桉樹-甘蔗復合經(jīng)營土壤物理性狀研究

袁野　劉寧　余雪標

摘要 針對桉樹-甘蔗復合經(jīng)營系統(tǒng)不同采樣位置（距離林帶1.5、3.0、4.5、6.0 m處）的土壤物理性質(zhì)進行比較研究，結(jié)果表明桉樹-甘蔗復合經(jīng)營后，由于人為（耕作施肥等）的正向干預(yù)，土壤表層養(yǎng)分集中， 間作帶土壤（距離林帶3.0、4.5、6.0 m處）物理性狀得到了有效改良。研究的主要結(jié)論：間作帶表層土的土壤容重降低明顯，同層相比，0～20? cm土層土壤容重的排列順序均為距離林帶6.0 m<距林帶4.5 m<距離林帶3.0 m<林帶<距林帶1.5 m，說明間作對土壤容重的降低作用隨距離呈正相關(guān)。桉樹-甘蔗復合經(jīng)營改善了土壤持水狀況，提高了空白間隔（距離林帶1.5 m處）的持水能力。桉樹-甘蔗復合經(jīng)營系統(tǒng)下，土壤容重與總孔隙度和毛管孔隙度呈負相關(guān)，從土層的角度分析，飽和持水量與土層呈顯著負相關(guān)。桉樹-甘蔗復合經(jīng)營對土壤物理性狀的改善主要集中在表層。

關(guān)鍵詞 桉樹;甘蔗;林農(nóng)復合經(jīng)營;土壤物理性質(zhì)

中圖分類號 S 714.2文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2020）16-0119-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.16.032

Study on Soil Physical Properties of Eucalyptus-sugarcane Composite Systems

YUAN Ye1，LIU Ning1，YU Xue-biao2 （1.Forestry College of Northeast Forestry University，Harbin，Heilongjiang 150040;2.Forestry College of Hainan University，Haikou，Hainan 570228）

Abstract The soil physical properties of eucalyptus-sugarcane composite system at different sampling positions （1.5，3.0，4.5，6.0 m away from the forest belt） were compared.The results showed that after the eucalyptus-sugarcane complex management， the physical properties of the soil in the intercropping zone （3.0，4.5，6.0 m away from the forest belt） were effectively improved due to the positive intervention of man-made （cultivation and fertilization， etc.）.The main conclusions of the study were as follows：soil bulk density of topsoil in intercropping zone decreased significantly，compared with the same layer， the order of soil bulk density in the 0-20? cm soil layer was 6.0 m away from the forest belt < 4.5 m away from the forest belt < 3.0 m away from the forest belt < forest belt < 1.5 m away from the forest belt.The results showed that the effect of intercropping on soil bulk density was positively correlated with the distance.Eucalyptus-sugarcane compound management improved the soil water holding capacity， and increased the water holding capacity of the blank space （1.5 m away from the forest belt）.Soil bulk density was negatively correlated with total porosity and capillary porosity under eucalyptus-sugarcane compound management system.From the perspective of the soil layer， the saturated water holding capacity was significantly negatively correlated with the soil layer. Therefore， the improvement of the physical properties of the soil by the eucalyptus-sugarcane compound management was mainly concentrated on the surface.

Key words Eucalyptus; Sugarcane; Agroforestry compound management;Soil physical property

基金項目 東北林業(yè)大學國家級大學生創(chuàng)新項目（201910225094）。

作者簡介 袁野（1999—）， 男，山東莒縣人，從事森林土壤學研究。*通信作者，研究員，博士，從事混合農(nóng)林業(yè)及人工林培育研究。

收稿日期 2020-02-17

桉樹是我國華南地區(qū)主要種植的用材林樹種，但由多代連栽和掠奪性的經(jīng)營管理方式等引起的生態(tài)問題也非常突出[1-3]。由于華南地區(qū)桉樹人工林一直以來的連栽經(jīng)營方式，使得桉樹人工林的土壤理化性狀不斷惡化，土壤地力不斷下降，直接導致桉樹人工林生產(chǎn)力下降[4-6]?；謴土值厣鷳B(tài)環(huán)境和長期維持桉樹人工林的生產(chǎn)力，早已成為桉樹研究的重要課題[7]。農(nóng)林復合經(jīng)營以其特有的優(yōu)勢被廣泛關(guān)注和探索，桉-農(nóng)復合經(jīng)營模式也隨之產(chǎn)生[8-9]。大量研究表明，在桉樹林下間（輪）作綠肥、牧草、農(nóng)作物等能有效改良土壤的理化性狀[10-13]。該文通過對桉樹-甘蔗大寬行復合經(jīng)營系統(tǒng)不同取樣位置的土壤物理性質(zhì)進行研究，旨在探討桉樹-甘蔗復合經(jīng)營對土壤性狀的改良效果，以期為桉樹林農(nóng)復合經(jīng)營提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 試驗地概況與研究方法

1.1 試驗地概況 試驗地地處熱帶北緣，雷州半島中北部的雷州林業(yè)局北坡林場，地理位置為111°31′E、21°31′N，平均海拔85 m，地勢平坦，坡度為2°。土壤為淺海沉積物磚紅壤，土層深厚。屬于海洋性季風氣候，年均氣溫23.5 ℃，最熱月（7月）平均氣溫28.9 ℃，最冷月（1月）平均氣溫15.2 ℃，日照時數(shù)1 864～2 160 h。該地區(qū)年平均降雨量在1 600～1 700 mm，但時空分布不均，暴雨居多。每年5月雨季開始，降雨以8—9月最多，月降雨量可達400 mm以上，11月逐漸轉(zhuǎn)旱，以12月至翌年3—4月降雨最少，月平均降雨量不超過50 mm，視為旱季。

1.2 研究方法

1.2.1 試驗地設(shè)計。在3年生寬窄行種植模式的桉樹林內(nèi)按一定株行距間作甘蔗。桉樹造林種植模式見圖1，窄行寬1.3 m，株距有0.5、1.0、1.5 m這3種規(guī)格;寬行共有8、10、12、14、16 m這5種規(guī)格，甘蔗間作于12、14、16 m寬行內(nèi)。

1.2.2 樣品采集及實驗室分析。

為避免土壤本底的不一致性，了解間作系統(tǒng)不同位置（間作和非間作區(qū)）土壤各指標的差異性，在12 m寬行內(nèi)選擇條件一致的地段采集土壤樣本。樣品采集在甘蔗收獲前，結(jié)合樹木調(diào)查一起進行，主要測定每種種植模式下桉樹樹高、胸徑、枝下高，其中12 m帶距桉樹平均樹高、胸徑、枝下高見表1。樣點（圖1）自東向西依次在窄行桉樹林帶中心處、距離林帶1.5、3.0、4.5、6.0 m處（分別簡稱林帶、距離林帶1.5 m、距離林帶3.0 m、距離林帶4.5 m、距離林帶6.0 m）挖取土壤剖面，重復3次，每剖面分0～20、>20～40和>40～60? cm三層采取原狀土，每一土層取3個重復樣品。土壤含水量測定采用烘干法，土壤容重和土壤孔隙狀況采用環(huán)刀法測定[14]。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理。

利用Excel記錄原始數(shù)據(jù)，用SPSS 22.0處理數(shù)據(jù);顯著性分析采用單因素ANOVA中的LSD方法進行多重比較，用雙變量Pearson方法完成相關(guān)性分析，圖表采用Excel制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同取樣位置土壤物理性狀比較

2.1.1 土壤容重。

土壤容重是說明土壤堅實度的一個重要參數(shù)，反映土壤透水性、透氣性和根系生長時的阻力狀況[15]。由表2可知，不同取樣位置土壤容重隨土層深度增加基本呈現(xiàn)先增加后減小的規(guī)律。即0～20 cm土層低于>20～40 cm土層，>20～40 cm土層略高或不高于>40～60 cm土層;各取樣位置的土壤容重最大值均出現(xiàn)在>20～40 cm土層。間作帶（距離林帶3.0、4.5、6.0 m）表層（0～20 cm）土壤容重最小，>20～40 cm與>40～60 cm土層的變化幅度減小;表層土壤與另外兩層土壤均變化顯著（P<0.05）;距離林帶1.5 m處和林帶土壤容重垂直變化幅度相對較小;土層間無顯著差異（P>0.05）。從與林帶距離上看，任一土層在距林帶1.5 m處和間作帶（距離林帶3.0、4.5、6.0 m）的土壤容重均有顯著差異。

同層相比，0～20 cm土層土壤容重從低到高的排列順序均為距離林帶6.0 m<距林帶4.5 m<距離林帶3.0 m<林帶<距林帶1.5 m，其中，前者較林帶分別降低4.3%、4.3%、4.1%、0.6%，> 40～60 cm土層的土壤容重彼此差異較小，從剖面土壤容重的平均值來看，距林帶1.5 m<距林帶6.0 m<林帶<距林帶4.5 m<距林帶3.0 m，前者較林帶分別降低1.8%、1.7%、1.7%、0.9%。從分析結(jié)果可以看出，間作帶土壤容重的降低主要體現(xiàn)在0～20 cm土層，>20～60 cm土層土壤仍很緊實，這是因為甘蔗根群的分布大多集中于0～40 cm 土層，尤以0～20 cm 表土層最多，由于根系生長、穿插對表層土壤起到了疏松作用，土壤容重降低;再者，每輪更新時機耕后表土疏松，20 cm土層以下則有一定的壓實，使土壤黏粒下移沉淀;同時，由于耕作深度較淺，犁底層上移，所以相對休閑空白間隔（距離林帶1.5 m），間作區(qū)土壤容重均值并沒有顯著下降。

2.1.2 土壤孔隙度。

土壤孔隙狀況也是表征土壤物理性質(zhì)的重要指標之一，對土壤肥力有多方面的影響，它直接影響土壤的通氣、透水和林木根系在土壤中的伸展和分布[16-17]。由表2看出，土壤毛管孔隙度、總孔隙度和非毛管孔隙度均隨土層變化，垂直分布特征在0～20、>20～40土層間明顯。間作帶（距離林帶3.0、4.5、6.0 m）的非毛管孔隙度表現(xiàn)為0～20 cm與>20～40 cm土層的下降幅度較大，>20～40 cm與>40～60 cm土層的下降幅度減小或有所增加，林帶和距離林帶1.5 m則表現(xiàn)為0～20 cm與>20～40 cm土層的下降幅度較小，>20～40 cm與>40～60 cm土層的下降或增加幅度較大;如距離林帶3.0 m表層（0～20 cm）比中層（>20～40 cm）高0.32百分點，林帶則表現(xiàn)為表層比中層高0.14百分點，說明間作帶0～20 cm土層的通氣性較好，從>20～40 cm土層已開始變得緊實，通透性變差，這與土壤容重的垂直變化相似。

不同位置土壤總孔隙度同層變化互有高低，只有距林帶4.5 m處達到顯著水平（P<0.05）。各層總孔隙度平均表現(xiàn)為距離林帶3.0 m>距離林帶1.5 m>距離林帶6.0 m >距離林帶4.5 m>林帶，前者依次比林帶高3.3%、3.0%、2.1%、1.6%;同層之間的毛管孔隙度相差也不大，各土層的平均排序為距離林帶1.5 m>距離林帶4.5 m>距離林帶6.0 m>林帶>距離林帶3.0 m，前者較林帶分別提高2.2%、1.0%、0.6%，距林帶3.0 m處比林帶降低0.4%。非毛管孔隙度平均表現(xiàn)為距離林帶6.0 m>距離林帶3.0 m>距離林帶4.5 m>林帶>距離林帶1.5 m，距離林帶6.0、4.5、3.0 m分別較林帶提高16.6%、16.2%、16.4%，距離林帶1.5 m比林帶降低了2.2%。由測試結(jié)果可以看出，間作經(jīng)營后間作帶土壤總孔隙度升高，大孔隙增多，土壤通透性增加，土壤變得疏松，而林帶土壤很緊實，通氣性能相對較差，這將對桉樹根系的生長和分布產(chǎn)生影響，根系對水分和養(yǎng)分的吸收受阻。

2.1.3 土壤持水量。

毛管水是土壤中可以移動的、對植物最有效的水分，所以毛管水對植物生長發(fā)育有重要的意義[17]。由表3可知，不同位置土壤持水量基本隨土層深度增加而降低，即表層（0～20 cm）較高，中層、底層較低，不同位置土壤飽和持水量的垂直變化幅度較小，除距林帶4.5 m處各土層的飽和持水量差異不顯著（P>0.05）。林帶和距林帶1.5 m土壤毛管持水量變化幅度也較小，間作帶（距離林帶3.0、4.5和6.0 m）的毛管持水量垂直變化幅度相對較大，如林帶土壤表層毛管持水量為24.56%，中層（>20～40 cm）和底層（>40～60 cm）分別比表層（0～20 cm）低1.25和0.43百分點，而距離林帶3.0 m土壤表層毛管持水量為28.32%，中層（>20～40 cm）和底層（>40～60 cm）分別比表層（0～20 cm）低5.78和4.71百分點，由此看出，間作帶土壤毛管持水量主要集中在表土層最高，下兩層都較低，這與其下層土壤的緊實度有關(guān)。

土壤持水量在同層間的表現(xiàn)高低不一，但彼此相差不大。飽和持水量的剖面（0～60 cm土層）平均排序為距離林帶1.5 m>距離林帶3.0 m>距離林帶4.5 m>距離林帶6.0 m>林帶，前者比林帶依次提高5.4%、5.3%、4.0%、1.1%。毛管持水量的剖面平均排序為距林帶1.5 m>距林帶3.0 m>距林帶6.0 m>距林帶4.5 m>林帶，與林帶相比，前者依次提高2.1%、2.0%、1.5%、1.4%，與距林帶1.5 m處相比，間作帶（距林帶3.0、4.5、6.0 m）毛管持水量比距林帶1.5 m處略有降低，但差異均未達到顯著水平。田間持水量平均排序為距林帶1.5 m>距林帶3.0 m>距林帶6.0 m>距林帶4.5 m>林帶，前者依次比林帶提高2.9%、1.4%、1.3%、0.2%。距林帶6.0、4.5 m處土壤最大持水量雖高于1.5 m處，但毛管持水量、田間持水量均低于距林帶1.5 m處，說明空白間隔（距離林帶1.5 m處）的休耕管理，加上作物廢棄物的堆置，其物理性狀的改善效果較理想，土壤持水性能增強，間作帶作物在生長期內(nèi)存在土壤水分的吸收競爭;可能桉樹根系與間作帶邊緣作物存在某種程度的競爭，造成距林帶3.0 m處當季土壤持水量略有降低;林帶土壤毛管水的降低可能與桉樹是一種高蒸騰樹種，光合效量高，需水性能強，林帶株行距較小（行距1.3 m，株距≤1.5 m），土壤較為緊實且根系對毛管水的競爭激烈有關(guān)。生產(chǎn)上可適當加大林帶桉樹的株行距，緩解林帶根系的生長競爭及土壤的板結(jié)現(xiàn)象[18]。

實行桉樹-甘蔗復合經(jīng)營，由于人們的正向干預(yù)，改善了間作帶、空白間隔帶土壤的物理性狀，農(nóng)作物收獲后，廢棄物（根、莖、葉等）自然回田，在土壤微生物的作用下，能產(chǎn)生大量腐殖質(zhì)，改善土壤通透性，增強土壤保水保肥能力，土壤理化性狀向良性轉(zhuǎn)化，從而促進土壤中水、肥、氣、熱的協(xié)調(diào)，加速了土壤熟化[19-20] ，在保證綜合效益不降低的情況下提高了土地利用量，增加了生物多樣性和穩(wěn)定性，解決了桉樹傳統(tǒng)純林、連栽對土壤環(huán)境造成的不良影響，有利于生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分的循環(huán)[21-22] 。

2.2 土壤各物理指標間相關(guān)性分析

為了研究各物理指標之間的相關(guān)性，對各指標進行Pearson相關(guān)性分析。由表4可知，在桉樹-甘蔗復合經(jīng)營系統(tǒng)中，土壤容重與總孔隙度和毛管孔隙度均呈負相關(guān)，其中與毛管孔隙度呈顯著負相關(guān)（P<0.05）。與林帶距離呈不顯著負相關(guān)（P>0.05），相關(guān)系數(shù)僅為-0.001。這說明土壤容重在距離上表現(xiàn)出的顯著差異并不是由距離決定的，而很可能是與不同林帶位置的經(jīng)營方式不同有關(guān)。土壤的飽和持水量、毛管持水量、田間持水量與土壤容重呈極顯著負相關(guān)（P<0.01），相關(guān)系數(shù)分別為-0.845、-0.638、-0.560，土壤的飽和持水量、毛管持水量、田間持水量與土壤毛管孔隙度呈極顯著正相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)分別為0.623、0.899、0.923，同時3個持水量之間也呈極顯著正相關(guān)，但飽和持水量、毛管持水量、田間持水量與林帶距離的相關(guān)性無一定的規(guī)律性，其中飽和持水量與距離呈不顯著正相關(guān)，毛管持水量、田間持水量均與距離呈不顯著負相關(guān)且相關(guān)系數(shù)極小。從土層的角度分析，土壤容重與土層呈極顯著正相關(guān)，飽和持水量與土層呈顯著負相關(guān)，與土壤持水量呈負相關(guān)，與孔隙度多呈正相關(guān)，且均表現(xiàn)為不顯著相關(guān)性。由此證明，桉樹-甘蔗復合經(jīng)營系統(tǒng)的表層土壤容重小，孔隙度大，持水性和含水性較強，整體好于深層土壤。

3 結(jié)論

通過對在3年生寬窄行種植模式的桉樹林內(nèi)按一定株行距間作甘蔗的桉樹-甘蔗復合經(jīng)營系統(tǒng)在不同取樣位置（距離林帶1.5、3.0、4.5、6.0 m處）按0～20、>20～40、>40～60 cm 劃分土層并將其各物理性狀指標用LSD法進行單因素ANOVA分析，研究了土壤物理性質(zhì)在間作帶和休閑空白間隔間的土層差異性。同時對各物理性狀進行了相關(guān)性分析，研究了各指標間的相關(guān)性。

（1）實行桉樹-甘蔗復合經(jīng)營后，間作帶（距離林帶1.5、3.0、4.5、6.0 m處）的土壤容重在不同土層間差異顯著，間作帶表層土的土壤容重降低明顯，同層相比，在0～20 cm土層土壤容重的排列順序均為距離林帶6.0 m<距林帶4.5 m<距離林帶3.0 m<林帶<距林帶1.5 m，說明間作對土壤容重的降低作用隨距離呈正相關(guān)。土壤孔隙狀況隨土層的變化規(guī)律不明顯，但總體來說間作帶的土壤總孔隙度相比林帶有所增加，各層總孔隙度表現(xiàn)為距離林帶3.0 m>距離林帶1.5 m>距離林帶6.0 m>距離林帶4.5 m>林帶，前者依次比林帶高3.3%、3.0%、2.1%、1.6%，土壤的通透性有所增加。

（2）桉樹-甘蔗復合經(jīng)營改善了土壤持水狀況，提高了空白間隔（距離林帶1.5 m處）的持水能力，桉樹根系可能與間作帶的邊緣作物存在競爭，使間作帶的毛管持水量、田間持水量均低于距林帶1.5 m處，但均未達到顯著差異水平（P>0.05）。

（3）桉樹-甘蔗復合經(jīng)營系統(tǒng)下，土壤容重與總孔隙度和毛管孔隙度均呈負相關(guān)，其中與毛管孔隙度呈顯著負相關(guān)（P<0.05）。土壤的飽和持水量、毛管持水量、田間持水量與土壤容重度呈極顯著負相關(guān)（P<0.01），從土層的角度分析，土壤容重與土層呈極顯著正相關(guān)，飽和持水量與土層呈顯著負相關(guān)。桉樹-甘蔗復合經(jīng)營對土壤物理性狀的改善主要集中在表層。

參考文獻

[1] 殷亞方，姜笑梅，呂建雄，等.我國桉樹人工林資源和木材利用現(xiàn)狀[J].木材工業(yè)，2001，15（5）：3-5.

[2] 王震洪，段昌群，起聯(lián)春，等.我國桉樹林發(fā)展中的生態(tài)問題探討[J].生態(tài)學雜志，1998，17（6）：65-68.

[3] 項東云.華南地區(qū)桉樹人工林生態(tài)問題的評價[J].廣西林業(yè)科學，2000，29（2）：57-64.

[4] 葉紹明，溫遠光，張慧東.連栽桉樹人工林土壤理化性質(zhì)的主分量分析[J].水土保持通報，2010，30（5）：101-105.

[5] 劉月秀，李銀，曹福亮.廣東桉樹林土壤物理性質(zhì)及其影響因子分析[J].林業(yè)科技開發(fā)，2012，26（4）：13-18.

[6] 葉紹明. 廣西桉樹工業(yè)人工林經(jīng)營模式研究[D].北京：北京林業(yè)大學，2007.

[7] 于?？?，黃新會，王克勤，等.桉樹人工林生態(tài)退化與恢復研究進展[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報，2009，17（2）：393-398.

[8] 張燕. 桉樹人工林混農(nóng)復合生態(tài)系統(tǒng)效益評估[D].儋州：華南熱帶農(nóng)業(yè)大學，2007.

[9] 林培群，余雪標，劉葦，等.桉農(nóng)間作系統(tǒng)對土壤性質(zhì)變化的影響研究[J].廣東農(nóng)業(yè)科學，2010，37（1）：24-27.

[10] 王會利，曹繼釗，孫孝林，等.桉樹-牧草復合經(jīng)營模式下水土流失和土壤肥力的綜合評價[J].土壤通報，2016，47（6）：1468-1474.

[11] 吳遠媚. 桉樹林下套種草珊瑚的研究[D].南寧：廣西大學，2017.

[12] 鄧蔭偉，張敏，姚吉霞，等.桉樹林下金花茶不同密度栽培試驗[J].中國林副特產(chǎn)，2016（4）：19-22.

[13] 劉葦，余雪標.桉樹人工林林下間作綠肥對土壤的改良效應(yīng)研究[J].熱帶林業(yè)，2008（2）：16-20.

[14] 國家林業(yè)局.森林土壤分析方法[M].北京：中國標準出版社，1999.

[15] 劉霞，張光燦，李雪蕾，等.小流域生態(tài)修復過程中不同森林植被土壤入滲與貯水特征[J].水土保持學報，2004，18（6）：1-5.

[16] 吳長文，王禮先.林地土壤孔隙的貯水性能分析[J].水土保持研究，1995，2（1）：76-79.

[17] 張希彪，上官周平.人為干擾對黃土高原子午嶺油松人工林土壤物理性質(zhì)的影響[J].生態(tài)學報，2006，26（11）：3685-3695.

[18] HUANG W W，REDDY G V P，SHI P J，et al.Allelopathic effects of Cinnamomum septentrionale leaf litter on Eucalyptus grandis saplings[J/OL]. Global ecology and conservation，2020，21[2019-12-05].http：∥doi.org/10.1016/j.gecco.2019.e00872.

[19] 劉殊，廖鏡思，陳清西，等.果園生草對龍眼園微生態(tài)氣候和光合作用的影響[J].福建農(nóng)業(yè)大學學報，1996，25（1）：24-28.

[20] 何電源.中國南方土壤肥力與栽培植物施肥[M].北京：科學出版社，1994：23-25.

[21] 朱智強. 桉樹林農(nóng)條帶間作模式效應(yīng)研究[D].儋州：華南熱帶農(nóng)業(yè)大學，2005.

[22] 廖觀榮，鐘繼洪，李淑儀，等.桉樹人工林生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)與平衡研究 Ⅳ.桉樹林間種山毛豆對生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)的作用[J].生態(tài)環(huán)境，2003，12（4）：440-442.