劉 軍，沈強(qiáng)勇，金 錦，張 崑，傅偉軍，吳家森

（1.省部共建亞熱帶森林培育國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州31130；2.浙江農(nóng)林大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，浙江 杭州31130；3.杭州市余杭區(qū)林業(yè)工作站，浙江 余杭311100）

早竹［Phyllostachys violascens（Carr.）A.et C.Riv.］［1］，又稱雷竹、早園竹，是優(yōu)良的筍用竹種，浙江臨安、余杭、德清等原產(chǎn)地種植面積達(dá)3.0×104hm2［2］。20世紀(jì)90年代初，以林地覆蓋和重施肥為主的高效栽培技術(shù)的推廣，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。早竹種植10 a后，早竹土壤pH值僅為3.2～3.8［3-4］，下降了3個(gè)單位［5］，34.7%的調(diào)查樣點(diǎn)土壤pH值低于4.6［2］，土壤重金屬活性增大［6］，可利用鋁含量劇增，危害早竹的正常生長(zhǎng)［7］，嚴(yán)重阻礙了該產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

施用石灰是調(diào)節(jié)土壤酸度的有效手段，可以降低土壤酸度，補(bǔ)充鈣、鎂元素，提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)［8］。施用生石灰后，早竹林地土壤pH值顯著提高［9］，土壤酸度和有效態(tài)重金屬元素含量顯著下降［10］。已有研究表明，早竹筍淀粉、糖、蛋白質(zhì)等受到經(jīng)營(yíng)措施的影響［11］，竹筍鈣、鎂含量與土壤交換性鈣、鎂含量間的相關(guān)性顯著［12］，竹筍鉛、鋅、鎘含量與土壤有效態(tài)元素之間的相關(guān)性達(dá)顯著（極顯著）水平［13］。早竹彎曲、斷裂等冰雪災(zāi)害的損害程度隨土壤pH的降低而愈顯嚴(yán)重［14］。但，具體早竹林施用石灰對(duì)竹筍品質(zhì)及竹材材質(zhì)的研究至今沒(méi)有報(bào)道。研究通過(guò)設(shè)置不同石灰用量的定位試驗(yàn)，探討早竹筍品質(zhì)及竹材力學(xué)特性對(duì)石灰施用的響應(yīng)，為早竹林土壤修復(fù)的石灰施用提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)地位于浙江省杭州市余杭區(qū)余杭街道上湖村陸家灣（119°52′59″E，30°17′20″N）。屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫16.1℃，極端最高氣溫40.7℃，極端最低氣溫-11.8℃，一月平均氣溫3.9℃，七月平均氣溫28.3℃，相對(duì)濕度79.5%，年平均降水量1 509 mm，年平均日照時(shí)數(shù)1 527 h［8］。試驗(yàn)用早竹林于1992年開(kāi)墾種植，1998年覆蓋出筍經(jīng)營(yíng)，采用“三年覆蓋出筍、二年休耕留竹，未清除稻草等覆蓋材料”栽培法，2015年底受冰雪災(zāi)害危害嚴(yán)重，立竹密度12 300株·hm-2。土壤為發(fā)育于花崗巖的紅壤土類，0～20 cm土壤pH 3.6，有機(jī)碳24.6 g·kg-1，堿解氮210.7 mg·kg-1，有效磷270.2 mg·kg-1，速效鉀207.0 mg·kg-1。生石灰為塊狀結(jié)構(gòu)，CaO含量452.5 g·kg-1，pH 13.7，EC值725.6 us·cm-1。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

共設(shè)4個(gè)處理，即CK、SH1、SH2、SH3，生石灰用量分別為0，1 500，4 500，7 500 kg·hm-2·a-1，3次重復(fù)，共12個(gè)小區(qū)，面積分別為100 m2，小區(qū)間挖10 cm×10 cm（寬×深）的排水溝（操作道）作為隔離。2016年開(kāi)始，每年4月下旬將不同用量的生石灰均勻拋撒于相應(yīng)處理的早竹林地表，自然潮解入土，同年10月中旬墾復(fù)、翻耕土壤5～10 cm，連續(xù)實(shí)施3 a。挖取自然筍、留養(yǎng)母竹、刪除老竹、不施用肥料等經(jīng)營(yíng)措施在不同處理間均相同。

1.3 樣品采集與分析

2018年3月29 日采集早竹筍樣品，在每個(gè)小區(qū)中采集大小均勻的已露頭10～15 cm的自然筍7支，及時(shí)帶回實(shí)驗(yàn)室，剝?nèi)スS殼后留下可食部分，并縱向切成4條，測(cè)定可溶性固形物后，置于105℃烘箱中殺青30 min后，保持70℃烘干至恒重，將樣品粉碎后待測(cè)。

2018年11月23日，砍伐小區(qū)中1、2年生的早竹標(biāo)準(zhǔn)株（平均胸徑植株）各3株，用于竹材物理力學(xué)特性的測(cè)定；按3點(diǎn)法采集0～20 cm的土壤樣品，帶回實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干，過(guò)2 mm或0.149 mm篩后待測(cè)。

土壤理化性質(zhì)的測(cè)定采用魯如坤的方法［15］；筍樣中可溶性固形物采用折光儀法、氨基酸采用考馬斯亮蘭法；氮采用元素分析儀法；HNO3-HClO4消煮竹筍樣品，磷采用鉬銻抗比色法，其它元素的測(cè)定采用ICP法［15］。竹材物理力學(xué)特性的測(cè)定參考於瓊花等的方法進(jìn)行［16］。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理早竹筍中可溶性固形物和氨基酸含量

從圖1可知，早竹筍中可溶性固形物和游離氨基酸含量在不同處理間沒(méi)有顯著性差異，可溶性固形物含量為5.5%～7.0%，游離氨基酸含量2.21～2.53 g·kg-1。

圖1 不同處理早竹筍可溶性固形物和游離氨基酸量Fig.1 Contents of soluble solids and free amino acids of Phyllostachys violascens shoots under different treatments

2.2 不同處理早竹筍中營(yíng)養(yǎng)元素含量

早竹筍元素含量大小總體表現(xiàn)為氮＞鉀＞磷＞鎂＞鈣＞鐵＞鋅＞錳＞銅（表1）。早竹筍中氮、磷、鉀含量分別為49.80～54.27，4.86～5.61，20.83～22.71 g·kg-1，不同處理間沒(méi)有顯著性差異；生石灰施用并沒(méi)有改變?cè)缰窆S中鐵、錳、鋅含量，其值分別為58.02～66.45，46.63～53.35，104.16～114.12 mg·kg-1。

生石灰施用增加了早竹筍中鈣、鎂元素含量，與對(duì)照相比，筍體中鈣含量顯著提高了32.4%～48.5%（P＜0.05），SH2、SH3處理早竹筍鎂含量也顯著提高了14.7%～15.3%（P＜0.05）。而施用生石灰降低了早竹筍銅、鉛、鎘的含量（表1），與對(duì)照相比，早竹筍銅、鉛、鎘含量顯著下降了15.1% ～20.8%，16.6% ～19.5%，17.1%～21.0%（P＜0.05）。

2.3 不同處理早竹的竹材物理力學(xué)性質(zhì)

由表2可知，早竹竹材的物理學(xué)和力學(xué)性質(zhì)均表現(xiàn)為2年生優(yōu)于1年生。竹材基本密度大小排序?yàn)?年生＞1年生（P＜0.05）；竹材徑向、弦向、體積干縮系數(shù)表現(xiàn)為2年生顯著低于1年生（P＜0.05）；竹材順紋抗拉、抗彎強(qiáng)度的大小則表現(xiàn)為2年生顯著高于1年生（P＜0.05）。

1、2年早竹竹材基本密度介于0.41～0.45，0.51～0.56 gcm-3，不同處理間沒(méi)有顯著性差異（P＞0.05）。施用石灰降低了竹材徑向、斜向、體積干縮系數(shù)，其中1年生竹材徑向、斜向干縮系數(shù)表現(xiàn)為SH1、SH2、SH3顯著低于CK（P＜0.05）；2年生竹材徑向干縮系數(shù)則表現(xiàn)為SH2、SH3顯著低于CK（P＜0.05），斜向干縮系數(shù)則表現(xiàn)為SH3顯著低于CK（P＜0.05）；1年生竹材體積干縮系數(shù)表現(xiàn)為SH3顯著低于CK（P＜0.05），2年生竹材體積干縮系數(shù)則表現(xiàn)為SH2、SH3顯著低于CK（P＜0.05）。

表1 不同處理早竹筍元素含量Tab.1 Element content of Phyllostachys violascens shoots under different treatments

施用生石灰增強(qiáng)了早竹抗拉及抗彎強(qiáng)度，1年生早竹竹材順紋抗拉、抗彎強(qiáng)度均表現(xiàn)為SH3顯著高于CK（P＜0.05），而2年生早竹竹材的順紋抗拉、抗彎強(qiáng)度則表現(xiàn)為SH2、SH3顯著高于CK（P＜0.05）。

表2 不同處理早竹材的物理力學(xué)性質(zhì)Tab.2 Physical mechanical properties of Phyllostachys violascens under different treatments

3 討論

土壤是植物生長(zhǎng)發(fā)育的母體，其中土壤酸堿度對(duì)植物生長(zhǎng)具有重要影響，pH值的高低及其變化直接影響著植物生長(zhǎng)和品質(zhì)的優(yōu)劣［17］；同時(shí)，酸堿度與土壤元素的有效性密切相關(guān)，影響著土壤養(yǎng)分的有效供給，從而對(duì)植物生長(zhǎng)產(chǎn)生間接影響。

3.1 施用生石灰對(duì)早竹筍品質(zhì)及元素含量的影響

生石灰的施用，提高了土壤交換性鈣、鎂含量［8］，鈣、鎂的有效供應(yīng)，有利于早竹筍對(duì)鈣、鎂營(yíng)養(yǎng)元素的吸收，從而增加筍體中相應(yīng)元素的積累。如表1所示，石灰施用顯著提高了早竹筍鈣含量，石灰用量大于4 500 kg·hm-2·a-1的早竹筍鎂含量顯著高于對(duì)照。相關(guān)分析表明（表3），早竹筍鈣、鎂營(yíng)養(yǎng)元素含量與土壤交換性鈣、鎂含量之間具有顯著（極顯著）正相關(guān)，這與徐秋芳等［12］的研究結(jié)果一致。

鉛、鎘是對(duì)公眾健康構(gòu)成較大風(fēng)險(xiǎn)的污染物，其含量的高低反映了早竹筍的安全性。從表1可知，早竹筍中鉛、鎘含量均低于食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中污染物限量（GB 2762-2017）的限值，這與任傳義等對(duì)浙江、江西的食用筍健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果一致［18］。早竹林土壤有效鉛、鎘含量隨著石灰施用量的增加而明顯降低［10］，減少了早竹筍的吸收，早竹筍中鉛、鎘含量也顯著下降，這與施用石灰降低了小白菜［19］和煙葉［20］對(duì)鎘吸收量的結(jié)果相似。相關(guān)分析也表明，早竹筍中鉛、鎘含量與土壤有效態(tài)元素的相關(guān)性達(dá)極顯著水平（表3），這與姜培坤等研究結(jié)果一致［13］。

表3 早竹筍元素含量與土壤元素的相關(guān)性Tab.3 Correlation of elements in bamboo shoots and soil

3.2 施用石灰對(duì)早竹材物理力學(xué)性質(zhì)的影響.

竹材的物理力學(xué)性質(zhì)受到竹齡、施肥等因子的影響［16，21-22］。研究結(jié)果表明，2年生早竹材基本密度、順紋抗拉、抗彎強(qiáng)度均顯著大于1年生，而竹材干縮系數(shù)則隨著年齡的增大而顯著降低（表2），這與雷竹材的順紋抗拉強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度隨著年齡的增大而增強(qiáng)相一致［16，21］。冰雪災(zāi)害發(fā)生后，1年早竹斷裂損害的比例占整個(gè)竹林的三分之二［14］，這也說(shuō)明了1年生早竹的抗彎強(qiáng)度低于其它年齡段。

施用尿素提高了毛竹材的抗彎、抗壓強(qiáng)度，而降低了竹材的基本密度［22］，長(zhǎng)期施用氮肥顯著降低了毛竹材基本密度和抗彎強(qiáng)度，提高了竹材體積、弦向和徑向干縮系數(shù)［23］。與施氮結(jié)果不同，早竹材順紋抗拉、順紋抗彎強(qiáng)度均隨著生石灰施用量的增加而增大（表2）。生石灰施用后顯著提高了土壤交換性鈣含量［8］和土壤pH值［10］，有利于早竹筍對(duì)鈣的吸收（表1），從而增強(qiáng)了早竹的硬度和韌性。從表4中可知，1年生早竹材的順紋抗拉強(qiáng)度、順紋抗彎強(qiáng)度與土壤pH、交換性鈣的相關(guān)性達(dá)顯著水平（P＜0.05），2年生早竹材的順紋抗拉強(qiáng)度、順紋抗彎強(qiáng)度與土壤交換性鈣的相關(guān)性也達(dá)顯著水平（P＜0.05）（表4）。隨著土壤pH的提高，早竹冰雪災(zāi)害的損害程度下降［14］，因此生石灰的施用增強(qiáng)了早竹的順紋抗拉、抗彎強(qiáng)度，從而減輕了冰雪災(zāi)害的損害程度。

表4 早竹材物理力學(xué)性質(zhì)與土壤養(yǎng)分的關(guān)系Tab.4 Relationship between physical mechanical properties of Phyllostachys violascens and soil nutrients

4 結(jié)論

施用生石灰顯著提高了早竹筍中鈣、鎂含量，而降低了竹筍中銅、鉛、鎘含量，同時(shí)也降低了早竹材徑向、斜向、體積干縮系數(shù)，而增強(qiáng)了竹材順紋抗拉強(qiáng)度、順紋抗彎強(qiáng)度。早竹筍鈣、鎂營(yíng)養(yǎng)元素含量與土壤交換性鈣、鎂含量之間具有顯著（極顯著）正相關(guān)，筍中銅、鉛、鎘含量與土壤有效態(tài)元素的相關(guān)性達(dá)極顯著水平，竹材順紋抗拉強(qiáng)度、順紋抗彎強(qiáng)度與土壤交換性鈣之間有顯著性正相關(guān)。