毛竹林带状采伐抚育技术研究现状
2021-02-14毕海明周明吉
李 榕，于 娜，毕海明，周明吉
(1.南京林业大学家居与工业设计学院，江苏 南京 210037；2.千年舟新材科技集团股份有限公司，浙江 杭州 311112)
毛竹(Phyllostachysedulis)属于禾本科刚属竹[1]，是中国占地面积最大、数量最多的竹种。根据中国第9次全国森林资源清查结果，竹林总面积达641.16万hm2，占全国土地总面积的0.70%，占森林总面积的2.94%，立竹总数量为281亿株，其中毛竹林面积占72.96%，其它竹林面积占27.04%(图1)。同时，毛竹凭借其成林快、材质好、经济价值高、固碳能力强等优点被广泛应用[2-5]。就目前竹产业而言，日益荒废的竹林导致原料下跌与劳动力不足导致人工费用增加成为了制约竹产业发展的主要原因。因此，如何开展大规模工业化合理采伐及采伐后对竹林的抚育养护，使竹林发挥其强大的生态功能，对竹产业的发展意义深远。
图1 竹林面积占比图Fig.1 Proportion of bamboo forest area
带状采伐(Clearcuttinginstrips)又称带状皆伐[6]，是指对伐区森林逐步分批以窄带状方式进行的收获采伐方式。这种采伐方式主要在中国森林生态系统的建设、海岸防护林等方面应用较广[7-9]，能够充分发挥林墙的作用，有利于树木的天然更新及幼树的成长。后期许多学者针对竹林进行带状采伐的研究，詹美春等[10-11]通过控制采伐面积和不同的宽度带进行带状采伐，观测次年毛竹林植物的多样性特征及竹林恢复状态发现，进行人为采伐对物种的丰富度有显著促进作用，同时也受宽度带的影响，不同的宽度带对林下植物的多样性具有一定区别。
竹林抚育[12]是指通过劈山、恳复、埋青、挖老茬、施肥等各种手段对采伐后及未采伐的竹林进行养护，从而确保后期成竹质量。
1 带状采伐技术
1.1 带状采伐模式
目前针对带状采伐模式主要有2种(图2)，一是带状采伐-片采(图2左)，即整片区域一次性砍伐清除；二是带状采伐-择伐(图2右)，即在采伐带中按照某些既定规则进行有选择的采伐，如按照“存三砍四不留五”的原则进行择伐。
图2 带状采伐的主要模式Fig.2 Main modes of clearcutting in strips
带状采伐-片采与择伐之间主要由林地整体环境、土壤养分等因素综合考虑；片采有利于机械化采伐，满足大规模生产对原料的需求，如竹材人造板等；择伐则更为注重次年成竹质量，保留更多的水肥等营养供成竹需要。
1.2 带状采伐对竹林恢复的影响
詹美春等[10-11]以江苏宜兴国有林场为样地，通过设置5种宽度(3、5、8、12、15 m)来验证毛竹林带状样地郁闭状态及林下植被物种多样性特征，分析物种多样性对毛竹林采伐宽度及恢复状态的响应机制，研究表明：(1)郁闭度对竹林物种的丰富度有直接影响，随着毛竹郁闭度增加物种丰富度降低，且人为采伐对物种丰富度(特别是木本植物)有显著促进作用，尤其以8 m和15 m宽度带状样地物种增加最多。(2)带状采伐一定程度内能够促进林下植被物种多样性，但也降低了林下植被物种均匀度；试验发现在8 m和15 m宽度带状样地Shannon-Wiener指数、Simpson指数及Gleason物种丰富度表现优于参考样地毛竹林；5种宽度带的林下植被物种均匀度均小于参考样地，在相同宽度样地中进行测试发现，保留样地比采伐样地物种均匀度高。(3)带状采伐对8 m和15 m宽度采伐样地林下植被生物量有一定促进作用，但对其余带状样地无明显影响。因此，确立合理采伐强度带能够对带状采伐后的毛竹林带状样地林下植被的生长起促进作用尤为重要，是确立大规模实施带状采伐的前提。
吴昌明等[13]利用Illumina HiSeq 2 500测序平台，采用16S rRNA的V3-V4区段引物对土壤细菌进行高通量测序。发现土壤细菌群落为系统发育聚集(phylogenetic clustering)，细菌群落结构的维持机制符合生态位理论，环境因子决定了微生物的群落结构。如：土壤放线菌门(Actinobacteria)的相对丰度在3 m采伐带显著增加(P<0.05)，其余细菌类群无显著变化；3 m、9 m采伐带的Ace多度指数显著大于保留带(P<0.05)，细菌Shannon和Simpson多样性指数无显著变化；9 m采伐带改变了细菌群落结构，且群落结构最相似；3 m、6 m的全磷含量显著升高(P<0.05)，其他养分指标及酶活性无显著影响；经mantel检验，确定同水平细菌群落主要受全氮(R=0.31，P=0.046)、全磷(R=0.19，P=0.040)、C:P(R=0.40，P=0.026)、N:P(R=0.29，P=0.038)的驱动；细菌的系统发育多样性指数(PD)在 3 m 采伐带显著升高，净种间亲缘关系距离指数(NRI)/净最近种间亲缘关系指数(NTI)大于0。细菌群落的构成决定着生态环境的发展，故在不破坏细菌的群落结构的基础上，确立合理的采伐宽度带尤为重要。
王树梅等[14]对毛竹林进行不同宽度(3、9、15 m)的带状采伐，25 d后采集样地内土壤样品，采用Illumina MiSeq高通量测序技术分析土壤细菌特定基因片段V3-V4区域，鉴定菌种类群，预测细菌功能，并结合7种土壤养分指标(有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾)的测定结果，认为毛竹林带状采伐对土壤细菌群落结构及多样性产生显著影响，当采伐宽度带为3 m时能够增加细菌类群的丰度、多样性、均匀度以及土壤养分含量，但是当采伐宽度继续增大，各项指标反之降低。综合分析表明带状采伐后土壤微生物类群主要参与C、N元素的固定和转化的相关功能通路。
张洋洋等[15]以福建省建瓯市毛竹林为研究对象，设置5 m(处理1，C1)和7 m(处理2，C2)2种采伐宽度，以不进行采伐处理为对照(CK)，研究采伐后当年新鞭生长期(I时期，2018年10月)和采伐后次年新立竹生长期(Ⅱ时期，2019年6月)新竹生长相关指标和土壤养分变化特征。结果表明：(1)C1、C2、CK处理的出笋数量分别为2 227株·hm-2、2 650株·hm-2和1 955株·hm-2，且C2与C1、CK差异显著(P<0.05)；(2)退笋率各处理之间无显著差异(P>0.05)，表现为C1
综上所述，通过带状采伐后毛竹林的初期恢复特征发现，带状采伐会在一定程度上造成森林植物种群结构及数量发生变化，进而对整体的恢复更新产生影响；但由于竹子属于克隆植物，有异于其它植物的生理整合能力，即逆境时整合养分和水分，借助竹鞭为新竹发育提供所需的碳水化合物，因此需要设置合理的采伐带，使竹林拥有最强的恢复力和抵抗力。
1.3 带状采伐对发笋及新竹成竹的影响
曾宪礼等[16]以安徽黄山区毛竹林进行样地划分，以传统择伐林为对照(CK)，设置4个梯度的采伐强度，分别为3 m采伐带(D1)、6 m采伐带(D2)、9 m采伐带(D3)和12 m采伐带(D4)，分析带状采伐后毛竹林的春笋数量、新竹数量、胸径和生物量等生产力指标，探讨不同强度带状采伐方式对毛竹林恢复更新的影响程度；结果表明：(1)经带状采伐处理后4种采伐带的单位面积发笋数量均大于对照，且随采伐强度增加，单位面积发笋数量呈现增加的趋势；(2)采伐宽度带较宽时单位面积退笋数量和退笋率高，因此3 m和6 m采伐带和CK的退笋数量及退笋率更低；(3)较宽的采伐宽度带(9 m和12 m采伐带)单位面积成竹数量和成竹率相对较高；(4)经带状采伐处理后的新竹平均胸径均小于CK， 9 m和12 m采伐带下新竹平均胸径显著小于母竹，林地中小径级新竹比例增加，且新竹胸径与采伐带边距呈负相关关系。
曾宪礼等[16]将毛竹林经不同的采伐强度进行采伐，次年发笋数量存在一定的差异；带状采伐处理单位面积发笋数量均大于对照组，这就说明了带状采伐在一定程度上能够激发林地春笋的萌发；同时随带状采伐强度的增加，林地面积发笋数量呈现出先增加在减小的趋势。
张洋洋等[17]通过设置8 m采伐带，采用竹蔸施肥(A)、恳复方式(B)和施肥比例(C)3因素3水平L9(34)正交试验设计，发现采伐后不同处理对发笋数与立竹数方面差异显著(P<0.05)；处理5的发笋数(1 771个·hm-2)与立竹数(1 042株·hm-2)均最高，而处理6的发笋数(633个·hm-2)与立竹数(290株·hm-2)均最低。
综上所述，经采伐后竹林次年单位面积发笋数量和立竹数均高于对照组，而且整体均随采伐带宽度的增加而增加的趋势，当采伐带的宽度达到一定后，其发笋数及立竹数均呈现先增加后减少的趋势；因此，合理设置采伐带，确立最佳养分补给范围，增加发笋数、立竹数。
2 竹林抚育养护技术
经带状采伐后的竹林最重要的就是竹林的抚育养护技术[12,18-21]，该措施决定了次年竹材的发笋数、立竹数、竹筒胸径的大小等一些列因素，故必须对采伐后竹林的劈青、漫青、恳复、施肥等方面做起。
2.1 劈青、漫青
劈青是指把竹地里的杂灌、杂草、藤本全部劈落到底(低劈，草头一般不超过10 cm)，从而减少杂灌、杂草对水肥的竞争，实行全面抚育。
漫青[22-23]是指对毛竹林进行机械割灌割草，将进行劈青处理后的杂灌杂草平铺在竹林内，同时利用农作物秸秆覆盖在杂草杂灌之上(农作物秸秆与杂草杂灌的平均漫青量为7.5 t·hm-2)。
2.2 恳复
垦复[15,24-25]是指重新开垦，使恢复生产；垦复可是竹鞭系统的更新复壮时间提早，当年可复壮(一般与发笋长竹当年盛夏或冬季进行)。裘鑫灿等[24]研究林地垦复时间对毛竹鞭笋产量的影响发现，毛竹林地全垦可显著提高鞭笋产量，以5月下旬-6月上旬垦复为宜; 7月鞭笋产量最高，秋季鞭笋产量相对较低。
对于带状采伐竹林，最重要的就是确立最佳的砍伐时间，砍伐后对竹林进行恳复，并同时辅以施肥、埋青能够有效确保土壤养分供给，为新笋的生长创造有利的条件。
2.3 施肥
(1)土壤施肥技术。土壤施肥可补充土壤 N、P、K 和微量元素从而提高土壤肥力，可以促进竹鞭生长和孕笋，加速竹林郁闭。施肥季节分为孕笋期和发笋肥，即秋季(9～10月)和春季(2～3 月)，为笋芽及其萌发期和幼笋的生长期。施肥方式一般在离新竹竹蔸 30 cm左右上方开沟放肥，把肥埋没，追加施肥应该在准林抚育后进行。(2)竹腔施肥技术[26]。毛竹竹腔施肥技术是用钻锥在竹秆离地 10 cm 的部位引洞后迅速将增产剂注入竹腔内。采用竹腔施肥的废料主要是以植物生长素、生物营养剂、微量元素、增肥添加剂等原料配制而成的毛竹增产剂，施肥能够有效提高毛竹植株内新陈代谢过程中各种酶的活性，提高净光合速率，促进鞭根生长和笋芽分化，增加孕笋量、出笋量和新竹成竹量，从而显著提高竹林产量，并能提高竹材材性和竹林抗逆性。
综上所述，进行带状后的竹林在抚育养护上极为重要，关乎次年成竹及林地环境，因此需采用合理的垦复与施肥结合，并利用劈青材料进行漫青处理，确保采伐带的养分需求。
3 展望
综观国内外毛竹带状采伐及抚育养护技术，尽管取得了一定的研究成果，但有关带状采伐带最佳宽度及采伐后对竹林抚育养护的问题分离性太多，未能整体考量计算，还有许多问题需要进一步深入研究。展望未来，竹材发展前景极为宽广，对于原料的采伐技术、抚育养护技术急需攻克，可着重以下几个方面进行研究探索：(1)带状采伐合理宽度带。宽度带的选取可完全从产业需求出发，根据不同产业需求合理选取片采或择伐，在保证生态环境不被破坏的基础上进行考量。(2)带状采伐机械设备开发。中国整体竹林地势较陡，而日益减少的的劳动力已无法满足竹材的采伐，根据竹材自身特征及地理环境攻关竹材采伐问题，可以说是决定竹产业发展的源头问题；可从竹材爬升采伐设备等领域进行探索。(3)竹林抚育养护技术研究。砍伐后的竹林较为脆弱，通过漫青、垦复、施肥等多层次的合理布局，综合考虑带状采伐后林地迹地更新效果，确立最优垦复施肥组合(垦复方式、肥料配比)，探索成竹质量更高、竹材胸径更大的研究探索。
