不同管理方式下山地膠園土壤物理和水熱特性

原慧芳 黃菁 田耀華

摘? 要：為研究不同管理方式下山地膠園土壤物理和水熱特性的變化情況，本研究在田間布置了噴除草劑（S）、人工凈除（A）、綠肥覆蓋（G）、地膜覆蓋（F）、壕溝截流（T）、綜合措施（M）和常規(guī)管理（CK）共7種管理方式處理的對比試驗，定期測定各處理的土壤物理性質和水熱特性指標。結果表明：G、F和M處理下的土壤水分含量（SWC）、原位土壤含水量（SMC）、土壤容重（SBD）、土壤孔隙度（SP）、土壤密度（SD）、土壤pH等參數(shù)均優(yōu)于T、S、A和CK;F和M處理下的原位土壤溫度（ST）均高于其他處理，而G處理ST最低;各處理原位的土壤電導率（SC）變化趨勢不一，M、F和G的SC從干季的較低轉變成雨季的較高，但兩季間無顯著差異，干季的S、A、T和CK處理的SC均顯著高于雨季?？傮w來看，采取多種覆蓋模式能有效地抑制土壤蒸發(fā)，提高土壤持水能力，有利于改善土壤結構，具有較好的土壤保墑作用。因此，覆蓋處理可作為山地膠園主要推廣的土壤優(yōu)化管理方式。

關鍵詞：山地膠園;管理方式;土壤物理性質;水熱特性

中圖分類號：S153.6? ? ? 文獻標識碼：A

Soil Physical and Hydrothermal Characteristics of Mountain Rubber Plantation under Different Management Modes

YUAN Huifang， HUANG Jing， TIAN Yaohua*

Yunnan Institute of Tropical Crops， Jinghong， Yunnan 666100， China

Abstract： In order to study the changes of soil physical and hydrothermal characteristics in mountainous rubber plantations under different management modes， seven treatments were set up in the field， including spraying herbicide （S）， artificial weeding （A）， green manure mulching（G）， covering film （F）， trench interception （T）， comprehensive measures （M） and conventional control （CK）. The soil physical properties， in-situ soil water and heat characteristics were measured regularly. The soil water content （SWC）， in situ soil moisture content （SMC）， soil bulk density （SBD）， soil porosity （SP）， soil density （SD）， soil pH and other parameters under G， F and M treatment were all superior to that of T， S， A and CK. Soil temperature （ST） under F and M treatment was higher than that of other treatments， while ST was the lowest under G treatment. In situ soil conductivity （SC） of each treatment showed different trends. SC of M， F and G changed from low in dry season to high in rainy season， but there was no significant difference between the two seasons， and the SC of S， A， T and CK in dry season was significantly higher than that in rainy season. In a word， adopting multiple mulching modes can effectively inhibit soil evaporation， improve soil water holding capacity， help to improve soil structure， and have a good soil moisture conservation effect. Therefore， mulching treatment can be used as the main mode of soil optimal management in mountain rubber plantation.

Keywords： mountain rubber plantation; management modes; soil physical properties; water thermal characteristics

DOI： 10.3969/j.issn.1000-2561.2020.05.028

天然橡膠是重要的工業(yè)原料，橡膠樹種植業(yè)已成為許多熱帶國家經(jīng)濟的重要組成部分[1]。中國適合橡膠樹種植的區(qū)域并不大，主要集中在云南、海南和廣東的部分地區(qū)，但目前普遍面臨著宜植膠面積有限、水熱分布不均、生產技術水平參差不齊等問題。研究表明，土壤性質和水熱因子是影響作物生長發(fā)育與產量形成的關鍵因素[2]。例如，土壤水分作為作物生長發(fā)育的約束性條件，受到土壤耕作方式、種植方式及大氣土壤溫度等因素的影響[3-6]。云南山地膠園存在著干、雨季降水分布不均的突出問題，研究不同管理方式對膠園土壤的影響、探索有效改善膠園土壤環(huán)境和緩解干旱的措施，是當今橡膠樹種植業(yè)及天然橡膠產業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然任務。在天然橡膠市場價格較高時，人們?yōu)樵黾幽z乳產量會積極應用很多農業(yè)管理措施以增加土壤肥力或改善土壤結構。例如在地表種植綠肥，增施各種肥料，以期望有效減少水土流失、保土保肥、保證生產效益。但隨著近年來天然橡膠價格大跌，嚴重影響了農戶的生產積極性，部分農戶不愿意割膠和繼續(xù)投入成本，對橡膠林疏于管理，嚴重影響了橡膠樹的正常生長和產出。

近年來，國內外也有不少關于膠園管理方式的研究報道[7-14]，但針對現(xiàn)有山地膠園多種管理方式的對比研究仍較匱乏。本研究擬以橡膠樹種植管理過程中存在的主要問題為出發(fā)點，借鑒當前生產上主要推廣應用的農業(yè)管理方式，對比各處理土壤物理和水熱特性的變化情況，探索并評價各種管理方式的好壞優(yōu)劣，為優(yōu)化山地膠園土壤管理方式提供必要的理論依據(jù)和技術支撐。

1? 材料與方法

1.1? 研究區(qū)概況

研究地點位于云南省景洪市環(huán)城北路云南省熱帶作物科學研究所環(huán)境友好型生態(tài)膠園千畝試驗示范基地（100°79E，22°48N）內進行。該地海拔約590～760 m，屬于北熱帶西南季風氣候，一年中有明顯的干季（11月—次年4月）和雨季（5月—10月）之分，年平均氣溫21.5 ℃，年蒸發(fā)量1310.6 mm，≥10 ℃的年積溫8100.4 ℃，年降雨量1161.8 mm，平均相對濕度85%[15]。

本研究為長期定位試驗，試驗材料為2012年7月定植的橡膠樹品種‘云研77-2和‘云研77-4，株行距3 m8 m，種植密度28～30株/667 m2，每株施有機肥5～10 kg/a、復合肥0.8 kg/a、鈣鎂磷肥1 kg作基肥。試驗區(qū)面積約為1.22 hm2，土壤為磚紅壤土，有機質29.13 g/kg，全碳17.24 g/kg，全氮1.86 g/kg，堿解氮58.6 mg/kg，速效磷18.41 mg/kg，速效鉀137.5 mg/kg，pH 4.34。

1.2? 試驗設計

試驗于2014—2018年進行，在田間布置了噴除草劑（S）、人工凈除（A）、綠肥覆蓋（G）、地膜覆蓋（F）、壕溝截流（T）、綜合措施（M）與常規(guī)對照（CK）共7種管理方式處理。試驗為單因素隨機區(qū)組設計，共設3個區(qū)組（圖1），每個區(qū)組有7個試驗處理小區(qū)，每個試驗處理小區(qū)有18株橡膠樹，3次重復，合計7×18×3=378株。每個試驗處理的具體措施見表1，其他田間管理措施均與常規(guī)對照一致。

1.3? 測定指標及方法

于2017年和2018年的干季（11月—次年4月）和雨季（5—10月），分別選擇樣地內典型位置采集0～20 cm土樣，進行室內土壤物理性質測定[16]。用鋁盒烘干法測定土壤含水量（SWC），用環(huán)刀法測定土壤容重（SBD）和土壤孔隙度（SP），其中土壤孔隙度=（1?土壤容重/土壤比重）× 100%[17]。土壤pH值采用電位計法測定。利用土壤水分溫度電導率儀（HH2+WET-2型，英國Delta-T Devices公司）原位測定0～20 cm土壤含水量、土壤電導率和土壤溫度數(shù)據(jù)，每月月底測定1次，干、雨季各測定5次，每次重復取值3次。

1.4? 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 19.0軟件對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。以單雙因素方差（ANOVA）分析季節(jié)和管理方式因素對各項參數(shù)的影響，采用Duncan法進行多重比較（P<0.05），干、雨季之間比較采用T檢驗，采用SigmaPlot 10.0軟件完成繪圖。

2? 結果與分析

2.1? 不同管理方式下干、雨季土壤的物理性質

由表2可知，干、雨季不同處理下的土壤含水量（SWC）變化趨勢基本一致，G、F和M處理的SWC均高于T、A、S和CK，尤其G處理最高，其次是F和M處理，T、A、S和CK處理均低，且處理間無顯著差異。所有處理的SWC均為雨季顯著高于干季（P<0.05）;比較干、雨季不同處理下土壤容重（SBD）的變化，干季各處理的SBD與其SWC變化趨勢正好相反，G、M和F處理的SBD均低于T、A、S和CK。而雨季各處理的SBD稍有不同，G處理明顯最低，其次A、S、M和F處理居中，而CK和T處理的SBD最高。兩季相比來看，干季S、A和G處理的SBD顯著高于雨季，其他處理的SBD均為干季高于雨季，但其間無顯著差異;比較干、雨季不同處理下土壤孔隙度（SP）的變化趨勢稍有不同，干季G處理的SP最高，其次M、F和T的SP居中，其間均無顯著差異，而S和CK的SP明顯最低。雨季A處理的SP最高，其次是G、M、F、S和CK處理，T處理的SP顯著低于G、A和M，而其他處理間無顯著差異。兩季相比來看，除了雨季T處理的SP明顯低于干季外，其他處理的SP在兩季間均無顯著差異;比較干、雨季不同處理下土壤密度（SD）的變化趨勢類似，干季CK處理的SD顯著高于其他處理，而G處理的SD最低，但各處理間均無顯著差異。雨季CK和S處理的SD均高于其他處理，但其間無顯著差異。兩季相比來看，所有處理的SD為干季高于雨季，而其間無顯著差異;比較干、雨季不同處理下pH的變化，干季G、A和S處理的pH均顯著高于T、F、M和CK處理，而其處理間無顯著差異。雨季除了CK處理的pH明顯最低外，G、A和M處理的pH均高于S、F和T處理，且其間無顯著差異。兩季相比來看，干季S、A和G的pH顯著高于雨季，而其他處理間無顯著差異。

2.2? 不同管理方式下干、雨季原位的土壤含水量

由圖2可見，干、雨季不同處理下原位測定的土壤含水量（SMC）變化趨勢同上（SWC）基本一致，干季F處理的SMC均顯著最高，其次是M和G處理，而A、S、T和CK相對較低，其處理間無顯著差異。雨季F、G和T處理的SMC均高，其次M和CK，S和A的SMC低，同樣其處理間無顯著差異。兩季相比來看，雨季各處理的SMC均顯著高于干季。總之，從試驗結果可見，干季F、M和G處理均明顯提高了SMC，而其他處理間的SMC變化幅度不明顯。雨季F、M和G處理的SMC較高，其次T和CK處理SMC也有提高，而S和A處理的SMC最低。

2.3? 不同管理方式下干、雨季原位的土壤溫度

由圖3可見，干、雨季不同處理下原位測定的土壤溫度（ST）變化趨勢稍有不同，干季F處理的ST均顯著最高，其次是M和CK處理，A、S、G和T的ST顯著低于其他處理，且其處理間無顯著差異。雨季F處理的ST明顯最高，其次S和A的ST居中，G、T、M和CK的ST均低，其處理間無顯著差異。兩季相比來看，除了干、雨季F處理的ST間無顯著差異外，其他處理均為雨季顯著高于干季。從試驗結果可見，干、雨季下F處理最明顯提高了ST，而G處理的ST最低，其他處理的ST小幅度的上下變幅，其變化幅度不明顯。

2.4? 不同管理方式下干、雨季原位的土壤電導率

由圖4可見，干、雨季不同處理下原位測定的土壤電導率（SC）變化趨勢不一，干季T和CK處理的SC均顯著最高，其次A、S、M和F的SC居中，其間無顯著差異。G處理的SC明顯最低，低于A和S處理，而其處理間無顯著差異。雨季F和M處理的SC明顯最高，其次是G處理，而S、A、T和CK最低，且其處理間無顯著差異。兩季相比來看，除了干、雨季G、F和M處理間無顯著差異外，S、A、T和CK處理的SC均為干季顯著高于雨季。從試驗結果可見，M、F和G處理的SC從干季的最低轉變成雨季的最高，而CK、T、A和S從干季的最高轉變成雨季的相對較低。

3? 討論

3.1? 不同土壤管理方式對土壤物理性質的影響

云南省的橡膠樹大多種植于丘陵或山地，經(jīng)常受季風氣候的影響，每年雨季是紅壤旱坡地儲存土壤水分的關鍵階段，干季是明顯消耗土壤水分的主要時期。季節(jié)性干旱往往導致橡膠樹生長不良，直接影響后期樹體生長和產排膠[18-19]。本研究結果中，G、F和M處理的土壤含水量、土壤容重、土壤孔隙度的綜合表現(xiàn)均優(yōu)于其他處理，明顯提高了土壤含水量，降低了土壤容重，改善了土壤孔隙度，這為橡膠樹根系生長創(chuàng)造了疏松的土壤環(huán)境。干季所有處理的土壤密度高于雨季，但均無顯著差異，這暗示了雨季土壤孔隙度大于干季，土壤通氣性也優(yōu)于干季，因為土壤密度的大小反映了土壤松緊狀況，土壤密度越小，說明孔隙度大，排水性好。所有處理的土壤pH均小于5，顯示為強酸性土壤，不同處理對土壤pH有不同程度影響，但變化不明顯。綜合比較處理G、F和M處理的效果最突出，這同多位研究學者的研究結果相似[20-22]。例如，間作綠肥或其他作物后，改善了土壤結構及水分狀況;地膜覆蓋可明顯降低土壤水分的無效蒸發(fā)和熱量散失，增溫保墑，改變土壤的性質等?？梢姡扇∵m宜的覆蓋模式與技術，能夠明顯緩解季節(jié)性干旱，促進農業(yè)生產的可持續(xù)發(fā)展。對于T、S和A處理，其優(yōu)點或缺點在短期內尚未突顯出來，還需要繼續(xù)跟蹤試驗。對于S和A處理，雖然已表現(xiàn)出土壤含水量低、土壤容重大和土壤孔隙度低等趨勢，但與其他處理間沒有顯著差異。關于生產上不合理的土壤管理方式的影響，也有報道[23-25]。例如，過度的人為擾動由于經(jīng)常翻動土壤表層，使團粒結構遭到破壞，表現(xiàn)出保水保肥性差的趨勢;噴除草劑最大的問題是會對土壤的微生態(tài)環(huán)境帶來不可逆的破壞[26-27]。

3.2? 不同土壤管理方式對土壤水熱特性的影響

水熱條件是影響作物生長發(fā)育最重要的因素[28]。本研究中原位的土壤含水量與室內測定的土壤水分特征結果基本一致。F、M和G處理的土壤含水量均高于其他處理，這表明覆蓋能夠有效減緩雨水對地表直接淋洗和沖擊，增加水分入滲，提高土壤水分含量[29-32]。而S、A、T和CK處理的土壤含水量在干、雨季條件下變化幅度不一，這暗示了各處理對土壤水分的影響是很復雜的過程，不僅受土壤性質的影響，還受降雨特性和雜草控制等因素的影響[33]。例如，A處理由于經(jīng)常翻動土壤，可能加快了土壤水分蒸發(fā);S處理可能因為經(jīng)常噴除草劑不利于水分入滲;T和CK處理的植膠帶面，土壤經(jīng)常裸露，也會導致土壤水分含量降低。

土壤溫度作為土壤熱狀況的綜合表征指標，受到大氣溫度、近地表空間熱平衡特征、土壤持水狀況及太陽輻射等因素影響[34]。本研究中幾個處理的土壤溫度相比較來看，F(xiàn)和M的土壤溫度均高于其他處理，這表明地膜覆蓋有增溫效應，與前人研究結果基本一致[35-36]。而G處理土壤溫度較低，這表明綠肥覆蓋有明顯的降溫效應?？傮w來看，地膜覆蓋能夠明顯改善土壤水熱條件，但長期地膜覆蓋可能會導致深層土壤水分得不到補充而出現(xiàn)明顯的耗竭，引起根系上浮，不利于植物對土壤深層水分的吸收和利用。所以，生產上應用F處理要注意控制地膜覆蓋時間，以及有效利用降雨。土壤電導率能不同程度地反映土壤中鹽分和水分等參數(shù)的高低[37]。本研究中原位的土壤電導率在干、雨季變化趨勢不一，M、F和G的土壤電導率從干季的最低轉變成雨季的最高，這暗示了土壤中的鹽分隨著土壤水分蒸發(fā)及作物蒸騰作用向地表遷移，使地表鹽分呈增加趨勢。所有處理的土壤電導率均為干季高于雨季，表明干季時降雨偏少，使得上層土壤中增加了鹽分等其他成分含量，進而增強了土壤電導率的分布;而在雨季時因降雨強度較大引起表層土壤淋溶以及土壤電導率分布比較離散等因素造成土壤電導率降低趨勢，雨季隨著降雨量的增加，土壤鹽分被淋溶下滲至土壤剖面深層中[28， 38]，而雨季M、F和G的土壤電導率無下降，這可能就是因為土壤表面覆蓋而土壤沒有受到強降雨的沖刷。因此，隨著水分含量的波動，鹽分也隨之波動，當土壤水分缺失鹽分有升高趨勢，土壤水分充足鹽分有降低趨勢。

綜合來看，本研究中各處理產生了不同的水熱環(huán)境，而季節(jié)性氣候變化是主要的影響因素。F、G和M處理的效果較好，不僅能防止水土流失，調節(jié)土壤溫度，還能在各因素的共同作用下，改善土壤環(huán)境。在實際生產中，不可能通過一種土壤管理方式完全實現(xiàn)土壤環(huán)境的有效改善，需根據(jù)具體情況，因時因地制宜，吸收傳統(tǒng)耕作和保護性耕作的精華，以“三保一護”（保土、保水、保肥和護根）為出發(fā)點，并適應當前生產形勢探索綠色輕簡方式，最終實現(xiàn)高產、高效、生態(tài)，安全的植膠生產。

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