胡文杰，龐宏?yáng)|，胡興宜，劉清平，徐麗君，李 玲，張 濤

（1.湖北省林業(yè)科學(xué)研究院，湖北 武漢 430075；2.湖北幕阜山竹林生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家定位觀測(cè)研究站，湖北 咸寧 437100；3.咸寧市林業(yè)科學(xué)院，湖北 咸寧 437100；4.恩施自治州林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)院，湖北 恩施 445000）

毛竹在我國(guó)南方分布廣泛，是發(fā)展竹產(chǎn)業(yè)的重要竹種[1]。毛竹林覆蓋是指在冬季將稻草和谷殼等有機(jī)物料覆蓋于毛竹筍用林內(nèi)，通過(guò)有機(jī)物料發(fā)酵腐解，增加土壤溫度，促進(jìn)竹筍早出[2-3]，以獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。研究表明，毛竹林覆蓋不僅可以提高竹筍產(chǎn)量[4]，還可顯著提高鞭芽數(shù)量[5]，甚至對(duì)竹筍的形態(tài)特征產(chǎn)生影響。覆蓋作為一種經(jīng)營(yíng)措施，已在部分毛竹產(chǎn)區(qū)推廣應(yīng)用。但是，覆蓋往往會(huì)將大量的養(yǎng)分帶入土壤，使土壤理化性質(zhì)、土壤微生物和土壤酶等產(chǎn)生變化[6]，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期經(jīng)營(yíng)，這種變化不僅會(huì)對(duì)竹筍的產(chǎn)量、品質(zhì)等產(chǎn)生負(fù)面影響，同時(shí)也會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不利影響。研究經(jīng)過(guò)覆蓋后土壤理化性質(zhì)的變化情況對(duì)毛竹林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)具有重要意義。

土壤是森林生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，其理化性質(zhì)直接反映了土壤質(zhì)量的優(yōu)劣，是衡量土壤健康與否的重要指標(biāo)[7]。研究表明，覆蓋可顯著提高土壤有機(jī)碳總量[8]，進(jìn)而改善土壤理化性質(zhì)[9]。 但也有研究表明，長(zhǎng)期覆蓋會(huì)降低土壤非毛管孔隙度和土壤總孔隙度，并提高土壤容重[10]，甚至影響土壤入滲情況[11-12]，從而使土壤劣變。一般來(lái)說(shuō)，覆蓋措施、覆蓋時(shí)長(zhǎng)及不同研究區(qū)域等因素都可能對(duì)土壤理化性質(zhì)有較為明顯的影響，因此，為掌握不同覆蓋措施對(duì)竹林土壤的影響，以鄂南地區(qū)毛竹林為研究對(duì)象，探討經(jīng)不同覆蓋措施覆蓋3 a 后土壤物理性質(zhì)及養(yǎng)分含量的變化情況，以期為毛竹筍用林的經(jīng)營(yíng)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于湖北省咸寧市潛山（114°18′53.83″E，29°48′54.46″N），海拔113 m，坡向西北。土壤為黃棕壤，土層厚度80 cm 以上。該區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫16.8 ℃，年均降水量1 700 mm。林分密度2 475 ～2 745 株/hm2，平均胸徑10.7 ～11.1 cm。開(kāi)展覆蓋試驗(yàn)前該毛竹林為材用林，經(jīng)營(yíng)粗放，每2 ～3 a 清理林下雜灌1 次，無(wú)墾復(fù)、施肥等措施。

1.2 樣地設(shè)置與土壤取樣

2015年11月，在同一片毛竹林分中選取12塊15 m × 18 m 的樣地，每塊樣地間開(kāi)溝隔開(kāi)，防止竄筍。覆蓋措施分為稻草20 cm +谷殼10 cm（A1）、稻草10 cm +谷殼20 cm（A2）和稻草20 cm +谷殼20 cm（A3）等3 種處理，對(duì)照（CK）不采取任何覆蓋措施，所有樣地除覆蓋處理以外的其他經(jīng)營(yíng)管理措施完全相同。每個(gè)處理和對(duì)照各3 塊樣地，采用完全隨機(jī)區(qū)組排列。2015—2017年均在11月份進(jìn)行覆蓋，覆蓋前對(duì)所有樣地進(jìn)行淺鋤并澆透水，均勻撒施復(fù)合肥750 kg/hm2，覆蓋時(shí)先均勻鋪攤稻草，然后適量澆水使稻草潮濕，之后在稻草上覆蓋雞糞以促進(jìn)稻草腐爛，用量為30 t/hm2，最后用谷殼覆蓋以起到保溫效果。翌年5月移除覆蓋物，并對(duì)各樣地進(jìn)行翻耕、除草等。

2018年，覆蓋物移除后進(jìn)行土壤取樣。在每個(gè)樣地按照“S”形分別挖掘5 個(gè)土壤剖面，分0 ～10、10 ～20 和20 ～40 cm 層取環(huán)刀樣，用以測(cè)定土壤物理性質(zhì)，并于每層取土壤樣品1 kg左右以測(cè)定土壤養(yǎng)分含量。

1.3 土壤分析與統(tǒng)計(jì)

土壤物理性質(zhì)包括土壤容重（BD）、最大持水量（MWHC）、毛管持水量（CWHC）、毛管孔隙度（CP）、非毛管孔隙度（NCP）和總孔隙度（TPO），測(cè)定方法按照《森林土壤水分-物理性質(zhì)的測(cè)定》[13]進(jìn)行；土樣養(yǎng)分包括全氮（TN）、全磷（TP）、全鉀（TK）、水解氮（HN）、有效磷（AP）和速效鉀（AK），具體測(cè)定方法按照《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析》進(jìn)行[14]。數(shù)據(jù)分析采用SPSS 22.0，作圖在Origin 8.0 中完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 覆蓋對(duì)土壤物理性質(zhì)的影響

從圖1 可以看出，覆蓋對(duì)0 ～10 cm 土層的物理性質(zhì)有顯著影響。與對(duì)照相比，A1 和A2 處理能夠顯著降低該層土壤容重（圖1a），提高土壤毛管持水量、最大持水量和毛管孔隙度（圖1c,d,f）；而A3 處理不僅提高了土壤容重，還降低了毛管持水量、最大持水量和非毛管孔隙度（圖1a,c,d,e）。這表明在進(jìn)行毛竹林覆蓋時(shí)，并非覆蓋越厚對(duì)0 ～10 cm 土層物理性質(zhì)的影響越好。從圖2 和圖3 可以看出，覆蓋對(duì)10 ～20 cm 和20 ～40 cm 土層物理性質(zhì)無(wú)顯著影響（P＞0.05）。因此，A1 和A2 覆蓋措施對(duì)改善0 ～10 cm 土層的物理性質(zhì)有較為明顯的作用，但覆蓋措施對(duì)較深層土壤物理性質(zhì)的影響有限。

圖1 0 ～10 cm 層土壤的物理性質(zhì)Fig.1 Soil physical properties of 0-10 cm layer

圖2 10 ～20 cm 層土壤的物理性質(zhì)Fig.2 Soil physical properties of 10-20 cm layer

2.2 覆蓋對(duì)土壤養(yǎng)分含量的影響

在0 ～10 cm 土層，覆蓋對(duì)不同土壤養(yǎng)分含量的影響有所不同。其中，不同覆蓋措施對(duì)全氮和全磷含量的影響相同，其含量表現(xiàn)為在A1 覆蓋措施的條件下最高，且顯著高于對(duì)照，但3 個(gè)覆蓋處理間差異不顯著（圖4）；同時(shí)，A1 覆蓋處理的速效鉀含量顯著高于其他處理和對(duì)照（圖4f）；3 種覆蓋措施都顯著提高了有效磷的含量（圖4d）。以上表明，竹林地覆蓋對(duì)提高土壤部分養(yǎng)分的含量有促進(jìn)作用，這與覆蓋引起的地溫升高及覆蓋物的腐熟分解有關(guān)。但各覆蓋處理對(duì)水解氮和全鉀未表現(xiàn)出顯著影響，這種現(xiàn)象可能與土壤本身的養(yǎng)分條件有關(guān)。

圖3 20 ～40 cm 層土壤的物理性質(zhì)Fig.3 Soil physical properties of 20-40 cm layer

在10 ～20 cm 層，覆蓋對(duì)有效磷、全鉀和速效鉀的含量產(chǎn)生了顯著影響（圖5d、e、f）。其中，全鉀含量和速效鉀含量分別以A2 和A1 處理最高。而在20 ～40 cm 層，覆蓋則僅對(duì)有效磷和速效鉀產(chǎn)生顯著影響，其中，速效鉀含量以A3 處理最高（圖6d、f），這表明隨著土壤層次的加深，覆蓋對(duì)土壤養(yǎng)分含量的影響逐漸變小。不同覆蓋措施在3 個(gè)土壤層次均顯著提高了有效磷含量（圖4d、5d、6d），表明覆蓋對(duì)土壤有效磷和速效鉀含量的影響更為明顯。

圖4 0 ～10 cm 層土壤的養(yǎng)分含量Fig.4 Soil nutrient contents of 0-10 cm layer

圖5 10 ～20 cm 層土壤的養(yǎng)分含量Fig.5 Soil nutrient contents of 10-20 cm layer

圖6 20 ～40 cm 層土壤的養(yǎng)分含量Fig.6 Soil nutrient contents of 20-40 cm layer

2.3 不同土層土壤物理性質(zhì)和養(yǎng)分含量的差異

從表1 可以看出，土壤最大持水量、毛管持水量、毛管孔隙度和總孔隙度均是隨土壤層次的加深而顯著減?。≒＜0.05），而容重則表現(xiàn)出相反的趨勢(shì)，隨土壤層次的加深而顯著增大。這表明土壤表層的物理性質(zhì)總體較好，具有更好的通透性和持水性。

從表2 可以看出，不同層次的土壤養(yǎng)分含量存在顯著差異。全氮、全磷、水解氮、有效磷和速效鉀含量均在0 ～10 cm 層最大，其中，全氮和水解氮含量隨著土壤層次的加深而顯著減??；10 ～ 20 cm 和20 ～40 cm 土層中全磷、有效磷和速效鉀含量無(wú)顯著差異，但均顯著低于0 ～10 cm 土層中的含量；全鉀含量隨土層的加深而升高，其中20 ～40 cm 土層中的含量顯著高于0 ～10 cm 土層?？傮w來(lái)看，除全鉀以外，其他土壤養(yǎng)分均是較淺層次的含量更高，這可能與土壤養(yǎng)分本身的分布狀況及施肥等處理有關(guān)。

表1 土壤層次間土壤物理性質(zhì)的差異?Table 1 The difference of soil physical properties among soil layers

表2 土壤層次間土壤養(yǎng)分含量的差異Table 2 The difference of soil nutrient contents among soil layers

3 結(jié)論與討論

覆蓋是促進(jìn)竹林提前出筍、提高竹筍產(chǎn)量的主要手段之一[15-16]。本研究表明，覆蓋對(duì)0 ～10 cm 土層物理性質(zhì)及養(yǎng)分含量的影響較大，而對(duì)10 ～20 cm 和20 ～40 cm 土層的影響較為有限，說(shuō)明由覆蓋引起的土壤環(huán)境變化的主要層次為表層土壤。秸稈等有機(jī)物料的覆蓋可改善土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤含水量，提高水分利用等[17-18]。土壤容重反映了土壤的通氣性和疏松程度，是表征土壤結(jié)構(gòu)性質(zhì)的重要指標(biāo)[19]，而孔隙度則通過(guò)改變土壤微環(huán)境影響著水肥條件和微生物活性等[20]。研究表明，稻草還田可降低土壤容重，提高土壤孔隙 度[21-23]。在本研究中，稻草20 cm +谷殼10 cm 和稻草10 cm +谷殼20 cm 處理顯著降低了0 ～10 cm 土層容重，這可能是由于稻草和谷殼增加了表層土壤有機(jī)質(zhì)等養(yǎng)分的含量，而有機(jī)質(zhì)中的長(zhǎng)鏈分子能有效黏結(jié)土壤顆粒，從而改善土壤結(jié)構(gòu)[24]。但稻草20 cm +谷殼20 cm 處理的土壤容重顯著高于以上2 個(gè)處理，這可能是因?yàn)樵撎幚淼母采w厚度較厚，由此引起的較高溫度導(dǎo)致有機(jī)物料在發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的酚酸類物質(zhì)較多，從而導(dǎo)致土壤團(tuán)聚結(jié)構(gòu)受到破壞[25]。不同覆蓋措施均顯著提高了0 ～10 cm 土層的毛管孔隙度，稻草20 cm +谷殼10 cm 和稻草10 cm +谷殼20 cm 處理顯著降低了土壤容重，提高了毛管持水量和最大持水量，因此，從改善土壤物理性質(zhì)的層面看，這2 種覆蓋方式效果較好。

覆蓋后，有機(jī)物料經(jīng)過(guò)腐解等方式產(chǎn)生有機(jī)物質(zhì)進(jìn)入土壤，從而使土壤養(yǎng)分含量發(fā)生變化。研究表明，覆蓋明顯增加了表層土壤溫度[26-27]，在筍用林地使用稻草和谷殼覆蓋30 ～40 cm 厚時(shí)，地表溫度可比未覆蓋林地提高4.7 ～11.2 ℃，溫度的升高以及有機(jī)物質(zhì)的增加加強(qiáng)了土壤微生物及土壤酶的活性[6]，使土壤中可被林分直接吸收利用的養(yǎng)分含量增多。在本研究中，稻草20 cm +谷殼10 cm 處理顯著提高了0 ～10 cm 土層的全氮、全磷、有效磷和速效鉀含量。隨著土壤層次的加深，各種覆蓋措施對(duì)土壤養(yǎng)分含量的影響逐漸減小。

除覆蓋材料和覆蓋方法外，覆蓋年限對(duì)竹林土壤物理性質(zhì)及養(yǎng)分含量也有重要影響。趙睿宇等[28]對(duì)竹林覆蓋的研究表明，短期覆蓋有利于提高林內(nèi)土壤養(yǎng)分含量，且對(duì)改善林地土壤質(zhì)量有促進(jìn)作用，但隨著覆蓋年限的延長(zhǎng)，竹林表層土壤逐漸酸化，易發(fā)生鋁毒脅迫[29-30]，劣化土壤理化性質(zhì)，抑制土壤動(dòng)物活動(dòng)，最終導(dǎo)致竹林退化[10]。本研究采用稻草和谷殼以30 ～40 cm 厚度對(duì)竹林連續(xù)覆蓋3 a 后，土壤理化性質(zhì)未發(fā)生明顯劣變，且表層土壤的理化性質(zhì)還得到了一定程度的改善。

在毛竹林經(jīng)營(yíng)中，應(yīng)盡量減小經(jīng)營(yíng)措施對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的不良影響。稻草和谷殼是當(dāng)前毛竹筍用林覆蓋經(jīng)營(yíng)中的主要材料，本研究掌握了不同覆蓋方式在覆蓋3 a 后對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響，但缺乏土壤理化性質(zhì)隨覆蓋時(shí)間延長(zhǎng)的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律的研究。后期應(yīng)加強(qiáng)覆蓋年限對(duì)土壤理化性質(zhì)影響的研究，以期為進(jìn)一步制定合理的毛竹筍用林覆蓋等經(jīng)營(yíng)措施提供理論依據(jù)。

總體來(lái)看，覆蓋對(duì)土壤物理性質(zhì)及養(yǎng)分含量的影響主要集中在0 ～10 cm 土層。覆蓋3 a 后，合理的覆蓋方式可改善0 ～10 cm 層土壤物的理性質(zhì)，并提高部分養(yǎng)分的含量，其中土壤有效磷和速效鉀含量顯著提高。綜合分析土壤物理性質(zhì)和養(yǎng)分含量，在不考慮其他因素的情況下，以稻草20 cm +谷殼10 cm 方式覆蓋的效果最好。