黑土區(qū)農(nóng)林復(fù)合種植模式對(duì)土壤物理性質(zhì)影響研究

夏志光

(遼寧省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，遼寧 沈陽 110122)

黑土區(qū)農(nóng)林復(fù)合種植模式對(duì)土壤物理性質(zhì)影響研究

夏志光

(遼寧省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，遼寧 沈陽 110122)

對(duì)海倫市紅光農(nóng)場(chǎng)純大豆模式、分別復(fù)合種植7 a和3 a的落葉松-大豆復(fù)合模式及楊樹-大豆復(fù)合模式的土壤物理性質(zhì)進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：(1)各模式容重都有隨土壤層次的加深而增大的趨勢(shì)，種植3 a的落葉松-大豆模式、楊樹-大豆復(fù)合模式與純大豆模式相比，前者能夠降低20～30 cm、40～50 cm土層土壤的容重，后者能夠降低0～20 cm土層土壤的容重；復(fù)合7 a的模式中，楊樹-大豆模式可以明顯降低各土層土壤容重，隨著復(fù)合年限的延長，落葉松-大豆模式和楊樹-大豆模式20～50 cm、20～40 cm土層土壤容重變化明顯。(2)復(fù)合3 a的模式與純大豆模式相比，土壤孔隙度基本無明顯變化；復(fù)合7 a的2種模式中，楊樹-大豆模式毛管孔隙度和總孔隙度分別高出純大豆模式6.31%和6.94%，并且楊樹-大豆模式土壤孔隙度均明顯低于落葉松-大豆模式，隨著復(fù)合年限的延長，2種模式土壤孔隙度基本無明顯變化。

復(fù)合模式；純大豆；土壤物理性質(zhì)

農(nóng)林復(fù)合系統(tǒng)是以生態(tài)學(xué)、系統(tǒng)工程學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)為基本理論，并根據(jù)生物學(xué)特性進(jìn)行物種的時(shí)空合理搭配，形成多層次、多物種、多產(chǎn)業(yè)和多時(shí)序的人工復(fù)合經(jīng)營系統(tǒng)[1]。我國是農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)林復(fù)合經(jīng)營對(duì)于我國農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展起到相當(dāng)重要的作用[2-5]。農(nóng)林復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)中土壤具有強(qiáng)大的持水蓄水能力并對(duì)水分的儲(chǔ)存和調(diào)節(jié)起到至關(guān)重要的作用，這主要和土壤容重、孔隙度等物理性質(zhì)及土壤厚度有關(guān)。有研究表明[6]，農(nóng)林復(fù)合經(jīng)營技術(shù)可以降低土壤容重，增加土壤總孔隙度和非毛管孔隙度，改善土壤水分狀況。

1 研究區(qū)自然概況

研究地點(diǎn)設(shè)在黑龍江省紅光農(nóng)場(chǎng)，該地區(qū)農(nóng)林復(fù)合模式主要以大豆為主，水分補(bǔ)給主要是天然降水。地理坐標(biāo)為127°11′—127°36′ E，47°31′—47°42′ N。轄區(qū)地勢(shì)總體由東北傾斜于西南。夏季短而濕熱，冬季長而寒冷，年平均氣溫1.2 ℃，年最高氣溫36.7 ℃，最低氣溫-38.4 ℃，年平均降水量590 mm左右，年平均相對(duì)濕度72%。土壤主要為草甸土和黑土，其中黑土層厚度30～40 cm。

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置

在同一地形條件下經(jīng)過勘查，分別選擇種植3 a和7 a的落葉松-大豆、楊樹-大豆兩種農(nóng)林復(fù)合模式(落葉松為長白落葉松；楊樹為小黑楊，以下簡(jiǎn)稱為落葉松、楊樹；大豆為黑河18號(hào)，以下簡(jiǎn)稱為大豆)，兩個(gè)模式分種植年限各選擇3塊樣地平均，且兩個(gè)復(fù)合模式都為單行樹木與大豆混作，樹木密度為1.5 m×3 m，大豆為壟作，壟寬65 cm，離樹木最近的一壟大豆與樹木間距8 cm，各復(fù)合模式寬度和間距都為營造初期測(cè)量，研究期間無變化。在兩個(gè)復(fù)合模式中根據(jù)林木的長勢(shì)(優(yōu)、良、差)選擇優(yōu)良的間作通道。用游標(biāo)卡尺、皮卷尺、圍尺和塔尺測(cè)定兩種復(fù)合模式大豆的地徑、株高；林木的胸徑(地徑)和樹高等因子；并對(duì)兩種復(fù)合模式中的土壤類型、厚度等立地因子進(jìn)行調(diào)查、記錄，具體見表1。

表1 不同復(fù)合模式樣地基本情況

注：表中標(biāo)*者表示為胸徑

2.2 測(cè)定方法

根據(jù)間作通道具體情況，選擇代表性較強(qiáng)的地點(diǎn)，通過挖掘土壤剖面調(diào)查土壤因子，記載土壤質(zhì)地與結(jié)構(gòu)、土層厚度，并采用機(jī)械分層取土法，用容積100 cm3的環(huán)刀分別在土層深度0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm、30～40 cm、40～50 cm處重復(fù)取原狀土。將取好的原狀土帶回實(shí)驗(yàn)室烘干測(cè)含水量，用環(huán)刀法測(cè)定土壤容重、土壤毛管孔隙度、土壤非毛管孔隙度和土壤總孔隙度等物理性質(zhì)。

3 結(jié)果與分析

3.1 土壤容重分析

一定容積的土壤烘干后的質(zhì)量與同容積的水質(zhì)量比值稱為土壤容重。土壤熟化程度較高，通常土壤容重較小。土壤容重能夠反映土壤通透性、結(jié)構(gòu)等物理性質(zhì)。容重在一定程度上能夠影響土壤團(tuán)聚體內(nèi)營養(yǎng)元素的釋放、固定和土壤生物的活動(dòng)，進(jìn)而對(duì)農(nóng)作物的生長產(chǎn)生一定的影響。

3.1.1 同一復(fù)合年限不同復(fù)合模式土壤容重分析表2 復(fù)合3年模式土壤容重分析 gcm-3

3.1.1 同一復(fù)合年限不同復(fù)合模式土壤容重分析表2 復(fù)合3年模式土壤容重分析 gcm-3

土層深度/cm落葉松-大豆楊樹-大豆純大豆0～101.06ab0.99a1.11b10～201.14a1.05b1.19a20～301.17a1.24b1.22b30～401.23a1.27a1.27a40～501.25a1.28ab1.34b

注：同一土層深度字母相同代表差異不顯著

從表2可以看出，各復(fù)合模式土壤容重都有隨土壤層次的加深而增大的趨勢(shì)。方差分析顯示，土壤容重落葉松-大豆復(fù)合模式土壤中下層(20～30 cm、40～50 cm)與純大豆模式差異顯著；楊樹-大豆復(fù)合模式土壤上層(0～20 cm)與純大豆模式差異顯著。

由此可見，落葉松和楊樹的引入，雖然復(fù)合年限較短，但也能明顯降低土壤容重。其中，楊樹主要體現(xiàn)在降低上層土壤容重；落葉松主要體現(xiàn)在降低中下層土壤容重。

表3 復(fù)合7年模式土壤容重分析 gcm-3

表3 復(fù)合7年模式土壤容重分析 gcm-3

土層深度/cm落葉松-大豆楊樹-大豆純大豆0～100.99a0.94a1.11b10～201.16a1.08b1.19a20～301.29a1.10b1.22c30～401.39a1.13b1.27c40～501.42a1.20b1.34c

注：同一土層深度字母相同代表差異不顯著

從表3可以看出，兩種復(fù)合模式土壤容重都有隨土壤層次的加深而增大的趨勢(shì)。方差分析顯示，落葉松-大豆模式除了土層深度10～20 cm處土壤容重與純大豆模式無顯著差異外，其余各土層深度差異顯著；楊樹-大豆模式各土層深度土壤容重與純大豆模式差異顯著；落葉松-大豆模式除土層深度0～10 cm處土壤容重與楊樹-大豆模式無顯著差異外，其余各土層深度差異顯著。

由此可見，落葉松、楊樹與大豆復(fù)合7 a后，兩樹種均能夠很明顯降低土壤容重，并且楊樹-大豆模式與落葉松-大豆模式相比，楊樹-大豆模式能夠更有效降低土壤容重，這和楊樹和落葉松的生理特性有關(guān)。

3.1.2 同一復(fù)合模式不同復(fù)合年限土壤容重變化 從表4和表5可以看出，隨著復(fù)合年限的延長，落葉松-大豆復(fù)合模式中，土壤容重在土層深度20～50 cm差異顯著。楊樹-大豆復(fù)合模式中，土壤容重在土層深度20～40 cm差異顯著。

這說明，隨著復(fù)合年限的延長，落葉松和楊樹的根系不斷生長，都能在很大程度上降低土壤容重。而落葉松-大豆復(fù)合模式中這種變化體現(xiàn)在中下層土壤中，這可能和落葉松比起楊樹初期生長較為緩慢，隨著落葉松的生長，其根系不斷向下穿插，從而能夠進(jìn)一步降低中下層土壤容重有關(guān)。

表4 落葉松-大豆復(fù)合模式土壤容重分析 gcm-3

表4 落葉松-大豆復(fù)合模式土壤容重分析 gcm-3

土層深度/cm復(fù)合3年復(fù)合7年0～101.06a0.99a10～201.14a1.16a20～301.17a1.29b30～401.23a1.39b40～501.25a1.42b

注：同一土層深度字母相同代表差異不顯著

表5 楊樹-大豆復(fù)合模式土壤容重分析 gcm-3

表5 楊樹-大豆復(fù)合模式土壤容重分析 gcm-3

土層深度/cm復(fù)合3a復(fù)合7a0～100.99a0.94a10～201.05a1.08a20～301.24a1.10b30～401.27a1.13b40～501.28a1.20a

注：同一土層深度字母相同代表差異不顯著

3.2 土壤孔隙度分析

土壤是多孔體，土壤團(tuán)聚體及其內(nèi)部土粒之間均有孔隙的存在，土壤的通氣透水及根系穿插直接受土壤孔隙的約束，并且土壤孔隙還是土壤肥力的重要指標(biāo)之一。土壤單位體積內(nèi)的孔隙所占的百分?jǐn)?shù)，稱為土壤總孔隙度。土壤總孔隙度又分為毛管孔隙度和非毛管孔隙度。非毛管孔隙中的水分被土壤強(qiáng)烈吸附，這部分水分植物難以吸收利用，但其卻能暫時(shí)貯存水分，這對(duì)水資源管理極為重要[7]；毛管孔隙中水分能夠供植物根系吸收和土壤蒸發(fā)，但透氣能力較低。土壤孔隙的狀況對(duì)土壤中的水分產(chǎn)生直接影響，從而很大程度上影響了植物的生長。一般來說，土壤孔隙度越大，土壤的通氣性能就越好，也就越有利于植物根系的生長，而高的孔隙度又能增加土壤的蓄水能力。

3.2.1 相同復(fù)合年限不同復(fù)合模式土壤孔隙度變化

表6 復(fù)合3 a模式土壤孔隙度分析 %

注：同一列字母相同代表差異不顯著

從表6可以看出，復(fù)合3 a的兩種模式與純大豆相比，除了落葉松-大豆模式和楊樹-大豆模式毛管孔隙度差異顯著，楊樹-大豆模式高出落葉松-大豆模式3.8%外，其他孔隙度均差異不顯著，可見，種植初期兩種復(fù)合模式對(duì)土壤空隙狀況的影響并不大，楊樹-大豆模式與落葉松-大豆模式相比，種植初期，楊樹-大豆模式能夠更有效增加土壤毛管孔隙度。

表7 復(fù)合7 a模式土壤孔隙度分析 %

注：同一列字母相同代表差異不顯著

從表7可以看出，種植7 a的兩種復(fù)合模式與純大豆模式相比，楊樹-大豆模式與純大豆模式在毛管孔隙度和總孔隙度上存在差異顯著，楊樹-大豆模式比純大豆模式毛管孔隙度和總孔隙度分別高出6.31%和6.94%。楊樹-大豆模式與落葉松-大豆模式三項(xiàng)指標(biāo)均差異顯著。楊樹-大豆模式非毛管孔隙度、毛管孔隙度和總孔隙度分別高出落葉松-大豆模式1.07%、8.05%和9.12%。可見，復(fù)合年限增長，楊樹-大豆模式對(duì)于土壤毛管孔隙度和總孔隙度改善更為明顯。楊樹-大豆模式對(duì)于落葉松-大豆模式前者可以明顯改善土壤孔隙狀況。

3.2.2 相同復(fù)合模式不同復(fù)合年限土壤孔隙度變化

表8 落葉松-大豆模式土壤孔隙度分析 %

注：同一列字母相同代表差異不顯著

表9 楊樹-大豆模式土壤孔隙度分析 %

注：同一列字母相同代表差異不顯著

從表8和表9可以看出，除了楊樹-大豆模式土壤非毛管孔隙度隨著復(fù)合年限的延長增加明顯外，兩種模式土壤其他的孔隙度隨著復(fù)合年限的延長無明顯變化。

4 結(jié)論

4.1 兩種復(fù)合模式土壤容重都有隨土壤層次的加深而增大的趨勢(shì)。復(fù)合3 a的落葉松-大豆模式與純大豆模式相比在土層深度20～30 cm、40～50 cm處土壤容重明顯降低；楊樹-大豆模式與純大豆模式相比土壤容重在土層深度0～20 cm處明顯降低。復(fù)合7 a的落葉松-大豆模式除了土層深度10～20 cm處土壤容重與純大豆模式無顯著差異外，其余各土層深度差異顯著；楊樹-大豆模式各土層深度土壤容重與純大豆模式相比明顯降低；落葉松-大豆除土層深度0～10cm處與楊樹-大豆模式無顯著差異外，其余各土層深度土壤容重楊樹-大豆模式都明顯低于落葉松-大豆模式。隨著復(fù)合年限的延長，落葉松-大豆復(fù)合模式中，土壤容重在土層深度20～50cm變化明顯。楊樹-大豆復(fù)合模式中，土壤容重在土層深度20～40cm變化明顯。

4.2 土壤孔隙度方面，復(fù)合3 a的兩種模式和純大豆模式相比，非毛管孔隙度、毛管孔隙度和總孔隙度無顯著差異；落葉松-大豆模式和楊樹-大豆模式毛管孔隙度差異顯著，楊樹-大豆模式高出落葉松-大豆模式3.8%。復(fù)合7 a的兩種模式與純大豆模式相比，楊樹-大豆模式與純大豆模式毛管孔隙度和總孔隙度差異顯著，毛管孔隙度和總孔隙度分別高出6.31%和6.94%。楊樹-大豆模式與落葉松-大豆模式三項(xiàng)指標(biāo)差異顯著。楊樹-大豆模式非毛管孔隙度、毛管孔隙度和總孔隙度分別高出落葉松-大豆模式1.07%、8.05%和9.12%。除了楊樹-大豆模式土壤非毛管孔隙度隨著復(fù)合年限的延長有增加明顯外，兩種模式土壤其他孔隙度隨著復(fù)合年限的延長無明顯變化。

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Effects of Agroforestry Models on Soil Physical Properties in Black Soil Region

Xia Zhiguang

(Forest Inventory and Planning Institute,Liaoning Province,Shenyang 110122,China)

The soil physical properties of the models of pure soybean,composite models of 7 & 3-year-oldLarixolgensis-soybean andPopulussimonii×P.nigra-soybean were studied in the Hongguang farm of Hailun City.Result shows that: ①Bulk density of every model increase with the deepening of level of the soil.Three-year-oldLarixolgensis-soybean andPopulussimonii×P.nigra-soybean compared with the pure soybean,the former could reduce bulk density in the 20-30 cm,40-50 cm soil layer,the latter could reduce bulk density in the 0-20 cm soil layer.In the compound model of 7-year-oldPopulussimonii×P.nigra-soybean could significantly reduce bulk density of soil.With the extension of the compound age,the models ofLarixolgensis-soybean andPopulussimonii×P.nigra-soybean were changed significantly at 20-50 cm & 20-40 cm soil layer.② The compound models planted for 3 years compared with the pure soybean model,the soil porosity has basically no significant change.In the compound models,capillary porosity & total porosity of thePopulussimonii×P.nigra-soybean are 6.31% & 6.94% higher than that of the pure soybean model.The soil porosity of thePopulussimonii×P.nigra-soybean model is significantly less than that ofLarixolgensis-soybean model.With the extension of the compound age,it has basically no significant change in the two compound models.

composite models;pure soybean;soil physical properties

1005-5215(2015)03-0028-03

2015-01-12

夏志光(1982-)，男，遼寧本溪人，碩士，工程師，現(xiàn)從事林業(yè)野外監(jiān)測(cè)工作.

S153

A

10.13601/j.issn.1005-5215.2015.03.010