粉單竹稈形結(jié)構(gòu)與生物量

黃大勇 黃大志 韋麗顏 李立杰 徐振國(guó)

(1 廣西林業(yè)科學(xué)研究院 南寧 530002；2 廣西貴港市平天山林場(chǎng) 廣西貴港 537100)

粉單竹(Bambusachungii)主要分布于廣東、廣西，以粵西、桂中、桂東南較為集中，引種至湖南益陽(yáng)、四川長(zhǎng)寧均能安全過(guò)冬，可在極端低溫不低于-5 ℃的區(qū)域種植[1-2]。分布區(qū)域與撐篙竹相同，單獨(dú)成林或與撐篙竹混生。廣西有粉單竹面積35 611.8 hm2，占廣西竹林總面積的9.74%，是廣西僅次于毛竹(Phyllostachysedulis)林面積的第2大竹種。

粉單竹稈形通直，節(jié)間長(zhǎng)，竹壁薄，竹材韌性強(qiáng)，是南方重要的竹編材料。纖維含量42.4%～50.7%，纖維長(zhǎng)達(dá)2.5 mm，長(zhǎng)寬比190，是優(yōu)質(zhì)造紙?jiān)?。竹稈密被白粉，分枝高，叢態(tài)優(yōu)美，適宜公園布景，以及營(yíng)造森林竹海，是優(yōu)良的景觀竹。粉單竹分布較廣，用途廣泛，所以相關(guān)研究較多，涵蓋了種苗繁育、豐產(chǎn)栽培、種源變異、良種造林、引種試驗(yàn)、景觀效應(yīng)、水土保持、竹材制漿、竹葉黃酮提取工藝等領(lǐng)域[1-7]，曹學(xué)優(yōu)將此竹北移至湖南益陽(yáng)，研究了粉單竹的稈形指標(biāo)，重點(diǎn)對(duì)比了7個(gè)種源間的差異程度，其分析結(jié)果對(duì)本研究有很大幫助。竹材加工和利用在很大程度上受稈形特征和生物量分配格局影響[2]，為了更好地發(fā)揮粉單竹等叢生竹的資源優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)叢生竹開(kāi)發(fā)利用，本文對(duì)粉單竹的稈形指標(biāo)進(jìn)行測(cè)量，對(duì)蔸、稈、枝、葉等各部分生物量進(jìn)行分析，研究稈形特性及變化規(guī)律及生物量的分配，重點(diǎn)分析竹稈生物量與稈形的相關(guān)性，以期為竹材科學(xué)利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣地概況

竹材采自亞熱帶氣候區(qū)的廣西南寧市北郊，年均氣溫21.7 ℃，年均降雨量1 300 mm，降水集中在夏季。竹林地為低臺(tái)地形，面積4 hm2，海拔110～128 m，地勢(shì)平緩。土壤為赤紅壤[8-9]。粉單竹為中型叢生竹，稈高10～15 m，胸徑4～8 cm，四季常綠，分枝高，主枝不明顯，3—5月?lián)Q葉。夏季出筍，筍期長(zhǎng)達(dá)120 d。采樣的粉單竹林在1958年成片種植，與撐篙竹片狀混生，年年采伐竹材利用，通?？炒罅粜。粝滦≈?、老竹較多，近5年來(lái)加強(qiáng)管護(hù)和病蟲(chóng)害防治，竹林采伐量減少，斷稈竹減少，新竹粗度和高度明顯增加[10]。

1.2 數(shù)據(jù)采集

在竹林內(nèi)采伐立竹100株，每竹測(cè)量胸徑、全長(zhǎng)和材長(zhǎng)，記錄節(jié)間數(shù)量，節(jié)間號(hào)從基部到梢部依次記為1～N節(jié)，測(cè)量各節(jié)間三要素：長(zhǎng)度、直徑和壁厚[11]。將竹稈等分5段，從基部到梢部依次為1～5段，分段稱取質(zhì)量。選16株挖蔸，依次稱蔸、稈、枝梢、葉的鮮質(zhì)量。

利用EXCEL統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。通過(guò)材長(zhǎng)(m)與胸徑(cm)之比計(jì)算高徑比，通過(guò)竹稈雙側(cè)壁厚與外壁直徑之百分比計(jì)算壁厚率。應(yīng)用SPSS統(tǒng)計(jì)分析粉單竹稈形要素之間的變化規(guī)律，主要以胸徑作為自變量，以其他稈形要素作為因變量，用各種函數(shù)方程進(jìn)行回歸擬合，結(jié)合生產(chǎn)應(yīng)用的便利性，從中選出最佳稈形特征和生物量回歸方程。

2 結(jié)果與分析

2.1 竹稈的基本形態(tài)

竹子的胸徑、稈高影響竹材產(chǎn)量，節(jié)數(shù)、節(jié)間長(zhǎng)度、壁厚影響粉單竹材的使用率和篾用質(zhì)量[11-13]。根據(jù)測(cè)定數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知(表1)：粉單竹稈全高為9.2～17.9 m，平均為13.5 m；材長(zhǎng)8.5～17.3 m，平均為13.1 m；胸徑4.3～8.2 cm，平均為6.4 cm；枝下高4.9～11.7 m，平均為8.5 m；節(jié)間長(zhǎng)8～120 cm，平均為64.2 cm，基部節(jié)間單側(cè)壁厚0.6～1.6 cm，平均為1.0 cm；稈材節(jié)數(shù)16～26節(jié)，平均為20節(jié)。各項(xiàng)指標(biāo)均高于北移至益陽(yáng)的粉單竹[1]。與混生的撐篙竹相比，相同的立竹高度，粉單竹的胸徑要粗1～2 cm。如立竹全高13.0 m，撐篙竹立竹胸徑4～5 cm，粉單竹的胸徑為5～6 cm[11]。

表1 粉單竹稈基本指標(biāo)

2.2 稈形因子相關(guān)分析

2.2.1 胸徑與材長(zhǎng)

稈全高、材長(zhǎng)都是稈形縱向特征的重要因子[12]。材長(zhǎng)是指在稈尾徑1 cm處截去梢后的竹稈長(zhǎng)度，是反映立竹大小的重要指標(biāo)。調(diào)查的100株立竹，保持全梢的僅有38株，其余竹株基本在竹稈尾徑1 cm處折斷，斷梢原因不明。從表1看出，稈全高、材長(zhǎng)與胸徑呈正相關(guān)?？紤]到粉單竹斷梢普遍，這里只分析胸徑與材長(zhǎng)的關(guān)系。胸徑與材長(zhǎng)的Pearson相關(guān)系數(shù)為0.772，達(dá)到顯著相關(guān)水平，二者之間的最優(yōu)擬合方程為冪函數(shù)方程H材長(zhǎng)=D1.382(R2=0.998)。粉單竹高徑比變化規(guī)律與撐篙竹等大多數(shù)植物相同，均隨著胸徑的增加而降低，因此在生產(chǎn)中密植、保留較高郁閉度可促進(jìn)高生長(zhǎng)[11]。

2.2.2 節(jié)間變化

2) 節(jié)間長(zhǎng)度。粉單竹節(jié)間長(zhǎng)度8～120 cm，平均節(jié)間長(zhǎng)度是撐篙竹的1.82倍，節(jié)間長(zhǎng)度變化與大多數(shù)叢生竹相同，自基部至梢部呈兩頭短、中間長(zhǎng)的變化規(guī)律。按照每10 cm一個(gè)長(zhǎng)度級(jí)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，測(cè)定的100株2 059個(gè)節(jié)間長(zhǎng)度分布如表2。

表2 粉單竹節(jié)間長(zhǎng)度分布

由表2看出，節(jié)間長(zhǎng)度級(jí)呈正態(tài)分布，節(jié)間長(zhǎng)度大多集中在41～90 cm范圍內(nèi)，占節(jié)間總數(shù)的67.17%；長(zhǎng)度大于90 cm的分布在稈中部，占12.58%；長(zhǎng)度小于40 cm的分布在竹稈基部第1～3節(jié)間及尾梢1～3節(jié)。節(jié)間長(zhǎng)度與節(jié)位N(即節(jié)間號(hào)))、胸徑、材長(zhǎng)的Pearson相關(guān)系數(shù)分別為0.051、0.085、0.165，均呈顯著相關(guān)。因而可用擬合相關(guān)方程LN=4.039L稈材+1.077D+0.201N(R2=0.936)來(lái)估算節(jié)間長(zhǎng)度。

粉單竹最粗節(jié)間出現(xiàn)在4～6節(jié)，最長(zhǎng)節(jié)間出現(xiàn)在稈中部7～18節(jié)，在9～12節(jié)間出現(xiàn)的頻度達(dá)到51.64%。最粗節(jié)間、最長(zhǎng)節(jié)間不在同一位置(表3)，因此最長(zhǎng)節(jié)間的直徑并非是全稈節(jié)間最粗的，這與北移益陽(yáng)的粉單竹最長(zhǎng)節(jié)間的直徑最粗的結(jié)論有所不同[1]。

表3 粉單竹最長(zhǎng)節(jié)間出現(xiàn)區(qū)間

3) 節(jié)間壁厚。壁厚是指節(jié)間中部單側(cè)壁厚。從基部到梢部，粉單竹節(jié)間壁厚與高度呈負(fù)相關(guān)?；勘诤?.6～1.6 cm，平均1.08 cm，與相同立地生長(zhǎng)的撐篙竹壁厚1.34 cm比較，粉單竹的竹壁較薄，節(jié)間中空大?；勘诤袷峭却侄葥胃葜竦?3.8%～68.8%。節(jié)間壁厚與胸徑、材長(zhǎng)及節(jié)間位置均顯著相關(guān)，在此擬合了線性回歸方程T節(jié)間=0.122D-0.034N(R2=0.971)和可擬合線性回歸方程T節(jié)間=0.073D+0.025L稈材-0.035N(R2=0.973)，用于壁厚的測(cè)算。竹稈壁厚率體現(xiàn)出節(jié)間中空程度，壁厚率小，節(jié)間中空大。粉單竹壁厚率呈“兩頭高、中間低”的變化趨勢(shì)，基部壁厚率為全稈最大，往上至稈中部壁厚率逐漸變小至13%～16%，梢部壁厚率又有所增加；各部位的壁厚率均較同立地生長(zhǎng)的撐篙竹要小(表4)。因此，粉單竹稈比撐篙竹更易壓破，橫向抗壓強(qiáng)度不如撐篙竹。

表4 粉單竹、撐篙竹不同徑級(jí)稈基部壁厚與壁厚率

4) 節(jié)間直徑。粉單竹稈的胸高位置常在第4～5節(jié)，以第4節(jié)出現(xiàn)頻度最高，占72.00%，第5節(jié)占22.00%。全稈最粗直徑以第4～6節(jié)的頻度較高，分別為14.41%、36.44%、26.27%，因此多數(shù)立竹最粗直徑在胸高位置及其上方，這種特性與大多數(shù)叢生竹相同[13]，最粗徑與胸徑關(guān)系緊密。據(jù)此用胸徑來(lái)計(jì)算最粗稈徑是可行的，其相關(guān)方程Dmax=1.026D(R2=0.999)擬合程度較高。整條竹稈節(jié)間直徑呈“細(xì)—粗—細(xì)”的變化趨勢(shì)，從基部到最粗徑的節(jié)數(shù)只占總節(jié)數(shù)的20%～30%，最粗徑節(jié)間至梢部節(jié)數(shù)較多，占總節(jié)數(shù)的70%～80%。

2.2.3 竹稈分枝變化

粉單竹常在第11～14節(jié)分枝，枝下高超過(guò)竹稈全高的1/2，林下空曠，人員活動(dòng)方便，適宜造景。分枝高而便于采伐，減少修枝成本。主稈無(wú)枝或枝眼少，竹材加工利用程度高。因此，培育高分枝的粉單竹林成為生產(chǎn)和利用要求之一。根據(jù)以往生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，竹林郁閉度以及立竹空間位置對(duì)分枝高低也有一定的影響，但本次測(cè)定時(shí)沒(méi)有這方面的數(shù)據(jù)，僅考慮了胸徑的影響，枝下高度與胸徑的Pearson相關(guān)系數(shù)為0.444，呈極顯著相關(guān)，其關(guān)系可用冪函數(shù)方程H分枝=D1.144(R2=0.994)表達(dá)。

2.3 全株生物量分配

竹子有竹蔸和須根、竹稈、尾梢、枝條以及竹葉。生產(chǎn)、生活中利用了大部分稈材，留下的尾梢、枝條以及竹葉，經(jīng)過(guò)1～2年枯腐、分解，回歸林地成為竹林的有機(jī)物肥料，對(duì)其生物量測(cè)算有利于指導(dǎo)竹林施肥。調(diào)查統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明[11]：平均全株質(zhì)量13.398 kg，其中蔸質(zhì)量1.196 kg、稈質(zhì)量10.292 kg、枝梢質(zhì)量1.095 kg、葉質(zhì)量0.815 kg，呈現(xiàn)出稈>蔸>枝梢>葉的變化規(guī)律；竹稈作為主要材用部分，質(zhì)量占全株的76.82%，是地上部分的84.35%，具有較高的利用率。竹蔸在林地分布甚廣，收集難度極大，因此在生物量統(tǒng)計(jì)中缺失此項(xiàng)。枝梢為竹葉的支架，粉單竹分枝高且粗壯，主枝不明顯，與撐篙竹明顯不同，因而枝梢生物量小于竹蔸[11]。竹葉所占生物量份額最小，只占6.08%，明顯高于同立地?fù)胃葜?。由于竹蔸生物量的測(cè)定只有16份，數(shù)據(jù)量不足，在此不進(jìn)行回歸分析。

2.4 竹稈生物量分配

2.4.1 與胸徑、材長(zhǎng)的關(guān)系

單位面積竹材生物量是竹林產(chǎn)量的表達(dá)方式之一。竹稈是材用的主要部分，測(cè)定竹稈生物量對(duì)于評(píng)價(jià)竹林生產(chǎn)力、稈材利用性質(zhì)和產(chǎn)品品質(zhì)優(yōu)劣都有重要意義。本研究采伐的立竹胸徑為4.3～8.2 cm，平均為6.4 cm，材長(zhǎng)為8.5～17.3 m，平均為13.1 m；同一種竹子，胸徑越粗，稈越長(zhǎng)，竹稈就越重，稈質(zhì)量與胸徑、材長(zhǎng)之間的Pearson相關(guān)系數(shù)分別為0.873、0.921，均達(dá)到極顯著水平，但與撐篙竹不同的是，材長(zhǎng)對(duì)稈質(zhì)量的影響程度更高[11]。在生產(chǎn)中常利用胸徑這一單因素估算竹稈質(zhì)量，在此擬合了二次線性方程W=0.312D2-0.474D(R2=0.977)進(jìn)行生產(chǎn)應(yīng)用?？紤]到材長(zhǎng)對(duì)粉單竹稈質(zhì)量的影響，擬合了二元線性函數(shù)方程W稈=0.08DH+0.000 403(DH)2(R2=0.993))來(lái)測(cè)算單株鮮質(zhì)量，從相關(guān)系數(shù)大小看，采用胸徑、材長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)產(chǎn)結(jié)果更準(zhǔn)確。

2.4.2 竹稈各段的生物量分配

根據(jù)竹稈鮮質(zhì)量的測(cè)定數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，粉單竹平均稈材鮮質(zhì)量為10.292 kg，竹稈等分5段后，1～5段平均稈質(zhì)量依次為3.970、2.676、1.902、1.207、0.537 kg，分別占總稈質(zhì)量的38.58%、26.00%、18.47%、11.73%、5.21%，基部2段鮮質(zhì)量占64.58%。不同胸徑級(jí)的竹稈，各段稈質(zhì)量占整稈質(zhì)量比相對(duì)穩(wěn)定，見(jiàn)表5。各段稈質(zhì)量與總稈質(zhì)量的Pearson相關(guān)系數(shù)為0.989、0.996、0.993、0.973、0.789，稈梢段質(zhì)量對(duì)全稈質(zhì)量影響相對(duì)很小，而且此段節(jié)間短、竹壁薄、分枝多，修枝費(fèi)工費(fèi)時(shí)，常常削去，成為林中棄物。

表5 粉單竹稈鮮質(zhì)量分布

3 結(jié)論與討論

1) 粉單竹為中型竹，胸徑4～8 cm，在立地條件好時(shí)可達(dá)到9 cm，稈材長(zhǎng)度、分枝高度與胸徑的關(guān)系可用擬合的冪函數(shù)方程表達(dá)。同樣，節(jié)間稈形三要素(直徑、長(zhǎng)度、壁厚)與胸徑、材長(zhǎng)、節(jié)間位置的關(guān)系均可利用冪函數(shù)回歸方程或線性函數(shù)回歸方程表達(dá)。

2) 稈材節(jié)數(shù)為16～26節(jié)，從基部至梢部，直徑呈“細(xì)—粗—細(xì)”的變化趨勢(shì)，最粗稈徑在第4～6節(jié)，常高于胸高位置；稈中部節(jié)間較長(zhǎng)，最長(zhǎng)節(jié)間在第9～12節(jié)；壁厚率呈“兩頭高、中間低”，最厚稈壁在基部，各部位的壁厚率均較同立地的撐篙竹小。在本研究中分枝高低只分析了胸徑的影響，立竹位置、郁閉度等因素的影響在今后的研究中需要考慮。

3) 粉單竹各部位鮮質(zhì)量呈現(xiàn)為稈>蔸>枝梢>葉的變化趨勢(shì)，稈材鮮質(zhì)量占全株質(zhì)量的76.82%，占地上部分質(zhì)量的84.35%，基部2段約占稈材質(zhì)量的2/3。稈材質(zhì)量與胸徑、高度之間的最優(yōu)擬合方程W稈=0.08DH+0.000 403(DH)2、W稈=0.312D2-0.474D，可以用于竹林采伐前的產(chǎn)量預(yù)測(cè)。

4) 通過(guò)研究粉單竹稈形結(jié)構(gòu)變化規(guī)律及其生物量分配格局，對(duì)粉單竹的稈形特征及生物量分配有了初步了解，可為粉單竹生產(chǎn)利用提供理論依據(jù)。本次研究取樣僅局限于南寧市，而粉單竹的分布較廣，生境多樣，其種源、立地、培育技術(shù)、采伐方式的差異對(duì)其影響有待于進(jìn)一步研究。