巨尾桉人工林下種植小葉錦雞兒對(duì)土壤質(zhì)量的影響研究

鐘愛清

巨尾桉人工林下種植小葉錦雞兒對(duì)土壤質(zhì)量的影響研究

鐘愛清

（寧德市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，福建 福安 355017）

2017年5月，對(duì)福建省福安市不同土地利用類型（撂荒地、5年生巨尾桉Eucalyptus grandis×E. urophylla人工林、巨尾桉人工林+小葉錦雞兒3 種Caragana microphylla林）土壤的理化性質(zhì)進(jìn)行分析，利用土壤退化指數(shù)（SDI）評(píng)價(jià)樣地土壤質(zhì)量。結(jié)果表明，0 ～ 30 cm的土壤容重：撂荒地>巨尾桉人工林>巨尾桉人工林+小葉錦雞兒，總孔隙度：桉樹人工林+小葉錦雞兒>巨尾桉人工林>撂荒地，含水量、有機(jī)碳、全氮、堿解氮、有效磷和速效鉀含量：巨尾桉人工林+小葉錦雞兒>撂荒地>巨尾桉人工林；SDI：巨尾桉人工林+小葉錦雞兒（0.167）>撂荒地（0）>巨尾桉人工林（-0.130）。因此巨尾桉林地土壤質(zhì)量不同程度的退化情況，可以通過在巨尾桉人工林下種植小葉錦雞兒修復(fù)土壤，提高土壤質(zhì)量。

巨尾桉；人工林；小葉錦雞兒；土壤理化性質(zhì)；土壤退化指數(shù)；

桉樹是桃金娘科Myrtaceae桉屬Eucalyptus樹種的統(tǒng)稱，桉樹原產(chǎn)于澳大利亞及其周圍島嶼，是世界三大速生樹種之一[1]。相關(guān)研究顯示，目前我國(guó)桉樹人工林面積達(dá)到260萬hm2，主要集中在廣西、廣東、海南和福建等地[2]。桉樹人工林大規(guī)模推廣種植為促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，提高農(nóng)民的收入作出了重要的貢獻(xiàn)[3]，但是桉樹人工林大規(guī)模的發(fā)展在帶來巨大經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的同時(shí)也引發(fā)了諸多生態(tài)環(huán)境問題的爭(zhēng)論[4-5]；由于桉樹生長(zhǎng)迅速、生長(zhǎng)周期相對(duì)較短，生長(zhǎng)過程中對(duì)水、土壤養(yǎng)分的需求量大，因此被形象的稱為“抽水機(jī)”和“抽肥機(jī)”[6-7]；此外，桉樹人工林地表的植被層少，枯枝落葉種類少和層面薄[8]，加上土壤結(jié)構(gòu)的破壞，很易出現(xiàn)下雨時(shí)大量的水土沖刷現(xiàn)象，造成水土流失[9]，因此，觀察桉樹人工林地的土壤質(zhì)量變化成為土壤學(xué)研究的熱點(diǎn)之一[10-11]。

小葉錦雞兒Caragana microphylla屬豆科Leguminosae錦雞兒屬Caragana灌木，具有耐寒、抗旱、耐貧瘠等特點(diǎn)[12-13]，作為一種優(yōu)良的固沙植物被廣泛應(yīng)用于中國(guó)“三北”地區(qū)的荒漠化治理，防風(fēng)固沙，改良土壤質(zhì)量[14-16]，并取得很好的效果[17-18]。因此，在福建省福安市將小葉錦雞兒間種于5年生巨尾桉Eucalyptus grandis×E. urophylla人工林，研究3 a后對(duì)土壤質(zhì)量的影響，旨在為桉樹人工林土壤質(zhì)量改善提供參考，同時(shí)為當(dāng)?shù)匕l(fā)展林下經(jīng)濟(jì)提供選擇依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)地位于福建省福安市城陽(yáng)鎮(zhèn)化蛟村，27°01'46'' ～ 27°01'49'' N，119°41'47'' ～ 119°41'5'' E；海拔 81 ～ 99 m，屬中亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，光照充足，雨水充沛，年平均氣溫15.0 ～ 20.0℃，年降水量1 350 ～ 2 050 mm，降雨量集中于春夏季。年日照時(shí)數(shù)1 905.82 h，全年無霜期230 ～ 300 d，年平均相對(duì)濕度78% ～ 84%；土壤為紅壤，土層厚度超過1 m。

1.2 研究方法

1.2.1 樣地設(shè)置與樣品采集

1.2.1.1 樣地設(shè)置 2014年1月，按照撂荒地、巨尾桉人工林地、巨尾桉人工林+小葉錦雞兒樣地分別設(shè)置面積為20 m×20 m的實(shí)驗(yàn)對(duì)比區(qū)域，3個(gè)重復(fù)，共9個(gè)小區(qū)。

撂荒地。與巨尾桉人工林地種植前屬同一時(shí)期的荒地，地上植被主要有：楓香樹Liquidambar formosana，杉木Cunninghamia lanceolata，油茶Camellia oleifera，紫軸鳳尾蕨Pteris aspericaulis，水楊梅Adina rubella，芒萁Dicranopteris dichotama，木油桐Vernicia montana，玉葉金花Mussaenda pubescens，五節(jié)芒Miscanthus floridulus，貫眾Cyrtomium fortunei ，菝葜Smilax china，鹽膚木Rhus chinensis等。

巨尾桉人工林地。5年生巨尾桉樹人工林，平均胸徑約為17 cm，郁閉度約為0.75，行距200 cm，株間距300 cm。

巨尾桉人工林+小葉錦雞兒林地。2014年1月，在5年生巨尾桉人工林下去除林下的雜灌草，并按照行距50 cm，株間距60 cm套種小葉錦雞兒，3 a后小葉錦雞兒平均株高約為95 cm，平均冠幅約為81 cm。

1.2.1.2 樣品采集 2017年5月，每個(gè)實(shí)驗(yàn)區(qū)域隨機(jī)布置5個(gè)采樣點(diǎn)，每個(gè)樣點(diǎn)采集30 cm厚度土壤，混均，裝入自封袋及時(shí)帶回實(shí)驗(yàn)室，取一部分用于測(cè)定含水率，其余過 2 mm 土壤篩，取部分過篩的土壤風(fēng)干并研磨過0.149 mm 篩，用于測(cè)定土壤有機(jī)碳、全氮、水解性氮、有效磷和速效鉀。同時(shí)采集環(huán)刀樣來測(cè)定土壤容重和孔隙度。

1.2.2 分析方法 土壤密度、孔隙度用環(huán)刀法測(cè)定；pH值采用土水為1:2.5的比例浸提，電位法測(cè)定；全氮采用凱氏定氮法測(cè)定；水解氮采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定；有效磷采用HCL-HF浸提，鉬銻抗比色法測(cè)定；速效鉀采用乙酸銨浸提，火焰光度計(jì)法測(cè)定[19]。

1.2.3 土壤退化指數(shù)的計(jì)算 土壤退化指數(shù)（Soil Degadation Index, SDI）是評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量變化的重要指標(biāo)之一，主要是通過對(duì)比不同土地利用類型樣地的土壤屬性與基準(zhǔn)樣地的土壤屬性之間的差異，判斷土壤質(zhì)量的變化[20]。

本文采用Adejuwon提出的土壤退化指數(shù)公式計(jì)算，以撂荒地為基準(zhǔn)樣地，評(píng)價(jià)巨尾桉人工林地、巨尾桉人工林+小葉錦雞兒的土壤質(zhì)量變化。其計(jì)算公式如下：式中，SDI為土壤退化指數(shù)，Xi是土壤質(zhì)量指示的物理和化學(xué)因子，是撂荒地狀態(tài)下土壤物理化學(xué)因子的基準(zhǔn)值。但由于高的土壤容重值通常表明土地有退化的趨勢(shì)，因此，在實(shí)際計(jì)算中土壤的容重屬性的差值需采用相反數(shù)值[21]。土壤退化指數(shù)存在正負(fù)值，其負(fù)數(shù)表明土壤退化，而正值表明土壤質(zhì)量有所改善[22]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

用SPSS 19.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，對(duì)不同樣地間土壤物理和化學(xué)指標(biāo)進(jìn)行單因素方差分析，差異性比較采用Duncan檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同土地利用方式土壤理化性質(zhì)

2.1.1 不同土地利用方式土壤物理性質(zhì) 由表1可知，相對(duì)于撂荒地，巨尾桉人工林、巨尾桉人工林+小葉錦雞兒土壤表層的土壤容重極顯著降低（P<0.01），表層土壤總孔隙度極顯著提高（P <0.01）；3個(gè)不同樣地間的土壤含水量差異達(dá)到極顯著（P <0.01），巨尾桉桉人工林+小葉錦雞兒土壤的含水量為32.03%，較撂荒地和巨尾桉人工林分別提高了58.09%和103.6%，而巨尾桉人工林較撂荒降低了22.36%。

表1 各樣地土壤理化性狀檢測(cè)結(jié)果Table 1 Soil physical and chemical properties in different sample plots

2.1.2 不同土地利用方式土壤化學(xué)性質(zhì) 由表1還可以看出，3個(gè)樣地之間的有機(jī)質(zhì)含量、水解性氮和速效鉀的差異均達(dá)到極顯著（P <0.01）；巨尾桉人工林+小葉錦雞兒樣地的土壤全氮與巨尾桉人工林差異極顯著（P<0.01），與撂荒地的土壤全氮?jiǎng)t差異顯著（P <0.05），但巨尾桉人工林與撂荒地之間差異不顯著；此外，巨尾桉人工林的土壤有效磷含量與撂荒地和巨尾桉人工林+小葉錦雞兒樣地差異均達(dá)到極顯著（P <0.01），而撂荒地和巨尾桉人工林+小葉錦雞兒樣地之間差異不顯著。

巨尾桉人工林+小葉錦雞兒樣地的土壤有機(jī)質(zhì)含量為 27.02 g·kg-1，全氮為 1.20 g·kg-1，水解性氮為 131.12 mg·kg-1，有效磷為0.82 mg·kg-1，速效鉀49.0 mg·kg-1，較撂荒地分別提高了34.23%，12.15%，11.20%，5.13%和15.24%；較巨尾桉人工林分別提高了56.82%，22.45%，142.63%，28.13和50.82%；而巨尾桉人工林則較撂荒地分別降低了14.41%，8.41%，54.17%，17.95和23.59%。

2.2 SDI的計(jì)算結(jié)果

以撂荒地土壤物理化學(xué)性質(zhì)的基準(zhǔn)值為對(duì)照，按照公式（1）分別計(jì)算巨尾桉人工林和巨尾桉人工林+小葉錦雞兒條件下的SDI（表1）。結(jié)果顯示，巨尾桉人工林樣地的SDI為負(fù)值（-1.30），巨尾桉人工林+小葉錦雞兒樣地的SDI為正值（1.67）。

3 結(jié)論與討論

土壤容重和總孔隙度是土壤重要的物理性質(zhì)，關(guān)系著土壤水、氣運(yùn)動(dòng)以及對(duì)植被養(yǎng)分的供應(yīng)。有研究表明，植物的根系及土壤中微生物活動(dòng)可以降低土壤的容重，提高土壤的總孔隙度[23-24]。本研究結(jié)果表明，在巨尾桉人工林下套種小葉錦雞兒能起到疏松土壤、降低土壤容重、增強(qiáng)土壤蓄水能力、增加土壤孔隙度的作用。這與小葉錦雞兒本身具有強(qiáng)大的根系有關(guān)；同時(shí)，小葉錦雞兒的枯落物也對(duì)雨滴起到緩沖和吸附水分的作用，使土壤免受雨水的直接沖擊，利于水分滲入土壤，也增強(qiáng)了土壤的保水性能。本研究的3種不同土地利用方式的pH值的差別很小，僅巨尾桉人工林+小葉錦雞兒樣地的略高，但都在福安地區(qū)土壤pH值的范圍值之內(nèi)[25]，可能由于生態(tài)大環(huán)境（地區(qū)降水量等）差異性小，使得三者之間的土壤pH值差異不大。

土壤中的有機(jī)質(zhì)和氮、磷、鉀元素是土壤養(yǎng)分循環(huán)的核心[26]，它們?cè)谕寥乐泻康呢S缺是衡量土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)，土壤養(yǎng)分元素含量對(duì)植物的生長(zhǎng)、土壤中微生物的活動(dòng)都具有重要的意義[27]。賀山峰等[16]研究顯示，種植小葉錦雞兒后，土壤中的有機(jī)碳、全氮、堿解氮、全磷、有效磷和有效鉀含量均有不同程度增加, 尤以表層增加幅度最大，且小葉錦雞兒灌叢對(duì)養(yǎng)分有明顯的富集效應(yīng)。本研究結(jié)果表明，3種不同土地利用方式的土壤養(yǎng)分差異顯著，巨尾桉人工林下套種小葉錦雞兒的有機(jī)質(zhì)、全氮、水解性氮、有效磷、速效鉀含量比撂荒地和巨尾桉人工林有明顯的提高?？赡苄∪~錦雞兒的根系對(duì)提高土壤肥力有積極的影響[28-30]，根部大量的根瘤菌具有固氮作用[31]，固定空氣中的游離態(tài)氮；同時(shí)，種植小葉錦雞兒后，土壤中的生物量的增加，生物活動(dòng)一定程度上也有利于土壤養(yǎng)分的積累；另外，種植小葉錦雞兒增加了林下植被的枯落物數(shù)量，有利于土壤養(yǎng)分的補(bǔ)充，且增強(qiáng)了抗水土流失的能力，從而有效地降低了土壤養(yǎng)分的流失[32]。

本研究結(jié)果表明，巨尾桉人工林的土壤質(zhì)量呈現(xiàn)出一定程度的退化，但間種小葉錦雞兒可以土壤理化性狀，有效提高土壤質(zhì)量。

用于評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量的土壤屬性指標(biāo)很多，除了理化指標(biāo)外，還有土壤機(jī)械組成、土壤鹽分等以及生物指標(biāo)如土壤微生物生物量碳、過氧化氫酶活性等，今后將對(duì)不同用地方式土壤的其他屬性進(jìn)行研究。

[1] 蔡博峰. 中國(guó)人工林占世界三成[J]. 森林與人類，2011，10：92－95.

[2] 項(xiàng)東云，陳健波，葉露，等. 廣西桉樹人工林發(fā)展現(xiàn)狀、問題與對(duì)策[J]. 廣西林業(yè)科學(xué)，2006，（04）：195－201.

[3] 黃承標(biāo). 桉樹生態(tài)環(huán)境問題的研究現(xiàn)狀及其可持續(xù)發(fā)展對(duì)策[J]. 桉樹科技，2012，29（3）：44－47.

[4] 黃自偉. 桉樹人工林生態(tài)問題及發(fā)展思路探究[J]. 現(xiàn)代園藝，2012，（12）：17.

[5] Mckiernan A B，Hovenden M J，Brodribb T J，et al. Effect of limited water availability on foliar plant secondary metabolites of two Eucalyptus species[J]. Environ Exp Bot，2014，105：55－64.

[6] 于?？疲S新會(huì)，王克勤，等. 桉樹人工林生態(tài)退化與恢復(fù)研究進(jìn)展[J]. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2009（02）：393－398.

[7] 王力朋，齊濤，羅燕，等. 河源地區(qū)桉樹人工林土壤肥力和土壤區(qū)劃研究[J]. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2013（10）：28－34.

[8] 劉飛鵬，曾曙才，莫羅堅(jiān)，等. 尾葉桉人工林改造對(duì)土壤和凋落物持水效能的影響[J]. 生態(tài)學(xué)雜志，2013，32（5）：1111－1117.

[9] 羅興錄，樊吳靜，楊鑫，等. 不同植被下水土流失研究[J]. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2013，29（29）：162－165.

[10] 陳超凡，吳水榮，覃林，等. 南亞熱帶典型鄉(xiāng)土闊葉人工林土壤微生物碳源利用及功能多樣性[J]. 生態(tài)學(xué)雜志，2016，35（5）：1132－1139.

[11] 張凱，鄭華，歐陽(yáng)志云，等. 施氮對(duì)桉樹人工林生長(zhǎng)季和非生長(zhǎng)季土壤溫室氣體通量的影響[J]. 生態(tài)學(xué)雜志，2015，34（7）：1779－1784.

[12] 阿拉木薩，蔣德明，裴鐵璠. 科爾沁沙地人工小葉錦雞兒植被水分入滲動(dòng)態(tài)研究[J]. 生態(tài)學(xué)雜志，2004，23（1）：56－59.

[13] Su Y Z，Zhao H L. Soil properties and plant species in an age sequence of Caragana microphylla plantations in Horqin Sand Land, north of China[J]. Ecol Engin，2003，20（3）：223－235.

[14] 曹有成，蔣德明，全貴靜，等. 科爾沁沙地小葉錦雞兒人工固沙區(qū)土壤理化性質(zhì)的變化[J]. 水土保持，2004，18（6）：108－111.

[15] 李宗超，胡霞. 小葉錦雞兒灌叢化對(duì)退化沙質(zhì)草地土壤孔隙特征的影響[J]. 土壤學(xué)報(bào)，2015，52（1）：242－248.

[16] 賀山峰，王娟，邱蘭蘭，等. 科爾沁沙地小葉錦雞兒群落保育土壤作用的研究[J]. 水土保持通報(bào)，2009（03）：73－77.

[17] 蔣德明，曹有成，押田敏雄，等. 科爾沁沙地小葉錦雞兒人工林防風(fēng)固沙及改良土壤效應(yīng)研究[J]. 干旱區(qū)研究，2008，25（5）：653－658.

[18] 曹成有，姚金冬，韓曉姝，等. 科爾沁沙地小葉錦雞兒固沙群落土壤微生物功能多樣性[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2011，22（9）：2309－2315.

[19] 鮑士旦. 土壤農(nóng)化分析（第三版）[M]. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2000.

[20] Adejuwon J O，Ekanade O. A. comparison of soil properties under different landuse types in a part of the Nigerian cocoa belt[J]. Catena，1988，15（3）：319－331.

[21] Lowery B，Swan J，Schumacher T，et al. Physical properties of selected soils by erosion class[J]. J Soil Water Conserv，1995，50（3）：306－311.

[22] 尹剛強(qiáng)，田大倫，方晰，等. 不同土地利用方式對(duì)湘中丘陵區(qū)土壤質(zhì)量的影響[J]. 林業(yè)科學(xué)，2008，44（8）：9－15.

[23] Burylo M，Hudek C，Rey F. Soil reinforcement by the roots of six dominant species on eroded mountainous marly slopes (Southern Alps,France)[J]. Catena，2011，84（1－2）：70－78.

[24] 劉晚茍，山侖，鄧西平. 植物對(duì)土壤緊實(shí)度的反應(yīng)[J]. 植物生理學(xué)報(bào)，2001，37（3）：254－260.

[25] 劉義平. 福安市耕地土壤肥力狀況及改良途徑[J]. 江西農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2009，21（8）：61－63.

[26] 王興祥，張?zhí)伊?，張? 紅壤旱坡地農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)和平衡[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)，1999，19（3）：335－341.

[27] Schoenholtz S H，Van M H，Burger J A. A review of chemical and physical properties as indicators of forest soil quality: challenges and opportunities[J]. For Ecol Manag，2000，138（1–3）：335－356.

[28] 梁銀麗，陳培元. 土壤水分和磷營(yíng)養(yǎng)對(duì)小麥根系生長(zhǎng)生理特性的影響[J]. 西北植物學(xué)報(bào)，1994，14（5）：56－60.

[29] 宋海星，李生秀. 根系的吸收作用及土壤水分對(duì)硝態(tài)氮、銨態(tài)氮分布的影響[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2005，38（1）：96－101.

[30] 林成芳，彭建勤，洪慧濱，等. 氮、磷養(yǎng)分有效性對(duì)森林凋落物分解的影響研究進(jìn)展[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)，2017，37（1）：54－62.

[31] 劉永秀，張福鎖，毛達(dá)如，等. 根際微生態(tài)系統(tǒng)中豆科植物—根瘤菌共生固氮及其在可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展中的作用[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報(bào)，1999，1（4）：28－33.

[32] 張宇清，朱清科，齊實(shí)，等. 梯田埂坎立地植物根系分布特征及其對(duì)土壤水分的影響[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)，2005，25（3）：500－506.

Effect of Interplanting Caragana microphylla in Eucalyptusgrandis x E.urophylla Plantation on Soil Quality

ZHONG Ai-qing
（Ningde Agriculture Institute of Fujian, Fu’an 355017, China）

Determinations were carried out on soil physio-chemical properties of different land use types, such as abandoned land （A）, pure 5-year Eucalyptus grandis × E. urophylla plantation（B）and E. grandis × E. urophylla interplanted with Caragana microphylla（C）in Fu’an, Fujian province in 2017. Soil quality was evaluated by soil degradation index. The results showed that the soil bulk density at 0 - 30 cm soil layer of tested sample plots was ordered by A> B> C, total porosity by C> B>A, pH, water content, organic carbon, total nitrogen, available nitrogen, available phosphorus and available potassium content by C >A >B. The SDI was C (0.167) > (0) >B(-0.13). The experiment concluded that pure E. grandis × E. urophylla plantation had the worse soil quality in the tested 3 land types. Interplanting of C. microphylla could restore and improve soil quality.

Eucalyptusgrandis × E.urophylla; plantation; Caragana microphylla; soil properties; soil degradation index

S158.3；F301.24

A

1001-3776（2017）05-0061-05

10.3969/j.issn.1001-3776.2017.05.010

2017-05-13 ；

2017-07-18

福建省重點(diǎn)項(xiàng)目“豆科植物錦雞兒對(duì)桉樹林下土壤的修復(fù)技術(shù)應(yīng)用”（2014S01040110）

鐘愛清，高級(jí)農(nóng)藝師，從事民間藥草的調(diào)查、收集、保存、繁殖、組培等研究；E-mail：394226911@qq.com。