能源危机和环境问题的加剧,促进了全球对可再生木质资源和绿色林业产业的关注。竹子生长快,产量高,性能好的优点使其在我国林产品生产中扮演着越来越重要的角色,竹产业也已成为我国林业产业的朝阳产业之一。为满足工业化生产对竹材的需求,人们对竹林定向培育,尤其是工业用材林的定向培育,进行了大量的研究和推广。为保证在人工培育条件下的竹材质量满足工业用材要求,需对其材质进行科学评估,以建立竹林培育、加工利用相辅相成的竹生态产业链,这对提升竹材产业,促进竹产区经济、社会可持续发展具有重要意义。本研究以四川竹产区主要乡土竹种慈竹为研究对象,研究了其竹秆形态和材质生长规律,分析了竹材的工业适用性,探讨了慈竹材质在雅安、眉山、宜宾、江油研究区间的差异及其对气候因子和土壤肥力的响应,并以此为基础,采取3因素4水平“3414”施肥实验设计,对慈竹人工林施加不同种类的化学肥料(氮肥、磷肥、钾肥),在施肥1年后,采伐各施肥处理下不同竹龄(1a、2a、3a)竹材,对其材质进行测量,分析施肥对慈竹材质的影响以及养分施加量与材质之间的相关性。主要研究结果如下:1.四川省慈竹秆高在8-14m之间,胸径在30-70mm之间。慈竹秆壁由薄壁细胞和维管束构成,秆壁中部维管束类型为断腰型,由纤维股、维管束鞘和导管组成。慈竹纤维为两端尖削、壁厚、腔小的轴向细胞,纤维胞壁纹孔较小。与四川省内生长的毛竹、梁山慈竹、麻竹、撑绿杂交竹相比,慈竹秆壁薄,平均仅为4.5mm,但具有较长的节间长度,平均为55.6cm,另外,慈竹初含水率也最小,为58%,分别是麻竹和撑绿杂交竹的1/3和1/2。慈竹纤维长度比毛竹大,纤维壁厚与毛竹相当,基本密度在5个竹种中最大,为0.69g/cm3,顺纹抗压强度和顺纹抗剪强度与毛竹较接近,分别为66.49 MPa和12.86 MPa。竹种间的纤维形态对比结果证明慈竹为较优良的造纸原料,较低的初含水率、长节间、高密度、高尺寸稳定性、以及较强的力学强度说明慈竹也适于结构用材。2.慈竹竹秆高生长符合竹类慢-快-慢的生长规律。在快速生长期,竹秆日平均生长量为26.3cm。慈竹平均秆高、节位数、节间长度与高生长期天数之间分别表现出显著的指数函数、幂函数、指数函数的回归关系。在高生长期和材质生长期,节间长度随节位数由竹秆基部至稍部的增加均表现出先缓慢增加,至稳定后,又逐渐下降的趋势,且与节位数的回归关系均为显著的三次函数关系;节间直径与节间长度的变异规律相似,也是先缓慢增加,后逐渐减小;而竹壁厚度则随节位数的增加逐渐减小,与节位数的回归关系为幂函数关系。研究区和生长期的变化对慈竹节间直径和竹壁厚度随节位数的变异规律没有影响,其秆内变异属慈竹遗传特性的体现。3.慈竹在高生长进行至40-55d时,由薄壁细胞伸长分化而来的纤维已开始明显增厚,纤维细胞壁厚与导管壁厚、薄壁细胞壁厚开始表现出明显差异,在此阶段,各组织细胞已分化明显。慈竹纤维细胞伸长生长分为三个阶段,即高生长时期的快速生长阶段、嫩竹期的缓慢生长阶段、材质生长中后期的衰老阶段。在快速生长期,慈竹纤维细胞从起初的1.60mm伸长至高生长结束时的2.5mm,呈现出线性的生长模式,且表现出了与竹节伸长的高度一致性。对应高生长期、嫩竹期、材质成熟期,慈竹纤维壁分别表现为缓慢增厚、增厚高峰期、增厚稳定期。在嫩竹期,纤维壁厚从高生长结束时的4.68μm增厚至9.59μm。纤维腔径在各生长期的生长规律与纤维壁厚相反。对比材质生长期不同竹龄竹材,纤维各形态特征随竹龄增加未表现出明显的规律性。4.慈竹组织比量在纤维细胞明显分化后已基本定型,随高生长期和材质生长期的变化虽有波动,但变化幅度未达显著水平。从高生长期至嫩竹期,再到材质生长的中后期,慈竹基本密度一直缓慢增加,且与高生长期天数呈现显著的线性回归关系,而在材质生长期,随竹龄的增加,表现出显著的二次函数回归关系。在材质生长期,慈竹体积干缩率随竹龄的增加逐渐减小,材质表现为高竹龄竹材较低竹龄竹材有较好的尺寸稳定性,体积干缩率与竹龄间的回归关系为显著的二次函数关系。慈竹力学强度在材质生长期随竹龄的增加逐渐增加,并与竹龄呈现出显著的二次函数回归关系。从结构材的用材要求考虑,慈竹结构用材林的砍伐年限为第4a。慈竹纤维长度与节间长度显著正相关、纤维壁厚与基本密度显著正相关、基本密度与力学强度显著正相关,材质参数间的相关性是慈竹秆形生长规律和材质生长规律协调统一的具体体现。5.慈竹组织分化期(7-8月份)的降雨量、气温、日照时数与慈竹纤维组织比量呈负相关关系,与基本组织比量呈正相关关系;而输导组织比量则与此时期的降雨量和日照时数正相关,与气温负相关。慈竹纤维长度与其高生长期(7-9月份)的降雨量极显著正相关,与此时期的日照时数和气温显著负相关。慈竹顺纹抗剪强度与年均温显著负相关,而体积干缩率与年日照时数显著正相关。土壤最大持水量、最小持水量、总孔隙度与纤维长度、基本密度、力学强度正相关,与纤维壁厚、腔径、宽度、体积干缩率负相关。慈竹纤维形态与土壤氮含量相关性较弱,而与土壤有效养分(有效磷、速效钾)负相关,力学强度与与有效磷负相关。6.慈竹高生长期充足的降雨量、适宜的温度和日照时数有利于慈竹纤维的伸长生长,而上述气候条件不利于纤维细胞壁的增厚生长,这恰好适合培育具有长纤维和壁薄的纸浆材。在四个研究区域中,雅安研究区在慈竹高生长期的气候条件(多雨、气温适宜、无酷暑、少日照)适宜栽培纸浆林。土壤较好的保水性和通透性(高持水量和高总孔隙度)以及低pH对培育慈竹纸浆林和结构材用林都有利,川西南地区的土壤条件适宜栽培慈竹纸浆林和结构材用林。7.施肥均使1a、2a、3a 生慈竹基本组织比量和体积干缩率增加,使纤维组织比量、输导组织比量、纤维长度、基本密度降低。施肥配比的变化使纤维腔径、纤维壁厚、力学强度或增加或减小,未表现出一致的规律性。慈竹材质受施肥的影响程度随竹龄的变化而不同,如施肥对1a生慈竹基本组织比量、纤维组织比量、纤维长度、基本密度的影响程度大于对2a生和3a生慈竹上述指标的影响,主要是由于在对1a生慈竹施肥时,上述各指标正处于分化或生长高峰期;而对2a生和3a生慈竹纤维腔径、纤维壁厚、体积干缩率、顺纹抗压强度和顺纹抗剪强度的影响程度大于1a生慈竹同类指标,主要是由于对2a生或3a生慈竹施肥时,其正处于干物质积累的旺盛期。8.施肥对慈竹基本组织比量、纤维组织比量、输导组织比量、纤维长度、纤维腔径、纤维壁厚的变异影响程度小于其自身变异(竹秆个体和竹秆部位),而对基本密度、体积干缩率、顺纹抗压强度、顺纹抗剪强度的变异影响大于其自身变异程度,说明施肥对慈竹不同材质指标的影响程度不同。虽然施肥对慈竹材质有影响,但对各材质随竹龄的生长或变异规律没有影响,说明慈竹材质随竹龄的生长发育规律是慈竹遗传特性的体现。9.不同肥料配比及不同肥料施用量对不同竹龄慈竹材质的影响也不一样。1a生慈竹材质对N、P、K单因素肥的响应程度大于2a生和3a生慈竹,N、P肥对慈竹大多数材质指标均能产生显著的负面影响,K肥与各竹龄慈竹材质指标相关性均不显著。为避免施肥对慈竹纸浆林材质产生过大的负面影响,对纸浆林施肥培育时,应尽量在慈竹组织分化期和纤维伸长生长期少施N、P肥,或可选在每年1-4月份施加,N肥和P肥施用量应分别控制在0.3kg/丛/年和0.15kg/丛/年及以下。K肥施加量可根据其他生长指标的发育需要合理添加。综上,慈竹可作为优良的造纸和生物基材料的原料,其材质指标随生长期变化表现出的规律性是慈竹遗传特性的具体体现。选取慈竹纸浆林栽培区域时,应考虑该区域是否有充沛的降雨量、适宜的温度和日照时数;雅安和眉山的土壤条件表明川西南地区适宜栽培慈竹纸浆林和结构材用林。施用N、P、K肥可使各竹龄慈竹基本组织比量和体积干缩率增加,使纤维长度和基本密度降低,从材质培育的角度出发,应严格控制N、P肥的施用量,并在孕笋期施肥。今后应开展更多有关改变施肥方式和施加竹专用肥等对竹材材质的影响研究。