张丽, 赵博, 龙治坚, 王晓娟, 徐刚, 王准, 胡尚连, 马光良, 孙鹏*, 林志强

1. 四川省林业科学研究院，四川 成都 610081；

2. 西南科技大学，四川 绵阳 621010；

3. 泸州市林业科学研究院，四川 泸州 646000

麻竹（Dendrocalamus latiflorusMunro），秆高20～25 m，直径15 cm～30 cm，是我国南方栽培最广的大型合轴丛生竹种[1]。麻竹笋、材、叶兼用，在广东、广西、福建、四川等省区形成了优势笋竹产区。竹林年年择伐利用，老竹和笋株采伐后产生大量竹蔸，因其须根继续吸收土壤中的水分、养分，并通过地下茎与分株共享资源，保持着生理活性难以自行腐烂分解[2]，持续占据竹丛地下生长空间，影响新笋质量和数量。随着竹林经营的延续，丛蔸逐年高抬，形成低效竹林。

传统竹林经营采用物理方法人工挖取老竹蔸。为探索人工促进竹蔸消退轻便技术，顾小平等人通过将KOH和/或生石灰的固态物质或水溶液灌入竹蔸内加速竹蔸腐烂的技术，已获得了国家发明专利[3]；且朱颜等人用此法筛选最佳药剂处理浓度，验证此法经济有效[4]。李超等分离筛选腐朽竹蔸中的微生物，获得降解毛竹木质素和纤维素的优良菌株，但未能用于实践推广[5]；另有通过在竹蔸内施肥促进竹蔸腐烂的方法，但需要3～4年时间[6,7]等。既有清除竹蔸的研究中，多以散生竹毛竹为研究载体[3-11]。而针对丛生竹丛蔸高抬和密集竹蔸的人工促进消退的轻便技术鲜有研究。

相关研究表明，竹子是一种典型的非均质结构，木质素、半纤维素和果胶组分把中空的薄壁细胞和近似实心的竹纤维束粘结在一起。强碱溶液会打断植物细胞壁中纤维素、半纤维素与木质素之间连接的酯链，将竹材细胞角隅区域和复合胞间层中的木质素与胶质组分选择性脱除，增加纤维素之间的空隙度[12,13]，此法可使竹蔸结构疏解，加速其腐烂消退。本文通过适度钻通蔸腔，施放不同浓度的氢氧化钾溶液，测定强碱浸蚀后竹蔸理化性状表现，为竹蔸消退“物理+化学”人工促进技术研发提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验麻竹林位于四川省隆昌市界市镇王家寺村，105°18′E，29°28′N。地貌为低丘上坡，海拔352 m，紫色土，pH值7.74。亚热带湿润季风气候，气候较温和，四季变化较明显。最高气温为45℃，最低气温-2.5℃，多年平均气温为17.2℃。多年平均降雨量1 055.4 mm，年最大降雨量为1 560 mm，5—9月为雨季。笋用纯林林龄20年以上，林相整齐，长势一般，丛蔸高抬，老竹择伐期为6年。

1.2 试验材料

试验用化学药剂：工业用KOH（纯度≥85.0%）。试验对象：麻竹竹蔸，蔸龄：0.2年～8年，直径：5.2 cm～16.2 cm，壁厚：2 cm～5.2 cm。

1.3 试验设计

采用完全随机试验设计，于麻竹林内选取根系发达、具有生理活性的竹蔸/笋蔸300个，用竹蔸钻孔机适度钻通节隔，蔸腔内施放药液促腐。为防止降水对浸蚀液的稀释，并保证KOH与空气中CO2反应，在蔸口套袋并扎透气孔。试验共设置4种处理：T1仅凿通竹蔸横隔；T2凿通竹蔸横隔后添加0.33 g·mL-1KOH溶液；T3凿通竹蔸横隔后添加0.43 g·mL-1KOH溶液；T4凿通竹蔸横隔后添加0.50 g·mL-1KOH溶液；以未处理竹蔸为对照（CK）。每处理重复60次。期间每隔15 d测一次竹蔸腔体溶液pH值直至稳定（pH计法）。

在处理250d后，选取代表性处理T2、T4、CK各3个竹蔸，用铲蔸机完整挖取、密封带回拍摄表征照片，锯开后测刺深，切小块测定烘干前后密度，烘后切薄片拍微观照片，研磨过100目筛测木质素、纤维素、半纤维素、灰分。刺深用标准美工刀片（尖角为60°、宽9 mm、厚0.4 mm）沿竹壁纹路以60N左右力量刺进竹壁，测量刺入深度；竹蔸密度用重量及排水法测体积计算；微观照片用Leica M205 C实体解剖显微镜拍摄；木质素参照GB/T 20805-2006，纤维素、半纤维素参照GB/T20806-2006、NT/T1459-2007，使用JC-18003马弗炉测定；灰分参照GB5009.4-2016测定。

1.4 数据分析

使用IBM SPSS Statistics 22.0（IBM，USA）进行统计分析，Origin Pro 2021（Originlab，USA）软件制图。

2 结果与分析

2.1 竹蔸内KOH溶液的pH值变化

KOH可以和木质素发生反应，破坏木质素的结构[4]。部分KOH与空气中的CO2发生反应变成K2CO3，使得溶液碱性逐步降低。由图1可知，KOH溶液施放时的pH均值为14，在竹蔸内经过30d的反应均值变为8.77左右，平均降幅达37.14%，之后微量波动变化。

pH值未持续降至中性的原因可能与反应产生的胶黏性树脂状混合物粘附于内壁，阻隔了KOH进一步蚀腐溶解竹蔸外壁有关[12]。同时蔸口套袋未敞开，CO2与KOH溶液反应有限，使溶液碱性未持续下降，一般在pH值稳定后拆除套袋即可降至中性。通常来说pH值8.5以下对动植物和土壤不会有太大不良影响，已适宜多数环境微生物的生长[4]。反应生成的碳酸钾是植物可吸收的钾肥，加之施放于蔸腔内，避免了林地面源污染。

2.2 不同浓度KOH溶液蚀腐后竹蔸的表征变化

碱处理会导致木质素发生缩合反应及其他物质的结构变化，使一部分木质素形成无定型结构，破坏原有的结构强度，使材料颜色变深[4,14]。从图2可以看出，林分环境下的对照CK外形完整，颜色灰绿。与对照相比，强碱浸蚀过的竹蔸颜色已发生明显变化，处理浓度越高结构破坏越强。0.33 g·mL-1KOH处理竹蔸仅内壁变软，0.5 g·mL-1处理竹蔸部分内外壁同时开裂破碎。

图 1 竹蔸内KOH溶液pH值变化Fig. 1 Changes of pH value of KOH solution in bamboo stumps

图 2 林分环境下和试验室环境下不同浓度KOH蚀腐后竹蔸的表征变化Fig. 2 Characterization changes of bamboo stumps corroded by different concentrations of KOH in stand environment and laboratory environment

强碱溶液随着pH值降低仅能进行短期蚀腐，使竹蔸生理灭活，颜色变深，内壁变软，但对外壁及硬度改变不大。图2显示腐蚀效果除了强碱蚀腐作用还包括溶液降至中性后的浸泡、自然微生物促腐的共同作用。

2.3 不同浓度KOH溶液蚀腐后竹蔸的微观形态变化

从实体解剖显微镜（见图3）可以看出，KOH溶液处理竹蔸与CK相比，薄壁细胞皱缩明显，大面积粘连；颜色逐渐碳化变黑；维管束逐渐剥离坍塌。其中0.33 g·mL-1处理中薄壁细胞皱缩成团，维管束因连接不紧密切片时脱出形成空洞；0.50 g·mL-1处理微观结构已完全改变，薄壁细胞几乎消失殆尽，维管束严重粘连成丝。这些变化的原因是因为细胞之间的连接物质（半纤维素、木质素等）减少，造成细胞间连接强度降低[14,15,16]。

2.4 不同浓度KOH溶液浸蚀后竹蔸的密度变化

碱处理会增加纤维素之间的空隙度，使细胞壁膨胀疏松，从而变得松散[4]。从图4可看出，烘干前，CK结构致密，0.33 g·mL-1处理和0.50 g·mL-1处理因KOH溶液浸蚀结构已变松散，密度分别比CK降低13.04%和8.70%，0.50 g·mL-1处理密度大于0.33 g·mL-1处理可能与薄壁细胞减少更多，维管束重新紧密黏合有关。

烘干后，CK因水分流失密度比烘前减少69.57%，而0.33 g·mL-1处理和0.50 g·mL-1处理分别比各自烘前减少23.75%和26.19%，说明CK细胞内水分含量更高，被KOH浸蚀后竹蔸的生理活性降低或灭活，导致细胞内水分减少，烘干后影响不大。0.33 g·mL-1处理和0.50 g·mL-1处理烘后密度高于CK可能与图3显示的处理后竹蔸细胞重新紧缩排列有关。0.33 g·mL-1和0.50 g·mL-1处 理 密 度 相 差 不 大，0.50 g·mL-1处理高0.01。

图 3 林分环境下不同浓度氢氧化钾蚀腐后竹蔸的微观形态变化Fig. 3 Morphological changes of bamboo stumps corroded by different concentrations of KOH in stand environment

2.5 不同浓度KOH溶液蚀腐后竹蔸的木质素、纤维素、半纤维素和灰分变化

酸性洗涤木质素（干重占竹蔸23.07%～33.1%）、纤维素（干重占竹蔸21.57%～31.87%）、半纤维素（干重占竹蔸21.43%～25.67%）、灰分（干重占竹蔸6.07%～6.17%）是竹蔸主要化学成分，碱蚀处理可以使大部分木质素和半纤维素溶解析出。同时破坏细胞间弱相胞间层，使部分纤维和薄壁细胞间产生裂缝[17]，从而导致结构强度改变，实现蚀腐效能。

从图5中可看出，0.33 g·mL-1处理和0.50 g·mL-1处理竹蔸的酸性洗涤木质素比CK少30.91%和24.86%，说明KOH在减少木质素方面起明显作用。其中0.33 g·mL-1处理蚀腐去除的木质素低于0.50 g·mL-1。

纤维素具有低反应活性能够有效避免严重解聚[13]，所以纤维素受KOH影响较小。图5显示，随着处理浓度的增大，被处理竹蔸的纤维素未降反升，都比CK更高，0.33 g·mL-1处理的纤维素含量最高。

碱处理可大量释放半纤维素[16,18]。分析认为，竹蔸中半纤维素受KOH溶液影响较大，0.33 g·mL-1处理和0.50 g·mL-1竹蔸的半纤维素比CK减少72.94%和69.81%，其中0.33 g·mL-1l处理减少最多。

植物在高温时会发生一系列物理和化学变化，使有机成分挥发逸散，无机成分残留下来形成灰分[19]。如图所示，被KOH溶液浸蚀的竹蔸灰分值都明显增高，其中0.33 g·mL-1处理和0.50 g·mL-1处理竹蔸的灰分分别比CK增高171.15%、225.77%，说明KOH对竹蔸中碳、氢、氧、氮等元素的灭失作用显著。

3 结论及讨论

林分环境下KOH溶液蚀腐竹蔸的效能明显，经过处理的竹蔸腐烂加速、结构疏松，木质素及半纤维素含量降低。试验条件下，0.50 g·mL-1KOH溶液处理蚀腐效果最好。

基于稳妥原则，本次试验氢氧化钾溶液浓度最高设置为0.50 g·mL-1。因碱性降低较快、碱液浓度较低等原因，强碱的短期浸蚀仅加速了竹蔸生理灭活，软化了蔸腔内壁硬度，对竹蔸外壁的结构及硬度改变不大，竹蔸腐烂消退尚待林地微生物对其进行降解。若开展KOH浓度水平和内外壁均用碱液处理的室内试验，可进一步探索竹蔸蚀腐效率的最佳处理组合。此外，尚需开展林分条件下的蔸龄水平处理，丛蔸结构关键节点破解等试验。碱液浸蚀蔸腔，KOH通过与木质素、半纤维素、CO2反应中和了碱性，反应产物K2CO3等亦可满足竹丛生长的钾肥需求，规避了面源污染，呈现环境友好状态。若林地酸化，用碱液喷施竹蔸外壁可加速竹蔸瓦解，并在一定意义上改良土壤。此外，利用适量碱液初步蚀腐竹蔸，在蔸腔内继续施用木质素降解菌[20]或生物菌肥或生产食用菌，形成更为绿色环保的“物理+化学+生物”的丛生竹丛蔸高抬消退技术，无疑对低效丛生竹竹林复壮、竹林复合经营有着科学和现实的意义。