原创 张 磊等 南京林业大学学报

专题报道

不同灌水时间下毛竹伐桩根系化学计量及生理特性变化

张 磊1,2，童 龙3，谢锦忠2，李俞佳1，张 玮2

1.重庆市忠县林业局；2.中国林业科学研究院亚热带林业研究所；3.重庆市林业科学研究院。

毛竹(Phyllostachys edulis)是中国栽培历史最久栽培面积最广、经济价值也最高的竹种。毛竹可以利用其地下鞭根系统在克隆分株之间进行水分的分享,从而实现对整个毛竹林的灌溉。在毛竹的经营管理中,每年要砍伐大量的竹子,但是毛竹伐桩的腐烂却非常缓慢,伐桩完全腐烂通常需要很长的时间,毛竹林中多年不腐烂的伐桩会占据大量的空间,进而影响毛竹林中新竹竹鞭的生长和毛竹笋的产量。当前对毛竹伐桩的研究多集中在毛竹林内伐桩促腐、机械挖掘清理及伐桩腐烂对毛竹林内土壤理化性质的影响等方面,同时张磊等对毛竹伐桩打通灌水后,毛竹的光合特性及生理变化方面已经进行了较多的研究,研究结果显示,利用毛竹伐桩灌水的方式进行毛竹林灌溉,对毛竹的健康生长起到了很好的作用。

毛竹大部分生长地位置相对较高,由于气候变化,当前的干旱天气多有发生,仅靠降雨不能满足毛竹生长对水分的需求,采用现代化的灌溉方式(如喷灌、滴管等)财力投人较大,同时对林地立地条件要求也高,而使用经过毛竹打桩机打通灌水的毛竹伐桩进行灌溉,不仅可以大幅度降低灌溉成本，提高毛竹林地利用率，灌水在一定程度上还可以加快毛竹伐桩的腐烂。毛竹伐桩灌水后，随着时间的推移会发生老化，灌溉效果也会随着时间的延 长而变差，这些变化具体可以反映在其根系化学计量和生理指标的变化上，究竟毛竹伐桩在时间推移及灌水下各项生理指标将发生怎样的变化，在哪个灌溉时间节点发生较为显著的变化，毛竹伐桩在毛 竹林灌溉方面起到较好的效果能保持多长时间，此 方面研究还鲜见相关报道。本期论文推荐的作者为了研究其中的机理，从试验毛竹林中选取灌水0、180、360和720d的毛竹伐桩（即模拟最初伐桩未灌水的状态、灌水0.5、1和 2a时伐桩的状态）进行研究，测定随时间推移及灌水影响下各时间点的毛竹伐桩根系化 学计量和生理指标，得出毛竹伐桩在灌水影响下发生显著变化的时间节点，从而为毛竹伐桩灌溉时间 长短的选择提供理论参考。

下面跟学报君一探究竟！

作者简介

通讯作者

谢锦忠，生态学理学博士，中国林业科学研究院研究员，硕士生导师，主要从事竹产业和林下经济等研究工作。

第一作者

张 磊，生态学理学硕士，重庆市忠县林业局工程师，主要从事竹产业和竹林生理生态等研究工作。

关键词：毛竹；伐桩；灌水时间；根系；化学计量；生理特性

基金项目：中国林科院中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金项目(CAFYBB2017MA002)。

引文格式：张磊,童龙,谢锦忠,等.不同灌水时间下毛竹伐桩根系化学计量及生理特性变化[J].南京林业大学学报(自然科学版)，2021,45(5);25-30.ZHANG L，TONG L，XIE JZ，et al.Changes in chenical metrology and physiological characteristics of Phyllstachys edulis stump roots under different irigation times[J].Journal of Nanjing ForestryUniversity (Natural Sciences Edition),2021,45(5):25-30.DOI:10.12302/j.issn.1000-2006.202010022.

1目的

研究不同灌水时间下毛竹伐桩根系化学计量及生理特性的差异,为毛竹伐桩灌溉时间长短的选择提供理论参考。

2方法

以毛竹灌水伐桩为研究对象,设置4个处理:对照灌水0d(CK)、灌水180 d(T1)、灌水360 d(T2)、灌水720 d(T3),分析比较4个不同灌水时间长度后,毛竹伐桩根系化学计量、相对电导率、丙二醛(MDA)含量、根系活力、抗氧化酶活性及可溶性蛋白含量差异。

2.1 试验材料

研究地点位于浙江省杭州市富阳区庙山坞自然保护区(119°56'~120°02'E,30°03'~30°06'N),春季和冬季降雨相对较少。年均无霜期约237 d,年均降水量约1 700 mm,保护区海拔为290~530m,年均气温17.2 ℃,土壤为微酸性的红壤,该保护区总面积大约820.1 hm²,森林覆盖率达到93.6%。植物种类丰富,主要植被类型包括毛竹林、杉木(Cunninghamia lanceolata)林和马尾松( Pinus massoniana)林等。

▲处理前的伐桩

▲处理后的伐桩

2.2 研究方法

选取面积不少于2 hm²且立地条件基本一致的毛竹林作为试验林。经调查,试验毛竹林立竹密度为(3 000±123）株/ hm²、立竹胸径为(12.25土0.59)cm、立竹年龄结构(Ⅲ度竹、Ⅱ度竹、Ⅰ度竹数量比)为1.00:0.63∶1.34。试验于2015年1月1日开始,选取胸径为( 13.000.50 ) cm的6年生毛竹100株,毛竹的选择要随机,同时避免集中成片。毛竹砍伐后地面上均留取5 cm高度的伐桩并用毛竹打桩机将伐桩内部的蜡质层和竹隔打破灌水,灌水后用塑料薄膜将伐桩口包扎,以防止水分蒸发，定期检查加水保证伐桩720 d内始终有水(T3);在T3处理持续灌水360 d时,选取胸径和立竹数量均相同的6年生毛竹做伐桩,做相同处理,并定期检查加水保证伐桩360 d内始终有水(T2);在 T2处理持续灌水180 d时,选取胸径和立竹数量均相同的6年生毛竹做伐桩,做相同处理,并定期检查加水保证伐桩180 d内始终有水(T1);在取样前选取胸径和立竹数量均相同的6年生毛竹做伐桩,做相同处理,但不灌水(CK)。4种处理分别做好标记,以方便取样。

3结果

随着灌水时间的延长,毛竹伐桩根系碳(C)含量不断增加,而氮(N)和磷(P)的含量则基本均呈先升高后降低,m(C)/m(N)和m(C)/m(P)不断上升，m(N)/m(P)保持相对稳定。毛竹伐桩根系各种氧化酶活性、相对电导率和MDA含量均随着灌水时间的不断增加而升高,而毛竹伐桩根系活力和可溶性蛋白含量都随着灌水时间的增加明显降低。

3.1 不同灌水时间下毛竹伐桩根系化学计量变化

不同灌水时间下毛竹伐桩根系化学计量变化情况(表1)可知,随着灌水时间的增加,毛竹伐桩根系的C含量在不断地增加,且表现为T1处理与T2处理差异不显著(P>0.05）,但均与CK处理和T3处理达到显著差异水平(P<0.05);毛竹伐桩根系N含量随灌水时间的增加呈“N”形变化,表现为T1处理最高,其次为CK处理、T3处理,最后为T2处理,且CK处理和T1处理、T2处理和T3处理之间差异不显著,但T2处理和T3处理均与CK处理和T1处理差异显著;毛竹伐桩根系Р含量随灌水时间的延长呈先升高后降低的变化趋势,其大小顺序表现为T1>T2>CK>T3,且 CK处理和T处理差异不显著,但均与T1处理和T3处理达到差异显著水平;毛竹伐桩根系碳氮质量比(C/N)随灌水时间的延长呈增加趋势,表现为CK处理和T1处理差异不显著,T2和T3处理之间差异不显著,但T2和T3处理均与CK处理和T1处理差异显著;毛竹伐桩根系碳磷质量比(C/P)与灌水时间呈不规则的“V”字形变化,表现为CK处理和T2处理差异不显著,但均与T1处理和T3处理差异显著;毛竹伐桩根系氮磷质量比(N/P)与灌水时间延长也呈不规则的“V”字形变化,表现为T1处理和T2处理差异不显著但均与CK处理和T3处理达到差异显著水平,但整体变化相对稳定。

▼表 1 不同灌水时间下毛竹伐桩根系化学计量变化

注：同列不同小写字母表示毛竹伐桩根系养分含量及其化学计量比差异显著（P>0.05）。下同。

3.2 不同灌水时间下毛竹伐桩根系生理指标变化

毛竹伐桩根系丙二醛(MDA)含量随着灌水时间的增加而不断升高(图1),与CK处理相比, T3处理毛竹伐桩根系MDA含量最高，为0.019 3μmol/g,CK、T1和T2处理毛竹伐桩根系MDA含量之间未达到差异显著水平,但均与T3处理差异显著,T1、T2和T3处理毛竹伐桩根系MDA含量分别比CK处理增高了3.38% 、10.14%和30.41%。毛竹伐桩根系相对电导率随着灌水时间的增加呈“N”字形变化(图1),T1处理与CK处理相比,毛竹伐桩根系相对电导率显著升高(P<0.05)且达到最大(10.58%),T2处理与T1处理相比,其出现了降低,且两者之间达到差异显著水平,T3处理伐桩根系相对电导率与T2处理相比出现升高现象,同时与CK处理和T2处理达到差异显著水平,但与T1处理差异不显著,T1、T2和T3毛竹伐桩根系相对电导率分别比CK处理增高了54.00%、20.09%和48.33%。毛竹伐桩根系活力随着灌水时间的增加而逐年下降(图1),与CK处理毛竹伐桩根系活力相比,T1处理与CK处理未达到差异显著水平,T2处理与CK处理、T1处理和T3处理均差异显著,T3处理毛竹伐桩根系活力最低[37.45 μg/(gh)],同时与其他各处理均达到显著差异水平, T1、T2和T3处理毛竹伐桩根系活力分别比CK处理毛竹伐桩根系活力下降了5.28%、12.54%和26.48%。

▲图 1 不同灌水时间下毛竹伐桩根系丙二醛含量、 相对电导率和根系活力变化

3.3 不同灌水时间下毛竹伐桩根系抗氧化酶活性变化

测定可知,毛竹伐桩根系各氧化酶活性均随着灌水时间的增长而增大(图2)。CK处理毛竹灌水伐桩根系POD、SOD活性与T1和T2处理均未达到显著差异水平(P>0.05),但CK、T1和T2处理均与T3处理毛竹伐桩根系POD和SOD活性差异显著(P<0.05 ), T1、T2和T3处理毛竹伐桩根系POD活性分别比CK处理升高了15.82% 、21.55%和47.96%,与CK处理毛竹伐桩根系SOD活性相比,T1、T2和T3处理分别提高了1.98%、9.68%和26.03%;T1处理毛竹伐桩根系CAT活性与CK处理和T2处理均未达到显著差异水平,但CK和T2毛竹伐桩根系CAT活性差异显著,同时T3处理与各处理的差异均达到显著水平,T1、T2和T3处理毛竹伐桩根系CAT活性分别比CK处理提高了25.28%41.06%和90.25%。

▲图 2 不同灌水时间下毛竹伐桩根系抗氧化酶活性变化

3.4 不同灌水时间下毛竹伐桩根系可溶性蛋白含量变化

毛竹伐桩根系可溶性蛋白含量随着灌水时间的不断增加呈倒“N”字形变化(图3)。CK处理毛竹伐桩根系的可溶性蛋白含量显著高于T1、T2和T3处理,在灌溉180 d时,出现了显著的下降,灌溉360 d时,毛竹伐桩根系可溶性蛋白含量有了小幅度的回升,在灌溉720d时,又出现显著的下降，CK处理毛竹伐桩根系可溶性蛋白含量与各处理均达到差异显著水平,T1处理毛竹伐桩根系可溶性蛋白含量与T2和T3处理差异均不显著,但T2和T3处理间的毛竹伐桩根系可溶性蛋白含量差异达到显著水平。

▲图 3 不同灌水时间下毛竹伐桩根系可溶性蛋白含量变化

4结论

综合各项生理指标认为,在360 d内对毛竹伐桩灌水仍能起到较好的灌溉效果。

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