施肥對毛竹竹材物理力學(xué)性質(zhì)的影響

楊清平，林 華，郭子武，李迎春，洪宜聰 ，陳雙林

（1.中國林業(yè)科學(xué)研究院 亞熱帶林業(yè)研究所，浙江 富陽 311400；2.福建省沙縣林業(yè)局，福建 沙縣 365500）

施肥對毛竹竹材物理力學(xué)性質(zhì)的影響

楊清平1，林 華2，郭子武1，李迎春1，洪宜聰2，陳雙林1

（1.中國林業(yè)科學(xué)研究院 亞熱帶林業(yè)研究所，浙江 富陽 311400；2.福建省沙縣林業(yè)局，福建 沙縣 365500）

采集4種不同施用化學(xué)肥料歷史的毛竹林3度標(biāo)準(zhǔn)立竹，對竹材物理力學(xué)性質(zhì)進行了比較分析。結(jié)果表明：在試驗毛竹林施肥年限內(nèi)（10 a），不同施肥措施毛竹林竹材氣干密度和絕干密度差異并不顯著，而長期施用速效氮肥會顯著降低竹材基本密度。施肥對毛竹竹材干縮性會有一定的影響，長期施用速效氮肥明顯提高了竹材體積干縮率、縱向干縮率、弦向干縮率和徑向干縮率。長期施用速效氮肥會顯著降低竹材抗彎強度?？傮w而言，長期施肥會對毛竹竹材物理力學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生負(fù)面影響，尤其是長期施用速效氮肥。

毛竹；竹材； 物理性質(zhì)；力學(xué)性質(zhì)；施肥

毛竹Phyllostachys edulis是中國分布最廣、面積最大、經(jīng)濟價值最高的竹種，面積達460多萬hm2。在毛竹林主產(chǎn)區(qū)目前廣大竹農(nóng)普遍采用施肥、林地墾復(fù)、去除林下雜灌木、林分結(jié)構(gòu)調(diào)控等經(jīng)營措施，其中，施肥是補充毛竹林采筍和伐竹的年年大量生物量產(chǎn)出，維護立地生產(chǎn)力穩(wěn)定的重要措施。

施肥作為一種常規(guī)營林措施對林地立地環(huán)境和林產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量會帶來一定的影響，包括對土團聚體結(jié)構(gòu)[1]、細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和數(shù)量[2]、土壤酶[3]、土壤有機碳庫[4]、土壤氮礦化速率[5]、林木碳貯量[6]、果實品質(zhì)[7-9]等。施肥對木材物理力學(xué)性能也會產(chǎn)生一定的影響，有研究表明施肥會使I-69楊Populus deltoides Bartr. cv. “Lux” ex I-69/55木材氣干密度等稍有下降，但差異未達顯著水平，抗壓強度、抗彎強度等也均有不同程度的降低，抗彎彈性模量、順紋抗剪強度顯著降低[10]；施肥會降低木材密度、抗彎強度和動態(tài)抗彎彈性模量，而木材年輪寬度、靜態(tài)抗彎彈性模量和順紋抗壓強度則會有不同程度的增大[11]；施肥對濕地松Pinus elliottii木材弦向干縮率、徑向干縮率、縱向干縮率、體積干縮率、差異干縮率并沒有明顯的影響，但單施P肥或P肥與N、K 配比施肥及單施一定量的K肥能明顯提高濕地松木材順紋抗壓強度、抗彎彈性模量，而施N肥顯著降低了木材物理力學(xué)性質(zhì)[12]?？梢娛┓蕦δ静奈锢砹W(xué)性質(zhì)的影響研究結(jié)果存在著一定的差異，這可能與樹種、試驗處理方式或施肥年限的長短等有關(guān)。

竹材的物理力學(xué)性質(zhì)是衡量竹材質(zhì)量的重要指標(biāo)[13]。國內(nèi)外就包括毛竹在內(nèi)的竹材物理力學(xué)性能方面開展了較多的研究[14-21]，涉及不同竹種或種源、海拔、坡向、立地條件、培育措施和竹齡等方面。而就施肥措施對竹材物理力學(xué)性質(zhì)的影響研究少有涉及。為此，筆者在沙縣針對性地選擇立地條件一致，但施肥歷史不同（施肥年限、肥種的差異）的毛竹林，采集3度立竹分析測定竹材物理力學(xué)性質(zhì)，試圖明確不同施肥方法對竹材物理力學(xué)性質(zhì)是否存在明顯的影響，旨在為毛竹林經(jīng)營過程中的土壤養(yǎng)分合理補充提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

毛竹竹材試材采自福建省沙縣(北緯26°06′～ 26°41′，東經(jīng) 117°32′～ 118°06′)大洛鎮(zhèn)陳山村的試驗毛竹林。對立地條件基本一致的相同坡向、坡面的毛竹林經(jīng)營農(nóng)戶進行施肥情況的詳細(xì)調(diào)查，按施肥年限、肥種等選擇了3種施肥毛竹林，以不施肥毛竹林為對照，分別標(biāo)記為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ。處理Ⅰ為連續(xù)10 a施肥，前5 a施碳銨＋過磷酸鈣，近5 a施尿素，年施碳銨1 500 kg/hm2，過磷酸鈣1 500 kg/hm2，尿素1 500 kg/hm2；處理Ⅱ為連續(xù)4 a施肥，施碳銨+過磷酸鈣，年施碳銨1 500 kg/hm2，過磷酸鈣1 500 kg/hm2；處理Ⅲ為連續(xù)9 a施肥，前2 a施碳銨＋過磷酸鈣，近7 a施尿素，年施碳銨1 500 kg/hm2，過磷酸鈣1 500 kg/hm2，尿素1 500 kg/hm2；處理Ⅳ不施肥。4種試驗毛竹林分屬不同農(nóng)戶經(jīng)營，除施肥外其他竹林經(jīng)營措施基本相同，包括留筍養(yǎng)竹、伐竹、劈山除草等。試驗毛竹林均為材用林，純林，立竹密度2 900～3 100株·hm-2，之間并無顯著差異。

毛竹竹材試材按國家標(biāo)準(zhǔn)“竹材物理力學(xué)性質(zhì)試驗方法”（GB/T15780-1995）采集。在各試驗毛竹林中分別伐取胸徑10 cm左右、生長良好、無病蟲害的3度樣竹各3株，共12株。樣竹齊地伐倒后，離竹稈基部1.5 m處向上截取2 m竹段作為試材，運回實驗室供物理力學(xué)性質(zhì)測定。

1.2 試驗方法

1.2.1 試件準(zhǔn)備

將樣竹圓筒對稱剖開取材，保留試材2個弦面竹青與竹黃的原狀。每一段試材自下部至上部依次截取密度、干縮率、順紋抗壓強度、抗彎強度和彈性模量的試件。物理性能每個測試項目做15個試件，力學(xué)性能每個測試項目做12個試件。試件加工按照國家標(biāo)準(zhǔn)“竹材物理力學(xué)性質(zhì)試驗方法”（GB/T15780-1995）進行。

1.2.2 測定方法

竹材的密度、干縮率、順紋抗壓強度、抗彎強度和彈性模量等物理力學(xué)性質(zhì)按照國家標(biāo)準(zhǔn) “竹材物理力學(xué)性質(zhì)試驗方法”（GB/T15780-1995）進行測定。順紋抗壓強度、抗彎強度和彈性模量采用MWD-50微機控制電子式木材萬能力學(xué)試驗機(濟南時代試金儀器有限公司生產(chǎn))測定。力學(xué)強度測試時，將試件放入溫度（20±2） ℃、相對濕度65%±5%條件下的ESPECER-10AGP調(diào)溫調(diào)濕箱中，調(diào)整試件含水率至12% 時進行測定。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗數(shù)據(jù)在Excel 2003統(tǒng)計軟件中進行整理與作圖，在DPSv 3.01統(tǒng)計軟件中運用相關(guān)軟件包進行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 施肥對毛竹竹材密度的影響

從圖1可以看出，不同施肥措施的毛竹林3度立竹竹材氣干密度、絕干密度并沒有顯著差異。除處理Ⅰ、Ⅲ毛竹林竹材基本密度差異顯著外，處理Ⅰ毛竹林較處理Ⅲ毛竹林竹材基本密度大11.3%，其他處理毛竹林竹材基本密度間均無顯著差異，說明較長時間連續(xù)施用尿素會明顯降低竹材基本密度。研究結(jié)果表明在試驗毛竹林的施肥年限內(nèi)（最長10 a），不同施肥措施總體上并沒有對毛竹林竹材密度產(chǎn)生明顯的影響，這可能與毛竹固有的生物遺傳特性或連續(xù)施肥時間不長等有關(guān)。

圖1 不同施肥措施毛竹林竹材密度?Fig. 1 Density of bamboo timber from P. edulis stand with different fertilization-treated? 同一指標(biāo)不同施肥措施毛竹林間比較。不同小寫字母表示差異顯著(p＜0.05)，相同小寫字母表示差異不顯著（p＞0.05）。下同。

2.2 施肥對毛竹竹材干縮率的影響

由圖2分析可知，竹材體積干縮率處理Ⅲ毛竹林顯著高于處理Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ毛竹林，且處理Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ毛竹林間差異不顯著。竹材縱向干縮率處理Ⅲ毛竹林顯著大于處理Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ毛竹林，處理Ⅰ、Ⅱ毛竹林，處理Ⅰ、Ⅳ毛竹林間差異不顯著，而處理Ⅳ毛竹林顯著大于處理Ⅱ毛竹林。竹材弦向干縮率處理Ⅰ、Ⅲ毛竹林無顯著差異，均顯著高于處理Ⅱ、Ⅳ毛竹林，處理Ⅱ毛竹林顯著高于處理Ⅳ毛竹林。竹材徑向干縮率為處理Ⅲ＞Ⅱ＞Ⅳ＞Ⅰ毛竹林，不同處理毛竹林間均有顯著差異。說明施肥對毛竹竹材的干縮性會產(chǎn)生一定程度的影響，尤其是長期施用速效氮肥（尿素）對竹材的干縮性會有明顯影響。

圖2 不同施肥措施毛竹林竹材干縮率Fig. 2 Shrinkage of bamboo timber from P. edulis stand with different fertilization-treated

2.3 施肥對毛竹竹材力學(xué)性能的影響

從表1分析可知，不同處理毛竹林竹材力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)間有一定的差異性。竹材順紋抗壓強度為處理Ⅰ＞Ⅱ＞Ⅳ＞Ⅲ毛竹林，處理Ⅰ、Ⅲ毛竹林間差異顯著，其他不同處理毛竹林間差異不顯著。竹材抗彎強度處理Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ毛竹林間差異不顯著，處理Ⅰ、Ⅳ毛竹林也無顯著差異，而處理Ⅳ毛竹林顯著地高于處理Ⅱ、Ⅲ毛竹林。竹材彈性模量處理Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ毛竹林間無顯著差異，均顯著地高于處理Ⅱ毛竹林。從研究結(jié)果分析表明毛竹林施肥主要是對竹材抗彎強度的影響，施肥會降低竹材抗彎強度，尤其是長期施用速效氮肥（尿素）會顯著地降低竹材抗彎強度，從而會影響竹材力學(xué)性質(zhì)。施肥對竹材順紋抗壓強度、彈性模量的影響較為復(fù)雜，可能還未到施肥效果顯現(xiàn)的年限。

表1 不同施肥措施毛竹林竹材力學(xué)性能Table 1 Mechanical properties of bamboo timber from P. edulis stand with different fertilization-treated

3 結(jié)論與討論

密度是木材性質(zhì)的一項重要指標(biāo)，是影響木材質(zhì)量、木漿產(chǎn)量的重要因子，與木材的工藝性質(zhì)和物理力學(xué)性質(zhì)（強度、硬度、干縮及濕脹等）密切相關(guān)[23]。不同海拔[18]、坡向[19]、立地條件[20]等環(huán)境條件和施肥[10]等人工干擾措施乃至種源[21]、木材年齡[22]、部位[24]等內(nèi)在因素都會對其造成影響。本研究表明，不同施肥措施毛竹林3度立竹竹材氣干密度、絕干密度并沒有顯著差異，而較長時間連續(xù)施用速效氮肥會明顯降低竹材基本密度，這可能與長期施用速效氮肥，竹稈形成層原始細(xì)胞分裂加快，導(dǎo)管比量增加，纖維比量減小，從而使竹材密度減小有關(guān)[11]。不同施肥措施對毛竹的干縮性也會產(chǎn)生一定的影響，特別是長期施用速效氮肥明顯提高了竹材的體積干縮率、縱向干縮率、弦向干縮率和徑向干縮率，除弦向干縮率外,其他結(jié)果與徐有明對濕地松的研究結(jié)果[12]相一致。順紋抗壓強度、抗彎強度和抗彎彈性模量是毛竹材重要的力學(xué)性質(zhì)[25]，毛竹林施肥主要是對竹材抗彎強度的影響，會降低竹材抗彎強度，尤其是長期施用速效氮肥會顯著降低竹材抗彎強度，從而影響到竹材力學(xué)性質(zhì)，這與徐有明對濕地松[12]的研究結(jié)果并不完全一致，出現(xiàn)這一結(jié)果是否與樹種的不同有關(guān)還有待從竹材的微觀結(jié)構(gòu)如管胞長、寬、壁厚以及微纖絲角度變化差異等方面做進一步研究探討。

綜上所述，施肥作為毛竹林經(jīng)營中的一種常規(guī)措施，雖然在短期內(nèi)不會對竹材的物理力學(xué)性能產(chǎn)生明顯影響，但長期施肥會對竹材的物理力學(xué)性能產(chǎn)生負(fù)面影響，尤其是施用速效氮肥。因此，在毛竹林培育過程中要重視土壤養(yǎng)分的合理補充，尤其是氮肥的合理補充，并且在更長年限施肥和不同肥種施用及施肥季節(jié)對毛竹竹材物理力學(xué)性質(zhì)的影響方面需進一步開展研究，以期為優(yōu)質(zhì)原條竹的生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

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Effects of fertilization on physical and mechanical properties of Phyllostachys edulis timber

YANG Qing-ping1, LIN Hua2, GUO Zi-wu1, LI Ying-chun1, HONG Yi-cong2, CHEN Shuang-lin1
(1. Research Institute of Subtropical Forestry, Chinese Academy of Forestry, Fuyang 311400, Zhejang, China;2. Forestry Bureau of Shaxian County, Fujian Province, Shaxian 365500, Fujian, China)

By taking 3-degree standard bamboo of Phyllostachys edulis, which were applied with four kinds of chemical fertilizers, as the tested materials, the physical and mechanical properties of four tested bamboo wood were determined and compared. The results show that under the conditions of continuous fertilization for ten years, the differences of air dry density and absolute dry density of P. edulis wood among with different fertilization measures were not Obvious, the base density of bamboo timber would decrease remarkably if the quick-acting nitrogen fertilizer was long-term used on the P. edulis stand; the shrinkage of bamboo timber would be occured if fertilizer was used on P. edulis stand, The shrinkage percent of volume, axial shrinkage, tangential shrinkage, radial shrinkage of the bamboo timber at air-dried condition would increase obviously if quick-acting nitrogen fertilizer was long-term used on the bamboo stand. The bending strength of bamboo timber would decrease remarkably if quick-acting nitrogen fertilizer was long-term used on the P. edulis stand. As a whole, the negative effects on the physical and mechanical properties of bamboo timber would come into being if fertilizing longtime, especially quick-acting nitrogen fertilizer was chronically used on P. edulis stand.

Phyllostachys edulis; bamboo timber; physical property; mechanical property; fertilization

S795.7

A

1673-923X(2013)08-0028-04

2013-01-25

中央財政林業(yè)科技推廣示范資金跨區(qū)域重點推廣示范項目“毛竹林生態(tài)安全高效培育技術(shù)示范”（[2010]TK025）；國家星火計劃項目“閩中毛竹林生態(tài)高效經(jīng)營技術(shù)集成與示范”（2012GA720007）

楊清平（1976-），男，江西鄱陽人，碩士，助理研究員，主要從事竹林生態(tài)與培育方面的研究；

E-mail：yangqingp@126.com

陳雙林（1965-），男，浙江龍游人，博士，研究員，主要從事竹林培育和竹林生態(tài)等方面的科學(xué)研究；

E-mail：cslbamboo@126.com

[本文編校：文鳳鳴]