不同薄殼山核桃復(fù)合栽培模式對土壤性質(zhì)及林下作物農(nóng)藝性狀的影響

蘇西婭 任俊鵬 劉照亭 朱正順 葛朝峰 毛妮妮

摘要：以疏植薄殼山核桃+牡丹（RPP）、密植薄殼山核桃+牡丹（DPP）、疏植薄殼山核桃+芍藥（RPHP）、密植薄殼山核桃+芍藥（DPHP）4種復(fù)合經(jīng)營模式和薄殼山核桃純林（CK）為研究對象，對不同模式下土壤理化性質(zhì)、林下作物的葉片品質(zhì)進行了測定分析。結(jié)果表明，與CK相比，薄殼山核桃復(fù)合經(jīng)營模式會不同程度地影響土壤的理化性質(zhì)，包括提升土壤含水量，降低土壤容重，增大土壤孔隙度，其中DPHP處理條件下土壤的物理性質(zhì)變化均達到了顯著水平（P<0.05）。DPP處理下土壤電導(dǎo)率變化達到了顯著水平（P<0.05），相比對照提高14.29%，不同處理條件下土壤pH值沒有顯著差異（P>0.05）。不同復(fù)合模式下的全氮、全磷含量相比對照有明顯提升，但未達到顯著水平（P>0.05），復(fù)合栽培模式下密度與土壤全鉀含量存在正相關(guān)，DPP、DPHP處理模式下土壤全鉀含量顯著高于對照（P<0.05），相比CK處理分別提高11.58%、12.11%。葉片厚度與葉片面積成反比，葉片厚度越小，葉面積越大。不同處理對林下作物葉片鮮重、干重、含水量沒有顯著影響。不同密度模式下，林下種植牡丹的葉綠素含量差異達到了極顯著水平（P<0.01），DPP處理下葉綠素含量相比RPP處理提高32.80%。不同密度條件下芍藥的種子數(shù)量和單粒重均沒有顯著差異（P>0.05），而牡丹的種子數(shù)量和單粒重差異均達到顯著水平（P<0.05），相比于RPP處理，DPP處理種子數(shù)量增加14.25%，單粒重降低13.64%。綜上，復(fù)合栽培模式相比純林模式，改善土壤理化性質(zhì)效果明顯，其中DPP、DPHP處理效果較好，不同復(fù)合模式對林下作物的葉綠素含量和產(chǎn)量指標有影響，林下種植牡丹較優(yōu)。

關(guān)鍵詞：薄殼山核桃；復(fù)合模式；土壤性質(zhì)；品質(zhì)

中圖分類號：S664.104? 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）08-0138-06

收稿日期：2023-05-25

基金項目：句容市科技創(chuàng)新基金（編號：ZA32107）。

作者簡介：蘇西婭（1995—），女，山西長治人，碩士，實習(xí)研究員，主要從事果樹栽培生理及果樹景觀化研究。E-mail：suxiyathea@126.com。

通信作者：毛妮妮，碩士，副研究員，主要從事果樹栽培生理及果樹景觀化研究。E-mail：maonini1982@163.com。

薄殼山核桃（Carya illinoinensis），為胡桃科山核桃屬植物，別稱美國山核桃、長山核桃，是集高檔干果、木本油料、園林綠化、高檔木材為一體的生態(tài)經(jīng)濟型樹種。薄殼山核桃是收益達百年甚至幾百年的“子孫樹”，但該樹種童期長，進入收益期時間較長，見效慢，管理好的果園達到收支平衡需要5～6年的時間，達到豐產(chǎn)期需要8年以上的時間［1］。

林藥復(fù)合經(jīng)營是農(nóng)林復(fù)合經(jīng)營的重要類型之一，是針對林業(yè)自身特點和藥用植物資源保護，按照生態(tài)學(xué)原理，合理組合生物種群，充分利用土地、光能、空氣、水肥和熱量等自然資源，建立喬灌搭配、喬草搭配、灌草搭配的林藥間作立體復(fù)合經(jīng)營模式［2］。目前關(guān)于林藥復(fù)合經(jīng)營技術(shù)的研究已取得一定進展，構(gòu)建得到如毛白楊—甘草、馬尾松—草珊瑚、桉樹—雞骨草等多個復(fù)合經(jīng)營系統(tǒng)，取得了較好的生態(tài)和經(jīng)濟效益［3-5］。目前，薄殼山核桃種植密度不超過14株/666.7 m2（主要種植株行距為6 m×8 m），行間距離大，中早期發(fā)展林下經(jīng)濟無疑是解決薄殼山核桃林前期收支不平的主要途徑。目前，薄殼山核桃幼齡果園林間主要間作花生等作物，但是這些作物受氣候影響大［6］。部分果園間作小麥、玉米、水稻等高稈作物，嚴重影響薄殼山核桃的生長，甚至造成樹體死亡［7-8］。成齡的薄殼山核桃林下幾乎無套作。截至目前，關(guān)于薄殼山核桃林間或林下經(jīng)濟的研究報道甚少。

本研究通過在不同密度薄殼山核桃林下種植藥用植物牡丹和芍藥，分析不同復(fù)合模式下土壤理化性質(zhì)的變化以及林下作物葉片形態(tài)指標、葉綠素含量和種子的改變，探索較優(yōu)的復(fù)合栽培模式，以期為薄殼山核桃復(fù)合栽培提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

研究區(qū)位于江蘇省句容市天王鎮(zhèn)金山村，試驗地薄殼山核桃的造林時間為2018年3月，品種為波尼，于2021年開始在薄殼山核桃林下套種2種多年生藥用植物，分別是牡丹品種鳳丹和芍藥品種白花芍藥。采用隨機區(qū)組設(shè)計，設(shè)置5個處理，分別為疏植薄殼山核桃+牡丹（RPP）、密植薄殼山核桃+牡丹（DPP）、疏植薄殼山核桃+芍藥（RPHP）、密植薄殼山核桃+芍藥（DPHP）、薄殼山核桃純林（CK）。其中疏植薄殼山核桃株行距為8 m×8 m，密植薄殼山核桃株行距為6 m×6 m，牡丹株行距為1 m×1 m，芍藥株行距為0.8 m×0.8 m，CK處理株行距為8 m×8 m，每個處理3次重復(fù)，共計15個小區(qū)，每個小區(qū)面積為300 m2。所有處理立地條件一致，不同處理間采取相同的栽培管理措施。

1.2 試驗方法

于2022年7月初采集土壤樣本。每小區(qū)避開施肥點按照“S”形取樣法選擇5個混樣點，去除地面植物及凋落物后用不銹鋼土鉆采樣，采樣深度為0～40 cm，帶回實驗室后風(fēng)干，去除石頭、根系等雜物后過10目篩，用于測定土壤pH值、電導(dǎo)率（EC值）值以及全氮、全磷、全鉀含量。利用100 cm3體積的不銹鋼環(huán)刀采集表層土壤容重樣品，每個小區(qū)在中央樹的樹冠垂直滴水線內(nèi)外兩側(cè)約35 cm處各選擇1個混樣點進行容重采集，每個小區(qū)共采集2個容重平行樣。容重樣品帶回實驗室后置于105 ℃烘箱中烘干至恒重（48 h），測定土壤含水量、土壤容重和土壤孔隙度。將風(fēng)干土壤通過10目篩，測定土壤化學(xué)性質(zhì)相關(guān)指標。于2022年7月至8月測定林下作物的品質(zhì)指標。

1.3 數(shù)據(jù)處理

使用Excel進行數(shù)據(jù)處理及作圖，SPSS 16.0進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析，鄧肯氏新復(fù)極差法測驗所有數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同復(fù)合模式對土壤物理性質(zhì)的影響

土壤水分、構(gòu)成等是反映土壤物理性質(zhì)的重要指標，可用于綜合評價土壤的物理狀況［9］。其中，土壤含水率代表土壤中水分含量及濕度大小，土壤容重和孔隙度能反映土壤結(jié)構(gòu)及透氣性。不同復(fù)合模式對土壤物理性質(zhì)均有不同程度的影響。由表1可知，不同復(fù)合模式下土壤含水率均較對照有所增加，其中，DPHP處理下土壤含水率最高（22.53%），其次為DPP、RPP、RPHP。林下種植芍藥（RPHP、DPHP）顯著提高了土壤的含水率（P<0.05），密植薄殼山核桃林下種植芍藥和油用牡丹的土壤含水量極顯著高于對照（P<0.01）。土壤容重與土壤含水率呈負相關(guān)，不同處理的土壤容重分布在1.36～1.53 g/cm3范圍內(nèi)，DPP模式下土壤容重最低，相比對照顯著降低11.11%（P<0.05），RPP和RPHP模式下土壤容重相同，均為 1.50 g/cm3，與對照差異不大，說明在薄殼山核桃栽植密度大的前提下，林下作物對土壤容重的影響不大。DPHP處理條件下土壤孔隙度較高，達48.68%，土壤孔隙度從低到高依次為CK、RPP、RPHP、DPP、DPHP處理，說明單位面積內(nèi)地上作物越多，土壤透氣性越好。

2.2 不同復(fù)合模式對土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

土壤電導(dǎo)率（EC值）是反映土壤電化學(xué)性質(zhì)和肥力特性的基本指標，代表土壤含鹽量的多少［10］。由表2可知，復(fù)合模式密度越大土壤電導(dǎo)率越高，DPHP處理土壤EC值明顯高于對照，較對照提高28.57%；其次為DPP處理，較對照提高14.29%；疏植處理RPP、RPHP與對照相比差異不大。土壤pH值能直接反映土壤酸堿度的高低，直接影響土壤生物化學(xué)反應(yīng)。不同模式下土壤pH值分布在6.37～6.63之間，不同處理條件下土壤pH值沒有顯著差異（P>0.05），土壤pH值由低至高分別為RPP、DPP、DPHP、CK、RPHP處理，林下作物對土壤pH值沒有顯著影響，進一步推測這可能是由于林下凋落物、腐殖質(zhì)等在分解腐化過程中會產(chǎn)生酸性物質(zhì)，進而有效降低了土壤pH值。

氮、磷、鉀是植物生長過程中必不可少的營養(yǎng)元素，在土壤中可以被植物轉(zhuǎn)化并吸收，對提高作物產(chǎn)量和改善品質(zhì)有一定影響，因此其含量常作為反映土壤肥力的重要指標［11］。通過對不同復(fù)合模式下土壤全氮含量進行分析（圖1）發(fā)現(xiàn)，復(fù)合模式密度越大，全氮含量越高，由低到高分別為CK、RPHP、RPP、DPHP、DPP處理，其中DPP處理條件下全氮含量最高，為0.81 g/kg，CK處理下全氮含量最低，為0.64 g/kg，相比對照，DPP、DPHP、RPP、RPHP的全氮含量分別提高了26.04%、23.96%、10.42%、9.38%。不同復(fù)合模式下土壤全磷含量沒有顯著差異（P>0.05），全磷含量的分布范圍為1.56～1.79 g/kg，RPP、DPP處理條件下全磷含量明顯升高，分別提高10.71%、14.99%，而RPHP、DPHP處理下全磷含量增加較少，僅分別提高2.57%、5.57%，可以推測薄殼山核桃林下種植牡丹可以有效提高土壤全磷含量。不同復(fù)合模式對土壤全鉀含量影響較大，其中DPP、DPHP處理模式下土壤全鉀含量顯著高于對照（P<0.05），分別提高11.58%、12.11%；RPP和RPHP處理模式下土壤全鉀含量和對照相比沒有顯著差異（P>0.05），但也明顯升高，分別提高8.19%、7.48%，說明復(fù)合栽培模式下密度與土壤全鉀含量存在正相關(guān)關(guān)系。

2.3 不同復(fù)合模式對林下作物葉片物理性質(zhì)的影響

復(fù)合模式會造成植物的空間競爭、土壤競爭，

進而對林下作物的生長發(fā)育造成一定影響。通過對栽培密度及林下作物種類分析（表3）發(fā)現(xiàn)，密度較大的復(fù)合栽培模式（DPP、DPHP處理）能明顯降低林下作物的葉面積，相比RPP、RPHP處理，葉面積分別降低了10.84%、8.27%，但不同密度的復(fù)合經(jīng)營模式之間沒有顯著差異（P>0.05）。葉片厚度與葉片面積成反比，葉面積越大，葉片厚度越小，林下作物牡丹在不同的復(fù)合栽培密度下葉片厚度存在顯著差異（P<0.05），RPP處理下葉片厚度為0.380 mm，相比DPP處理降低了8.65%；RPHP和DPHP之間葉片厚度存在極顯著差異（P<0.01），而與DPHP處理相比，RPHP處理下芍藥葉面積增加了9.01%。葉片鮮重由高至低分別為RPHP、DPHP、RPP、DPP處理，不同處理下葉片干重的范圍為0.23～0.33 g，葉片的鮮重、干重和含水量均沒有明顯變化，說明不同的復(fù)合栽培模式對林下作物葉片的鮮重、干重、含水量影響不大。

2.4 不同復(fù)合模式對林下作物葉綠素含量的影響

葉綠素是植物進行光合作用的物質(zhì)基礎(chǔ)，其含量是反映植物葉片光合作用能力的重要生理指標［12］。對林下作物葉片葉綠素含量進行分析（圖2）發(fā)現(xiàn)，葉綠素含量由低至高分別為RPP、RPHP、DPHP、DPP處理，不同復(fù)合模式下，密度越高，葉綠素含量越高。不同密度模式下，林下種植牡丹的葉綠素含量差異達到了極顯著水平（P<0.01），DPP處理相比RPP處理提高32.80%，而林下種植芍藥，不同密度處理間沒有顯著差異（P>0.05），但DPHP處理高于RPHP處理4.69%，可以推測適當(dāng)增加復(fù)合模式密度有助于增加林下作物葉綠素含量，進而提高其光合水平。

2.5 不同復(fù)合模式對林下作物產(chǎn)量的影響

通過對不同復(fù)合模式林下作物產(chǎn)量進行分析（圖3）發(fā)現(xiàn)，DPP、DPHP處理條件下，單個果莢的種子數(shù)量有明顯提升，而單粒重與其成負相關(guān)，種子數(shù)量越多，單粒重越小。其中不同密度條件下牡丹的種子數(shù)量和單粒重差異均達到了顯著水平（P<0.05），相比于RPP處理，DPP處理種子數(shù)量增加14.25%，單粒重降低13.64%。不同密度條件下芍藥的種子數(shù)量和單粒重均沒有顯著差異（P>0.05）。

3 結(jié)論與討論

土壤基本物理性質(zhì)受到自然環(huán)境條件、植物種類、植被凋落物、人類活動等因素的影響［13-14］。復(fù)合系統(tǒng)中良好的土壤性質(zhì)和土壤結(jié)構(gòu)有助于植物有效利用土壤中的養(yǎng)分和水分［15］。在本研究中，不同的復(fù)合模式均能明顯提升土壤的含水量，降低土壤容重，增大土壤孔隙度，該結(jié)果與Chen等的研究結(jié)果［16-17］一致。在本研究中土壤物理性質(zhì)與復(fù)合模式密度相關(guān)，造成該結(jié)果的原因可能是密度越大，林下作物根系分布越多，進而造成土壤結(jié)構(gòu)的改變。

土壤電導(dǎo)率（EC值）和pH值直接影響土壤微生物的酸堿平衡，進而調(diào)節(jié)土壤中的養(yǎng)分利用率［18］。在本研究中，與對照相比，密植復(fù)合模式下土壤EC值明顯提升，疏植復(fù)合模式下土壤EC值和pH值變化不明顯，造成該結(jié)果的原因可能為密植模式下土壤凋落物較多，凋落物降解作用提高了土壤電導(dǎo)率和pH值，疏植模式下凋落物較少，故而影響不大。李晨晨通過對林藥立體栽培模式進行分析發(fā)現(xiàn)，不同的復(fù)合模式可以改善土壤的物理性質(zhì)，復(fù)合模式不同改善的效果也不同［19］，進一步論證了本研究的結(jié)果。楊燦等通過分析不同模式下土壤理化性質(zhì)發(fā)現(xiàn)，林農(nóng)復(fù)合系統(tǒng)與純林地相比，土壤中全量養(yǎng)分（N、P、K）含量有了明顯提高［20］，肖莉?qū)Ρど胶颂覐?fù)合經(jīng)營模式的分析也得出了相同的結(jié)果［21］。在本研究中，不同模式下只有全鉀的含量有顯著差異（P<0.05），全氮、全磷含量均較對照有所提升，但未達到顯著水平（P>0.05），與上述研究結(jié)果一致。進一步表明薄殼山核桃復(fù)合栽培比薄殼山核桃純林更能提高土壤的綜合肥力，有利于土壤的可持續(xù)經(jīng)營。

薄殼山核桃林農(nóng)復(fù)合系統(tǒng)中苗木之間的株行距不同， 對作物生物量生長影響的程度不同。肖莉

通過對林-苗、 林-草、 林-藥、林-農(nóng)4種復(fù)合栽培模式進行分析發(fā)現(xiàn)，薄殼山核桃在復(fù)合系統(tǒng)中阻擋了林下作物的光照，且隨著時間的延長抑制作用愈加顯著，在第5年后林分會達到郁閉，進而影響林下作物的光照，導(dǎo)致作物減產(chǎn)［21］。光合作用是植物生長發(fā)育的基礎(chǔ)，光合作用的強弱受2個方面因素的影響，一是與植物葉片的大小、厚度、成熟度及葉綠素含量有關(guān)，其中葉綠素通過吸收光能，將其轉(zhuǎn)化為碳水化合物傳遞給植物，參與光合作用，其含量多少直接影響葉片的光合能力［22］，二是外界干擾脅迫也會影響植物光合能力［23］。在本研究中復(fù)合模式密度越大，芍藥和牡丹的葉面積越小，葉片厚度越大，造成該結(jié)果的原因可能是復(fù)合種植導(dǎo)致林下作物產(chǎn)生了低光脅迫，抑制葉面積的增加，促進葉綠素增加，用于抵御外界環(huán)境的變化。對葉片鮮重、干重及含水量進行分析發(fā)現(xiàn)，葉片鮮重和干重會隨著復(fù)合模式密度的增加而降低，而含水量變化不大，分析原因為光合作用的減弱導(dǎo)致干物質(zhì)積累能力下降，進一步佐證了該結(jié)果。李勇美等研究發(fā)現(xiàn)，在林農(nóng)復(fù)合經(jīng)營模式下，樹冠遮陰會對作物產(chǎn)量產(chǎn)生影響，其中小麥減產(chǎn)較少，大豆受到的影響較大，且較大林齡、較小株行距的林分影響顯著［8］。方建民等研究了安徽省具有代表性的不同林糧和林茶復(fù)合模式的生物量，結(jié)果表明，不同復(fù)合模式下生物量都存在顯著差異［24］。本研究對牡丹和芍藥的單個果實種子粒數(shù)和單粒重進行分析發(fā)現(xiàn)，復(fù)合模式密度越大，單個果實的種子數(shù)量越多，而單粒重越低，其中對牡丹的影響較大，與上述研究結(jié)果［24］一致。

綜上所述，不同的薄殼山核桃復(fù)合經(jīng)營模式會對土壤的理化性質(zhì)造成影響，不同處理均能明顯提升土壤的含水量，降低土壤容重，增大土壤孔隙度，其中DPHP處理條件下土壤的物理性質(zhì)變化與對照相比均達到了顯著水平（P<0.05）。DPP處理下土壤電導(dǎo)率較對照顯著提高14.29%，不同處理條件下土壤pH值沒有顯著差異（P>0.05）。不同復(fù)合模式下的全氮、全磷含量相比對照有明顯提升，但差異不顯著（P>0.05），復(fù)合栽培模式下密度與土壤全鉀含量存在正相關(guān)，DPP、DPHP處理模式下土壤全鉀含量顯著高于對照（P<0.05），相比于CK處理分別提高了11.58%、12.11%。葉片厚度與葉片面積成反比，葉片厚度越小，葉面積越大。不同處理對林下作物葉片鮮重、干重、含水量沒有顯著影響。不同密度模式下，林下種植的牡丹葉綠素含量差異達到了極顯著水平（P<0.01），DPP處理下葉綠素含量相比于RPP提高了32.80%。不同密度條件下芍藥的種子數(shù)量和單粒重均沒有顯著差異（P>0.05），而牡丹的種子數(shù)量和單粒重差異均達到了顯著水平（P<0.05），相比RPP處理，DPP處理種子數(shù)量增加14.25%，單粒重降低13.64%。復(fù)合栽培模式相比純林，改善土壤理化性質(zhì)效果明顯，薄殼山核桃種植密度為6 m×6 m時，DPP、DPHP處理效果較好，不同復(fù)合模式對林下作物的葉綠素含量有影響，密植林下種植牡丹（DPP）能顯著提高葉片的葉綠素含量。

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