施肥对毛竹竹材物理力学性质的影响

杨清平，林 华，郭子武，李迎春，洪宜聪 ，陈双林

（1.中国林业科学研究院 亚热带林业研究所，浙江 富阳 311400；2.福建省沙县林业局，福建 沙县 365500）

施肥对毛竹竹材物理力学性质的影响

杨清平1，林 华2，郭子武1，李迎春1，洪宜聪2，陈双林1

（1.中国林业科学研究院 亚热带林业研究所，浙江 富阳 311400；2.福建省沙县林业局，福建 沙县 365500）

采集4种不同施用化学肥料历史的毛竹林3度标准立竹，对竹材物理力学性质进行了比较分析。结果表明：在试验毛竹林施肥年限内（10 a），不同施肥措施毛竹林竹材气干密度和绝干密度差异并不显著，而长期施用速效氮肥会显著降低竹材基本密度。施肥对毛竹竹材干缩性会有一定的影响，长期施用速效氮肥明显提高了竹材体积干缩率、纵向干缩率、弦向干缩率和径向干缩率。长期施用速效氮肥会显著降低竹材抗弯强度。总体而言，长期施肥会对毛竹竹材物理力学性质产生负面影响，尤其是长期施用速效氮肥。

毛竹；竹材； 物理性质；力学性质；施肥

毛竹Phyllostachys edulis是中国分布最广、面积最大、经济价值最高的竹种，面积达460多万hm2。在毛竹林主产区目前广大竹农普遍采用施肥、林地垦复、去除林下杂灌木、林分结构调控等经营措施，其中，施肥是补充毛竹林采笋和伐竹的年年大量生物量产出，维护立地生产力稳定的重要措施。

施肥作为一种常规营林措施对林地立地环境和林产品产量和质量会带来一定的影响，包括对土团聚体结构[1]、细菌群落结构和数量[2]、土壤酶[3]、土壤有机碳库[4]、土壤氮矿化速率[5]、林木碳贮量[6]、果实品质[7-9]等。施肥对木材物理力学性能也会产生一定的影响，有研究表明施肥会使I-69杨Populus deltoides Bartr. cv. “Lux” ex I-69/55木材气干密度等稍有下降，但差异未达显著水平，抗压强度、抗弯强度等也均有不同程度的降低，抗弯弹性模量、顺纹抗剪强度显著降低[10]；施肥会降低木材密度、抗弯强度和动态抗弯弹性模量，而木材年轮宽度、静态抗弯弹性模量和顺纹抗压强度则会有不同程度的增大[11]；施肥对湿地松Pinus elliottii木材弦向干缩率、径向干缩率、纵向干缩率、体积干缩率、差异干缩率并没有明显的影响，但单施P肥或P肥与N、K 配比施肥及单施一定量的K肥能明显提高湿地松木材顺纹抗压强度、抗弯弹性模量，而施N肥显著降低了木材物理力学性质[12]。可见施肥对木材物理力学性质的影响研究结果存在着一定的差异，这可能与树种、试验处理方式或施肥年限的长短等有关。

竹材的物理力学性质是衡量竹材质量的重要指标[13]。国内外就包括毛竹在内的竹材物理力学性能方面开展了较多的研究[14-21]，涉及不同竹种或种源、海拔、坡向、立地条件、培育措施和竹龄等方面。而就施肥措施对竹材物理力学性质的影响研究少有涉及。为此，笔者在沙县针对性地选择立地条件一致，但施肥历史不同（施肥年限、肥种的差异）的毛竹林，采集3度立竹分析测定竹材物理力学性质，试图明确不同施肥方法对竹材物理力学性质是否存在明显的影响，旨在为毛竹林经营过程中的土壤养分合理补充提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

毛竹竹材试材采自福建省沙县(北纬26°06′～ 26°41′，东经 117°32′～ 118°06′)大洛镇陈山村的试验毛竹林。对立地条件基本一致的相同坡向、坡面的毛竹林经营农户进行施肥情况的详细调查，按施肥年限、肥种等选择了3种施肥毛竹林，以不施肥毛竹林为对照，分别标记为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ。处理Ⅰ为连续10 a施肥，前5 a施碳铵＋过磷酸钙，近5 a施尿素，年施碳铵1 500 kg/hm2，过磷酸钙1 500 kg/hm2，尿素1 500 kg/hm2；处理Ⅱ为连续4 a施肥，施碳铵+过磷酸钙，年施碳铵1 500 kg/hm2，过磷酸钙1 500 kg/hm2；处理Ⅲ为连续9 a施肥，前2 a施碳铵＋过磷酸钙，近7 a施尿素，年施碳铵1 500 kg/hm2，过磷酸钙1 500 kg/hm2，尿素1 500 kg/hm2；处理Ⅳ不施肥。4种试验毛竹林分属不同农户经营，除施肥外其他竹林经营措施基本相同，包括留笋养竹、伐竹、劈山除草等。试验毛竹林均为材用林，纯林，立竹密度2 900～3 100株·hm-2，之间并无显著差异。

毛竹竹材试材按国家标准“竹材物理力学性质试验方法”（GB/T15780-1995）采集。在各试验毛竹林中分别伐取胸径10 cm左右、生长良好、无病虫害的3度样竹各3株，共12株。样竹齐地伐倒后，离竹秆基部1.5 m处向上截取2 m竹段作为试材，运回实验室供物理力学性质测定。

1.2 试验方法

1.2.1 试件准备

将样竹圆筒对称剖开取材，保留试材2个弦面竹青与竹黄的原状。每一段试材自下部至上部依次截取密度、干缩率、顺纹抗压强度、抗弯强度和弹性模量的试件。物理性能每个测试项目做15个试件，力学性能每个测试项目做12个试件。试件加工按照国家标准“竹材物理力学性质试验方法”（GB/T15780-1995）进行。

1.2.2 测定方法

竹材的密度、干缩率、顺纹抗压强度、抗弯强度和弹性模量等物理力学性质按照国家标准 “竹材物理力学性质试验方法”（GB/T15780-1995）进行测定。顺纹抗压强度、抗弯强度和弹性模量采用MWD-50微机控制电子式木材万能力学试验机(济南时代试金仪器有限公司生产)测定。力学强度测试时，将试件放入温度（20±2） ℃、相对湿度65%±5%条件下的ESPECER-10AGP调温调湿箱中，调整试件含水率至12% 时进行测定。

1.3 数据处理与分析

试验数据在Excel 2003统计软件中进行整理与作图，在DPSv 3.01统计软件中运用相关软件包进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 施肥对毛竹竹材密度的影响

从图1可以看出，不同施肥措施的毛竹林3度立竹竹材气干密度、绝干密度并没有显著差异。除处理Ⅰ、Ⅲ毛竹林竹材基本密度差异显著外，处理Ⅰ毛竹林较处理Ⅲ毛竹林竹材基本密度大11.3%，其他处理毛竹林竹材基本密度间均无显著差异，说明较长时间连续施用尿素会明显降低竹材基本密度。研究结果表明在试验毛竹林的施肥年限内（最长10 a），不同施肥措施总体上并没有对毛竹林竹材密度产生明显的影响，这可能与毛竹固有的生物遗传特性或连续施肥时间不长等有关。

图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† 同一指标不同施肥措施毛竹林间比较。不同小写字母表示差异显著(p＜0.05)，相同小写字母表示差异不显著（p＞0.05）。下同。

2.2 施肥对毛竹竹材干缩率的影响

由图2分析可知，竹材体积干缩率处理Ⅲ毛竹林显著高于处理Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ毛竹林，且处理Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ毛竹林间差异不显著。竹材纵向干缩率处理Ⅲ毛竹林显著大于处理Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ毛竹林，处理Ⅰ、Ⅱ毛竹林，处理Ⅰ、Ⅳ毛竹林间差异不显著，而处理Ⅳ毛竹林显著大于处理Ⅱ毛竹林。竹材弦向干缩率处理Ⅰ、Ⅲ毛竹林无显著差异，均显著高于处理Ⅱ、Ⅳ毛竹林，处理Ⅱ毛竹林显著高于处理Ⅳ毛竹林。竹材径向干缩率为处理Ⅲ＞Ⅱ＞Ⅳ＞Ⅰ毛竹林，不同处理毛竹林间均有显著差异。说明施肥对毛竹竹材的干缩性会产生一定程度的影响，尤其是长期施用速效氮肥（尿素）对竹材的干缩性会有明显影响。

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

2.3 施肥对毛竹竹材力学性能的影响

从表1分析可知，不同处理毛竹林竹材力学性质指标间有一定的差异性。竹材顺纹抗压强度为处理Ⅰ＞Ⅱ＞Ⅳ＞Ⅲ毛竹林，处理Ⅰ、Ⅲ毛竹林间差异显著，其他不同处理毛竹林间差异不显著。竹材抗弯强度处理Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ毛竹林间差异不显著，处理Ⅰ、Ⅳ毛竹林也无显著差异，而处理Ⅳ毛竹林显著地高于处理Ⅱ、Ⅲ毛竹林。竹材弹性模量处理Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ毛竹林间无显著差异，均显著地高于处理Ⅱ毛竹林。从研究结果分析表明毛竹林施肥主要是对竹材抗弯强度的影响，施肥会降低竹材抗弯强度，尤其是长期施用速效氮肥（尿素）会显著地降低竹材抗弯强度，从而会影响竹材力学性质。施肥对竹材顺纹抗压强度、弹性模量的影响较为复杂，可能还未到施肥效果显现的年限。

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

3 结论与讨论

密度是木材性质的一项重要指标，是影响木材质量、木浆产量的重要因子，与木材的工艺性质和物理力学性质（强度、硬度、干缩及湿胀等）密切相关[23]。不同海拔[18]、坡向[19]、立地条件[20]等环境条件和施肥[10]等人工干扰措施乃至种源[21]、木材年龄[22]、部位[24]等内在因素都会对其造成影响。本研究表明，不同施肥措施毛竹林3度立竹竹材气干密度、绝干密度并没有显著差异，而较长时间连续施用速效氮肥会明显降低竹材基本密度，这可能与长期施用速效氮肥，竹秆形成层原始细胞分裂加快，导管比量增加，纤维比量减小，从而使竹材密度减小有关[11]。不同施肥措施对毛竹的干缩性也会产生一定的影响，特别是长期施用速效氮肥明显提高了竹材的体积干缩率、纵向干缩率、弦向干缩率和径向干缩率，除弦向干缩率外,其他结果与徐有明对湿地松的研究结果[12]相一致。顺纹抗压强度、抗弯强度和抗弯弹性模量是毛竹材重要的力学性质[25]，毛竹林施肥主要是对竹材抗弯强度的影响，会降低竹材抗弯强度，尤其是长期施用速效氮肥会显著降低竹材抗弯强度，从而影响到竹材力学性质，这与徐有明对湿地松[12]的研究结果并不完全一致，出现这一结果是否与树种的不同有关还有待从竹材的微观结构如管胞长、宽、壁厚以及微纤丝角度变化差异等方面做进一步研究探讨。

综上所述，施肥作为毛竹林经营中的一种常规措施，虽然在短期内不会对竹材的物理力学性能产生明显影响，但长期施肥会对竹材的物理力学性能产生负面影响，尤其是施用速效氮肥。因此，在毛竹林培育过程中要重视土壤养分的合理补充，尤其是氮肥的合理补充，并且在更长年限施肥和不同肥种施用及施肥季节对毛竹竹材物理力学性质的影响方面需进一步开展研究，以期为优质原条竹的生产提供理论依据。

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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

中央财政林业科技推广示范资金跨区域重点推广示范项目“毛竹林生态安全高效培育技术示范”（[2010]TK025）；国家星火计划项目“闽中毛竹林生态高效经营技术集成与示范”（2012GA720007）

杨清平（1976-），男，江西鄱阳人，硕士，助理研究员，主要从事竹林生态与培育方面的研究；

E-mail：yangqingp@126.com

陈双林（1965-），男，浙江龙游人，博士，研究员，主要从事竹林培育和竹林生态等方面的科学研究；

E-mail：cslbamboo@126.com

[本文编校：文凤鸣]