竹林密度和施肥种类对幕阜山区毛竹笋产量和品质及土壤理化性质的影响*

胡文杰 庞宏东 胡兴宜 黄发新 杨佳伟 徐丽君 龚 苗

(1.湖北省林业科学研究院 武汉 430075； 2.咸宁市林业科学院 咸宁 437100； 3.湖北幕阜山竹林生态系统国家定位观测研究站 咸宁 437100)

毛竹(Phyllostachysedulis)笋产量不仅受到竹林密度和施肥等经营措施的影响(郭晓敏等, 2003)，也受土壤条件等立地因子的影响。土壤理化性质是土壤酶活性和林地生物多样性的重要影响因素(魏圣钊等, 2019; 张潇月等, 2019)，长期集约经营将导致竹林土壤退化(陈双林, 2002)，使土壤理化性质明显劣变。施肥种类对土壤的影响存在差异，施用复合肥对提高小麦(Triticumaestivum)田土壤肥力效果最好(景豆豆等, 2018)，但也有研究认为有机肥、化肥等肥料配施对提高土壤质量效果更好(Hazarikaetal., 2019)。由此可见，施肥种类对土壤质量的影响还没有定论，研究经营措施对毛竹林土壤理化性质的影响也具有积极意义。

随着人们越来越注重饮食健康，竹笋品质成为衡量竹笋质量的关键指标。关于毛竹笋品质的研究主要集中在单一影响因素或竹笋采后保鲜等方面，如洪伟等(2007)研究了不同产地的毛竹笋品质差异，认为地域差异对毛竹笋品质有显著影响； 徐森等(2020)研究发现，海拔对毛竹笋重金属残留量影响较大； Zheng等(2020)从采后处理等方面研究了毛竹笋品质变化情况； 邱永华等(2017)研究了不同施肥措施对毛竹笋品质的影响。但研究均未考虑竹林密度对竹笋品质的影响。

通过竹林密度调整、施肥等经营措施，可显著提高毛竹笋产量，但常忽略了这些措施对竹笋品质和土壤理化性质的影响。Li等(2018)研究了施肥和收获强度对土壤碳库的影响，Zhao等(2019)分析了施肥后毛竹林土壤的养分动态，但均未研究这些措施对竹笋品质的影响。竹林密度对土壤质量(范少辉等， 2015)和施肥对竹笋品质(Guoetal., 2011)的影响分别有报道，但未见这2种经营措施如何共同影响竹笋品质及土壤性质，且土壤理化性质与竹林密度和毛竹笋品质之间的关系也不明确。湖北省幕阜山区毛竹林面积超过10万hm2，其大多数竹林经营水平仍处于粗放状态，鉴于此，本研究以该区域无人为干扰的毛竹林为对象，采取不同竹林密度和施肥种类的经营措施，探讨其对毛竹林竹笋产量、品质以及土壤理化性质的影响，为毛竹笋用林高产经营提供科学依据。

1 研究区概况

研究区位于湖北省咸宁市地处鄂南，是湖北省毛竹分布的主要区域，同时也是毛竹林自然分布的北缘地带。咸宁市咸安区(114°22′54.33″E，30°00′07.75″N)属典型亚热带季风气候区，年均气温16 ℃左右，年降水量1 500 mm左右，年日照时数1 879 h，地貌以丘陵为主。试验地点位于咸安区贺胜桥林场内，试验林为成片分布的毛竹林，土壤为黄棕壤，土层厚度大于100 cm，地势平坦，试验前林分无人为经营措施，竹林大小年明显。林分平均胸径10.5 cm，竹林密度3 750 株·hm-2。

2 研究方法

2.1 试验设计

采用双因素完全随机区组设计，设置竹林密度和施肥种类2个因素，每个因素设3个水平。其中，竹林密度为A1(2 100～2 550株·hm-2)、A2(2 700～3 150 株·hm-2)、A3(3 300～3 750 株·hm-2)； 施肥种类为B1(复合肥)、B2(有机肥)和B3(配施肥)，共有A1B1、A1B2、A1B3、A2B1、A2B2、A2B3、A3B1、A3B2和A3B3共9个处理。

A1按照国家标准《GB/T 20391—2006》推荐的笋用林经营密度进行设置； A3按照当地一般农户对竹林轻度利用的习惯进行设置，即在自然密度的基础上轻微调减； A2设置在A1和A3之间，以反映毛竹林经营的密度效应。供试肥料均购自当地，复合肥养分有效含量30%，N∶P2O5∶K2O = 16∶7∶7； 有机肥为菜籽饼肥，其有机质、氮、磷、钾含量为63%、5.1%、2.2%和1.4%； 配施肥为化肥、菜籽饼肥和微生物菌剂，其中化肥包括尿素(N46%)、过磷酸钙(P2O516%)、硫酸钾(K2O 50%)，微生物菌剂含有效菌数2 000万CFU·g-1。在B2(有机肥)和B3(配施肥)中，有机肥用量以N计，不足的P2O5和K2O 用化肥补足，B3(配施肥)中的有机肥含量占N肥总含量的20%。各施肥种类每年的氮磷钾施肥量相等，即N 192 kg·hm-2，P2O584 kg·hm-2，K2O 84 kg·hm-2，施肥量与当地一般农户的化肥用量大致相同。

2.2 样地设置与经营措施

于2017—2019年按照试验设计，每个处理设置3个重复，加上对照(CK)共设置30块20 m× 20 m样地，样地之间挖宽、深30 cm的沟隔开，防止窜鞭。2017年夏季，对各样地进行调查，记录毛竹的胸径、年龄和株数，根据试验设计进行竹林密度调整，优先伐除Ⅳ度竹(6年生及以上)等老竹和弱竹，保留Ⅰ度竹(1年生)、Ⅱ度竹(2～3年生)和Ⅲ度竹(4～5年生)，使各处理的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ度竹比例为 1∶1∶1。对所有样地进行翻耕整地，清理竹蔸和石块，注意保护竹鞭。施肥在秋季进行， 2017年和2018年连续2年施肥，复合肥采用撒施，有机肥采用沟施，考虑到经营成本和肥效等因素，B2(有机肥)于2017年将2年的施肥量一次性施入，B1(复合肥)和B3(配施肥)分2年分别一次性施入。在2018年和2019年盛笋期的后半期选择长势健康的竹笋进行留笋养竹，留养密度按照试验设计中不同处理的竹林密度确定。CK对照不进行密度调控和施肥，其他经营措施与各处理相同。

2.3 样品采集与分析

2018年和2019年春季，及时采收笋期内露土10 cm左右的竹笋，并测量每颗竹笋的基径、笋高及鲜质量等。在出笋大年(2019年)，于出笋盛期在每个样地均匀选择竹笋7～10株，放入冰盒中带回实验室用于品质测定。将竹笋用组织捣碎机匀浆测定其营养品质和食味品质，其中营养品质指标包括蛋白质、可溶性糖含量，食味品质指标包括草酸、单宁含量(俞乐等， 2002； 时俊帅等， 2018)。

2019年秋季采集土壤样品。在每块样地的中心及4个顶角位置挖取土壤剖面，分别取环刀样和土壤样品，取样深度为30 cm。环刀样用于测定土壤物理性质，包括土壤密度(BD)、最大持水量(MHC)、毛管持水量(CHC)、总孔隙度(STP)、毛管孔隙度(CP)、非毛管孔隙度(NCP)6个指标； 将每块样地的土壤样品充分混合后用于测定土壤化学性质，测定指标包括有机质(SOM)、全氮(TN)、全磷(TP)、全钾(TK)、水解氮(HN)、有效磷(AP)、速效钾(AK)含量和pH值8个指标(鲍士旦，2005)。

2.4 土壤理化性质评价指数计算

采用主成分分析法计算土壤理化性质评价指数。参与评价的因子包括2.3中14个土壤指标，分正、负效应对数据进行标准化处理，其中，土壤密度为负效应指标，其他指标均为正效应指标，计算公式参照李楠等(2019)的方法。土壤理化性质评价指数具体计算方法参照范少辉等(2015)。

2.5 数据处理与统计分析

运用SPSS 22.0软件对毛竹笋产量、品质和土壤理化性质等指标进行单因素分析、双因素分析和多重比较，用Origin 8.0进行作图。以14个土壤指标和竹林密度为解释变量，分别以毛竹笋营养品质和食味品质为响应变量，采用Canoco 5.0软件进行冗余分析。通过Monte Carlo检验各解释变量的显著性，计算各因子的独立解释量(Wangetal., 2017)。

3 结果与分析

3.1 经营措施对毛竹笋产量的影响

在出笋小年和大年，不同竹林密度处理的竹笋产量均显著高于对照(表1)，但各竹林密度处理间无显著差异； 与对照相比，施肥处理显著提高了竹笋产量。综合大小年出笋情况来看，不同经营措施对毛竹笋产量有明显影响。竹笋产量随竹林密度减小而增大，其中A1产量显著高于A3，A2产量与A1、A3无显著差异； A1、A2、A3产量均显著高于对照，分别较对照提高422.32%、364.09%和322.63%。各施肥处理均显著提高了竹笋产量，且施肥种类间存在显著差异，表现为B1>B3>B2。

不同组合处理的竹笋产量均显著高于对照(图1)，说明采取经营措施后可提高竹笋产量。在各组合处理间，A1B1的产量最高(5 511.62 kg·hm-2)，其次分别为A3B1、A2B1、A2B3、A1B3、A3B3和A1B2，这些组合处理间的产量差异不显著，但均显著高于A2B2和A3B2。以上结果表明，对未采取过经营措施的毛竹林首次进行笋用林经营时，调控竹林密度为2 100～2 550株·hm-2并结合施用复合肥(A1B1)，是提高竹笋产量的较优方式。

3.2 经营措施对毛竹笋品质的影响

不同经营措施对毛竹笋品质的影响见表2。竹林密度对毛竹笋营养品质无显著影响，但可使食味品质明显变化。草酸和单宁含量均随竹林密度增大呈上升趋势，在A3达到最大，且显著高于A1。一般而言，草酸含量较高会使毛竹笋涩味加重，单宁含量较高会使毛竹笋辛辣味更明显，因此，低密度(A1)经营的毛竹笋食味品质更佳，其涩味和辛辣程度较低，口感相对较好。

表2 不同经营措施毛竹笋品质特征Tab.2 Quality characteristics of bamboo shoots for different management measures

与对照相比，施用配施肥和有机肥可提高竹笋蛋白质含量，其中配施肥可显著提高蛋白质含量。在各施肥种类中，施用有机肥的竹笋可溶性糖含量最高，且显著高于复合肥。施肥种类对单宁含量无显著影响，但配施肥比复合肥和对照可显著降低草酸含量，使涩味减轻。可见，施用配施肥和有机肥能较好地提高竹笋品质。

A3B3处理的竹笋蛋白质含量最高，且显著高于A1B1、A3B1和CK(图2)。A1B2处理的竹笋可溶性糖含量最高，A1B1处理的最低，两者之间差异显著。与对照相比，除A2B1和A3B1处理外，其他处理均可降低竹笋草酸含量，其中A1B3、A2B3、A1B1、A1B2处理显著低于对照。单宁含量为A3B1处理的最高，A1B3的最低。综合来看，以A1B3、A1B2、A3B3处理的竹笋品质较好。

图2 不同处理毛竹笋蛋白质、可溶性糖、草酸及单宁含量Fig. 2 The contents of protein, soluble sugar, oxalic acid and tannin of different treatments

3.3 经营措施对土壤理化性质的影响

竹林密度调控和施肥均可显著降低土壤密度，但最大持水量、毛管持水量、总孔隙度和非毛管孔隙度对竹林密度及施肥种类改变的响应不明显(表3)； 各施肥种类的毛管孔隙度与对照无明显差异，但施用有机肥后的毛管孔隙度显著大于复合肥； 竹林密度对毛管孔隙度无显著影响。

表3 不同经营措施毛竹林土壤理化性质①Tab.3 Soil physical and chemical properties of Moso bamboo forests for different management measures

调控竹林密度后，土壤酸化更加明显(P<0.05)； 施用复合肥和配施肥可显著降低土壤pH值。采取经营措施后，土壤部分养分含量得到提升； 与对照相比，竹林密度对全氮、全钾含量无显著影响，但显著提高了水解氮、有效磷和有机质的含量。A1的全磷含量显著高于对照，A2、A3的速效钾含量显著高于对照，说明适当调低竹林密度后，能增加土壤养分含量； 各施肥种类均可显著提高土壤水解氮和有效磷的含量，施用配施肥后的土壤全磷和速效钾含量最高，施用有机肥后的土壤有机质含量最高，且均显著高于对照。

14个土壤理化性质指标的主成分分析结果表明，提取的4个主成分特征值均大于1.00，累计贡献率达到85.51%，包含了原始数据的大部分信息。其中，第1主成分解释了总变异量的38.98%，第2、3、4主成分分别解释了总变异量的23.05%、12.43%和11.05%。结合计算出的各指标权重，将标准化数据进行加权综合，计算得到不同经营措施和处理组合的土壤评价指数(图3、4)。随竹林密度增大，土壤评价指数逐渐降低，土壤理化性质表现出下降趋势，说明当竹林密度为2 100～2 550株·hm-2时，土壤理化性质较好。不同施肥种类的土壤评价指数表现为B3(0.616 1)>B2(0.588 6)>B1(0.382 2)，说明各施肥种类均能改善土壤理化性质(对照为0.270 7)(图4)，但施用配施肥和有机肥的土壤理化性质改善效果明显好于复合肥。在毛竹笋用林经营中，应当充分考虑竹林密度调控和施肥种类选择，使土壤理化性质维持较好状态。

图3 不同经营措施的毛竹林土壤评价指数Fig. 3 Soil evaluation index of bamboo forests for different management measures

由图4可知，除A3B1外，其他处理均能改善土壤理化性质。在A1和A2竹林密度，施用有机肥的土壤评价指数高于配施肥； 但在A3竹林密度，施用配施肥的则高于有机肥，说明采用不同密度经营竹林时，施肥种类对土壤的影响存在差异。土壤评价指数较高的有A1B2、A1B3和A3B3处理，单从土壤理化性质来看，以上3种经营方式较为合适，但在毛竹笋用林实际经营中，还应结合毛竹笋产量和品质等确定最适宜经营方式。

图4 不同处理毛竹林土壤评价指数Fig. 4 Soil evaluation index of bamboo forests for different treatments

3.4 毛竹笋品质影响因素的冗余分析

将毛竹笋营养品质、食味品质与土壤理化性质及竹林密度进行冗余分析，得到二维排序图(图5，图6)。表现为毛竹笋营养品质与土壤全钾、有机质含量正相关，与土壤密度负相关； 土壤pH值越高，竹笋可溶性糖含量越高。毛竹笋食味品质与竹林密度和有效磷含量密切相关，其中，竹笋草酸和单宁含量与竹林密度呈正相关，与土壤有效磷含量呈负相关。

图5 毛竹笋营养品质与土壤因子、竹林密度的二维排序图Fig. 5 Two-dimensional ordination diagram of bamboo shoots’ nutrient quality with soil factors and living bamboo densityLBD：立竹密度Living bamboo density.下同。The same below.

图6 毛竹笋食味品质与土壤因子、竹林密度的二维排序图Fig. 6 Two-dimensional ordination diagram of bamboo shoots’ taste quality with soil factors and living bamboo density

对毛竹笋营养品质、食味品质和土壤理化性质、竹林密度进行Monte Carlo检验，表明土壤理化性质和竹林密度对毛竹笋营养品质、食味品质的解释量分别达到74.7%和69.1%。从表4可知，土壤pH值、全氮、有机质和全钾含量是影响竹笋营养品质的主要因素，这4个因子占模型解释量的64.9%，其中pH值的解释量最高，说明毛竹笋用林经营中尤其要注意土壤pH值的调节，以保证竹笋营养品质； 竹林密度、土壤有效磷含量和土壤pH值是影响竹笋食味品质的主要因素，这3个因子占模型解释量的68.3%，其中，竹林密度的解释量最高，表明竹林密度调控是改善毛竹笋食味品质的重要措施。

表4 毛竹笋品质的土壤因子、竹林密度重要性排序和显著性检验结果Tab.4 Results of importance order and significance test of soil factors and living bamboo density for bamboo shoots’ quality

4 讨论

4.1 经营措施对竹笋产量的影响

调控竹林密度和施肥是毛竹笋用林经营的主要措施。在本研究的密度范围内，竹林密度越低，竹笋产量越高，密度为2 100～2 550株·hm-2(A1)时的竹笋产量最高，这主要是因为竹林密度较小时的林内光照条件较好，从而促进了竹子生长(Wangetal., 2009)。幕阜山区毛竹笋用林的最佳经营密度与其他区域较为接近，但也存在一定差异，如郑郁善等(1998)认为福建西北部最适竹林经营密度为1 650～2 250株·hm-2，傅懋毅等(1991)认为在浙江富阳的适宜经营密度为2 250株·hm-2。有研究表明，土壤类型在很大程度上会影响作物产量(French, 2002)，因此，不同地区的土壤类型差异可能是各地最适经营密度有所差别的原因之一。将有机肥与化肥混合使用来替代纯化肥效果较好(杜春燕等, 2020)。冯大兰等(2020)对梁平柚(Citrusmaxima‘Liangping Yu’)的研究表明，与单施化肥相比，有机肥和化肥混合施用能显著提高果实产量； 而在本研究中，单施复合肥的毛竹笋产量显著高于配施肥，这可能因为毛竹林在试验前未采取过经营措施，土壤肥力水平尚未达到较优状态，当出笋量较大时，竹林的养分需求增加(陈双林等， 2002)，而土壤养分是提高产量最重要和最直接因素(Lietal., 2018)，复合肥能在相对较短时间内快速提升土壤养分含量，因此增产效果较好。

4.2 经营措施对土壤理化性质的影响

土壤理化性质优劣决定了竹林可持续经营的成效。范少辉等(2015)的研究表明，当竹林密度为2 400 株·hm-2时，土壤质量最好，这与本研究结果一致，当竹林密度为2 100～2 550 株·hm-2时的土壤评价指数最高。在不同施肥种类中，以配施肥的土壤评价指数最高，其次为有机肥，这可能与肥料成分有关。研究表明，与复合肥相比，施用有机肥可改善土壤质量(Lietal., 2020)，微生物菌剂的添加则提高了土壤微生物活性和多样性，促进了土壤有机质周转(Tautgesetal.， 2016)，从而改善了土壤物理性质，使土壤质量得到提升(Bossolanietal., 2021)，这在一定程度上可解释施用配施肥和有机肥后其土壤理化性质较好的原因。除A3B1(3 300～3 750 株·hm-2； 复合肥)外，其他处理均可改善土壤理化性质，说明刚开始进行毛竹笋用林经营时，采取合理经营措施不仅可提高产量，还可改善土壤理化性质。虽然A1B2(2 100～2 550 株·hm-2； 有机肥)和A1B3(2 100～2 550 株·hm-2； 配施肥)的土壤评价指数明显高于A1B1(竹林密度为2 100～2 550 株·hm-2； 复合肥),但A1B1的土壤评价指数高于对照，且竹笋产量显著高于其他处理，这表明A1B1处理改善土壤理化性质的效果不如A1B2和A1B3，但能带来较高产量效益。以上结果为本区域的毛竹笋用林初期经营提供了可借鉴的经营方式。

当竹林密度减小后，土壤pH值均显著小于对照，与Singh等(1989)的研究结果相似，这可能因为在自然状态下毛竹林土壤本来呈酸性(陈志龙等, 2008)，经密度调控后竹林生长加快，从而使土壤酸化加重，这种作用与不同树种的自身特性有一定关系(郑永林等, 2018)。密度调控后土壤养分水平得到一定提升，这与许松葵等(2008)对大叶相思(Acaciaauriculiformis)林的研究结果相似。

4.3 经营措施对竹笋品质的影响

本研究表明，竹林密度对食味品质的解释量达到42.2%，是主要影响因素，较低的竹林密度有利于减轻竹笋的涩味和辛辣味，因此可以通过改变毛竹林密度实现竹笋食味品质的定向调控。影响植物体合成单宁的因素较为复杂，其中较低温度可以促进单宁等以碳为基础的次生代谢物的合成(张立华等, 2010)，当竹林密度较低时，林内光照较好，温度较高，由此可能导致竹笋单宁含量较低。孙志蓉等(2007)对甘草(Glycyrrhizauralensis)的研究表明，草酸含量随种植密度增加而减小，该结果与本研究不同，这可能与物种特性有关。施肥种类主要对毛竹笋的营养品质产生影响。土壤有机质含量增加可促进植物的可溶性糖合成(高凤等, 2019)，施用有机肥后的土壤有机质含量显著高于其他肥料，因此该施肥措施下的竹笋可溶性糖含量最高； 配施肥中的微生物菌剂可提升土壤整体功能(Zhengetal., 2019)，从而利于提高作物品质(符冠富等, 2009)，这可能是施用配施肥后竹笋蛋白质含量较高的原因。

5 结论

对幕阜山区以前未采取任何经营措施的毛竹林，首次进行笋用林经营时，调整竹林密度为2 100～2 550株·hm-2并施用复合肥(A1B1)的经营措施提升竹笋产量的效果最好； 施用有机肥或配施肥，同时注重调节土壤pH值防止土壤过度酸化，可较好提升竹笋营养品质，采用竹林密度2 100～2 550 株·hm-2时的竹笋食味品质更佳； 采用2 100～2 550 株·hm-2+有机肥(A1B2)和2 100～2 550 株·hm-2+ 配施肥(A1B3)的经营措施，可较高提升竹笋产量，保证竹笋品质，同时更利于改善土壤理化性质。