毛竹地力衰退与维护策略研究

蒋俊明 范少辉 官风英 陈秀明 何亚平

（1 中国林业科学研究院 北京 100093 2 四川林业科学研究院 成都 610081 3 国际竹藤中心 北京100102）

毛竹（Phyllostachys heterocycla cv. pubescens）是中国森林资源重要组成部分，其分布广，栽培历史悠久，是亚热带常绿阔叶林重要的特色种质资源，在林业产业中发挥着极其重要的作用。但毛竹经营管理强度不够，集约化水准不高，产量低，效益差；与日本相比，日本的单产水平要比我国高一倍多。一些学者对毛竹经营管理做了进展综述[1]。从毛竹经营管理现状来看，竹林资源度不高或承载力不足是限制产量的主要因子。在地上部分无机营养增强时，限制生长量的是土壤肥力[2]；森林生产力下降与生长量不足的原因可归结为土壤养分含量下降[3]。显然，毛竹高产稳产离不开资源度提高与承载力开发，施肥研究便构成了毛竹经营中的关键问题。同时，对毛竹林经营中地力衰退与产量关系问题进行研究有助于增强对施肥重要性的认识，也是毛竹产量提高与集约化经营管理的理论依据。本文在林业施肥研究现状基础上，探讨了毛竹林经营性土地衰退与维持的策略，为毛竹经营提供技术支撑。

1 林业施肥研究现状

1.1 农林需肥特性差异分析

林木施肥的范围、数量与农作物、果树均有较大差异。主要原因为：首先，林业产品周期长、见效慢；其次是林业用地坡度大，多位于坡上部或顶部，运输成本大。林业上即使人工林大多仍然采用粗放经营，很少施肥；另一方面，林业树木种类多、从事相关研究的专业人员少，技术相对薄弱，重视程度不够等诸多原因，致使林业施肥远落后于农业。林业上施肥也多借用农业上的施肥技术，多施用氮、磷、钾3大种类肥料、缺乏针对林业的施肥的技术体系和标准。

速生丰产林和农业种植有较多相似之处，都需要吸收大量氮、磷、钾、钙、镁等元素，产品收获后均要输出其生态系统，进而打破原有的养分平衡，要维持该平衡或可持续生产，必须有养分的输入。养分的输入主要有3条途径：其一，天然的降雨、降尘，作者对四川长宁地区的监测结果显示[4]，大气降水中，全年养分输入量分别为：氮12.39 kg/hm2、磷0.83 kg/hm2、钾12.27 kg/hm2、钙23.2 kg/hm2、镁2.53 kg/hm2、硅0.29 kg/hm2，从国内目前林地现状看，降雨是多数林地养分的主要来源；其二，是人工施肥补充；其三是其它系统的输入，如生物固氮。就养分输出而言，农业每年均有输出，而林业最快也要6～7年（如巨桉），慢的多达几十年，甚至上百年。

就氮、磷、钾养分而言，无论是林业或者农作物，要获丰产必须通过人工施肥得到补充。相对于农业，森林生态系统人工施肥较少，加之补充的养分也多局限于氮、磷、钾，其肥力和地力的衰退（养分失衡）不可避免，其衰退速度及程度取决于经营强度和所处的地理位置，也取决于母质种类。

1.2 林业肥料施用现状

林业上施肥的规模、数量和种类都不及农业。林业上对施肥的弱视更多原因在于专业研究人员的缺乏，行业重视不够，专项研究较少。林业上施肥又多集中于速丰林和竹林培育上，但施用范围和所占比例仍较低。据顾小平教授介绍，早期浙江竹产业发展势头较好，为提高竹材和竹笋产量，大量施用以氮、磷、钾为主体的复合肥，短期内肥料增效较快，一段时间后，施肥效益越来越差，最终施肥也不见效果了。邱尔发[5]等详细论述竹林施肥现状种类、施肥方法、数量，认为竹林施肥量差异较大，施肥种类以氮、磷、钾为主，也强调了有机肥和塘泥肥的重要性，缓效肥和长效肥很少涉及，定性研究多，定量研究少。

笔者认为竹林施肥中存在的问题在于：其一，对硅肥的重要性认识不足，毛竹林土壤有效硅含量显示土壤中的有效硅不缺，作者对酸性较强的毛竹林土壤测试也得到同样结论。试验结果也大多显示施硅肥效果不明显，最终认为竹林施硅肥作用不大，其原因在于对硅元素作为土壤结构骨架主体认识不足，施用硅肥的数量过少所致；其二是磷肥施用问题，在检索参考文献中，竹林特别是毛竹林多施用过磷酸钙，钙镁磷肥和磷矿粉施用较少，因多数毛竹林土壤酸化较严重，过磷酸钙会加速土壤酸化过程，而后2者肥料不仅可满足竹林对磷的需求，也可提升土壤pH值，而且可补充更多的硅、钙、镁等元素，改善土壤的结构。总之林业在借用农业和果树施肥的方法和理论同时，应针对林业的特点，开展针对性研究，形成林业自身的施肥体系。

1.3 林业施肥存在的问题

纵观林业现状以及我国林业用地分布地形状况，林业施肥无论在研究和实用上都还存在很多问题需要处理：

（1）林业生长周期长、见效慢。一般林木的生长都几十年，杉木林需20年方可采伐，目前大面积栽植的巨桉采伐也有7年以上，当然竹林收获的时间相对较短，从栽植到有产值最快也在4年以上。收获周期长影响了林业施肥研究和试验的进程。

（2）林业施肥成本高。林业用地一般位于交通不便之处，人工运输成本高，影响了施肥范围和施肥种类。

（3）林业施肥收效差。林业效益差也影响其它资金的投入。林业用地因所处地位特殊性，除要补充大量氮、磷、钾外，还需补充硅、钙、镁等盐基离子肥料，特别是退化严重的土壤，需求后者的数量更大，后者的效益表现较迟缓，影响对这些肥效的投入。

1.4 毛竹施肥研究现状

施肥是基于毛竹生态系统养分平衡理论，以增强资源度进而获得结构增大且产量提高的经营效果。王茂之对毛竹林松土施肥的效应研究表明，竹林松土施肥增值显著；傅懋毅研究了毛竹林叶凋落物分解过程中养分的变化动态，分析了毛竹林内降水的养分输入及其林地径流的养分输出，确立了竹林施肥理论。实际上，毛竹自身体内元素需求与土壤元素供应之间存在一个协调性的问题，人工施肥称之为木桶原理。毛竹体内各部位积累的矿质营养含量除氮、磷、钾外，尚含有大量的二氧化硅、钙、镁等元素，其中以二氧化硅的含量最高，大部分的矿质元素在毛竹出笋后均有所下降，反映了毛竹在笋期也需消耗一定数量的微量元素，所以施肥时应结合施以二氧化硅、钙、镁等矿质营养元素。但胡炳堂的研究认为，在低产毛竹林土壤中的有效硅含量能够满足毛竹生长，只有在生产经营水平达到较高程度后，才需要施硅肥。从群体上考虑，毛竹对养分的消耗量与当年的生产力有关。从发育上考虑，毛竹对氮、磷、钾的消耗量在不同生育期有差异，施肥时应根据毛竹矿质营养元素的季节变化规律进行。

一些研究还探讨了毛竹林施肥技术，陈金林研究了毛竹高产施肥技术，提出了丰产高效毛竹林土壤养分的标准状态；蒋俊明[6]等依照养分平衡理论计算了长宁毛竹施肥合理的量的标准。张献义等对毛竹林养分动态与产量关系进行研究，为营养诊断和合理施肥提供了理论依据。洪顺山报导了毛竹配方施肥研究，并在福建沙县和浙江安吉等县进行试验，建立新竹累计产量与叶中氮、磷、钾，硅浓度的抛物线回归方程，用来计算最高理论产量相应的最适养分与浓度的临界值，洪伟等报导了营养液开发与应用效果研究。

毛竹施肥与林分结构关系密切，洪顺山研究了毛竹施肥效应，结果表明，立竹结构较合理的毛竹密林施肥效果显著，疏林施肥效果较差。

2 毛竹地力衰退原因分析

高生产力是毛竹地力容易衰退的原因之一。亚热带天然林生产力一般为：13.00 t/hm2（Whattaker）、16.11 t/hm2（冯宗炜）、12.55 t/hm2（刘世荣）或16.81 t/hm2（周广胜）；热带林生产力一般为：19.00 t/hm2、18.78 t/hm2、32.60 t/hm2或23.30 t/hm2[7]。研究表明，竹林的总净生产力为22.90 t/hm2（包括林下植物、凋落物、退笋、笋蘀）。与世界各地森林的年净初级生产力相比，长宁毛竹林与亚热带常绿阔叶林（20.00～26.00 t/hm2）相当，比热带雨林(32.00～50.00 t/hm2)、热带丛生竹林(28.55～41.90t/hm2)低，而比湖南会同杉木林(7.54 t/hm2)、广西杜中马尾松林(8.00 t/hm2)高。

据测定，长宁毛竹和苦竹1年对土壤养分的消耗率和养分储量见表1。可以看出，长宁县土壤无机矿质元素实际上处于亏缺状态，每年大气输入补充仅仅为12.39 kg/hm2，考虑采伐输出、地表径流、地下径流等输出因素，土壤肥力长期处于亏缺状态[6,8]。

表1 长宁毛竹和苦竹的养分储量和消耗率

在亚热带常绿阔叶林区，长宁毛竹和苦竹的生物量并不高，分别为51.5 t/hm2（毛竹）、37.27 t/hm2（苦竹未施肥）和46.82 t/hm2（苦竹施肥）。但年生产力水平较高，分别为17.66 t/hm2（毛竹）和17.93 t/hm2（苦竹），比亚热带地区的平均水平16.4 t/hm2[7]稍高。研究结果表明，森林的生长不是无限制的，树木生长最终受到土壤肥力的限制[2]。土壤养分含量下降是森林净生产力下降的两个主要原因之一[3]。但长期轮作、采伐会带来土壤肥力的丧失，土壤中各营养元素的含量和储量也会因为林木消耗而降低，这样就会造成地力衰退和竹林生产力下降。

对于毛竹林地而言，从有效硅含量上看，土壤不会缺硅，这结论被多数试验证实，施用硅肥对短期的增产效果不显著。就土壤结构而言，硅是土壤骨架，硅的减少，必然导致硅氧四面体结构解体，导致硅铝铁率下降，导致富铝化，进而导致土壤酸化，因此人工经营的竹林，因长期硅输出，较一般林分更易酸化[6,8]。

3 竹林地力恢复与维持策略

3.1 人工水肥是高产稳产必须手段

天然条件下，毛竹高产稳产与大小年缺乏联系，因为在波动年份条件下，依然能实现高产稳产，只不过稳定周期不是1年而是2年。毛竹大小年可能存在有机资源限制与结构限制。前者是指新笋抽发时耗尽了成竹有机资源而造成来年发笋量减少；后者是大年成竹密度过大，而单根立竹有机资源合成不足而限制了新笋抽发。或者可用无机养分亏缺来解释，即大年立竹大量发笋，耗尽了土壤水肥，形成了根鞭系统暂时性休克现象，导致了来年发笋所需要的水、肥缺乏（补充途径为降水输入与利用减少）。显然，养分亏缺是造成大小年波动的基本解释工具。

研究表明，毛竹长期经营的地力衰退在于常绿阔叶林亚层毛竹种类形成偏途顶级造成了土壤沉积层上移而水土流失形成了瘠薄化，这种结论对地力衰退提出新解释。这种自然群落退化或者亚层种类纯林化导致了土壤退化。在生产上，毛竹高产经营需要采取台状整地、有机质补充与深翻松土的方式提高资源度，能打破沉积层。天然毛竹林退化则需要建立乔木混交林封育，保持复层混交的林分结构，使土壤根系分层密布，固持水土，养蓄地力，保持生态承载力与毛竹林综合功能。从总体上考虑，毛竹经营需要考虑矿质元素的输入，这种输入是解决地力衰退导致低产、低效的必须手段。

3.2 建立土壤改良的基本经营模式

人工林退化的速度与经营强度、树种等多方面因素有关，对于竹林经营而言，由于对硅元素吸收数量相对较多，导致土壤酸化及退化更快。目前竹林经营面临着以下2个方面的问题：其一，已退化土壤的恢复；其二、退化较轻或暂时未退化土壤地力的维持。但目前对此尚无相对量化的评价体系和标准。对已退化土地的恢复，必须在改善土壤的肥力状况同时，改善土壤结构，提高土壤pH值，比较快的办法是施用石灰，但石灰仅补充了土壤中钙，最好的办法是施用含钙、镁、硅较多的材料，如钾矿粉、磷矿粉、塘泥等；恢复的土壤深度就毛竹而言，至少要大于30 cm，这种投入的效益具有长期性和缓效性，但很难被多数人接受。

基于目前现状和专业知识，笔者提出初步的毛竹林地力恢复和维持主要技术措施：对经营的毛竹林地，沿山作水平沟，分3次进行，每次占林地面积1/3，开沟深度必须超过50 cm，每次开沟的同时，施用土壤改良材料（石灰、硅肥或基性岩成土、磷矿粉或钙镁磷肥、谷壳等），并尽量与表土混匀，捡去石头、树根、竹头。辅助材料使用数量可根据地力等级确定，地力越差，施用数量越多。对于退化严重的竹林在3年内完成全部林地的开沟，对于退化中等竹林（2级）开可在6年内完成；地力良好的林地，短期内可不进行该项工作。

3.3 毛竹公益林适宜发展混交林

发展混交林是实现生态经营的最重要措施之一，其树种选择考虑狭冠形、抗逆性强、适应性强等特点，形成各种类型的竹木混交林，如竹杉、竹阔、竹松、竹杉阔等[9]。不同类型的竹木混交林又因物种组成及空间分布格局、混交比例的变化，形成各种结构的混交林景观，科学经营可以获得最佳的经济生态效益。竹林混交林发展需要采取2种策略：一种是水源涵养林和水土保持林，需要保持活力，维持生态性、健康性、稳定性与持续性，则适宜采取混交林形式；另一种是经济林基地，可采取斑块混交形式，在一些大坡度林地、沟系积水地、居住地等适宜种植其他树种，在缓坡间隙地发展毛竹纯林，宏观上构建混交景观斑块。

毛竹经营中林地退化跟根系浅，分解物质集中于表层有关，并且施肥后淋溶发生在根系层下层，形成沉积层，不利于排水，不利于毛竹根系伸缩，并越来越浅。混交林有助于利用土壤立体空间。毛竹林纯林存在自我退化的现象，这一点在蜀南竹海风景区竹林经营所长达几十年的生产经验中获得证实。毛竹林退化与根系浅的纯林经营有关，掌握混交林经营技术可以保持毛竹林的生态性、稳定性、健康性、可持续性。斑块混交也利于虫害的生态防控，形成鸟类栖息场所，并能在毛竹（高度13～15 m）基地周围形成包围圈，构建防护带。

3.4 建立竹农复合生态系统

通过套种或间作系统、禽牧业发展方式来代替林地抚育，直接降低管护成本，提高空间利用效率，增加了复合性高效性生态性，提高投入产出度。

（1）竹粮间作，林下套种。裸地种竹初植密度小，在造林头几年林地瘠薄、干燥、杂草滋生，土坡板结。应间种作物（如黄豆、花生、瓜果、薯类、中草药等），以耕代抚，定期压青，高效高产。发展林下作物，培育复层竹林生态系统，提高生态经营的复合性。

（2）竹牧（禽）复合，生态高效。毛竹林抚育、深翻需要花费很大的成本。通过禽类养殖来代替抚育，并人工输入了有机肥，增加了土壤肥力和有机质，促进了地力维护，生态高效。建立划区养殖，定期轮牧的制度，利用自然净化疫源地，利于生态防病；必要时人工轮牧种草，毛竹林下发展利于禽类取食的饲料草类，养殖虫类等促进禽类生长。在保护区以外地带，进行毛竹林下养鹿，散放，并划区大范围轮牧，人工种植增补食物，并建立休息室和繁育屋。

3.5 建立毛竹生态经济经营系统

运用系统论原理，结合生态学理论，建立适度投入、产出的毛竹生态经济系统。传统经营观点认为，没有高投入就没有高产出。而实际上高产出需要系统上物质的输入。但投入需要考虑毛竹自身利用效率的问题，不能盲目施肥，而无视肥效相结合的土壤状况。适宜土壤结构利于肥效的发挥，结合土壤改良适量施肥，并高效利用，利于降低投入而提高产出，并且环保效果良好，经营具有生态性。

除了适度输入外，还需要重视输出控制，改变传统全株经营的现象，直接把关键培育部分输出竹林，如笋子、竹竿部分，其余部分没有经济价值都应归还土壤，降低输出尽可能维持林地土壤矿质元素。同时，结合林地状况，还可适当增加生草、枯草、秸秆，以及其他一些农林牧副渔剩余物（如锯末），直接向毛竹林系统中输入。覆草不但可以抑制草本生长，减少抚育成本，还可增加土壤有机质和养分元素输入，提高了地力维护能力。

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