模具对毛竹主秆造型的影响

唐昌贻，谢爱香，杨艺薇，范伟青，周成敏

（1.遂昌县自然资源和规划局，浙江 遂昌 323300，2.丽水市林业技术推广总站，浙江 丽水 323000，3.丽水市农林科学研究院，浙江 丽水 323000）

毛竹Phyllostachys edulis是禾本科Poaceae 刚竹属Phyllostachys植物，具有生长快、周期短、产量高、用途广等特点[1]。目前，竹产业面临市场、成本、生态等多重压力，2017 年的毛竹竹材价格比2012 年最高峰时的价格下降了50%[2]，然而加工奇特竹工艺品，营造城市的公共绿地、道路和河岸的绿色通道，具有较高观赏价值的竹材及竹种需求却越来越大[3]。由于自然界生长特异的竹子数量较少，研究主秆人工造型的报道甚少，开展这方面的研究，不仅能为制造竹制工艺品提供特殊材料，达到竹材增值的目的，还能帮助竹农解决卖竹难的问题，让毛竹在园林建设和特殊用材上发挥出更大的作用。为此，根据毛竹主秆的粗生长在竹笋出土前就基本定型的规律[4]和在毛竹笋长成新竹的过程中，其主秆形状有可塑性[5]以及在很大程度上不直接需光[6]，且毛竹幼竹在林内的弱光条件也能很好地进行光合作用[7]，本研究试图通过对毛竹笋套方形钻孔不锈钢模具，观测透气孔对毛竹主秆形状和竹节生长的影响，以期探索出毛竹笋在模具内的生长规律，为竹制工艺品特殊竹材和观赏竹种的人工造型提供理论依据和技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验区位于浙江省丽水市遂昌县西北部的应村乡，地理坐标为28°41′1″N，119°8′32″E，全年平均气温为17.1℃，极高气温为40.1℃，极低气温为-9.7℃，≥10℃年积温为5 273.3℃；年均降水量为1 212.5 mm，无霜期为223 d，相对湿度为79%。

试验地点设在应村乡高棠村，林地交通方便，平均海拔为600 m，土壤为山地红壤，pH 值为5.5～ 6.5，土层深度为60 cm 以上；林分是经过改建的毛竹竹笋、竹材两用林基地（2019 年为出笋大年），立竹量为2 250株·hm-2，平均胸径为12.2 cm，竹林年龄结构比例1、2、3 度（含3 度以上）立竹株数比为43∶25∶32。

1.2 试验材料

在立地条件基本一致、经营管理水平相同的毛竹林里，选择笋体距离地面5 cm 处外围周长为40～ 45 cm，笋高为25～ 35 cm 的健壮竹笋为供试对象。模具委托浙江省遂昌雄立铝合金经营部制作，分别采用0.12 cm、0.15 cm、0.18 cm 厚的不锈钢板做成锥台型的正方形模具，上底面边长为10.5 cm，下底面边长为12 cm，高为200 cm，为了防止模具被风吹倒和促使竹笋能顺利入模生长，在模具下端增加高20 cm，上底面边长为12 cm，下底面边长为15 cm 开口型的基座，正方形模具可一分为二，合起来就成方形，中间用螺栓拧紧固定（图1）。

图1 方形不锈钢模具Figure 1 Square stainless steel mold

1.3 试验设计

1.3.1 不同钢板厚度处理 采用64 个直径为1.5 cm孔隙的模具，设4 个钢板厚度处理，处理A 钢板厚度为0.12 cm，处理B 钢板厚度为0.15 cm，处理C 钢板厚度为0.18 cm，对照处理（CK）为不用模具，每个处理竹笋3 株，重复3 次，共计36 株。

1.3.2 不同孔隙大小处理 设4 个处理，处理A1为无孔模具，处理B1为64 个直径1.5 cm 孔模具，处理C1为64 个直径3.0 cm 孔模具，对照处理（CK）为不用模具，3 个重复，每个处理竹笋3 株，共计36 株。

1.4 上模造型

2019 年4 月10 日前后，当竹笋长出地面25～ 35 cm 时，选择距地面高5 cm 处，外围周长40～ 45 cm 之间的竹笋进行上模。据统计，不同钢板厚度试验用笋样株平均高为31.12 cm、距地面5 cm 处平均周长为42.75 cm；不同孔隙大小试验用笋样株平均高为30.41 cm、距地面5 cm 处平均周长为42.51 cm。上模时将笋直接套入锥台型的正方形模具中，然后，用铁丝在模具三个不同方向牵拉固定，以保证造型的强制力，防止竹笋生长时偏倒，迫使竹材长成方形。

1.5 数据采集与分析

于2019 年7 月20—21 日拆模，调查经过造型竹和CK（自然生长）的200 cm 主秆中每节的平均节间长度和平均竹节数量，测量时，最后一节如有一半以上在模具内按一节计算，不到一半不计节数。测量节间长度工具用200 cm 的钢卷尺。主秆高指CK 样株与套模样株相对应节数的总高度；CK 样株记录从地面开始至200 cm（模具高）自然高度的竹节数，套模样株从地面开始向上记录与CK 相同节数的长度。胸径测量主秆距地面130 cm 高处的直径，测量工具用200 cm 的测树围尺。为了对比模具钻孔处理对竹笋成竹过程的影响，数据采用DPS软件LSD 法进行多重比较及差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 钢板厚度对竹笋生长的影响

2.1.1 钢板厚度对竹笋生长膨胀力的影响 从试验现场观察，随着竹笋的生长膨大，处理B 和处理C 模具，钢板没有向外突出变形，螺栓固定接口处也没有突出；处理A 模具，钢板没有向外突出变形，但两块模具连接螺栓固定处略微突出，这说明3 个处理的钢板厚度虽然都能承受竹笋生长向外的膨胀力，但由于在模具两边的连接面，有一条缝隙存在，所以，竹笋生长向外的膨胀力已达到0.12 cm 厚度钢板的最大承受力，因此，在生产应用中，钢板厚度应控制在0.12 cm 以上即可。

2.1.2 钢板厚度对竹笋生长的影响 由表1 试验结果表明，套用不同钢板厚度模具的竹笋生长后的节间长度、竹节个数、主秆高度和胸径大小之间差异不显著，这说明培育方形竹材，采用0.12 cm、0.15 cm、0.18 cm 3 种厚度的钢板制作模具，在生产中均可推广应用。

表1 钢板厚度对竹笋生长的分析Table 1 Effect of steel plate thickness on shoot growth

2.2 模具孔隙对竹笋生长的影响

2.2.1 模具孔隙对竹节的影响 竹笋在模具内生长，每2～ 3 d 观察1 次，有洞孔处理模具B1、C1，发现15 d左右出模，B1比C1迟1～ 2 d 出模，自模具下端至上口，生长规律呈现先缓慢后逐渐加快，直至出模后恢复自然生长；无洞孔处理模具A1，观察期间看不见模具内生长情况，拆模后发现全部死亡，最高的长度为110 cm；CK 自然生长至模具相应高度需8 d。为此，处理A1未作分析，仅对处理B1、C1和CK 进行分析，将套模具100 d 后的调查数据进行整理分析，结果见表2。

表2 模具孔隙对竹节的影响Table 2 Effect of mold with different diameter round holes on bamboo nodes

由表2 可见，B1、C1处理，随着孔隙增大，毛竹的平均节间长也随之增长，B1处理的平均节间长为11.76 cm，C1处理的平均节长为13.33 cm，2 个处理的节间长度分别比CK（16.67 cm）减少了29.45%和20.04%，B1、C1处理之间达显著差异水平（P＜0.05），B1、C1处理与CK 之间达到极显著差异水平（P＜0.01）；毛竹的竹节数量随着孔隙的增大而减少，B1处理的竹节数量最多，为17.67 个；C1处理居中，为15.33 个，CK 的竹节个数最少，为12 个。B1、C1处理的竹节数量分别比CK 增加了47.25%、27.75%，但B1、C1处理之间差异不显著，B1、C1处理与CK 之间达到极显著差异水平（P＜0.05）。由此可见，光照强度和透气强度对竹笋的纵向生长有直接的影响。

由表2 中的毛竹平均节间长可见，随着模具孔隙的增大，毛竹的平均节间长增长，但毛竹平均竹节数量却随着模具孔隙的增大而减少。为此，为分析模具孔隙对竹节的相关关系，对毛竹节间长（y）、竹节数量（y1）与模具孔隙（x）数据分别进行相关性回归分析，得出回归方程式和相关系数（R2）:

根据相关性回归分析结果表明，毛竹节间长与模具孔隙之间呈明显的正相关关系，毛竹竹节数量与模具孔隙之间呈明显的负相关关系，其相关系数R2均达到0.848 5 以上，这说明毛竹节间长、竹节数量与模具孔隙相关关系紧密，在生产中可以根据需要，对模具孔隙进行调整，以培育出相应的竹材。

2.2.2 模具孔隙对竹材的影响 由表3 试验结果发现，主秆高随着模具孔隙的增大而增高，B1处理的平均主秆高为110.53 cm，C1处理的平均主秆高为152.57 cm，B1、C1处理的主秆高分别比对照（207.10 cm）减少了46.63%和26.33%，三个处理间均达到极显著差异水平（P=0.001 2）；毛竹的胸径B1处理与C1处理相同，比CK 的小0.46 cm，经方差显著性分析和多重比较，三个处理之间的差异均不显著（P＞0.05）。由此可见，模具孔隙对竹秆高生长有直接的影响，但对竹秆胸径的生长影响甚小。

表3 模具孔隙对竹材的影响Table 3 Effect of mold with different diameter round holes on bamboo growth

2.2.3 模具大小对毛竹主秆形状的影响 从试验现场观察，模具大小配置和竹笋大小有较大关系（图2），如模具大而竹笋偏小，毛竹主秆成不了方形，如竹笋比模具偏大，毛竹主秆形成方形时，会导致主秆竹壁轻微内凹；如竹笋体积过大，导致整个毛竹主秆竹壁和竹节内凹，形成夹层（图2A）；只有模具大小与竹笋大小（竹笋直径略大模具直径）相对一致时，工艺竹材造型较好，模具孔隙对毛竹主秆形状不会造成影响（图2B）。

图2 处理后的方形毛竹Figure 2 Effect of diameter of square-shaped mold on bamboo shape

3 结论与讨论

3.1 结论

随着毛竹竹笋的生长膨大，3 个厚度处理模具，都能承受其竹笋生长向外膨胀力，模具钢板不会变形，不影响竹秆成形。但从观察分析，模具钢板厚度不宜低于0.12 cm，因为在该厚度时，两块模具连接螺丝钉固定处略微突出，说明低于该厚度的钢板承受力已不能抵御竹笋生长向外的膨胀力。

毛竹竹笋长成新竹的过程中，利用不同孔隙的不锈钢模具套住笋体，新竹主秆随着孔隙的增大，平均节间长也随之增长，而竹节数量却随着孔隙增大而减少，主秆高随着模具孔隙增大而增高，但对毛竹胸径大小没有影响。为此，在毛竹主杆造型过程中应选择厚度＞0.12 cm 的钢板制作模具，再根据需要，通过模具孔隙的调整，选择不同竹笋粗度和模具的大小、长度，培育出规格不同的工艺毛竹竹材。

3.2 讨论

当笋高在25～ 35 cm 之间，对毛竹笋套上200 cm 长的无孔不锈钢模具，超出了竹笋生长抵御外界干扰的承受能力，容易造成死亡，这与方飞燕等研究的不同光照强度对毛竹幼竹成竹过程有显著差异[8]以及郑林水等分析竹笋高生长细胞分裂所生产的热量无法及时散发会造成竹笋死亡[5]结果一致。但在试验中还发现，当笋高处于65 cm 左右时，套上200 cm 长的无孔不锈钢模具，也有个别样株能生长发育成幼竹的现象存在，原因是笋高度已接近模具1/3，相对上模洞口光热环境、透气条件，随模具缩短而发生了变化。植物生长状况与其所处的光环境密切相关[9]，在影响植物结构特性的生态因子（光、温度、水分及营养等）中，光照强度的作用最为显著[10]，还有透气强度，模具四周无孔隙不透气，竹笋高生长细胞分裂所生产的热量无法及时散发[5]，造成气孔部分关闭及生理功能减弱[11]，生长发育受到严重阻碍，表现出黄化、瘦弱及死亡[12]。说明由竹笋过渡到幼竹前尽管未展枝放叶，但离不开透气的环境和一定的光照条件。

毛竹笋套上不同孔隙的模具，其节间长存在显著差异，随着模具孔隙的减小而变短，随着模具孔隙的增大而变长，自然条件下生长的节间长度最长。由此可见，毛竹从竹笋到幼竹这个生长过程中虽然可以不需强光[6]，能够在弱光和有透气的条件下生长[7]，但对节间长生长有抑制作用，为此，可以根据生产用材需要，通过模具孔隙大小的调整，培育节间长度不同的工艺毛竹竹材。

模具孔隙对竹秆高生长有直接的影响，可能是用模具强制改变毛竹主秆形状，造成部分竹笋养分输送通道遭压，养分供给减少，致使竹笋高生长受影响，加上模具孔隙度不同，对竹笋高生长细胞分裂所生产的热量散发有快有慢，所以，新竹主秆矮化有差异。至于模具孔隙对新竹胸径大小没有造成影响，这与竹类植物只有初生生长，没有次生生长，形态生长在短期内一次完成，一株竹的竹秆粗细在竹笋出土时就已定型了[13]，所以新竹胸径的生长几乎不受光照强度的影响，而取决于竹笋初生的大小。