撐篙竹稈形結構研究

黃大勇

(廣西林業科學研究院 南寧530002)

撐篙竹 (Bambusa pervariabilis) 是竹亞科(Bambusoideae) 箣竹屬 (Bambusa) 中型叢生竹，生長區域東至福建中南部， 西達廣西百色、 河池，南至廣西沿海及海南省， 北沿廣西漓江、 融江兩岸直達湘桂交界。 主要分布于珠江中下游地區的河岸和低山丘陵， 以粵西的廣寧、 清遠、 三水、 四會、封開、 郁南等地， 桂東南的梧州、 玉林、 貴港等地較為集中。 撐篙竹稈形通直， 材質堅硬， 大小適中，尖削度小， 是建筑業和農副業的優良用竹， 主要用于建筑棚架、 制作家具等； 可劈篾編制竹器、 制成竹漿， 是華南地區常見栽培的材用竹種之一[1]。 盡管撐篙竹用途廣泛， 竹材用量較大， 但對竹材特性的研究較少， 尤在稈形結構的研究方面未見報導。本文通過測定撐篙竹的胸徑、 全高、 稈材長、 節間數量， 以及每節間的長度、 壁厚和直徑等稈形指標，分析這些指標間的相關性， 研究其稈形特性及變化規律， 為撐篙竹的竹林培育和竹材更深層次的利用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 采樣地概況

研究地設在廣西南寧市東北郊的廣西林科院竹園， 地 理 位 置 東 經108°20′50.47″， 北 緯22°55′37.18″， 生境海拔114～115 m， 低臺地形， 坡度3°。屬亞熱帶季風氣候， 陽光充足， 雨量充沛， 氣候溫和。 年均氣溫21.7 ℃， 最冷的1 月平均12.8 ℃，最熱的7 月份平均30 ℃， 年均降雨量1 300 mm， 降水集中在夏季， 干濕季分明。 土壤為赤紅壤， 表土層厚5～10 cm[2-3]。

撐篙竹為中等型叢生竹， 分枝從稈基部開始，主枝粗長。 四季常綠， 3—5 月換葉。 嫩竹由竹蔸上的筍芽萌發生長， 在地面成叢生長。 每年6—9 月出筍， 筍期長達120 d。 采樣的撐篙竹林為1958 年從周邊農村引種， 成林后采伐粗壯竹稈利用， 留下小竹、 老竹較多， 近5 年來作為種質資源庫保存， 禁止濫伐， 竹林新竹達到正常粗度和高度。

1.2 數據采集與分析

調查采用隨機取樣法， 選取不同徑階、 稈梢完整、 節間無蟲害的立竹97 株， 平地伐后修枝， 每竹檢尺胸徑、 全高以及可利用稈長(稈材長)， 記錄節間數量， 從基部到梢部依次編節間號為1—N 節，測量各節間長度。 截去稈直徑小于1 cm 的梢部， 得到可利用稈材， 劈開可利用稈材測量各節間的壁厚。

利用Excel 進行數據統計， 應用SPSS 對撐篙竹的胸徑與稈全高、 稈材長、 壁厚、 節數、 節間長度等進行相關性分析。 在數據處理中， 主要以胸徑作為自變量， 全高、 稈材長、 節間數等作為因變量，分別用多種函數方程進行擬合， 比較各方程的相關性系數(R2) 或Spearman's rho 相關系數， 從中選出最佳擬合方程。

2 結果與分析

2.1 稈徑基本形態

竹子胸徑、 稈高、 壁厚、 節數等是影響竹材質量的重要因子[4-5]。 根據統計結果可知(表1)： 稈全高為7.8 ～17.1 m， 平均為13.7 m； 稈材長6.7 ～15.6 m， 平均為12.5 m； 胸徑3.0～6.9 cm， 平均為5.1 cm； 節間長5～62 cm， 平均為35.2 cm， 基部節間壁厚0.8～1.9 cm， 平均為1.3 cm； 稈材節數26～44 節， 平均為35 節。

表1 撐篙竹稈基本形態

2.2 立竹稈形結構因子相關性分析

2.2.1 胸徑與稈高的相關性

由于立竹在竹筍出土前其徑向生長就已停止，所以竹子高度、 節間的數量及長短、 壁厚均可認為是胸徑的從屬因子[3]。 胸徑是竹林中相對易測的稈形結構因子， 在生產、 科研中得到廣泛利用， 常用胸徑作為基礎數據， 推算稈全高、 稈材長、 稈壁厚等生長量[4]。

1) 胸徑與稈全高。 大多數叢生竹立竹尾梢彎曲或下垂， 部分竹稈還傾斜生長， 立竹自然高度并不是竹稈全長。 這里的稈全高是指竹稈采伐后測得的基部至尾梢拉直后的竹稈長度。 稈全高是稈形縱向特征的重要因子， 也是立竹大小的重要指標， 在生長過程中受外部因素如溫度、 濕度、 光照、 水分、土壤的影響， 但也受遺傳因素影響， 當立地條件基本一致時， 主要受胸徑因素控制。 從表1 看出， 稈全高隨著胸徑的增粗而增加， 胸徑與稈全高的Pearson 相關系數為0.631， 達到顯著正相關水平，用線性、 二次、 三次、 復合、 指數及冪函數方程進行擬合， 最優的為冪函數方程H全高＝D1.598(R2＝0.994)。 從生產中使用方便角度考慮， 一元二次函數方程H全高＝4.169D-0.7286D2(R2＝0.992) 較宜在林分調查時現場使用。

2) 胸徑與稈材長。 在采伐立竹過程中觀察到，在梢部稈直徑1 cm 處時， 尾梢仍保持直立或斜立，未彎曲下垂。 因此即使不采伐立竹， 稈材長的數據也可以在竹林內測到。 與稈全高變化規律一樣， 稈材長也隨著胸徑的增粗而增加， 胸徑與稈材長的Pearson 相關系數為0.639， 達到顯著相關水平， 用線性、 二次、 三次、 復合、 指數及冪函數方程進行擬合， 最優的為冪函數方程H稈材長＝D1.542(R2＝0.994)， 一 元 二 次 函 數 方 程H稈材長＝3.773D -0.255D2(R2＝0.992) 也達到良好的擬合效果。

3) 高徑比。 通常情況下胸徑越粗， 竹稈越高。受環境和生長空間的影響， 當胸徑相同時， 竹稈仍有一定的變化幅度， 稈越高， 可利用部分越長。 竹稈全高(m) 與胸徑(cm) 之比為高徑比， 此值越大， 竹子用材長越長[4]。 從表1 看出， 撐篙竹高徑比值隨著胸徑的增加而降低， 這種變化趨勢符合竹子生物學特性， 即稈形細小的立竹需要更大的高生長才能在竹叢中獲得更多的光合作用機會。 常見生長在山溝底部、 獲得光照時間短的竹叢， 立竹往往較平原、 低臺地區更高， 體現出高徑比變化趨勢。因此， 在人工經營竹林時適當的密植、 保留較高郁閉度， 有利于立竹高生長。

2.2.2 節間變化趨勢

節間長短、 粗細及竹壁厚薄對竹材利用至關重要， 這些稈形指標受竹子生長環境及遺傳因素等雙重影響， 本文的材料采集地相對集中， 立地條件一致， 因此節間的變化趨勢基本反映了撐篙竹遺傳因素的影響。

1) 節間數量的變化。 稈梢部分受風雨、 蟲害及幼竹生長后期水分的影響， 節數及長度常常不完整，易折斷， 且其對于稈材利用影響甚微， 因此分析可利用的稈材節數與胸徑、 稈材長的相關性， 對于服務生產更為現實。 根據所測數據統計， 撐篙竹稈材節數26～44 節， 平均35 節。 不同胸徑級的平均節數隨胸徑的增加而增多(表1)。 稈材節數與胸徑、 稈材長的Pearson 相關系數分別為0.759、 0.805， 均呈顯著相關。 擬合相關方程， 最優的為冪函數和一元二次線性函數方程， 從應用簡便方面考慮， 取一元二次線性方程 N節數＝9.976D - 0.595D2(R2＝0.994)； 與稈材長的最佳擬合方程為線性函數方程N節數＝2.808H稈材(R2＝0.995)； 與胸徑、 稈材長的最佳擬合方程為線性函數方程N節數＝2.159D+1.922H稈材(R2＝0.996)。 胸徑越粗、 稈材越長， 節數越多， 這是同一竹種所有竹稈節數的變化規律。由于竹子在出土之前其全株的節數已定， 出土后不再增加新節， 因此在生產經營中加強筍前撫育， 促進地下竹蔸萌發大筍， 培育大筍長成大竹， 增加節間數量， 和出筍后撫育增加竹稈長度都顯得同樣重要。

2) 節間長度的變化。 與節間數量一樣， 節間長度是稈形特征的重要指標， 與竹材利用程度甚為密切。 撐篙竹節間長度的變化除受竹筍高生長“慢—快—慢” 的生長特性影響外， 還受到生長過程中外部因素的影響。 節間長度與胸徑和節間位置密切相關， 自基部至梢部， 節間長度呈“短—長—短” 的變化規律， 節間長度5～62 cm， 以每5 cm 劃分一個長度級， 對測量的節間長度進行統計， 結果如表2。

表2 撐篙竹節間長度分布

表2 (續)

由表2 看出， 節間長度分級呈正態分布， 節間長度大多數為26 ～50 cm， 占節間總數的73. 90%； 長度大于50 cm 的分布在稈中部， 不足1%； 長度小于10 cm 的分布在竹稈基部第1 節間及尾梢。

根據對測定的97 株竹稈3 372 個節間長度數據進行分析， 節間長度與所處的位置N (即節間號)Spearman's rho 相關系數為-0.247， 呈顯著相關； 也與胸徑、 稈材長相關， Pearson 相關系數分別為-0.049、 0.065， 擬合相關方程得出LN＝3.814L稈材-1.467D-0.285N (R2＝0.915)， 用此方程可獲得任何一節間的實際長度。

統計每株竹子的最長節間出現的節位， 計算出不同徑階的最長節間出現相對高度區間， 見表3。竹稈最長節間在稈中部的第8—24 節， 越粗的竹子，最長節間出現的位置越高， 出現的部位在竹稈中部；最長節間在第15—20 節出現的頻度相對較高， 每節均超過15%。

表3 撐篙竹最長節間出現區間

2.2.3 稈壁厚變化

壁厚是稈形結構的主要特征因子之一。 竹材壁厚不同其利用程度大不相同。 從測量的每節間壁厚變化趨勢分析(表4)， 節間竹壁厚度從基部到梢部， 隨高度的增高而逐漸變薄； 基部單側壁厚為0.82～1.91 cm， 隨著胸徑的增粗， 基部竹壁變厚，這種變化趨勢在稈的各個位置基本一致， 但越往上，竹壁越薄， 稈材梢部直徑基本為1 cm， 單側壁厚在0.2 cm 左右。 各節間壁厚不僅與立竹粗細、 稈長相關， 還與節間所處位置顯著相關， 對3 372 個節間壁厚與胸徑、 稈材長及節間號的相關性進行分析，Pearson 相關系數分別為0.137、 0.086、 -0.862， 均達到顯著差異水平。 擬合節間壁厚與胸徑、 節間號的相關性方程， 線性回歸方程T節間＝0.188D -0.023N (R2＝0.948)， 擬合效果好； 如增加稈材長因素作為自變量， 線性回歸方程T節間＝0.079D+0.047L稈材-0.024N (R2＝0.958)， 擬合效果好。 利用此擬合方程， 在不破壞竹稈情況下就可以預測各節間的壁厚。

表4 撐篙竹不同徑級稈壁厚率

竹稈雙側壁厚與外壁直徑之百分比稱為竹稈的壁厚率， 是衡量竹材力學強度的一項重要指標[5]。撐篙竹壁厚率為19%～70%， 從稈基部至梢部， 壁厚率呈“兩頭高、 中間低” 的變化趨勢， 基部壁厚率大于50%， 往上至稈中部壁厚率逐漸變小， 因而中部竹稈的中空較大， 至梢部壁厚率逐漸增加到40%左右。 從表4 看出， 竹稈各區間的壁厚率相對穩定， 沒有隨胸徑的增加而發生顯著變異。2.2.4 竹稈直徑變化規律

1) 最粗直徑與胸徑。 撐篙竹稈的胸高位置常在第4—8 節， 以5—6 節出現頻度最高。 全稈最粗直徑出現在第1—13 節間， 以出現在第7—9 節的頻度較高， 分別為21%、 21%、 19%， 出現這段位置的頻度達到61%， 即大部分竹稈最粗直徑在胸高位置以上， 這與毛竹(Phyllostachys edulis)、 水竹(Ph.heteroclada )、 腫 節 少 穗 竹 ( Oligostachyum oedogonatum) 等散生竹最粗直徑在基部節間不一致[5-10]， 說明竹稈的節間直徑并不完全循著竹稈高度的增加而減少的規律。 最粗稈徑與胸徑的Pearson相關系數為0.957， 呈顯著相關， 據此， 用胸徑來計算最粗稈徑是可行的。 擬合最粗稈徑與胸徑的相關方程： Dmax＝1.054D (R2＝0.998)。

2) 竹稈直徑與胸徑、 節間位置。 竹稈節間直徑從基部到梢部呈現“細—粗—細” 的變化趨勢， 基部稈徑較細， 約為胸徑的92.32%， 但竹壁最厚， 至第7—9 節時稈徑最粗， 延至梢部則稈徑逐漸變細。對3 372 個節間直徑與胸徑、 節間號進行相關性分析， Pearson 相關系數分別為0.286、 -0.808， 均呈顯著相關， 用線性回歸方程擬合為D節間號＝1.165D-0.119N節間號(R2＝0.970)。

3 結論與討論

1) 撐篙竹為中等型竹， 胸徑很少超過7 cm。 胸徑是竹林內相對容易測量的稈形因子， 在生產中廣泛運用。 與其他竹種一樣， 撐篙竹稈全高、 稈材長與胸徑顯著相關， 本研究擬合了稈全高、 稈材長與胸徑的多種函數方程， 比較各方程的相關系數， 以冪函數方程、 一元二次函數方程獲得估測精度較高。采用相同的回歸分析方法， 對節間的數量、 直徑、長度、 壁厚與胸徑、 稈材長、 節間位置進行相關性分析， 發現這些因變量均可通過冪函數方程、 線性函數方程進行較精確的估測， 即不用采伐立竹， 通過測定胸徑、 稈材長、 確定節間號等稈形因子就可以估測出整條竹材的節數、 每節間的直徑、 長度和壁厚。

2) 撐篙竹高徑比值隨著胸徑的增加而降低， 這種變化趨勢符合竹子生物學特性， 即稈形細小的立竹需要更大的高生長才能在竹叢中獲得更多的光合作用機會。 在生產中可以通過增加竹林立竹量， 提高郁閉度來促進立竹高生長。

3) 全稈節間數量為32～57 節， 可用稈材節間數量為26～44 節， 隨著胸徑的增大， 節間數量逐漸增加。 從基部至梢部， 竹稈直徑呈“細—粗—細” 的變化趨勢， 最粗稈徑在第7—10 節， 處于胸高位置之上， 這與散生竹稈的變化規律不一致； 節間長度呈“短—長—短” 的變化趨勢， 最長節間大部分出現在15—20 節； 最厚稈壁在基部， 隨著稈高的增加， 竹壁逐漸變薄， 壁厚率呈“兩頭高、 中間低”的變化趨勢， 稈中部壁厚率最小， 節間空腔最大。

4) 通過對撐篙竹稈形指標的變化規律進行相關性分析和研究， 為掌握撐篙竹稈生物學特性提供一定的理論基礎， 為撐篙竹生產利用提供參考標準。本文研究的撐篙竹林僅取樣于南寧市， 對撐篙竹的稈形特征有了初步了解， 但撐篙竹分布較廣， 各地需考慮培育技術、 采伐方式以及立地條件的差異對撐篙竹稈形生長的影響。