刘 军，沈强勇，金 锦，张 崑，傅伟军，吴家森

（1.省部共建亚热带森林培育国家重点实验室，浙江 杭州31130；2.浙江农林大学环境与资源学院，浙江 杭州31130；3.杭州市余杭区林业工作站，浙江 余杭311100）

早竹［Phyllostachys violascens（Carr.）A.et C.Riv.］［1］，又称雷竹、早园竹，是优良的笋用竹种，浙江临安、余杭、德清等原产地种植面积达3.0×104hm2［2］。20世纪90年代初，以林地覆盖和重施肥为主的高效栽培技术的推广，取得了显著的经济效益。早竹种植10 a后，早竹土壤pH值仅为3.2～3.8［3-4］，下降了3个单位［5］，34.7%的调查样点土壤pH值低于4.6［2］，土壤重金属活性增大［6］，可利用铝含量剧增，危害早竹的正常生长［7］，严重阻碍了该产业的健康发展。

施用石灰是调节土壤酸度的有效手段，可以降低土壤酸度，补充钙、镁元素，提高农作物的产量和品质［8］。施用生石灰后，早竹林地土壤pH值显著提高［9］，土壤酸度和有效态重金属元素含量显著下降［10］。已有研究表明，早竹笋淀粉、糖、蛋白质等受到经营措施的影响［11］，竹笋钙、镁含量与土壤交换性钙、镁含量间的相关性显著［12］，竹笋铅、锌、镉含量与土壤有效态元素之间的相关性达显著（极显著）水平［13］。早竹弯曲、断裂等冰雪灾害的损害程度随土壤pH的降低而愈显严重［14］。但，具体早竹林施用石灰对竹笋品质及竹材材质的研究至今没有报道。研究通过设置不同石灰用量的定位试验，探讨早竹笋品质及竹材力学特性对石灰施用的响应，为早竹林土壤修复的石灰施用提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验地位于浙江省杭州市余杭区余杭街道上湖村陆家湾（119°52′59″E，30°17′20″N）。属亚热带季风气候，年平均气温16.1℃，极端最高气温40.7℃，极端最低气温-11.8℃，一月平均气温3.9℃，七月平均气温28.3℃，相对湿度79.5%，年平均降水量1 509 mm，年平均日照时数1 527 h［8］。试验用早竹林于1992年开垦种植，1998年覆盖出笋经营，采用“三年覆盖出笋、二年休耕留竹，未清除稻草等覆盖材料”栽培法，2015年底受冰雪灾害危害严重，立竹密度12 300株·hm-2。土壤为发育于花岗岩的红壤土类，0～20 cm土壤pH 3.6，有机碳24.6 g·kg-1，碱解氮210.7 mg·kg-1，有效磷270.2 mg·kg-1，速效钾207.0 mg·kg-1。生石灰为块状结构，CaO含量452.5 g·kg-1，pH 13.7，EC值725.6 us·cm-1。

1.2 实验设计

共设4个处理，即CK、SH1、SH2、SH3，生石灰用量分别为0，1 500，4 500，7 500 kg·hm-2·a-1，3次重复，共12个小区，面积分别为100 m2，小区间挖10 cm×10 cm（宽×深）的排水沟（操作道）作为隔离。2016年开始，每年4月下旬将不同用量的生石灰均匀抛撒于相应处理的早竹林地表，自然潮解入土，同年10月中旬垦复、翻耕土壤5～10 cm，连续实施3 a。挖取自然笋、留养母竹、删除老竹、不施用肥料等经营措施在不同处理间均相同。

1.3 样品采集与分析

2018年3月29 日采集早竹笋样品，在每个小区中采集大小均匀的已露头10～15 cm的自然笋7支，及时带回实验室，剥去笋壳后留下可食部分，并纵向切成4条，测定可溶性固形物后，置于105℃烘箱中杀青30 min后，保持70℃烘干至恒重，将样品粉碎后待测。

2018年11月23日，砍伐小区中1、2年生的早竹标准株（平均胸径植株）各3株，用于竹材物理力学特性的测定；按3点法采集0～20 cm的土壤样品，带回实验室风干，过2 mm或0.149 mm筛后待测。

土壤理化性质的测定采用鲁如坤的方法［15］；笋样中可溶性固形物采用折光仪法、氨基酸采用考马斯亮兰法；氮采用元素分析仪法；HNO3-HClO4消煮竹笋样品，磷采用钼锑抗比色法，其它元素的测定采用ICP法［15］。竹材物理力学特性的测定参考於琼花等的方法进行［16］。

2 结果与分析

2.1 不同处理早竹笋中可溶性固形物和氨基酸含量

从图1可知，早竹笋中可溶性固形物和游离氨基酸含量在不同处理间没有显著性差异，可溶性固形物含量为5.5%～7.0%，游离氨基酸含量2.21～2.53 g·kg-1。

图1 不同处理早竹笋可溶性固形物和游离氨基酸量Fig.1 Contents of soluble solids and free amino acids of Phyllostachys violascens shoots under different treatments

2.2 不同处理早竹笋中营养元素含量

早竹笋元素含量大小总体表现为氮＞钾＞磷＞镁＞钙＞铁＞锌＞锰＞铜（表1）。早竹笋中氮、磷、钾含量分别为49.80～54.27，4.86～5.61，20.83～22.71 g·kg-1，不同处理间没有显著性差异；生石灰施用并没有改变早竹笋中铁、锰、锌含量，其值分别为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笋中钙、镁元素含量，与对照相比，笋体中钙含量显著提高了32.4%～48.5%（P＜0.05），SH2、SH3处理早竹笋镁含量也显著提高了14.7%～15.3%（P＜0.05）。而施用生石灰降低了早竹笋铜、铅、镉的含量（表1），与对照相比，早竹笋铜、铅、镉含量显著下降了15.1% ～20.8%，16.6% ～19.5%，17.1%～21.0%（P＜0.05）。

2.3 不同处理早竹的竹材物理力学性质

由表2可知，早竹竹材的物理学和力学性质均表现为2年生优于1年生。竹材基本密度大小排序为2年生＞1年生（P＜0.05）；竹材径向、弦向、体积干缩系数表现为2年生显著低于1年生（P＜0.05）；竹材顺纹抗拉、抗弯强度的大小则表现为2年生显著高于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，不同处理间没有显著性差异（P＞0.05）。施用石灰降低了竹材径向、斜向、体积干缩系数，其中1年生竹材径向、斜向干缩系数表现为SH1、SH2、SH3显著低于CK（P＜0.05）；2年生竹材径向干缩系数则表现为SH2、SH3显著低于CK（P＜0.05），斜向干缩系数则表现为SH3显著低于CK（P＜0.05）；1年生竹材体积干缩系数表现为SH3显著低于CK（P＜0.05），2年生竹材体积干缩系数则表现为SH2、SH3显著低于CK（P＜0.05）。

表1 不同处理早竹笋元素含量Tab.1 Element content of Phyllostachys violascens shoots under different treatments

施用生石灰增强了早竹抗拉及抗弯强度，1年生早竹竹材顺纹抗拉、抗弯强度均表现为SH3显著高于CK（P＜0.05），而2年生早竹竹材的顺纹抗拉、抗弯强度则表现为SH2、SH3显著高于CK（P＜0.05）。

表2 不同处理早竹材的物理力学性质Tab.2 Physical mechanical properties of Phyllostachys violascens under different treatments

3 讨论

土壤是植物生长发育的母体，其中土壤酸碱度对植物生长具有重要影响，pH值的高低及其变化直接影响着植物生长和品质的优劣［17］；同时，酸碱度与土壤元素的有效性密切相关，影响着土壤养分的有效供给，从而对植物生长产生间接影响。

3.1 施用生石灰对早竹笋品质及元素含量的影响

生石灰的施用，提高了土壤交换性钙、镁含量［8］，钙、镁的有效供应，有利于早竹笋对钙、镁营养元素的吸收，从而增加笋体中相应元素的积累。如表1所示，石灰施用显著提高了早竹笋钙含量，石灰用量大于4 500 kg·hm-2·a-1的早竹笋镁含量显著高于对照。相关分析表明（表3），早竹笋钙、镁营养元素含量与土壤交换性钙、镁含量之间具有显著（极显著）正相关，这与徐秋芳等［12］的研究结果一致。

铅、镉是对公众健康构成较大风险的污染物，其含量的高低反映了早竹笋的安全性。从表1可知，早竹笋中铅、镉含量均低于食品安全国家标准食品中污染物限量（GB 2762-2017）的限值，这与任传义等对浙江、江西的食用笋健康风险评价结果一致［18］。早竹林土壤有效铅、镉含量随着石灰施用量的增加而明显降低［10］，减少了早竹笋的吸收，早竹笋中铅、镉含量也显著下降，这与施用石灰降低了小白菜［19］和烟叶［20］对镉吸收量的结果相似。相关分析也表明，早竹笋中铅、镉含量与土壤有效态元素的相关性达极显著水平（表3），这与姜培坤等研究结果一致［13］。

表3 早竹笋元素含量与土壤元素的相关性Tab.3 Correlation of elements in bamboo shoots and soil

3.2 施用石灰对早竹材物理力学性质的影响.

竹材的物理力学性质受到竹龄、施肥等因子的影响［16，21-22］。研究结果表明，2年生早竹材基本密度、顺纹抗拉、抗弯强度均显著大于1年生，而竹材干缩系数则随着年龄的增大而显著降低（表2），这与雷竹材的顺纹抗拉强度和抗弯强度随着年龄的增大而增强相一致［16，21］。冰雪灾害发生后，1年早竹断裂损害的比例占整个竹林的三分之二［14］，这也说明了1年生早竹的抗弯强度低于其它年龄段。

施用尿素提高了毛竹材的抗弯、抗压强度，而降低了竹材的基本密度［22］，长期施用氮肥显著降低了毛竹材基本密度和抗弯强度，提高了竹材体积、弦向和径向干缩系数［23］。与施氮结果不同，早竹材顺纹抗拉、顺纹抗弯强度均随着生石灰施用量的增加而增大（表2）。生石灰施用后显著提高了土壤交换性钙含量［8］和土壤pH值［10］，有利于早竹笋对钙的吸收（表1），从而增强了早竹的硬度和韧性。从表4中可知，1年生早竹材的顺纹抗拉强度、顺纹抗弯强度与土壤pH、交换性钙的相关性达显著水平（P＜0.05），2年生早竹材的顺纹抗拉强度、顺纹抗弯强度与土壤交换性钙的相关性也达显著水平（P＜0.05）（表4）。随着土壤pH的提高，早竹冰雪灾害的损害程度下降［14］，因此生石灰的施用增强了早竹的顺纹抗拉、抗弯强度，从而减轻了冰雪灾害的损害程度。

表4 早竹材物理力学性质与土壤养分的关系Tab.4 Relationship between physical mechanical properties of Phyllostachys violascens and soil nutrients

4 结论

施用生石灰显著提高了早竹笋中钙、镁含量，而降低了竹笋中铜、铅、镉含量，同时也降低了早竹材径向、斜向、体积干缩系数，而增强了竹材顺纹抗拉强度、顺纹抗弯强度。早竹笋钙、镁营养元素含量与土壤交换性钙、镁含量之间具有显著（极显著）正相关，笋中铜、铅、镉含量与土壤有效态元素的相关性达极显著水平，竹材顺纹抗拉强度、顺纹抗弯强度与土壤交换性钙之间有显著性正相关。