毛竹地力衰退與維護策略研究

蔣俊明 范少輝 官風英 陳秀明 何亞平

（1 中國林業(yè)科學研究院 北京 100093 2 四川林業(yè)科學研究院 成都 610081 3 國際竹藤中心 北京100102）

毛竹（Phyllostachys heterocycla cv. pubescens）是中國森林資源重要組成部分，其分布廣，栽培歷史悠久，是亞熱帶常綠闊葉林重要的特色種質(zhì)資源，在林業(yè)產(chǎn)業(yè)中發(fā)揮著極其重要的作用。但毛竹經(jīng)營管理強度不夠，集約化水準不高，產(chǎn)量低，效益差；與日本相比，日本的單產(chǎn)水平要比我國高一倍多。一些學者對毛竹經(jīng)營管理做了進展綜述[1]。從毛竹經(jīng)營管理現(xiàn)狀來看，竹林資源度不高或承載力不足是限制產(chǎn)量的主要因子。在地上部分無機營養(yǎng)增強時，限制生長量的是土壤肥力[2]；森林生產(chǎn)力下降與生長量不足的原因可歸結(jié)為土壤養(yǎng)分含量下降[3]。顯然，毛竹高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)離不開資源度提高與承載力開發(fā)，施肥研究便構(gòu)成了毛竹經(jīng)營中的關(guān)鍵問題。同時，對毛竹林經(jīng)營中地力衰退與產(chǎn)量關(guān)系問題進行研究有助于增強對施肥重要性的認識，也是毛竹產(chǎn)量提高與集約化經(jīng)營管理的理論依據(jù)。本文在林業(yè)施肥研究現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，探討了毛竹林經(jīng)營性土地衰退與維持的策略，為毛竹經(jīng)營提供技術(shù)支撐。

1 林業(yè)施肥研究現(xiàn)狀

1.1 農(nóng)林需肥特性差異分析

林木施肥的范圍、數(shù)量與農(nóng)作物、果樹均有較大差異。主要原因為：首先，林業(yè)產(chǎn)品周期長、見效慢；其次是林業(yè)用地坡度大，多位于坡上部或頂部，運輸成本大。林業(yè)上即使人工林大多仍然采用粗放經(jīng)營，很少施肥；另一方面，林業(yè)樹木種類多、從事相關(guān)研究的專業(yè)人員少，技術(shù)相對薄弱，重視程度不夠等諸多原因，致使林業(yè)施肥遠落后于農(nóng)業(yè)。林業(yè)上施肥也多借用農(nóng)業(yè)上的施肥技術(shù)，多施用氮、磷、鉀3大種類肥料、缺乏針對林業(yè)的施肥的技術(shù)體系和標準。

速生豐產(chǎn)林和農(nóng)業(yè)種植有較多相似之處，都需要吸收大量氮、磷、鉀、鈣、鎂等元素，產(chǎn)品收獲后均要輸出其生態(tài)系統(tǒng)，進而打破原有的養(yǎng)分平衡，要維持該平衡或可持續(xù)生產(chǎn)，必須有養(yǎng)分的輸入。養(yǎng)分的輸入主要有3條途徑：其一，天然的降雨、降塵，作者對四川長寧地區(qū)的監(jiān)測結(jié)果顯示[4]，大氣降水中，全年養(yǎng)分輸入量分別為：氮12.39 kg/hm2、磷0.83 kg/hm2、鉀12.27 kg/hm2、鈣23.2 kg/hm2、鎂2.53 kg/hm2、硅0.29 kg/hm2，從國內(nèi)目前林地現(xiàn)狀看，降雨是多數(shù)林地養(yǎng)分的主要來源；其二，是人工施肥補充；其三是其它系統(tǒng)的輸入，如生物固氮。就養(yǎng)分輸出而言，農(nóng)業(yè)每年均有輸出，而林業(yè)最快也要6～7年（如巨桉），慢的多達幾十年，甚至上百年。

就氮、磷、鉀養(yǎng)分而言，無論是林業(yè)或者農(nóng)作物，要獲豐產(chǎn)必須通過人工施肥得到補充。相對于農(nóng)業(yè)，森林生態(tài)系統(tǒng)人工施肥較少，加之補充的養(yǎng)分也多局限于氮、磷、鉀，其肥力和地力的衰退（養(yǎng)分失衡）不可避免，其衰退速度及程度取決于經(jīng)營強度和所處的地理位置，也取決于母質(zhì)種類。

1.2 林業(yè)肥料施用現(xiàn)狀

林業(yè)上施肥的規(guī)模、數(shù)量和種類都不及農(nóng)業(yè)。林業(yè)上對施肥的弱視更多原因在于專業(yè)研究人員的缺乏，行業(yè)重視不夠，專項研究較少。林業(yè)上施肥又多集中于速豐林和竹林培育上，但施用范圍和所占比例仍較低。據(jù)顧小平教授介紹，早期浙江竹產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢頭較好，為提高竹材和竹筍產(chǎn)量，大量施用以氮、磷、鉀為主體的復合肥，短期內(nèi)肥料增效較快，一段時間后，施肥效益越來越差，最終施肥也不見效果了。邱爾發(fā)[5]等詳細論述竹林施肥現(xiàn)狀種類、施肥方法、數(shù)量，認為竹林施肥量差異較大，施肥種類以氮、磷、鉀為主，也強調(diào)了有機肥和塘泥肥的重要性，緩效肥和長效肥很少涉及，定性研究多，定量研究少。

筆者認為竹林施肥中存在的問題在于：其一，對硅肥的重要性認識不足，毛竹林土壤有效硅含量顯示土壤中的有效硅不缺，作者對酸性較強的毛竹林土壤測試也得到同樣結(jié)論。試驗結(jié)果也大多顯示施硅肥效果不明顯，最終認為竹林施硅肥作用不大，其原因在于對硅元素作為土壤結(jié)構(gòu)骨架主體認識不足，施用硅肥的數(shù)量過少所致；其二是磷肥施用問題，在檢索參考文獻中，竹林特別是毛竹林多施用過磷酸鈣，鈣鎂磷肥和磷礦粉施用較少，因多數(shù)毛竹林土壤酸化較嚴重，過磷酸鈣會加速土壤酸化過程，而后2者肥料不僅可滿足竹林對磷的需求，也可提升土壤pH值，而且可補充更多的硅、鈣、鎂等元素，改善土壤的結(jié)構(gòu)。總之林業(yè)在借用農(nóng)業(yè)和果樹施肥的方法和理論同時，應針對林業(yè)的特點，開展針對性研究，形成林業(yè)自身的施肥體系。

1.3 林業(yè)施肥存在的問題

縱觀林業(yè)現(xiàn)狀以及我國林業(yè)用地分布地形狀況，林業(yè)施肥無論在研究和實用上都還存在很多問題需要處理：

（1）林業(yè)生長周期長、見效慢。一般林木的生長都幾十年，杉木林需20年方可采伐，目前大面積栽植的巨桉采伐也有7年以上，當然竹林收獲的時間相對較短，從栽植到有產(chǎn)值最快也在4年以上。收獲周期長影響了林業(yè)施肥研究和試驗的進程。

（2）林業(yè)施肥成本高。林業(yè)用地一般位于交通不便之處，人工運輸成本高，影響了施肥范圍和施肥種類。

（3）林業(yè)施肥收效差。林業(yè)效益差也影響其它資金的投入。林業(yè)用地因所處地位特殊性，除要補充大量氮、磷、鉀外，還需補充硅、鈣、鎂等鹽基離子肥料，特別是退化嚴重的土壤，需求后者的數(shù)量更大，后者的效益表現(xiàn)較遲緩，影響對這些肥效的投入。

1.4 毛竹施肥研究現(xiàn)狀

施肥是基于毛竹生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分平衡理論，以增強資源度進而獲得結(jié)構(gòu)增大且產(chǎn)量提高的經(jīng)營效果。王茂之對毛竹林松土施肥的效應研究表明，竹林松土施肥增值顯著；傅懋毅研究了毛竹林葉凋落物分解過程中養(yǎng)分的變化動態(tài)，分析了毛竹林內(nèi)降水的養(yǎng)分輸入及其林地徑流的養(yǎng)分輸出，確立了竹林施肥理論。實際上，毛竹自身體內(nèi)元素需求與土壤元素供應之間存在一個協(xié)調(diào)性的問題，人工施肥稱之為木桶原理。毛竹體內(nèi)各部位積累的礦質(zhì)營養(yǎng)含量除氮、磷、鉀外，尚含有大量的二氧化硅、鈣、鎂等元素，其中以二氧化硅的含量最高，大部分的礦質(zhì)元素在毛竹出筍后均有所下降，反映了毛竹在筍期也需消耗一定數(shù)量的微量元素，所以施肥時應結(jié)合施以二氧化硅、鈣、鎂等礦質(zhì)營養(yǎng)元素。但胡炳堂的研究認為，在低產(chǎn)毛竹林土壤中的有效硅含量能夠滿足毛竹生長，只有在生產(chǎn)經(jīng)營水平達到較高程度后，才需要施硅肥。從群體上考慮，毛竹對養(yǎng)分的消耗量與當年的生產(chǎn)力有關(guān)。從發(fā)育上考慮，毛竹對氮、磷、鉀的消耗量在不同生育期有差異，施肥時應根據(jù)毛竹礦質(zhì)營養(yǎng)元素的季節(jié)變化規(guī)律進行。

一些研究還探討了毛竹林施肥技術(shù)，陳金林研究了毛竹高產(chǎn)施肥技術(shù)，提出了豐產(chǎn)高效毛竹林土壤養(yǎng)分的標準狀態(tài)；蔣俊明[6]等依照養(yǎng)分平衡理論計算了長寧毛竹施肥合理的量的標準。張獻義等對毛竹林養(yǎng)分動態(tài)與產(chǎn)量關(guān)系進行研究，為營養(yǎng)診斷和合理施肥提供了理論依據(jù)。洪順山報導了毛竹配方施肥研究，并在福建沙縣和浙江安吉等縣進行試驗，建立新竹累計產(chǎn)量與葉中氮、磷、鉀，硅濃度的拋物線回歸方程，用來計算最高理論產(chǎn)量相應的最適養(yǎng)分與濃度的臨界值，洪偉等報導了營養(yǎng)液開發(fā)與應用效果研究。

毛竹施肥與林分結(jié)構(gòu)關(guān)系密切，洪順山研究了毛竹施肥效應，結(jié)果表明，立竹結(jié)構(gòu)較合理的毛竹密林施肥效果顯著，疏林施肥效果較差。

2 毛竹地力衰退原因分析

高生產(chǎn)力是毛竹地力容易衰退的原因之一。亞熱帶天然林生產(chǎn)力一般為：13.00 t/hm2（Whattaker）、16.11 t/hm2（馮宗煒）、12.55 t/hm2（劉世榮）或16.81 t/hm2（周廣勝）；熱帶林生產(chǎn)力一般為：19.00 t/hm2、18.78 t/hm2、32.60 t/hm2或23.30 t/hm2[7]。研究表明，竹林的總凈生產(chǎn)力為22.90 t/hm2（包括林下植物、凋落物、退筍、筍蘀）。與世界各地森林的年凈初級生產(chǎn)力相比，長寧毛竹林與亞熱帶常綠闊葉林（20.00～26.00 t/hm2）相當，比熱帶雨林(32.00～50.00 t/hm2)、熱帶叢生竹林(28.55～41.90t/hm2)低，而比湖南會同杉木林(7.54 t/hm2)、廣西杜中馬尾松林(8.00 t/hm2)高。

據(jù)測定，長寧毛竹和苦竹1年對土壤養(yǎng)分的消耗率和養(yǎng)分儲量見表1?？梢钥闯觯L寧縣土壤無機礦質(zhì)元素實際上處于虧缺狀態(tài)，每年大氣輸入補充僅僅為12.39 kg/hm2，考慮采伐輸出、地表徑流、地下徑流等輸出因素，土壤肥力長期處于虧缺狀態(tài)[6,8]。

表1 長寧毛竹和苦竹的養(yǎng)分儲量和消耗率

在亞熱帶常綠闊葉林區(qū)，長寧毛竹和苦竹的生物量并不高，分別為51.5 t/hm2（毛竹）、37.27 t/hm2（苦竹未施肥）和46.82 t/hm2（苦竹施肥）。但年生產(chǎn)力水平較高，分別為17.66 t/hm2（毛竹）和17.93 t/hm2（苦竹），比亞熱帶地區(qū)的平均水平16.4 t/hm2[7]稍高。研究結(jié)果表明，森林的生長不是無限制的，樹木生長最終受到土壤肥力的限制[2]。土壤養(yǎng)分含量下降是森林凈生產(chǎn)力下降的兩個主要原因之一[3]。但長期輪作、采伐會帶來土壤肥力的喪失，土壤中各營養(yǎng)元素的含量和儲量也會因為林木消耗而降低，這樣就會造成地力衰退和竹林生產(chǎn)力下降。

對于毛竹林地而言，從有效硅含量上看，土壤不會缺硅，這結(jié)論被多數(shù)試驗證實，施用硅肥對短期的增產(chǎn)效果不顯著。就土壤結(jié)構(gòu)而言，硅是土壤骨架，硅的減少，必然導致硅氧四面體結(jié)構(gòu)解體，導致硅鋁鐵率下降，導致富鋁化，進而導致土壤酸化，因此人工經(jīng)營的竹林，因長期硅輸出，較一般林分更易酸化[6,8]。

3 竹林地力恢復與維持策略

3.1 人工水肥是高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)必須手段

天然條件下，毛竹高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)與大小年缺乏聯(lián)系，因為在波動年份條件下，依然能實現(xiàn)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，只不過穩(wěn)定周期不是1年而是2年。毛竹大小年可能存在有機資源限制與結(jié)構(gòu)限制。前者是指新筍抽發(fā)時耗盡了成竹有機資源而造成來年發(fā)筍量減少；后者是大年成竹密度過大，而單根立竹有機資源合成不足而限制了新筍抽發(fā)?；蛘呖捎脽o機養(yǎng)分虧缺來解釋，即大年立竹大量發(fā)筍，耗盡了土壤水肥，形成了根鞭系統(tǒng)暫時性休克現(xiàn)象，導致了來年發(fā)筍所需要的水、肥缺乏（補充途徑為降水輸入與利用減少）。顯然，養(yǎng)分虧缺是造成大小年波動的基本解釋工具。

研究表明，毛竹長期經(jīng)營的地力衰退在于常綠闊葉林亞層毛竹種類形成偏途頂級造成了土壤沉積層上移而水土流失形成了瘠薄化，這種結(jié)論對地力衰退提出新解釋。這種自然群落退化或者亞層種類純林化導致了土壤退化。在生產(chǎn)上，毛竹高產(chǎn)經(jīng)營需要采取臺狀整地、有機質(zhì)補充與深翻松土的方式提高資源度，能打破沉積層。天然毛竹林退化則需要建立喬木混交林封育，保持復層混交的林分結(jié)構(gòu)，使土壤根系分層密布，固持水土，養(yǎng)蓄地力，保持生態(tài)承載力與毛竹林綜合功能。從總體上考慮，毛竹經(jīng)營需要考慮礦質(zhì)元素的輸入，這種輸入是解決地力衰退導致低產(chǎn)、低效的必須手段。

3.2 建立土壤改良的基本經(jīng)營模式

人工林退化的速度與經(jīng)營強度、樹種等多方面因素有關(guān)，對于竹林經(jīng)營而言，由于對硅元素吸收數(shù)量相對較多，導致土壤酸化及退化更快。目前竹林經(jīng)營面臨著以下2個方面的問題：其一，已退化土壤的恢復；其二、退化較輕或暫時未退化土壤地力的維持。但目前對此尚無相對量化的評價體系和標準。對已退化土地的恢復，必須在改善土壤的肥力狀況同時，改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤pH值，比較快的辦法是施用石灰，但石灰僅補充了土壤中鈣，最好的辦法是施用含鈣、鎂、硅較多的材料，如鉀礦粉、磷礦粉、塘泥等；恢復的土壤深度就毛竹而言，至少要大于30 cm，這種投入的效益具有長期性和緩效性，但很難被多數(shù)人接受。

基于目前現(xiàn)狀和專業(yè)知識，筆者提出初步的毛竹林地力恢復和維持主要技術(shù)措施：對經(jīng)營的毛竹林地，沿山作水平溝，分3次進行，每次占林地面積1/3，開溝深度必須超過50 cm，每次開溝的同時，施用土壤改良材料（石灰、硅肥或基性巖成土、磷礦粉或鈣鎂磷肥、谷殼等），并盡量與表土混勻，撿去石頭、樹根、竹頭。輔助材料使用數(shù)量可根據(jù)地力等級確定，地力越差，施用數(shù)量越多。對于退化嚴重的竹林在3年內(nèi)完成全部林地的開溝，對于退化中等竹林（2級）開可在6年內(nèi)完成；地力良好的林地，短期內(nèi)可不進行該項工作。

3.3 毛竹公益林適宜發(fā)展混交林

發(fā)展混交林是實現(xiàn)生態(tài)經(jīng)營的最重要措施之一，其樹種選擇考慮狹冠形、抗逆性強、適應性強等特點，形成各種類型的竹木混交林，如竹杉、竹闊、竹松、竹杉闊等[9]。不同類型的竹木混交林又因物種組成及空間分布格局、混交比例的變化，形成各種結(jié)構(gòu)的混交林景觀，科學經(jīng)營可以獲得最佳的經(jīng)濟生態(tài)效益。竹林混交林發(fā)展需要采取2種策略：一種是水源涵養(yǎng)林和水土保持林，需要保持活力，維持生態(tài)性、健康性、穩(wěn)定性與持續(xù)性，則適宜采取混交林形式；另一種是經(jīng)濟林基地，可采取斑塊混交形式，在一些大坡度林地、溝系積水地、居住地等適宜種植其他樹種，在緩坡間隙地發(fā)展毛竹純林，宏觀上構(gòu)建混交景觀斑塊。

毛竹經(jīng)營中林地退化跟根系淺，分解物質(zhì)集中于表層有關(guān)，并且施肥后淋溶發(fā)生在根系層下層，形成沉積層，不利于排水，不利于毛竹根系伸縮，并越來越淺。混交林有助于利用土壤立體空間。毛竹林純林存在自我退化的現(xiàn)象，這一點在蜀南竹海風景區(qū)竹林經(jīng)營所長達幾十年的生產(chǎn)經(jīng)驗中獲得證實。毛竹林退化與根系淺的純林經(jīng)營有關(guān)，掌握混交林經(jīng)營技術(shù)可以保持毛竹林的生態(tài)性、穩(wěn)定性、健康性、可持續(xù)性。斑塊混交也利于蟲害的生態(tài)防控，形成鳥類棲息場所，并能在毛竹（高度13～15 m）基地周圍形成包圍圈，構(gòu)建防護帶。

3.4 建立竹農(nóng)復合生態(tài)系統(tǒng)

通過套種或間作系統(tǒng)、禽牧業(yè)發(fā)展方式來代替林地撫育，直接降低管護成本，提高空間利用效率，增加了復合性高效性生態(tài)性，提高投入產(chǎn)出度。

（1）竹糧間作，林下套種。裸地種竹初植密度小，在造林頭幾年林地瘠薄、干燥、雜草滋生，土坡板結(jié)。應間種作物（如黃豆、花生、瓜果、薯類、中草藥等），以耕代撫，定期壓青，高效高產(chǎn)。發(fā)展林下作物，培育復層竹林生態(tài)系統(tǒng)，提高生態(tài)經(jīng)營的復合性。

（2）竹牧（禽）復合，生態(tài)高效。毛竹林撫育、深翻需要花費很大的成本。通過禽類養(yǎng)殖來代替撫育，并人工輸入了有機肥，增加了土壤肥力和有機質(zhì)，促進了地力維護，生態(tài)高效。建立劃區(qū)養(yǎng)殖，定期輪牧的制度，利用自然凈化疫源地，利于生態(tài)防?。槐匾獣r人工輪牧種草，毛竹林下發(fā)展利于禽類取食的飼料草類，養(yǎng)殖蟲類等促進禽類生長。在保護區(qū)以外地帶，進行毛竹林下養(yǎng)鹿，散放，并劃區(qū)大范圍輪牧，人工種植增補食物，并建立休息室和繁育屋。

3.5 建立毛竹生態(tài)經(jīng)濟經(jīng)營系統(tǒng)

運用系統(tǒng)論原理，結(jié)合生態(tài)學理論，建立適度投入、產(chǎn)出的毛竹生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)。傳統(tǒng)經(jīng)營觀點認為，沒有高投入就沒有高產(chǎn)出。而實際上高產(chǎn)出需要系統(tǒng)上物質(zhì)的輸入。但投入需要考慮毛竹自身利用效率的問題，不能盲目施肥，而無視肥效相結(jié)合的土壤狀況。適宜土壤結(jié)構(gòu)利于肥效的發(fā)揮，結(jié)合土壤改良適量施肥，并高效利用，利于降低投入而提高產(chǎn)出，并且環(huán)保效果良好，經(jīng)營具有生態(tài)性。

除了適度輸入外，還需要重視輸出控制，改變傳統(tǒng)全株經(jīng)營的現(xiàn)象，直接把關(guān)鍵培育部分輸出竹林，如筍子、竹竿部分，其余部分沒有經(jīng)濟價值都應歸還土壤，降低輸出盡可能維持林地土壤礦質(zhì)元素。同時，結(jié)合林地狀況，還可適當增加生草、枯草、秸稈，以及其他一些農(nóng)林牧副漁剩余物（如鋸末），直接向毛竹林系統(tǒng)中輸入。覆草不但可以抑制草本生長，減少撫育成本，還可增加土壤有機質(zhì)和養(yǎng)分元素輸入，提高了地力維護能力。

[1] 張國防,繆碧華.毛竹經(jīng)營管理的研究進展[J].福建林學院學報,2000,20(4):375-379.

[2] Oren R, Ellsworth D S, Johnsen K H, Phillips N,Ewers B E, Maier C, Sch?fer K V R,Mccarthy H,Hendrey G, SGMcnulty, Katul G G. Soil fertility limits carbon sequestration by forest ecosystems in a CO2-enriched atmosphere[J]. Nature, 2001, 411: 469-472.

[3] Gow er S T, Mc Murtrie R E, Murty M D.Aboveground net primary production decline with stand age: potential causes[J]. Trends in Ecology &Evolution, 1996, 11: 378-382.

[4] 蔣俊明,費世民,李吉躍,等.苦主各器官主要營養(yǎng)元素的分布及采伐的養(yǎng)分輸出[J].四川林業(yè)科技,2007,28(2):15-34.

[5] 陳存及,邱爾發(fā),梁一池,等.毛竹不同種源光合特性研究[J]. 林業(yè)科學，2001,37(6): 15-19.

[6] 蔣俊明,劉大雷,范少輝,等.川南毛竹林生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分動態(tài)分析[J].南京林業(yè)大學學報（自然版）,2010,34(2):31-36.

[7] 李高飛,任海.中國不同氣候帶各類型森林的生物量和凈第一性生產(chǎn)力[J].熱帶地理，2004,24(4):306-310.

[8] 蔣俊明,朱維雙,劉國華,等.川南毛竹林土壤肥力[J].研究浙江林學院學報，2008,25(4):486-490.

[9] 鄭郁善,王舒鳳.毛竹混交林鞭系結(jié)構(gòu)特征的研究[J]. 竹子研究匯刊,1999,18(4)：30-34.