竹林密度和施肥種類對幕阜山區毛竹筍產量和品質及土壤理化性質的影響*

胡文杰 龐宏東 胡興宜 黃發新 楊佳偉 徐麗君 龔 苗

(1.湖北省林業科學研究院 武漢 430075； 2.咸寧市林業科學院 咸寧 437100； 3.湖北幕阜山竹林生態系統國家定位觀測研究站 咸寧 437100)

毛竹(Phyllostachysedulis)筍產量不僅受到竹林密度和施肥等經營措施的影響(郭曉敏等, 2003)，也受土壤條件等立地因子的影響。土壤理化性質是土壤酶活性和林地生物多樣性的重要影響因素(魏圣釗等, 2019; 張瀟月等, 2019)，長期集約經營將導致竹林土壤退化(陳雙林, 2002)，使土壤理化性質明顯劣變。施肥種類對土壤的影響存在差異，施用復合肥對提高小麥(Triticumaestivum)田土壤肥力效果最好(景豆豆等, 2018)，但也有研究認為有機肥、化肥等肥料配施對提高土壤質量效果更好(Hazarikaetal., 2019)。由此可見，施肥種類對土壤質量的影響還沒有定論，研究經營措施對毛竹林土壤理化性質的影響也具有積極意義。

隨著人們越來越注重飲食健康，竹筍品質成為衡量竹筍質量的關鍵指標。關于毛竹筍品質的研究主要集中在單一影響因素或竹筍采后保鮮等方面，如洪偉等(2007)研究了不同產地的毛竹筍品質差異，認為地域差異對毛竹筍品質有顯著影響； 徐森等(2020)研究發現，海拔對毛竹筍重金屬殘留量影響較大； Zheng等(2020)從采后處理等方面研究了毛竹筍品質變化情況； 邱永華等(2017)研究了不同施肥措施對毛竹筍品質的影響。但研究均未考慮竹林密度對竹筍品質的影響。

通過竹林密度調整、施肥等經營措施，可顯著提高毛竹筍產量，但常忽略了這些措施對竹筍品質和土壤理化性質的影響。Li等(2018)研究了施肥和收獲強度對土壤碳庫的影響，Zhao等(2019)分析了施肥后毛竹林土壤的養分動態，但均未研究這些措施對竹筍品質的影響。竹林密度對土壤質量(范少輝等， 2015)和施肥對竹筍品質(Guoetal., 2011)的影響分別有報道，但未見這2種經營措施如何共同影響竹筍品質及土壤性質，且土壤理化性質與竹林密度和毛竹筍品質之間的關系也不明確。湖北省幕阜山區毛竹林面積超過10萬hm2，其大多數竹林經營水平仍處于粗放狀態，鑒于此，本研究以該區域無人為干擾的毛竹林為對象，采取不同竹林密度和施肥種類的經營措施，探討其對毛竹林竹筍產量、品質以及土壤理化性質的影響，為毛竹筍用林高產經營提供科學依據。

1 研究區概況

研究區位于湖北省咸寧市地處鄂南，是湖北省毛竹分布的主要區域，同時也是毛竹林自然分布的北緣地帶。咸寧市咸安區(114°22′54.33″E，30°00′07.75″N)屬典型亞熱帶季風氣候區，年均氣溫16 ℃左右，年降水量1 500 mm左右，年日照時數1 879 h，地貌以丘陵為主。試驗地點位于咸安區賀勝橋林場內，試驗林為成片分布的毛竹林，土壤為黃棕壤，土層厚度大于100 cm，地勢平坦，試驗前林分無人為經營措施，竹林大小年明顯。林分平均胸徑10.5 cm，竹林密度3 750 株·hm-2。

2 研究方法

2.1 試驗設計

采用雙因素完全隨機區組設計，設置竹林密度和施肥種類2個因素，每個因素設3個水平。其中，竹林密度為A1(2 100～2 550株·hm-2)、A2(2 700～3 150 株·hm-2)、A3(3 300～3 750 株·hm-2)； 施肥種類為B1(復合肥)、B2(有機肥)和B3(配施肥)，共有A1B1、A1B2、A1B3、A2B1、A2B2、A2B3、A3B1、A3B2和A3B3共9個處理。

A1按照國家標準《GB/T 20391—2006》推薦的筍用林經營密度進行設置； A3按照當地一般農戶對竹林輕度利用的習慣進行設置，即在自然密度的基礎上輕微調減； A2設置在A1和A3之間，以反映毛竹林經營的密度效應。供試肥料均購自當地，復合肥養分有效含量30%，N∶P2O5∶K2O = 16∶7∶7； 有機肥為菜籽餅肥，其有機質、氮、磷、鉀含量為63%、5.1%、2.2%和1.4%； 配施肥為化肥、菜籽餅肥和微生物菌劑，其中化肥包括尿素(N46%)、過磷酸鈣(P2O516%)、硫酸鉀(K2O 50%)，微生物菌劑含有效菌數2 000萬CFU·g-1。在B2(有機肥)和B3(配施肥)中，有機肥用量以N計，不足的P2O5和K2O 用化肥補足，B3(配施肥)中的有機肥含量占N肥總含量的20%。各施肥種類每年的氮磷鉀施肥量相等，即N 192 kg·hm-2，P2O584 kg·hm-2，K2O 84 kg·hm-2，施肥量與當地一般農戶的化肥用量大致相同。

2.2 樣地設置與經營措施

于2017—2019年按照試驗設計，每個處理設置3個重復，加上對照(CK)共設置30塊20 m× 20 m樣地，樣地之間挖寬、深30 cm的溝隔開，防止竄鞭。2017年夏季，對各樣地進行調查，記錄毛竹的胸徑、年齡和株數，根據試驗設計進行竹林密度調整，優先伐除Ⅳ度竹(6年生及以上)等老竹和弱竹，保留Ⅰ度竹(1年生)、Ⅱ度竹(2～3年生)和Ⅲ度竹(4～5年生)，使各處理的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ度竹比例為 1∶1∶1。對所有樣地進行翻耕整地，清理竹蔸和石塊，注意保護竹鞭。施肥在秋季進行， 2017年和2018年連續2年施肥，復合肥采用撒施，有機肥采用溝施，考慮到經營成本和肥效等因素，B2(有機肥)于2017年將2年的施肥量一次性施入，B1(復合肥)和B3(配施肥)分2年分別一次性施入。在2018年和2019年盛筍期的后半期選擇長勢健康的竹筍進行留筍養竹，留養密度按照試驗設計中不同處理的竹林密度確定。CK對照不進行密度調控和施肥，其他經營措施與各處理相同。

2.3 樣品采集與分析

2018年和2019年春季，及時采收筍期內露土10 cm左右的竹筍，并測量每顆竹筍的基徑、筍高及鮮質量等。在出筍大年(2019年)，于出筍盛期在每個樣地均勻選擇竹筍7～10株，放入冰盒中帶回實驗室用于品質測定。將竹筍用組織搗碎機勻漿測定其營養品質和食味品質，其中營養品質指標包括蛋白質、可溶性糖含量，食味品質指標包括草酸、單寧含量(俞樂等， 2002； 時俊帥等， 2018)。

2019年秋季采集土壤樣品。在每塊樣地的中心及4個頂角位置挖取土壤剖面，分別取環刀樣和土壤樣品，取樣深度為30 cm。環刀樣用于測定土壤物理性質，包括土壤密度(BD)、最大持水量(MHC)、毛管持水量(CHC)、總孔隙度(STP)、毛管孔隙度(CP)、非毛管孔隙度(NCP)6個指標； 將每塊樣地的土壤樣品充分混合后用于測定土壤化學性質，測定指標包括有機質(SOM)、全氮(TN)、全磷(TP)、全鉀(TK)、水解氮(HN)、有效磷(AP)、速效鉀(AK)含量和pH值8個指標(鮑士旦，2005)。

2.4 土壤理化性質評價指數計算

采用主成分分析法計算土壤理化性質評價指數。參與評價的因子包括2.3中14個土壤指標，分正、負效應對數據進行標準化處理，其中，土壤密度為負效應指標，其他指標均為正效應指標，計算公式參照李楠等(2019)的方法。土壤理化性質評價指數具體計算方法參照范少輝等(2015)。

2.5 數據處理與統計分析

運用SPSS 22.0軟件對毛竹筍產量、品質和土壤理化性質等指標進行單因素分析、雙因素分析和多重比較，用Origin 8.0進行作圖。以14個土壤指標和竹林密度為解釋變量，分別以毛竹筍營養品質和食味品質為響應變量，采用Canoco 5.0軟件進行冗余分析。通過Monte Carlo檢驗各解釋變量的顯著性，計算各因子的獨立解釋量(Wangetal., 2017)。

3 結果與分析

3.1 經營措施對毛竹筍產量的影響

在出筍小年和大年，不同竹林密度處理的竹筍產量均顯著高于對照(表1)，但各竹林密度處理間無顯著差異； 與對照相比，施肥處理顯著提高了竹筍產量。綜合大小年出筍情況來看，不同經營措施對毛竹筍產量有明顯影響。竹筍產量隨竹林密度減小而增大，其中A1產量顯著高于A3，A2產量與A1、A3無顯著差異； A1、A2、A3產量均顯著高于對照，分別較對照提高422.32%、364.09%和322.63%。各施肥處理均顯著提高了竹筍產量，且施肥種類間存在顯著差異，表現為B1>B3>B2。

不同組合處理的竹筍產量均顯著高于對照(圖1)，說明采取經營措施后可提高竹筍產量。在各組合處理間，A1B1的產量最高(5 511.62 kg·hm-2)，其次分別為A3B1、A2B1、A2B3、A1B3、A3B3和A1B2，這些組合處理間的產量差異不顯著，但均顯著高于A2B2和A3B2。以上結果表明，對未采取過經營措施的毛竹林首次進行筍用林經營時，調控竹林密度為2 100～2 550株·hm-2并結合施用復合肥(A1B1)，是提高竹筍產量的較優方式。

3.2 經營措施對毛竹筍品質的影響

不同經營措施對毛竹筍品質的影響見表2。竹林密度對毛竹筍營養品質無顯著影響，但可使食味品質明顯變化。草酸和單寧含量均隨竹林密度增大呈上升趨勢，在A3達到最大，且顯著高于A1。一般而言，草酸含量較高會使毛竹筍澀味加重，單寧含量較高會使毛竹筍辛辣味更明顯，因此，低密度(A1)經營的毛竹筍食味品質更佳，其澀味和辛辣程度較低，口感相對較好。

表2 不同經營措施毛竹筍品質特征Tab.2 Quality characteristics of bamboo shoots for different management measures

與對照相比，施用配施肥和有機肥可提高竹筍蛋白質含量，其中配施肥可顯著提高蛋白質含量。在各施肥種類中，施用有機肥的竹筍可溶性糖含量最高，且顯著高于復合肥。施肥種類對單寧含量無顯著影響，但配施肥比復合肥和對照可顯著降低草酸含量，使澀味減輕。可見，施用配施肥和有機肥能較好地提高竹筍品質。

A3B3處理的竹筍蛋白質含量最高，且顯著高于A1B1、A3B1和CK(圖2)。A1B2處理的竹筍可溶性糖含量最高，A1B1處理的最低，兩者之間差異顯著。與對照相比，除A2B1和A3B1處理外，其他處理均可降低竹筍草酸含量，其中A1B3、A2B3、A1B1、A1B2處理顯著低于對照。單寧含量為A3B1處理的最高，A1B3的最低。綜合來看，以A1B3、A1B2、A3B3處理的竹筍品質較好。

圖2 不同處理毛竹筍蛋白質、可溶性糖、草酸及單寧含量Fig. 2 The contents of protein, soluble sugar, oxalic acid and tannin of different treatments

3.3 經營措施對土壤理化性質的影響

竹林密度調控和施肥均可顯著降低土壤密度，但最大持水量、毛管持水量、總孔隙度和非毛管孔隙度對竹林密度及施肥種類改變的響應不明顯(表3)； 各施肥種類的毛管孔隙度與對照無明顯差異，但施用有機肥后的毛管孔隙度顯著大于復合肥； 竹林密度對毛管孔隙度無顯著影響。

表3 不同經營措施毛竹林土壤理化性質①Tab.3 Soil physical and chemical properties of Moso bamboo forests for different management measures

調控竹林密度后，土壤酸化更加明顯(P<0.05)； 施用復合肥和配施肥可顯著降低土壤pH值。采取經營措施后，土壤部分養分含量得到提升； 與對照相比，竹林密度對全氮、全鉀含量無顯著影響，但顯著提高了水解氮、有效磷和有機質的含量。A1的全磷含量顯著高于對照，A2、A3的速效鉀含量顯著高于對照，說明適當調低竹林密度后，能增加土壤養分含量； 各施肥種類均可顯著提高土壤水解氮和有效磷的含量，施用配施肥后的土壤全磷和速效鉀含量最高，施用有機肥后的土壤有機質含量最高，且均顯著高于對照。

14個土壤理化性質指標的主成分分析結果表明，提取的4個主成分特征值均大于1.00，累計貢獻率達到85.51%，包含了原始數據的大部分信息。其中，第1主成分解釋了總變異量的38.98%，第2、3、4主成分分別解釋了總變異量的23.05%、12.43%和11.05%。結合計算出的各指標權重，將標準化數據進行加權綜合，計算得到不同經營措施和處理組合的土壤評價指數(圖3、4)。隨竹林密度增大，土壤評價指數逐漸降低，土壤理化性質表現出下降趨勢，說明當竹林密度為2 100～2 550株·hm-2時，土壤理化性質較好。不同施肥種類的土壤評價指數表現為B3(0.616 1)>B2(0.588 6)>B1(0.382 2)，說明各施肥種類均能改善土壤理化性質(對照為0.270 7)(圖4)，但施用配施肥和有機肥的土壤理化性質改善效果明顯好于復合肥。在毛竹筍用林經營中，應當充分考慮竹林密度調控和施肥種類選擇，使土壤理化性質維持較好狀態。

圖3 不同經營措施的毛竹林土壤評價指數Fig. 3 Soil evaluation index of bamboo forests for different management measures

由圖4可知，除A3B1外，其他處理均能改善土壤理化性質。在A1和A2竹林密度，施用有機肥的土壤評價指數高于配施肥； 但在A3竹林密度，施用配施肥的則高于有機肥，說明采用不同密度經營竹林時，施肥種類對土壤的影響存在差異。土壤評價指數較高的有A1B2、A1B3和A3B3處理，單從土壤理化性質來看，以上3種經營方式較為合適，但在毛竹筍用林實際經營中，還應結合毛竹筍產量和品質等確定最適宜經營方式。

圖4 不同處理毛竹林土壤評價指數Fig. 4 Soil evaluation index of bamboo forests for different treatments

3.4 毛竹筍品質影響因素的冗余分析

將毛竹筍營養品質、食味品質與土壤理化性質及竹林密度進行冗余分析，得到二維排序圖(圖5，圖6)。表現為毛竹筍營養品質與土壤全鉀、有機質含量正相關，與土壤密度負相關； 土壤pH值越高，竹筍可溶性糖含量越高。毛竹筍食味品質與竹林密度和有效磷含量密切相關，其中，竹筍草酸和單寧含量與竹林密度呈正相關，與土壤有效磷含量呈負相關。

圖5 毛竹筍營養品質與土壤因子、竹林密度的二維排序圖Fig. 5 Two-dimensional ordination diagram of bamboo shoots’ nutrient quality with soil factors and living bamboo densityLBD：立竹密度Living bamboo density.下同。The same below.

圖6 毛竹筍食味品質與土壤因子、竹林密度的二維排序圖Fig. 6 Two-dimensional ordination diagram of bamboo shoots’ taste quality with soil factors and living bamboo density

對毛竹筍營養品質、食味品質和土壤理化性質、竹林密度進行Monte Carlo檢驗，表明土壤理化性質和竹林密度對毛竹筍營養品質、食味品質的解釋量分別達到74.7%和69.1%。從表4可知，土壤pH值、全氮、有機質和全鉀含量是影響竹筍營養品質的主要因素，這4個因子占模型解釋量的64.9%，其中pH值的解釋量最高，說明毛竹筍用林經營中尤其要注意土壤pH值的調節，以保證竹筍營養品質； 竹林密度、土壤有效磷含量和土壤pH值是影響竹筍食味品質的主要因素，這3個因子占模型解釋量的68.3%，其中，竹林密度的解釋量最高，表明竹林密度調控是改善毛竹筍食味品質的重要措施。

表4 毛竹筍品質的土壤因子、竹林密度重要性排序和顯著性檢驗結果Tab.4 Results of importance order and significance test of soil factors and living bamboo density for bamboo shoots’ quality

4 討論

4.1 經營措施對竹筍產量的影響

調控竹林密度和施肥是毛竹筍用林經營的主要措施。在本研究的密度范圍內，竹林密度越低，竹筍產量越高，密度為2 100～2 550株·hm-2(A1)時的竹筍產量最高，這主要是因為竹林密度較小時的林內光照條件較好，從而促進了竹子生長(Wangetal., 2009)。幕阜山區毛竹筍用林的最佳經營密度與其他區域較為接近，但也存在一定差異，如鄭郁善等(1998)認為福建西北部最適竹林經營密度為1 650～2 250株·hm-2，傅懋毅等(1991)認為在浙江富陽的適宜經營密度為2 250株·hm-2。有研究表明，土壤類型在很大程度上會影響作物產量(French, 2002)，因此，不同地區的土壤類型差異可能是各地最適經營密度有所差別的原因之一。將有機肥與化肥混合使用來替代純化肥效果較好(杜春燕等, 2020)。馮大蘭等(2020)對梁平柚(Citrusmaxima‘Liangping Yu’)的研究表明，與單施化肥相比，有機肥和化肥混合施用能顯著提高果實產量； 而在本研究中，單施復合肥的毛竹筍產量顯著高于配施肥，這可能因為毛竹林在試驗前未采取過經營措施，土壤肥力水平尚未達到較優狀態，當出筍量較大時，竹林的養分需求增加(陳雙林等， 2002)，而土壤養分是提高產量最重要和最直接因素(Lietal., 2018)，復合肥能在相對較短時間內快速提升土壤養分含量，因此增產效果較好。

4.2 經營措施對土壤理化性質的影響

土壤理化性質優劣決定了竹林可持續經營的成效。范少輝等(2015)的研究表明，當竹林密度為2 400 株·hm-2時，土壤質量最好，這與本研究結果一致，當竹林密度為2 100～2 550 株·hm-2時的土壤評價指數最高。在不同施肥種類中，以配施肥的土壤評價指數最高，其次為有機肥，這可能與肥料成分有關。研究表明，與復合肥相比，施用有機肥可改善土壤質量(Lietal., 2020)，微生物菌劑的添加則提高了土壤微生物活性和多樣性，促進了土壤有機質周轉(Tautgesetal.， 2016)，從而改善了土壤物理性質，使土壤質量得到提升(Bossolanietal., 2021)，這在一定程度上可解釋施用配施肥和有機肥后其土壤理化性質較好的原因。除A3B1(3 300～3 750 株·hm-2； 復合肥)外，其他處理均可改善土壤理化性質，說明剛開始進行毛竹筍用林經營時，采取合理經營措施不僅可提高產量，還可改善土壤理化性質。雖然A1B2(2 100～2 550 株·hm-2； 有機肥)和A1B3(2 100～2 550 株·hm-2； 配施肥)的土壤評價指數明顯高于A1B1(竹林密度為2 100～2 550 株·hm-2； 復合肥),但A1B1的土壤評價指數高于對照，且竹筍產量顯著高于其他處理，這表明A1B1處理改善土壤理化性質的效果不如A1B2和A1B3，但能帶來較高產量效益。以上結果為本區域的毛竹筍用林初期經營提供了可借鑒的經營方式。

當竹林密度減小后，土壤pH值均顯著小于對照，與Singh等(1989)的研究結果相似，這可能因為在自然狀態下毛竹林土壤本來呈酸性(陳志龍等, 2008)，經密度調控后竹林生長加快，從而使土壤酸化加重，這種作用與不同樹種的自身特性有一定關系(鄭永林等, 2018)。密度調控后土壤養分水平得到一定提升，這與許松葵等(2008)對大葉相思(Acaciaauriculiformis)林的研究結果相似。

4.3 經營措施對竹筍品質的影響

本研究表明，竹林密度對食味品質的解釋量達到42.2%，是主要影響因素，較低的竹林密度有利于減輕竹筍的澀味和辛辣味，因此可以通過改變毛竹林密度實現竹筍食味品質的定向調控。影響植物體合成單寧的因素較為復雜，其中較低溫度可以促進單寧等以碳為基礎的次生代謝物的合成(張立華等, 2010)，當竹林密度較低時，林內光照較好，溫度較高，由此可能導致竹筍單寧含量較低。孫志蓉等(2007)對甘草(Glycyrrhizauralensis)的研究表明，草酸含量隨種植密度增加而減小，該結果與本研究不同，這可能與物種特性有關。施肥種類主要對毛竹筍的營養品質產生影響。土壤有機質含量增加可促進植物的可溶性糖合成(高鳳等, 2019)，施用有機肥后的土壤有機質含量顯著高于其他肥料，因此該施肥措施下的竹筍可溶性糖含量最高； 配施肥中的微生物菌劑可提升土壤整體功能(Zhengetal., 2019)，從而利于提高作物品質(符冠富等, 2009)，這可能是施用配施肥后竹筍蛋白質含量較高的原因。

5 結論

對幕阜山區以前未采取任何經營措施的毛竹林，首次進行筍用林經營時，調整竹林密度為2 100～2 550株·hm-2并施用復合肥(A1B1)的經營措施提升竹筍產量的效果最好； 施用有機肥或配施肥，同時注重調節土壤pH值防止土壤過度酸化，可較好提升竹筍營養品質，采用竹林密度2 100～2 550 株·hm-2時的竹筍食味品質更佳； 采用2 100～2 550 株·hm-2+有機肥(A1B2)和2 100～2 550 株·hm-2+ 配施肥(A1B3)的經營措施，可較高提升竹筍產量，保證竹筍品質，同時更利于改善土壤理化性質。