王勤, 孫夢瑤, 遆建航, 曹小青, 徐小牛

毛竹-多花黃精復(fù)合經(jīng)營模式對土壤理化特性的影響

王勤, 孫夢瑤, 遆建航, 曹小青, 徐小牛*

安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與園林學(xué)院, 合肥 230036

復(fù)合經(jīng)營是提高毛竹林經(jīng)營效益及其生態(tài)功能的有效途徑, 為了探討毛竹()–多花黃精()不同復(fù)合模式對土壤理化特性的影響, 在安徽金寨縣建立了不同立竹密度(M1: 1639株·hm–2; M2: 2095株·hm–2; M3: 2553株·hm–2; CK: 2870株·hm–2)的毛竹-多花黃精復(fù)合模式試驗(yàn)林, 進(jìn)行比較分析。研究結(jié)果表明, 復(fù)合模式的土壤容重顯著降低, 非毛管孔隙度、初滲速率和穩(wěn)滲速率均顯著提高。復(fù)合模式土壤0—30 cm土層有機(jī)碳含量平均高于對照13.2%, 兩者間差異顯著(<0.05), 而土壤全氮含量沒有顯著差異; 復(fù)合模式土壤有效氮、有效磷、交換性鎂平均分別高于對照32.6%、31.4%和35.1% (<0.05)。然而交換性鉀表聚性明顯, 0—30 cm土層平均含量低于對照14.7%; 土壤交換性鈣含量, 復(fù)合模式與對照之間沒有顯著差異, 表聚性不明顯。綜合各項(xiàng)指標(biāo)可以看出, 不同復(fù)合模式效應(yīng)存在一定差異, 其中復(fù)合模式M2在改善土壤肥力方面的效果明顯優(yōu)于其它模式和對照, 生產(chǎn)上可推廣應(yīng)用。

毛竹; 多花黃精; 立竹密度; 復(fù)合模式; 土壤肥力

0 前言

林藥復(fù)合經(jīng)營是利用林下有效資源, 套種藥用植物, 實(shí)現(xiàn)藥用植物仿野生栽培, 在保障森林經(jīng)營目標(biāo)的基礎(chǔ)上, 兼顧藥用植物高效利用, 可顯著提高經(jīng)營效益, 達(dá)到以短養(yǎng)長, 促進(jìn)林業(yè)可持續(xù)發(fā)展[1-3]。已有研究表明, 復(fù)合經(jīng)營模式有助于改善土壤肥力條件, 土壤容重、孔隙度、水分和養(yǎng)分有效性等指標(biāo)都明顯優(yōu)于單一經(jīng)營模式[4-5]。因此, 林藥復(fù)合經(jīng)營深受林農(nóng)歡迎, 已成為山區(qū)鄉(xiāng)村經(jīng)濟(jì)振興、改善民生的有效途徑。

毛竹()屬禾本科竹亞科木本植物, 廣泛分布于我國亞熱帶地區(qū), 其生長迅速, 用途多樣, 不僅可以生產(chǎn)竹材、竹筍等直接經(jīng)濟(jì)產(chǎn)品, 還大量用于園林觀賞, 并具有良好的水土保持、調(diào)節(jié)氣候、凈化空氣等生態(tài)服務(wù)功能[6]。根據(jù)第8次全國森林資源清查, 我國竹林面積超過600萬hm2, 其中毛竹林面積達(dá)443萬hm2, 占竹林總面積的74%, 在林業(yè)產(chǎn)業(yè)建設(shè)和山村經(jīng)濟(jì)振興中發(fā)揮著重要作用[7]。然而, 目前我國大多數(shù)毛竹林以材用為主, 單一經(jīng)營, 經(jīng)濟(jì)效益低下, 尤其是近年來竹材加工業(yè)低迷[7], 嚴(yán)重影響了林農(nóng)經(jīng)營竹林的積極性。因此, 開展毛竹復(fù)合經(jīng)營, 發(fā)展林下經(jīng)濟(jì), 為毛竹產(chǎn)業(yè)振興提供了新的可行途徑[1]。

多花黃精()為百合科黃精屬的多年生草本植物, 具有補(bǔ)氣養(yǎng)陰、健脾、潤肺、益腎等功效[8], 作為中藥材的經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高。多花黃精喜溫暖濕潤, 耐蔭, 也是毛竹林中常見的林下植物[9]。因此, 多花黃精非常適于毛竹林下復(fù)合經(jīng)營。為了更好地發(fā)揮毛竹–黃精復(fù)合經(jīng)營效應(yīng), 針對不同復(fù)合模式林地土壤理化性質(zhì)變化進(jìn)行了調(diào)查分析, 為構(gòu)建毛竹–黃精復(fù)合經(jīng)營高效培育技術(shù)體系提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究地自然概況

本研究是在安徽省金寨縣青山(31°27'32.70" N, 115°55'21.12" E)進(jìn)行的。該地屬亞熱帶北部濕潤季風(fēng)氣候, 年均降雨量1480 mm, 主要集中在4–9月份; 年均氣溫15.4°C。土壤系片麻巖風(fēng)化物上發(fā)育的山地黃棕壤, 土層厚度多在60—80 cm, 土壤質(zhì)地為沙壤, 呈弱酸性。研究區(qū)地處大別山腹地, 森林覆蓋率高達(dá)90%, 毛竹資源豐富, 集中成片, 主要分布在海拔800 m以下的中下坡, 竹產(chǎn)業(yè)已成為當(dāng)?shù)厣酱褰?jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)。

1.2 調(diào)查方法

于2018年10月, 在踏查基礎(chǔ)上, 基于毛竹立竹密度不同設(shè)置調(diào)查樣地(表1), 分析不同立竹密度下毛竹-黃精復(fù)合林分土壤特性的變化。試驗(yàn)林分于2015底在調(diào)整立竹密度的基礎(chǔ)上進(jìn)行全面墾復(fù), 隨后按照行距50 cm、株距30 cm, 在林下穴播多花黃精塊莖。調(diào)查樣地面積均為20 m×20 m, 每個模式設(shè)置3個重復(fù)樣地, 調(diào)查樣地內(nèi)毛竹生長狀況, 實(shí)測毛竹胸徑(cm)和稈高(m), 統(tǒng)計(jì)立竹數(shù)量。隨后在樣地內(nèi)機(jī)械隨機(jī)設(shè)置4個2 m×2 m樣方, 調(diào)查林下黃精生長情況, 測定黃精株高、株數(shù)及其蓋度。

在每個樣地中, 沿對角線機(jī)械隨機(jī)設(shè)置3點(diǎn), 各挖掘一個土壤剖面, 采用環(huán)刀法分別0—10 cm、10—20 cm和20—30 cm土層測定土壤容重及其含水量。此外, 在每個調(diào)查樣方中選擇3點(diǎn), 利用土鉆分別0—10 cm、10—20 cm和20—30 cm土層采集土壤樣品, 各土層分別混合形成一個混合土樣?；旌贤翗訋Щ貙?shí)驗(yàn)室, 經(jīng)自然風(fēng)干后, 揀去雜物, 研磨過2 mm篩裝袋, 用于養(yǎng)分指標(biāo)測定。

1.3 土壤理化性質(zhì)指標(biāo)測定

測定的土壤理化指標(biāo)主要包括: 土壤容重、孔隙度、最大持水量、初滲速率、穩(wěn)滲速率、有機(jī)碳、全氮、有效氮(包括銨態(tài)氮和硝態(tài)氮)、有效磷、交換性鉀鈣鎂、pH等。土壤有機(jī)碳和全氮采用元素分析儀(EA3000, Italy)測定; 銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量采用2 mol·L–1的KCl浸提, 使用自動流動注射分析儀測定(FOSS FIA Star 5000)。其它指標(biāo)按照常規(guī)分析方法測定[10]。

表1 毛竹-黃精不同復(fù)合模式林分結(jié)構(gòu)及立地狀況

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)整理, SPSS 19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析, 采樣檢驗(yàn)進(jìn)行不同模式間差異性分析, Duncan多重比較, 顯著性水平設(shè)置為< 0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同復(fù)合模式土壤物理特性

不同毛竹復(fù)合模式下, 林地土壤物理特性指標(biāo)存在一定差異(表2)。林下套種多花黃精后, 表層土壤容重(模式M1和M2)顯著低于CK (< 0.05)。土壤容重變化對其孔隙狀況及持水特性產(chǎn)生影響, 復(fù)合模式土壤非毛管孔隙度顯著高于對照, 0—30 cm土層平均提高9.7%, 而毛管孔隙度僅提高4.1%; 初滲速率和穩(wěn)滲速率分別提高43.7%和24.1%。由于土壤水分滲透狀況的改善, 提高了土壤自然含水率, 復(fù)合模式平均高于對照7.6%。綜合土壤物理性各相關(guān)指標(biāo)可以看出, 復(fù)合模式M2整體上優(yōu)于M1、M3和對照。

2.2 不同復(fù)合模式土壤化學(xué)特性

不同毛竹復(fù)合模式下土壤化學(xué)特性差異明顯(表3), 復(fù)合模式土壤0—10 cm和10—20 cm土層pH平均值分別為5.02和5.12, 顯著高于對照的毛竹純林(< 0.05)。0—30 cm土壤有機(jī)碳含量復(fù)合模式平均為23.26g·kg–1, 比對照提高了13.2%, 兩者間差異顯著(< 0.05)。雖然復(fù)合模式M1的土壤全氮含量顯著高于對照, 但是整體上來看, 復(fù)合模式與對照之間各土層全氮含量沒有顯著差異。

從土壤有效養(yǎng)分來看, 除了土壤交換性K+和Ca2+, 復(fù)合模式下土壤有效N、有效P、交換性Mg2+都顯著高于對照(表3), 其中有效N和P, 0—30 cm土層平均分別高于對照32.6%和31.4%, 尤其是10—20 cm土層有效N和P的平均增幅高達(dá)50.7%和48.4%; 交換性Mg2+平均高于對照35.1%。然而, 與其它有效養(yǎng)分元素相比, 土壤交換性Ca2+含量隨土層的變化較小, 而且復(fù)合模式各土層交換性Ca2+的平均含量與對照沒有顯著差異, 特別是20—30 cm土層, 復(fù)合模式平均低于對照3.7%。交換性K+含量變化呈現(xiàn)隨土層降低的趨勢, 0—30 cm土層平均含量比對照降低14.7%。綜合各項(xiàng)指標(biāo)可以看出, 復(fù)合模式M2要優(yōu)于M1、M3和對照。

表2 不同復(fù)合模式土壤物理特性

注: 同一列不同小寫字母表示同一土層不同處理間存在顯著差異。

表3 不同復(fù)合模式土壤化學(xué)特性

3 討論與結(jié)論

很多研究顯示, 復(fù)合經(jīng)營模式在改善林地土壤理化特性如土壤孔隙度狀況、水分和養(yǎng)分條件及生物學(xué)特性等諸多方面, 都要優(yōu)于單一經(jīng)營模式[3-5,11-12]。Yang等[11]研究發(fā)現(xiàn)杉木()林下栽植藥用植物砂仁()后, 土壤孔隙度和持水能力提高, 同時(shí)提高土壤酶活性和土壤微生物生物量, 有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、速效磷和鉀含量均有不同程度的增加。復(fù)合模式土壤肥力狀況的改善可能原因主要包括兩方面: 一是不同植物對土壤養(yǎng)分的需求會存在一定差異, 這樣合理搭配植物組成, 在養(yǎng)分利用過程中就可能發(fā)揮互補(bǔ)效應(yīng), 提高林地養(yǎng)分利用效率[13-14]。二是林分結(jié)構(gòu)變化必然引起林內(nèi)環(huán)境變化[15], 特別是復(fù)合經(jīng)營林分中上層林木密度適度降低, 可使林內(nèi)光照增強(qiáng)、溫度提高, 從而能夠促進(jìn)土壤微生物活性, 有助于凋落物分解, 加速養(yǎng)分循環(huán)[16-17]。由于森林生態(tài)系統(tǒng)主要養(yǎng)分元素多是以凋落物(包括細(xì)根周轉(zhuǎn))為載體的再循環(huán)而歸還土壤之中, 因此森林凋落物成為森林生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)的中心環(huán)節(jié), 凋落物量增加[16-17], 其分解加快, 不僅增加土壤養(yǎng)分, 而且促進(jìn)土壤團(tuán)聚體形成和穩(wěn)定, 使土壤綜合肥力狀況得到改善[4-5, 11]。可見, 復(fù)合經(jīng)營模式生態(tài)效應(yīng)的產(chǎn)生是建立在不同植物之間相互作用的基礎(chǔ)上, 因此復(fù)合模式中植物選擇尤為重要。李晨晨等[3]比較分析了杉木林下套植不同藥用植物的生態(tài)效益, 發(fā)現(xiàn)不同復(fù)合模式對表層土壤的改良作用差異顯著。韋鑠星等[2]和劉偉瑋等[5]也得出類似研究結(jié)果。充分說明構(gòu)建合理的復(fù)合經(jīng)營模式是提高生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性和生態(tài)效益的基礎(chǔ)。

本研究結(jié)果顯示, 多數(shù)土壤理化指標(biāo)的垂直變化明顯。在物理指標(biāo)方面, 土壤容重、非毛管孔隙度和穩(wěn)滲速率呈現(xiàn)隨土層深度的增加顯著遞減的規(guī)律。這與森林地表凋落物富集、分解, 土壤有機(jī)質(zhì)含量高, 團(tuán)粒結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)密切相關(guān)[18]。多花黃精是多年生草本植物, 每年秋末地上部枯死歸還土壤, 因此毛竹復(fù)合經(jīng)營林分中枯落物產(chǎn)量和質(zhì)量要高于毛竹純林。由于不同模式毛竹立竹密度顯著差異, 多花黃精種植密度不同, 其生長亦有差異, 歸還土壤的有機(jī)質(zhì)數(shù)量存在差異, 這可能是造成復(fù)合模式表層土壤有機(jī)碳含量顯著高于毛竹純林以及不同復(fù)合模式土壤有機(jī)碳含量之間差異的主要原因。有研究顯示土壤有機(jī)碳含量與容重顯著負(fù)相關(guān)[19-21], 土壤有機(jī)碳含量提高, 會引起其容重降低。在土壤養(yǎng)分方面, 表層富集效應(yīng)顯著, 特別是有效氮、交換性K+和Mg2+, 其次是土壤全氮、有效磷和有機(jī)碳, 而交換性Ca2+含量雖然表層高于下層土壤, 但是不同土層間的差異不大, 表明土壤交換性Ca2+的表聚性不強(qiáng)。這與姜林等的研究結(jié)果一致[22]。土壤Ca2+主要來源于成土母質(zhì), 在土壤形成過程中, 膠體表面的吸附和交換特性[23]、生物循環(huán)[24]以及淋溶作用[25]等會對Ca2+分布產(chǎn)生顯著影響。本研究中, 復(fù)合模式20–30 cm土層中交換性Ca2+平均含量略低于對照的毛竹單一經(jīng)營林分, 與闊葉樹種相比較, 毛竹對Ca的吸收消耗較少[26], 因此這種變化可能與林下黃精的生長吸收有關(guān)。王海明等[27]研究發(fā)現(xiàn)杉木-黑麥草()復(fù)合經(jīng)營中出現(xiàn)Ca競爭, 引起土壤養(yǎng)分平衡破壞和Ca垂直分布的變化。其它養(yǎng)分元素如氮、磷、鉀、鎂, 還包括有機(jī)碳主要依賴生物循環(huán)過程, 即主要是通過森林凋落物的再循環(huán)過程, 因此其表聚性較強(qiáng)[28]。與毛竹落葉相比, 枯死的黃精地上部有機(jī)物氮磷含量較高, 較易分解, 從而加速了復(fù)合模式林分的生物循環(huán)過程, 導(dǎo)致土壤有效氮顯著高于毛竹純林。毛竹復(fù)合經(jīng)營模式下土壤交換性K+平均含量明顯低于單一經(jīng)營, 表明復(fù)合模式中林下多花黃精的生長增加了林地土壤K的消耗。本研究林地土壤有效磷含量都在5.0g·kg–1以下, 說明土壤磷素比較匱乏。在亞熱帶地區(qū)由于高溫高濕, 土壤風(fēng)化強(qiáng)烈, 鹽基離子易于流失[29], 土壤酸化, 磷酸根離子易被吸附固定, 導(dǎo)致有效磷含量很低[30-31], 可能成為植物生長的限制性養(yǎng)分元素。因此, 在毛竹林復(fù)合經(jīng)營過程中, 適當(dāng)配施磷鉀肥是必要的。

綜上所述, 毛竹-多花黃精復(fù)合經(jīng)營模式對林地土壤、特別是表層土壤理化特性有著顯著的影響, 但是不同復(fù)合模式的影響作用存在一定差異, 這種差異性主要是立竹密度的影響, 綜合土壤理化特性指標(biāo), 本研究結(jié)果顯示以立竹密度在2100株·hm–2時(shí)為最佳, 可在生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。同時(shí), 由于不同復(fù)合模式因經(jīng)營周期變化而引起林分結(jié)構(gòu)的改變, 因此在經(jīng)營過程中需要加強(qiáng)立竹密度的調(diào)控, 才能保障復(fù)合模式的穩(wěn)定性和長效性。

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Effects of different–intercropping models on soil physicochemical properties

WANG Qin, SUN Mengyao, DI Jianhang, CAO Xiaoqing, XU Xiaoniu*

School of Forestry & Landscape Architecture, Anhui Agricultural University, Hefei 230036, China

Moso bamboo () agroforestry is an effective way to improve its management benefits and ecological functioning. In order to reveal the effects of different intercropping models on soil property, an experimental forest of-was established with three different bamboo densities including M1, 1639 culms·hm–2; M2, 2095 culms·hm–2; M3, 2553 culms·hm–2; and the control stand (CK) was 2870 culms·hm–2in December 2015 in Jinzhai, Anhui Province. An investigation was conducted in October 2018 for analysis of the effects of those models on soil physicochemical properties. The results showed that soil bulk density significantly decreased in intercropping models than in CK. The non-capillary porosity, initial infiltration rate, and stable infiltration rate of soils were significantly increased by intercropping. In 0-30cm soil layer, the mean concentration of soil organic carbon was 13.2% higher in the intercropping models than in CK (<0.05), while there was no significant difference in soil total nitrogen between intercropping model and CK. With comparison to CK, soil available nitrogen increased by 32.6%, and available phosphorus by 31.4%, exchangeable K+by 26.0% and Mg2+by 35.1% in the intercropping models. However, there was no significant difference in soil exchangeable Ca2+between intercropping model and CK. It is clear that there exist somewhat differences in ecological benefits among the different models based on the abovementioned soil parameters. In those models, M2 was the best one in improvement of soil fertility, and suitable for application and extension.

;; bamboo density; intercropping model; soil fertility

10.14108/j.cnki.1008-8873.2020.06.008

S714.2

A

1008-8873(2020)06-054-06

2019-10-10;

2019-12-03基金項(xiàng)目:國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2018YFD0600105), 安徽省重點(diǎn)研究和開發(fā)計(jì)劃(1804h07020154)

王勤(1962—), 女, 江蘇漣水人, 高級實(shí)驗(yàn)師, 主要從事森林土壤及生態(tài)學(xué)研究, E-mail: qlsforest@ahau.edu.cn

徐小牛, 教授, 博士生導(dǎo)師, 主要從事森林培育學(xué)及森林生態(tài)研究, E-mail: xnxu6162@163.com

王勤, 孫夢瑤, 遆建航,等. 毛竹-多花黃精復(fù)合經(jīng)營模式對土壤理化特性的影響[J]. 生態(tài)科學(xué), 2020, 39(6): 54–59.

WANG Qin, SUN Mengyao, DI Jianhang, et al. Effects of different–intercropping models on soil physicochemical properties[J]. Ecological Science, 2020, 39(6): 54–59.