施保水剂对材用毛竹林作用效应研究

余 林，卢玉生，况小宝，黄思远，李 怡，程 平

（江西省林业科学院，江西 南昌 330013）

毛竹（Phyllstachys edulis）是我国分布面积最广和经济价值最为重要的竹种[1]。毛竹孕笋期为9－10月，这期间主要毛竹生长区降水量少，干旱造成次年发笋量减少从而导致竹材产量和质量降低[2]，这成为制约毛竹材用林高质量经营的突出问题。保水剂是一种具有保水性能好、吸水倍率高等特点的高分子化合物[3]。它能够将吸收的水分凝胶化，反复释水、吸水，因而具有很强的保水性同时无毒无害。因此，在农业上称其为“微型水库”[4]。保水剂广泛应用于大豆（Glycine max）、马铃薯（Solanum tuberosum）、小麦（Triticum aestivum）、玉米（Zea mays）[5-8]等作物上。它可以提高土壤含水量、抑制土壤蒸发、改善土壤结构、增强土壤对养分的吸附[9]。王金革等[4]采用施入保水剂后盆栽控水的方法后，花毛竹（Ph. edulis‘Tao Kiang’）和肿节苦竹（Oligostachyum oedogonatu）效果最为明显，越冬成活率从0 提高到100%，龟甲竹（Ph. edulis‘Heterocycla’）、毛竹、四季竹（O. lubricum）次之，提高了30%～70%。艾文胜等[10]对毛竹使用保水剂后新竹的平均胸径、平均枝下高和新竹数量增幅分别为10%、8%和3%。荣俊冬等[11]对沿海砂地麻竹（Dendrocalamus latiflorus）施用保水剂后生理特征进行了研究，发现不同剂量保水剂对麻竹叶绿素含量、抗氧化活性酶活性、电解质含量以及丙二醛含量均有显著影响。包刚等[12]研究不同施用量及施用方法的农林保水剂的毛竹幼苗叶片净光合速率、叶片气孔导度、蒸腾速率等显著高于对照组。目前关于使用保水剂对毛竹材用林土壤物理性状研究较少，该研究以江西瑞金市毛竹材用林为研究对象，探究保水剂对毛竹生长、土壤物理性状以及经济效益的影响规律，旨在为毛竹材用林集约经营提供依据。

1 试验区概况

试验地位于江西省瑞金市，武夷山脉南段西麓，地处25°30′－26°20′ N，115°42′－116°22′ E，属亚热带季风湿润型气候，年平均气温19.0 ℃，年降水量1710 mm，无霜期286 d。试验地设置在毛竹生长具有代表性的泽覃乡，平均海拔高度为410 m，平均坡度25°，土壤为山地黄红壤，土层厚40 cm 以上，有机质含量1.4%～3.7%，pH 值4.0～4.7，速效N 55.74～111.61 mg·kg-1，速效P 2.21～5.98 mg·kg-1，速效K 25.29～122.92 mg·kg-1。试验地为大小年明显的毛竹林，竹林林相良好。毛竹林分平均胸径8.1～10.8 cm，立竹度1700～3625 株·hm-2。毛竹试验林中夹杂有杉木（Cunninghamia lanceolata）、樟树（Cinnamomum cam-phora）、枫香（Liquidambar formosana）、枫杨（Pterocarya stenoptera）等植被。毛竹林的主要经营措施为垦复、挖笋和采伐。

2 研究方法

2.1 试验设计

以不施保水剂为对照CK，设置不同保水剂施入方式与施入量处理，试验设计为处理T1穴施30g·株-1，处理T2沟施90 kg·hm-2，处理T3沟施180 kg·hm-2，处理T4沟施270 kg·hm-2。

2.2 样地设置及调查

2018年8 月，选择立地条件基本一致的具有代表性的毛竹林地，采取完全随机设计设置施保水剂试验样地。试验共5 个处理，每个处理3 次重复，共设置试验样地15 块，每个样地为20 m×20 m，相邻样地之间设置至少10 m 的缓冲带。于2018年8 月、2019年12 月施入保水剂。对标准样地内毛竹进行每竹调查，测量胸径、全高等指标，记录立竹度数，并统计出标准地的立竹度、平均胸径及各度竹数量等指标。于2019年12 月和2020年12 月调查当年新竹胸径、全高等指标，计算毛竹立竹年生产量。

2.3 土壤含水量测定

于2019年毛竹行鞭期至笋芽分化前的6 月、7月和8 月，用铝盒分0～10 cm、10～20 cm、20～40 cm 3个土层取土，采用烘干法测定土壤相对含水量。

2.4 土壤样品采集与分析

于2018年8 月和2020年12 月在每块标准地中用环刀取土，分0～10 cm、10～20 cm、20～40 cm 3 个土层，测定土壤水分、土壤孔隙度、土壤容重等物理性质指标，测定方法参照中华人民共和国林业行业标准《LY/T 1215－1999 森林土壤水分-物理性质的测定》。

3 结果与分析

3.1 施保水剂毛竹林生长特征

比较分析不同施保水剂处理毛竹胸径增长率的差异，结果表明施保水剂后毛竹林胸径增长率在1.97%～5.70%，平均值为3.13%，均高于对照林分的1.06%（图1）。毛竹林中每株穴施30 g 保水剂的林分胸径增长率最高，显著高于其他施保水剂处理，林分平均胸径从9.40 cm 增加到9.93 cm，其次为沟施90 kg·hm-2处理，林分胸径增长率为2.51%，沟施270 kg·hm-2处理的林分胸径增长率最低。

图1 施保水剂毛竹林胸径增长率Fig. 1 Stand average breast diamete growth rate of Ph.edulis forest with water retaining agent

3.2 施保水剂毛竹林地土壤含水量变化

分析施保水剂对毛竹林地土壤相对含水量的影响发现，不同处理毛竹林土壤相对含水量的大小排序为T4（26.36%）>T2（26.20%）>T3（24.96%）>T1（24.26%）>CK（20.92%），施保水剂毛竹林土壤相对含水量显著高于对照，但不同施保水剂处理间差异不显著（表1）。毛竹林土壤相对含水量大致表现为随着土层深度的增加而减少，但差异未达到显著水平。从月份来看，不同处理毛竹林土壤相对含水量均表现为6 月>8 月>7 月，这与试验区降雨量6 月（438.7 mm）>8 月（156.21 mm）>7 月（92.71 mm）的趋势一致。试验区4－6 月是全年降水的集中期，其雨量常占全年雨量的50%以上，但夏秋季节降水稀少，随着干旱程度的加深，保水剂的抗旱作用将更加凸显。

表1 施保水剂毛竹林土壤相对含水量Tab. 1 Relative soil water content of Ph. edulis forest with water retaining agent

3.3 施保水剂毛竹林地土壤物理性状变化

通过分析施保水剂对毛竹林地土壤容重、孔隙度、含水量和持水量等土壤物理性状指标的影响，结果表明，不同施保水剂处理毛竹林地土壤容重、质量含水量、体积含水量、最大持水量和毛管持水量存在极显著差异（P<0.01）（表2）。施保水剂毛竹林地土壤容重在0.9520～1.0648 mg·m-3，均小于对照的1.1971 mg·m-3，且随着沟施保水剂量增大而减小。施保水剂毛竹林地土壤总孔隙、毛管孔隙和非毛管孔隙均大于对照，说明施保水剂有利于毛竹林地土壤疏松通气。不同施保水剂处理毛竹林地质量含水量在27.33%～44.50%，大小排序为T4>T1>CK>T2>T3；体积含水量在27.47～42.00 g·L-1，大小排序为T4>CK>T1>T2>T3。施保水剂毛竹林地土壤最大持水量和毛管持水量分别在503.08～623.21 g·kg-1和434.14～534.06 g·kg-1，大于对照的432.93 g·kg-1和383.72 g·kg-1，均随着沟施保水剂量增大而增大。不同施保水剂毛竹林地土壤物理性状变化可能与保水剂在吸水和失水过程中使得土壤结构发生变化有关，说明施保水剂对毛竹林地土壤具有改良作用。

表2 施保水剂毛竹林地土壤物理性状Tab. 2 Soil physical properties of Ph. edulis forest with water retaining agent

土壤物理性状研究结果表明，不同处理毛竹林地土壤物理性状指标状况和变化趋势不一致，因此有必要进行定量综合评价。采用灰色关联度分析法进行土壤物理性状定量综合评价，结果表明，不同施保水剂处理毛竹林地土壤物理性状综合得分大小排序为T4（0.6813）>T3（0.5086）>T1（0.4907）>T2（0.4608）>CK（0.4199），施保水剂毛竹林土壤物理性状综合得分均大于对照。在施保水剂相同数量的情况下，穴施保水剂（T1）毛竹林地土壤物理性状优于沟施保水剂（T2）；毛竹林地土壤物理性状综合得分随着沟施保水剂施入量的增加而增大，进一步说明施保水剂能有效改善毛竹林地土壤物理性状。

3.4 施保水剂毛竹林经济效益分析

通过调查2019年和2020年各试验样地新竹的胸径和株数，采用沈钱勇等根据浙江省毛竹实测数据编制的毛竹单株秆重公式W=0.0520 D2.2052A0.4457计算出每度竹（2 a）每公顷毛竹林的竹材产量，并根据目前的市场价格计算出相关的收入与支出，其中竹材单价按500 元·t-1、保水剂按20 元·kg-1、施保水剂人工按1.5 个·667m-2、竹林清杂人工按0.5 个·667m-2、采伐按200 元·667m-2、竹材运费按75 元·t-1、人工费按110 元·工-1计算。从表3 可以看出，扣除经营成本，各处理毛竹林的净收益－59.25～2605.75 元·hm-2，其中T1处理的净收益最高，T4处理最低。与CK 相比，T1处理增加收益285.25 元·hm-2，增幅为12.3%，其他施保水剂处理的毛竹林的净收益均低于对照处理。因此，从经济效益角度来看，选择每株穴施30 g 保水剂，能提供毛竹林生长所需的水分条件，提高毛竹林的经济效益。

表3 施保水剂毛竹经济效益分析Tab. 3 Economic benefit analysis of Ph. edulis with water retaining agent

4 结论与讨论

保水剂对不同植物的株高、生物量、根冠比产生的影响有所不同[12]。毛思帅等[13]对玉米的研究结果表明，施用保水剂增加了玉米株高、总生物量、地上部分干物质质量、地下部分干物质质量和根冠比。而白文波等[14]对棉花的研究结果表明，施用保水剂造成棉花生育期内株高减小，主茎叶数、单株蕾数减少，叶面积减小，但单株铃数增加。该研究毛竹林中每株穴施30 g 保水剂的林分胸径增长率最高，显著高于其他施保水剂处理，林分平均胸径从9.40 cm 增加到9.93 cm。增幅为5.6%，这与艾文胜等[10]在毛竹上使用保水剂后新竹平均胸径增幅10%的研究结果基本一致。

保水剂基于其超强的吸水性，可高效实现水分的缓慢释放，可不同程度提高土壤含水率。蓝松涛等[15]研究了干旱胁迫下保水材料施用对甘蔗种植的影响，结果表明，甘蔗种植土壤中施用保水材料能够提高20.49%～50.82%的土壤含水量，在干旱胁迫下可以起到为甘蔗提供水分的作用。包刚等[16]施用保水剂在毛竹林中可以提高土壤含水量，尤其在降水较少的9－11 月，期间施用保水剂毛竹林的土壤含水量均值高出未施用毛竹林10.20%。该研究中不同处理毛竹林土壤相对含水量的大小排序为T4（26.36%）>T2（26.20%）>T3（24.96%）>T1（24.26%）>CK（20.92%），施保水剂毛竹林土壤相对含水量显著高于对照，但不同施保水剂处理间差异不显著。

保水剂可使土壤含水量、总孔隙度、团聚性、可塑性、压实性、吸水性、田间持水量及饱和含水率提高，使饱和导水率、蒸发、渗透及排水能力减弱，容重下降[9]。包刚等[16]施用保水剂在毛竹林中具有明显的效果，保水剂改良了土壤物理性质，提高土壤0～10 cm土层团聚体结构的稳定性。刘瑞凤等[17]使用复合保水剂提高大于0.25 mm 团聚体含量、孔隙度以及阳离子交换量，降低土壤容重。该研究施保水剂毛竹林土壤物理性状综合得分均大于对照。在施保水剂相同数量的情况下，穴施保水剂（T1）毛竹林地土壤物理性状优于沟施保水剂（T2）；毛竹林地土壤物理性状综合得分随着沟施保水剂施入量的增加而增大，进一步说明施保水剂能有效改善毛竹林地土壤物理性状。

从经济效益角度来看，选择每株穴施30 g 保水剂，能提供毛竹林生长所需的水分条件，提高毛竹林的经济效益。该试验开展了保水剂对毛竹材用林胸径和土壤物理性状规律的研究，下一步应结合施肥试验，继续探究施肥与保水剂对材用毛竹林的耦合效应。