油茶林地不同作物間作對(duì)其土壤物理性狀的影響

黃天忠， 曹國(guó)璠*， 趙明書， 李金玲， 唐 樂， 周 芳， 張 猛， 宋乾義

(1.貴州大學(xué) 農(nóng)學(xué)院， 貴州 貴陽(yáng) 550025； 2.貴州省藥用植物繁育與種植重點(diǎn)(工程)實(shí)驗(yàn)室，貴州 貴陽(yáng) 550025； 3.貴州務(wù)川綠源中藥材種植開發(fā)有限公司， 貴州 務(wù)川 564300)

油茶(Camelliaoleifera)屬山茶科山茶屬，為常綠小喬木或灌木，是我國(guó)南方地區(qū)主要的栽培樹種，與油棕、油橄欖和椰子并稱為世界四大油料植物[1]。同時(shí)，油茶與作物間作模式屬于農(nóng)林復(fù)合種植模式，該模式是土地集約利用和涵養(yǎng)水源的有效途徑。

王廣欽等[2]研究表明，整個(gè)生長(zhǎng)季節(jié)中，桐林網(wǎng)內(nèi)表層土壤含水量、貯水量和有效水含量分別比林網(wǎng)外高5.9%、8.7%和13.3%。孟平等[3]在黑龍港流域平原農(nóng)區(qū)研究表明，樹齡10 a、疏透度適中的農(nóng)田林網(wǎng)可使農(nóng)田蒸散量降低12.3%，0～200 cm農(nóng)田土壤貯水量可提高11.2%。朱廷曜等[4]研究表明，在半干旱地區(qū)，農(nóng)田防護(hù)林能夠減少水分蒸發(fā)10%～20%。滕維超[5]研究表明，油茶間作模式土壤含水率普遍低于大豆單作模式，均高于油茶單作模式，差異達(dá)5%顯著水平；種植大豆時(shí)進(jìn)行的除草、翻耕等會(huì)中斷毛管水的連續(xù)性，進(jìn)而減小土壤水分的蒸發(fā)損失，因而油茶單作模式缺少植株對(duì)地面的覆蓋作用，從而導(dǎo)致土壤蒸發(fā)的水分相對(duì)較多。丁卉等[6]研究表明，在20～60 cm土層混合種植對(duì)土壤物理性質(zhì)基本無影響。但隨著取樣土層深度的不斷增加，各種植模式土壤毛管孔隙度、總孔隙度、土壤通氣度等均呈逐漸降低趨勢(shì)。田大倫等[7-8]研究表明，當(dāng)土壤中的土壤總孔隙度達(dá)50%左右，土壤基本可以保持耕作層體系的通氣透水性和持水性的協(xié)調(diào)。劉小林等[9]研究表明，土壤總孔隙度和毛管孔隙度隨土層深度的增加均呈減小趨勢(shì)。陳永忠等[10]研究表明，油茶林地間種花生和紅薯后，0～40 cm土層土壤水分含量在一定程度上低于對(duì)照。目前，關(guān)于油茶林撫育管理、新造油茶幼林和病蟲害防治研究報(bào)道較多[11]，但關(guān)于油茶林下合理耕作及林地土壤物理性質(zhì)方面的研究報(bào)道相對(duì)較少。為促進(jìn)林地合理栽培與耕作，對(duì)油茶林下不同間作模式各土層土壤物理性狀的差異進(jìn)行比較分析，以期為林下規(guī)模種植和可持續(xù)耕作提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于貴州省務(wù)川縣紅絲鄉(xiāng)油茶種植基地(108°05′E，28°41′N)，海拔1 115.6 m，屬中亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，年均溫16.5℃，年日照時(shí)數(shù)2 014.8 h，年均降雨量1 271.7 mm，年均無霜期280 d左右。供試油茶林于2013年按行株距3 m×2 m定植，油茶林長(zhǎng)勢(shì)基本一致，當(dāng)前植株高度為1.8～2.0 m。

1.2 材料

廣西岑溪軟枝油茶2號(hào)，廣西林業(yè)科學(xué)研究院；西南天門冬綠源1號(hào)，貴州省務(wù)川縣綠源中藥材種植開發(fā)有限公司；馬鈴薯品種為云薯201，云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所；白菜品種為黔白4號(hào)，貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝所。貴福有機(jī)肥，貴州省貴福生態(tài)肥業(yè)有限公司。

1.3 方法

1.3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 間作作物分別選用天門冬、馬鈴薯和白菜，隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)4個(gè)處理：油茶間作天門冬(YC+T)，油茶間作馬鈴薯(YC+M)，油茶間作白菜(YC+B)，油茶純林(CK)，3次重復(fù)。試驗(yàn)各處理小區(qū)面積30 m2，田間管理措施均一致。天門冬于2017年11月移栽小苗，馬鈴薯于2018年3月10日播種塊莖，白菜于2018年3月12日移栽幼苗，各作物與油茶的間作行株距均為45 cm×30 cm，整地移栽前統(tǒng)一按1 000 kg/hm2進(jìn)行人工均勻撒施貴福有機(jī)肥。2018年5月21日在試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)用鋁盒、環(huán)刀和土鉆[12]采集0～10 cm、10～20 cm及20～40 cm土層的土壤樣品，每個(gè)土層用體積為100 cm3的環(huán)刀取3個(gè)環(huán)刀土樣，密封帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)定分析。

1.3.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法 土壤容重(Bd)采用環(huán)刀法測(cè)定；毛管孔隙度采用環(huán)刀浸泡法；土壤總孔隙度Tp采用經(jīng)驗(yàn)公式[13]計(jì)算。

土壤含水量=(土樣鮮重-土樣干重)/土樣干重×100%

Tp=93.947-32.995Bd

通氣孔隙度=總孔隙度-毛管孔隙度。

1.4 數(shù)據(jù)分析

圖表制作使用Microsoft Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和繪圖，統(tǒng)計(jì)分析和差異顯著性檢驗(yàn)用DPS 7.05版數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)分析處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同間作模式對(duì)油茶林地土壤含水量的影響

由表1可知，0～10 cm和10～20 cm土層，各間作模式間差異不顯著，但均顯著高于油茶純林(CK)，均以油茶間作白菜的土壤含水量最高，分別為18.52%和19.49%。20～40 cm土層，油茶間作馬鈴薯和白菜的土壤含水量顯著高于油茶間作天門冬與CK，油茶間作天門冬與CK間差異不顯著。隨土層深度的增加各處理土壤含水量呈升高趨勢(shì)。由于CK缺少間作作物的遮陰覆蓋作用，造成土壤蒸發(fā)的水分量較多，導(dǎo)致CK土壤含水量減少，同時(shí)CK土壤直接受陽(yáng)光直射方面的影響較大，失水量也較多，因此同間作模式相比，土壤含水量差異明顯。

表1不同間作模式各土層的含水量

Table 1 Water content of each soil layer in different intercropping patterns %

處理Treatment0～10 cm10～20 cm 20～40 cmYC+T 18.32 a 19.37 a 19.84 bYC+M 18.46 a 19.44 a 20.13 aYC+B 18.52 a 19.49 a 20.16 aCK 18.13 b 19.08 b 19.75 b

注：同列不同小寫字母表示在5%水平上差異顯著，下同。

Note：Different lowercase letters in the same column indicate significance of difference at 0.05 level.The same below.

2.2 不同間作模式對(duì)油茶林地土壤容重的影響

從圖1看出，各處理0～10 cm土層土壤的容重均顯著低于20～40 cm土層；各處理土壤容重均隨土層深度的增加而增大；0～10 cm、10～20 cm和20～40 cm土層油茶純林(CK)的土壤容重值最大，分別為1.24 g/cm3、1.31 g/cm3和1.42 g/cm3。可能是因?yàn)橛筒杓兞?CK)沒有進(jìn)行翻土等耕作措施，造成了土壤板結(jié)程度加重。

注：不同小寫字母表示不同土層在5%水平上差異顯著，下同。

Note：Different lowercase letters in the figureindicate significance ofdifference between different soil layers at 0.05 level.The same below.

圖1不同間作模式各土層的土壤容重

Fig.1 Soil bulk density of each soil layer in different intercropping patterns

2.3 不同間作模式對(duì)油茶林地土壤孔隙度的影響

2.3.1 毛管孔隙度 由表2看出，0～10 cm土層，間作模式的土壤毛管孔隙度均顯著高于CK；10～20 cm土層，除油茶間作白菜外，其余間作模式的土壤毛管孔隙度均顯著高于CK；20～40 cm土層，油茶間作馬鈴薯與CK間差異不顯著，油茶間作天門冬和白菜均顯著高于CK。由于林地種植作物后，作物根系逐漸在耕作層擴(kuò)散，表層土壤比較疏松，而CK未耕作造成表層土壤較緊實(shí)。各處理的土壤毛管孔隙度隨土層深度的增加而降低，是由于土層的加深，土壤容重變大，土壤越來越板結(jié)，形成了較多的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)所致。

表2不同間作模式各土層的土壤毛管孔隙度

Table 2 Soil capillary porosity of each soil layer in different intercropping patterns

%

2.3.2 通氣孔隙度 從圖2看出，各處理0～10 cm和10～20 cm土層之間的通氣孔隙度差異不顯著。除油茶間作馬鈴薯外，其余處理的0～10 cm和10～20 cm土層的通氣孔隙度顯著高于20～40 cm土層；油茶間作天門冬、油茶間作白菜和CK的土壤通氣孔隙度最大值均在10～20 cm土層，分別為12.38%、12.67%和12.09%，油茶間作馬鈴薯的通氣孔隙度最大值在0～10 cm土層，為11.92%。總體看，除油茶間作馬鈴薯外，10～20 cm土層的通氣孔隙度最大，均顯著高于20～40 cm土層。由于20～40 cm土層基本沒有進(jìn)行耕作措施，導(dǎo)致土壤板結(jié)，容重值較大，造成土壤透氣性相對(duì)較弱。

圖2 不同間作模式各土層的土壤通氣孔隙度

Fig.2 Soil aeration porosity of each soil layer in different intercropping patterns

2.3.3 總孔隙度 從表3看出，不同土層各處理土壤總孔隙度差異不顯著，但均顯著高于CK。各處理土壤總孔隙度最大值均在0～10 cm土層，其中油茶間作天門冬的值最大，為55.01%。表明，油茶林下間作能夠提高土壤總孔隙度，各處理土壤總孔隙度隨土層深度的增加而降低，是由于深層土壤容重較大，土壤比較板結(jié)，通透性降低，故總孔隙度呈降低趨勢(shì)。

表3不同間作模式各土層的土壤總孔隙度

Table 3 Total soil porosity of each soil layer in different intercropping patterns %

處理Treatment0～10 cm10～20 cm 20～40 cmYC+T 55.01 a 51.72 a 47.75 aYC+M 54.68 a 51.61 a 47.65 aYC+B 54.78 a 51.26 a 47.65 aCK 53.03 b 50.72 b 47.09 b

3 結(jié)論與討論

土壤是植株生長(zhǎng)發(fā)育的基礎(chǔ)物質(zhì)之一，土壤理化性質(zhì)的變化受空氣及土壤溫濕度、栽培施肥種類與數(shù)量及微生物群落等因素的影響。研究結(jié)果表明，各處理土壤含水量隨土層深度的增加而升高。下層土壤含水率較高的原因是受到的光照輻射較少，從而水分蒸發(fā)量較?。煌瑫r(shí)地下水和毛細(xì)管水對(duì)下層土壤水分有填補(bǔ)作用，故深層土壤含水量較高。不同作物間作各土層的土壤含水量均不同程度高于同一土層的油茶純林CK，且差異達(dá)顯著水平，是由于油茶純林缺少間作作物的遮陰覆蓋作用，造成土壤蒸發(fā)的水分較多，導(dǎo)致油茶純林的土壤含水量下降；同時(shí)油茶純林的土壤直接受陽(yáng)光直射方面的影響較大，失水量也較多，因此土壤含水量較間作模式差異明顯。與滕維超[5]關(guān)于油茶-農(nóng)作物間作的研究結(jié)果基本一致。另外，油茶與作物間作模式的土壤含水量顯著高于CK，在一定程度上說明間作模式更能保持土壤水分，因此林地間作具有保墑方面的作用。

土壤容重是衡量土質(zhì)疏松程度、土壤肥瘦和耕作質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，是土壤的一個(gè)重要物理參數(shù)。在一定范圍內(nèi)，土壤容重越大，土質(zhì)越板結(jié)；容重越小，土質(zhì)越疏松，其數(shù)值的大小與土壤母質(zhì)、質(zhì)地類別、耕作性能、有機(jī)質(zhì)含量、土粒和緊實(shí)程度等有關(guān)。各處理土壤容重隨土層深度的增加而增大。0～10 cm土層土壤容重均顯著低于20～40 cm，且3個(gè)土層中均以油茶純林(CK)的土壤容重值最大，可能是由于油茶純林內(nèi)沒有進(jìn)行任何耕作措施，造成土壤土層間逐漸緊實(shí)和板結(jié)所致。

土壤孔隙度是反映土壤通透性能的重要參數(shù)及指標(biāo)之一，土壤空隙的組成表征到土壤透水性和通氣性及植株根系穿插的難易程度，對(duì)土壤中水、肥、氣熱和微生物活性有著重要的調(diào)節(jié)功能[9]。研究結(jié)果表明，土壤毛管孔隙度隨土層深度的增加而減小?？赡苁怯捎陔S土層的加深，土壤容重變大，土壤越來越板結(jié)，形成了較多的土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，造成較深層土壤毛管孔隙度減小。0～10 cm土層各處理土壤毛管孔隙度均顯著高于CK，可能是由于林地種植作物后，作物根系逐漸在土壤耕作層擴(kuò)散，上層土壤比較疏松。說明間作模式能提高土壤毛管孔隙度，促進(jìn)土壤的透水透氣性。同時(shí)，除油茶間作馬鈴薯外，10～20 cm土層的通氣孔隙度最大，均顯著高于20～40 cm土層。由于20～40 cm土層基本沒有進(jìn)行耕作措施，導(dǎo)致土壤板結(jié)，容重值較大，造成土壤透氣性相對(duì)較弱。不同土層各處理土壤總孔隙度差異不顯著，但均顯著高于CK。各處理間土壤總孔隙度最大值均在0～10 cm土層，其中油茶間作天門冬的值最大，為55.01%。說明，油茶林下間作能夠提高土壤總孔隙度，各處理土壤總孔隙度隨土層深度的增加而降低，是由于深層土壤容重較大，土壤比較板結(jié)，土壤通透性降低，故總孔隙度呈降低趨勢(shì)。

綜上，與油茶純林(CK)相比，油茶間作模式能增強(qiáng)土壤通透性，能有效防止土壤板結(jié)，對(duì)土壤物理性狀有改善作用。從各間作處理的土壤物理性狀指標(biāo)看，間作模式的優(yōu)先序?yàn)橛筒?馬鈴薯>油茶-天門冬>油茶-白菜。因此，為促進(jìn)油茶林地可持續(xù)耕作，建議在試驗(yàn)地及類似生態(tài)區(qū)的油茶種植間種馬鈴薯和天門冬。