹林林地土壤中竹根盘绕，土壤紧实度较种植其他物种的土壤高，养分利用率低。

竹炭除了含有矿质元素外，还含有竹炭粉和竹灰等，可维持土壤酸碱平衡、促进植株根系生长[4]；竹加工剩余物中则含有纤维素质量、木质素、苯醇抽提物、多戊糖、灰分等。两者混合施入土壤不仅可以为土壤提供有机质、常量矿质元素，还可以补充箬竹叶所需要的硅元素。

本研究以竹加工剩余物和竹炭的混合物为肥料，阐明了箬竹苗施肥后土壤化学性质改变和竹叶生长情况，以期为箬竹叶产业发展提供一定的技术支撑。

1 试验地概况

本研究试验基地位于湖南省永州市国家森林植物园，地理位置111°06 E，24°51′N，属中亚热带大陆性季风湿润气候区，四季分明。年均气温为17.6～18.6℃，平均降水量1200～1900mm。土壤为第四纪红壤。于2019年10月造箬竹林，造林前土壤翻耕30～50cm。林分土壤化学性质见表1。

表1 永州市国家森林植物园箬竹林地土壤化学性质Tab.1 Soil chemical properties of Indocalamus hunanensis forest in Yongzhou National Forest Garden指标有机质含量/(g·kg-1)全氮含量/(mg·kg-1)有效磷含量/(mg·kg-1)有效钾含量/(mg·kg-1)有效硅含量/(mg·kg-1)含量9.58±0.750.72±0.120.39±0.1089.23±1.4565.23±0.34

2 材料与方法

2.1 试验材料

竹加工剩余物是生产竹加工制品产生的竹屑，竹炭是竹加工剩余物无氧燃烧碳化制成，由炎陵坑楠竹培育专业合作社提供。

2.2 试验设计

箬竹种苗为鞭根育苗。2019年10月，采用随机区组法，选择经营措施大致相同的地块设置10个施基肥处理，各处理的肥料配比详见表2。标准地设置为 20 m×20 m，重复3次。在箬竹滴水线25 cm深处环状沟施肥料，而后埋土覆盖。试验期间不再追肥。

表2 竹加工剩余物和竹炭配比Tab.2 The ratio of bamboo residue and charcoal%处理竹加工剩余物竹炭110902208033070440605505066040770308802099010101000CK0100

2.3 土样采集及指标分析

2020年9月，在每个标准样地中采集土壤样品。每个处理于箬竹苗滴水线处取样，采样后混合土壤并分装成两份，其中一份密封后储存于冰箱(0～4 ℃)用于土壤酶活性测定，另一份自然风干后过 0.25 mm 和 0.1 mm 筛，测定土壤养分[5]。其中，土壤有机质含量采用重铬酸钾容量法[6]测定；土壤全氮含量采用凯式定氮法[7]测定；有效磷和有效钾含量采用ICP[8]测定；土壤过氧化氢酶活性采用高锰酸钾滴定法[9]测定；蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水杨酸比色法[10]测定；酸性磷酸酶活性采用磷酸苯二钠比色法[11]测定；脲酶活性采用靛酚蓝比色法[12]测定。

2.4 数据处理与分析

研究数据采用SPSS 13.0 软件进行分析。

3 结果与分析

3.1 不同试验处理对土壤化学性质的影响

表3显示，施用竹加工剩余物和竹炭的混合物显著提高了箬竹林土壤有机质、全氮、有效磷、有效钾和有效硅含量(P<0.05)。与CK相比，处理7对有机质、全氮、有效磷和有效钾含量的提高最为显著(P<0.05)，分别提高了92.59%、23.61%、76.92%和87.53%。而处理8的有效硅含量较CK提高了314.45%。随着竹加工剩余物和竹炭比值增高，有机质、全氮、有效磷和有效钾的含量呈上升趋势。处理7的土壤有机质、全氮、有效磷和有效钾含量最高；在处理8、9、10中，数值均逐渐下降。而有效硅含量在处理8最高;而在处理9、10中，数值均下降。

表3 竹加工剩余物与竹炭对土壤化学性质的影响Tab.3 Effects of bamboo residue and charcoal on soil chemical properties有机质含量/(g·kg-1)全氮含量/(g·kg-1)有效磷含量/(mg·kg-1)有效钾含量/(mg·kg-1)有效硅含量/(mg·kg-1)1 9.36±0.45 a0.74±0.01 a0.46±0.01 b 112.3±10.23 ab120.36±13.85 b210.35±0.67 a0.79±0.01 a0.48±0.01 b 114.6±11.22 ab133.65±12.00 b310.45±0.54 a0.76±0.01 a0.51±0.01 b 117.9±9.74 ab146.37±11.35 b411.34±1.22 a0.81±0.02 ab0.53±0.01 b130.56±10.48 b172.35±13.75 c512.36±1.34 a0.82±0.01 ab0.57±0.01 b146.75±10.28 b198.23±15.87 c614.68±0.98 b0.88±0.01 ab0.59±0.01 c152.69±12.20 bc210.34±20.58 c718.45±0.12 c0.89±0.02 b0.69±0.01 d167.34±14.52 c254.35±23.21 d815.34±0.32 b0.87±0.02 ab0.55±0.01 c174.35±12.48 c270.35±26.62 d914.22±0.42 b0.85±0.01 ab0.52±0.01 c185.34±15.85 c245.36±22.85 d1014.18±1.21 b0.85±0.02 ab0.42±0.01 b200.42±19.75 d243.35±22.34 dCK 9.58±1.2 a0.72±0.01 a0.39±0.01 a 89.23±9.32 a65.23±6.33 a 注: 不同字母表示具有显著性差异(P<0.05)。下同。

3.2 不同试验处理对土壤酶活性的影响

表4显示，施用不同比例的竹加工剩余物和竹炭混合物对箬竹林土壤脲酶和过氧化酶含量影响不显著，但显著降低酸性磷酸酶含量和显著提高蔗糖酶含量(P<0.05)。其中，酸性磷酸酶含量随着竹加工剩余物和竹炭比值的增加呈现出逐渐递减的趋势。当肥料全为竹炭时，酸性磷酸酶含量下降了52.30%；处理7的蔗糖酶含量较CK增加了43.88%。

表4 不同试验处理对土壤酶含量的影响Tab.4 Effects of different treatments on soil enzyme activitiesmg·g-1脲酶含量酸性磷酸酶含量过氧化酶含量蔗糖酶含量10.123±0.01 a0.735±0.05 b2.34±0.26 a34.65±3.21 b20.134±0.01 a0.744±0.07 b2.64±0.21 a36.37±2.68 b30.142±0.01 ab0.729±0.07 b3.24±0.61 ab41.35±2.17 c40.147±0.01 ab0.375±0.07 a3.21±0.22 ab42.36±1.22 c50.152±0.00 b0.465±0.02 b3.29±0.45 ab41.39±3.65 c60.173±0.01 c0.546±0.04 bc4.23±0.31 b46.45±4.25 c70.189±0.01 c0.465±0.03 b5.45±0.23 c49.64±3.65 c80.153±0.01 b0.432±0.02 b4.10±0.01 b13.64±1.00 a90.144±0.00 ab0.344±0.01 a3.26±0.04 ab12.36±1.20 a100.142±0.00 ab0.352±0.07 a2.69±0.01 a15.69±1.14 aCK0.155±0.01 b0.738±0.07 b2.65±0.1 a34.50±3.09 b

3.3 不同试验处理对箬竹叶面积的影响

表5显示，施用不同比例的竹加工剩余物和竹炭混合物显著增加了箬竹叶长和叶宽(P<0.05)，其中处理7较CK分别增加叶长和叶宽28.57%和80.00%。随着竹加工剩余物与竹炭比例的增高，竹叶长和叶宽呈增长趋势。处理7使土壤竹叶长和叶宽达到顶峰，处理8、9、10有所下降，但仍然较CK显著提高了竹叶长和叶宽(P<0.05)。

表5 不同试验处理对箬竹叶面积的影响Tab.5 Effects of different treatments on leaf area of Indoca-lamus hunanensis cm竹叶长竹叶宽136.00±3.00 a5.11±0.23 a234.00±2.00 a5.12±0.32 a336.00±3.00 a6.11±0.33 a436.00±4.00 a7.13±0.22 ab537.00±5.00 a7.32±0.54 ab639.00±5.00 a8.18±0.42 b745.00±4.00 b9.12±0.65 b842.00±3.00 ab9.23±0.34 b941.00±3.00 ab8.00±0.64 b1041.00±3.00 ab7.00±0.24 abCK35.00±2.00 a5.21±0.20 a

3.4 土壤性质与箬竹叶面积的相关性分析

表6结果显示，竹叶宽、过氧化酶含量、有效硅含量这3个指标和竹叶长之间均呈极显著正相关(P<0.01)；脲酶含量和竹叶宽之间呈极显著正相关(P<0.01);过氧化酶含量、有效硅含量和竹叶宽之间呈显著正相关(P<0.05)；过氧化酶含量和酸性磷酸酶含量呈显著正相关(P<0.05);有效钾含量和有效硅含量两个指标和过氧化酶含量均呈极显著正相关(P<0.01)；有效钾含量和有效硅含量之间呈显著正相关(P<0.05)。

4 结论与讨论

本研究表明，竹加工剩余物和竹炭混合物不同比例施肥均有效提高了箬竹林土壤必要元素含量和土壤肥力，并有效提高了竹叶的尺寸。主要原因在于: 第一，竹加工剩余物含有大量有机质，经过春季雨水浸泡充分腐烂发酵转为有机质，同时竹加工剩余物和竹炭含有氮、磷、钾、硅等元素，能有效提高土壤阳离子含量，减少箬竹人工林林地土壤淋溶损失[13]；其次，竹加工剩余物和竹炭随着发酵的进行促进多种微生物繁殖，促进多种酶的共同作用，为箬竹的生长提供了有益的生态环境[14]。由于箬竹叶是硅元素主要聚集的部位，当竹加工剩余物和竹炭施入土壤中，有效提高了土壤有效硅的含量[14]，而有效硅通过箬竹的蒸腾作用聚集到竹叶中，有效促进了竹叶的增大[15]。

本研究中，处理7对土壤环境以及竹叶增大效果较好，说明70%竹加工剩余物与30%竹炭混合物共同作用于箬竹林土壤能有效保留和提高土壤养分含量，改善土壤性状，满足箬竹对土壤养分的需求，有效提高箬竹生产力[16]。