桂西北喀斯特地区不同林龄核桃间作中草药对土壤生物化学性状的影响.pdf

西南农业学报1898Southwest China Journal of Agricultural Sciences引用格式：俞月凤，韦建华，曾成城，李琴，苏利荣，秦芳，何铁光.桂西北喀斯特地区不同林龄核桃间作中草药对土壤生物化学性状的影响J西南农业学报,2 0 2 3,36(9):18 9 8 -19 0 5.Yu Y F,Wei J H,Zeng C C,Li Q,Su L R,Qin F,He T G.Effects of walnut at different ages intercropping with Chinese herbal medicine on soil biochemicalproperties in karst areaJJ.Southwest China Journal of Agricultural Sciences,2023,36(9):1898-1905.D01:10.16213/ki.scjas.2023.9.009.2023年36 卷9期Vol.36No.9桂西北喀斯特地区不同林龄核桃间作中草药对土壤生物化学性状的影响俞月凤，韦建华,曾成城,李李琴，苏利荣,秦芳,何铁光（1.广西农业科学院农业资源与环境研究所，南宁530 0 0 7;2.广西大学林学院，南宁530 0 0 4）摘要：【目的】探究间作中草药对核桃林土壤生物化学性状的影响，为喀斯特地区生态恢复和核桃林林下经济可持续发展提供参考依据。【方法】以广西喀斯特地区初果期核桃+十大功劳（CT）、盛果期核桃+十大功劳（ST）、初果期核桃单作（CD）、盛果期核桃单作（SD)等4种模式为研究对象，基于样地调查及采样，分析不同林龄核桃林药间作模式下土壤理化性质、土壤微生物数量和微生物生物量及土壤酶活性的变化特征及其相关性。【结果】CT模式土壤的全氮、全磷、速效氮、速效磷和有机碳含量比CD模式分别显著降低43.36%40.0 0%、32.30%6 7.49%和43.7 2%（P0.05），但ST模式的土壤蔗糖酶活性高于CT模式。相关分析结果表明，土壤细菌数量与土壤有机碳、全氮、全磷和速效氮含量呈显著或极显著正相关（P0.01,下同）,土壤蔗糖酶和磷酸酶活性均与全氮、速效氮和有机碳含量呈极显著正相关。主成分分析结果表明，土壤养分含量是核桃林土壤性状的主要影响因子，微生物在促进土壤肥力提高方面发挥着重要作用。【结论】在喀斯特地区，核桃林间作十大功劳模式对土壤生物化学性状有较大影响，尤其初果期间作使核桃林土壤养分显著下降。因此，核桃林下间作十大功劳（尤其是初果期）时，需要注重氮肥和磷肥的添加，从而保障核桃的营养供给，促进核桃林可持续发展。关键词：核桃林；间作；中草药；土壤性状；喀斯特地区中图分类号：S664Effects of walnut at different ages intercropping with Chineseherbal medicine on soil biochemical properties in karst area文献标识码：A文章编号：10 0 1-48 2 9(2 0 2 3)9-18 9 8-0 8YU Yue-feng,WEI Jian-hua,ZENG Cheng-cheng,LI Qin,SU Li-rong,QIN Fang,HE Tie-guang(1.Agricultural Resources and Environment Research Institute,Guangxi Academy of Agricultural Sciences,Nanning 530007,China;2.For-estry College of Guangxi University,Nanning 530004,China)Abstract:ObjectiveThe effects of forest medicine intercropping on soil biochemical properties of walnut forest were analyzed to provide animportant theoretical basis for ecological restoration in karst area and sustainable economic development under walnut forest.Method Fourplanting modes,walnut intercropping with Mahonia fortunei at initial fruit stage(CT),walnut intercropping with M.fortunei at full fruitstage(ST),walnut monoculture at initial fruit stage(CD),walnut monoculture at full fruit stage(SD)in karst area of Guangxi were used asthe research object.Based on sample plot investigation and sampling,the change characteristics and correlation of soil physical and chemicalproperties,soil microbial quantity,microbial biomass and soil enzyme activity under the intercropping mode of walnut at different forest ages收稿日期:2 0 2 2-0 9-30基金项目：广西自然科学基金项目（2 0 2 0 GXNSFAA297092，2 0 2 3G XNSFBA 0 2 6 336）；广西农业科学院科技发展基金项目（桂农科2023YM68)第一作者：俞月凤（198 8），女，硕士，助理研究员，主要从事农业生态环境研究。E-mail:通讯作者：何铁光（197 6），男，研究员，主要从事农业资源与环境研究。E-mail：t g h e l 18 16 3.c o m9期were analyzed.ResultIn CT,contents of soil total nitrogen,total phosphorus,available nitrogen,available phosphorus and organic carboncontents significantly reduced by 43.36%,40.00%,32.30%,67.49%and 43.72%(P0.05).However,the activities of sucrase in soil in ST mode were higher than thosein CT modeCorrelation analysis showed that the number of soil bacteria was significantly or extremely significantly positively correlated withthe contents of soil organic carbon,total nitrogen,total phosphorus and available nitrogen(P0.05，下同）;2 种林龄核桃单种模式(SD和CD)的土壤有机碳含量（分别为7 2.0 3和胸径(cm)DBH23.30 0.7110.80 1.0521.00 2.4012.30 0.719期10.07A8.0a6.04.0-2.00.0CTSTCDSD种植模式Planting type4.0D3.0-2.0-1.00.0CTPlanting type75.0G(/）50.0-25.0-千0.0CTSTCDSD种植模式Planting typeDifferent lowercase letters on columns represented significant difference(P0.05).The same as below.Fig.1 Characteristics of soil chemical properties of walnut forest under different forest ages and planting methods63.56 g/kg)间无显著差异,但均显著高于核桃间作模式（ST和CT）（PCD ST CT;土壤速效磷含量在4种种植类型间均存在显著差异,表现为 SDCDSTCT,其中,ST和CT模式分别较SD和CD模式降低53.56%和6 7.49%；土壤全钾和速效钾含量在不同种植类型核桃林间差异不显著。可见，林龄和间作方式对核桃林土壤养分具有显著影响,随着林龄的增加，土壤养分含量呈升高趋势，而间作十大功俞月风等：桂西北喀斯特地区不同林龄核桃间作中草药对土壤生物化学性状的影响6.07aaabbSTCDSD种植模式abCd190190.01 Ba60.0-30.0-0.020.0aE16.0a12.08.04.00.0CTSTCDSD种植模式Planting type300.0H240.0-a180.0-120.06.00.0CTSTCDSD种植模式Planting type同一小图图柱上不同小写字母表示差异显著（PSDCDST,其中 CD 和 ST模式间无显著差异,但ST模式的微生物量磷含量较CT模式显著降低26.64%,CT模式的土壤微生物生物量磷含量较CDaCCTSTCDSD种植模式Planting typeaaaaab5.04.0C3.02.0-1.00.0350.0F(8/）aabCTSTCD种植模式Planting typeab280.0-bC210.0-140.0-70.00.0CTPlanting typeSDaSTCDSD种植模式1902(%/nDO1)鲁鼻240.0-180.0120.0-60.0-0.0CTST种植模式Planting type图2 不同林龄和种植方式下核桃林土壤微生物数量和生物量特征Fig.2 Quantity and biomass characteristics of soil microorganisms in walnut forest under different forest ages and planting methods模式显著提高8 8.92%。综上所述，土壤微生物特征在核桃初果期间作相比单种无显著性变化，盛果期间作则使微生物数量及微生物量降低。2.3不同种植模式核桃林的土壤酶活性特征从图3可看出,ST和SD模式的土壤蔗糖酶活性分别为8 3.12 和7 5.94mg/（g d)显著高于CT 模式39.2 2 mg/(g d)和 CD 模式47.2 8 mg/（g d),而同林龄核桃间作与单作样地间的土壤蔗糖酶活性无显著差异;核桃林 ST和 CT模式的土壤脲酶活性显著高于 SD和 CD模式17.32%和40.13%;SD模式的土壤蔗糖酶活性显著高于初果期核桃林单作CD模式;土壤磷酸酶活性和土壤过氧化氢酶活性在4种不同种植类型核桃林间无显著差异。综上所述,林龄和间作方式对核桃林土壤磷酸酶活性和过氧化氢酶活性有显著影响,林龄主要影响土壤蔗糖酶活性,间作十大功劳可提高核桃土壤脲酶活性。2.4核桃林土壤生物化学性状的相关分析从图4可知，核桃林的土壤全氮含量与土壤全磷含量、速效氮含量、有机碳含量、细菌数量、蔗糖酶和磷酸酶活性均呈极显著正相关(P0.01,下同);土壤全磷含量与速效磷含量呈极显著正相关，与速效氮含量、速效钾含量、有机碳含量、细菌和放线菌数量均呈显著正相关；土壤全钾含量与土壤微生物生物量氮含量呈极显著正相关；速效氮含量与有机西南农业学报16.0-8.0BAa12.0-b8.0-b4.0-0.0300.0Dab36卷15.0-一Ca12.0-(8%/n,01)鲁乐草6.0b4.0-b2.0-0.0CTSTCDSD种植模式Planting typeabCCDab9.06.0-b3.0-0.0CTSTCDSD种植模式Planting type35.0Ea28.0-21.014.07.0-0.0SDbbCTSTCDSD种植模式Plantingtype20.0aFaaa15.0-10.0-5.0-STCD0.0CTSD种植模式Planting type碳含量、蔗糖酶和磷酸酶活性均呈极显著正相关,与细菌数量呈显著正相关；速效磷含量与放线菌数量呈极显著正相关；有机碳含量与细菌数量、蔗糖酶和磷酸酶活性呈极显著正相关;真菌数量与放线菌数量、土壤微生物量碳含量分别呈显著和极显著正相关;蔗糖酶活性与磷酸酶活性呈显著正相关。可见,土壤微生物、土壤酶活性和养分含量间存在复杂的相互促进关系。2.5核桃林土壤生物化学性质的主成分分析喀斯特地区核桃林18 个土壤指标的主成分分析结果（表2)表明,前5个主成分对方差的累积贡献率达9 0.48%，大于8 5.0 0%，能全面反映核桃林土壤的所有信息，但各主成分的贡献率均较低；影响喀斯特地区核桃林土壤生物化学性质的主导因子及第一主成分以全氮含量、速效氮含量、有机碳含量、全磷含量和细菌数量的载荷量最大，分别为0.9 3、0.91、0.8 9、0.8 5和0.8 1，说明土壤养分含量处于主导地位;第二主成分以土壤微生物微生物量磷含量、微生物量碳含量和真菌数量的载荷量最大，分别为0.84.0.75和0.6 7,表明微生物处于重要地位；第三主成分以土壤速效钾含量的载荷量（0.7 4)最大,第四主成分以脲酶活性的载荷量最（0.7 8）大,第五主成分以pH的载荷量（绝对值0.54）最大。说明土壤养分是核桃林土壤性状的主要影响因子。bCCTSTCDSD种植模式Planting typeb9期俞月风等：桂西北喀斯特地区不同林龄核桃间作中草药对土壤生物化学性状的影响120.0A(P.390.0-60.0-30.00.08.07C(p.3)/ou6.0-4.0-2.0-0.0CTPlanting type图3不同林龄和种植方式下核桃林的土壤酶活性比较Fig.3 Soil enzyme activity of walnut forest under different forest ages and planting methods19031200.0Ba900.0600.0300.00.0CTSTCDSD种植模式Planting typeaaST种植模式aaCT150.0Da120.0aa王CDSDST种植模式Planting typeaa90.0-60.030.0-0.0CTSTCDSD种植模式Planting typeCDSDaTN3 讨 论TPTKANAPAKSOC大大大pHX大ZFMBCMBNMBPZTMNMLSM大GM表示负相关，表示正相关；*表示显著相关（P0.05），*表示极显著相关（P0.01）;N：全氮;TP：全磷；TK：全钾；AN：速效氮；AP：速效磷；AK：速效钾；SOC:土壤有机碳；X：细菌；Z：真菌;F：放线菌；MBC：微生物量碳；MBN：微生物量氮；MBP：微生物量磷;ZTM:蔗糖酶;NM:脲酶;LSM:磷酸酶;GM:过氧化氢酶。indicated negative correlation,indicated positive correlation;*indicated significant correlation(P0.05),*indicated extremelysignificant correlation(P 放线菌 真菌,与喀斯特峰丛洼地人工林和次生林的组成一致2 5。盛果期核桃林单作土壤的细菌、放线菌和真菌均显著高于其他三种类型核桃林，可能原因是盛果期核桃林枯枝落叶的凋落、分解及根系分泌1904Total P content全钾含量Total K content速效氮含量Available N content速效磷含量Available P content速效钾含量Available K content有机碳含量Organic carbonpH细菌数量Bacteria number真菌数量Fungi number放线菌数量Actinomycetes number微生物量碳含量Microbial biomass C content微生物量氮含量Microbial biomass N content微生物量磷含量Microbial biomass P content燕糖酶活性Sucrase activity脲酶活性Urease activity磷酸酶活性Phosphatase activity过氧化氢酶活性Catalase activity特征值Eigenvalue累积贡献率(%）Accumulative contribution物死亡为微生物的生长提供充足的能量物质，而间作十大功劳促使土壤微生物发生改变。土壤细菌数量与土壤有机碳、全氮、全磷和速效氮含量显著或极显著正相关,表明土壤细菌数量与土壤养分含量密切相关。微生物量碳、氮是衡量土壤微生物活性的重要指标,其数值的降低直接说明了土壤肥力的下降2 6 。本研究中，盛果期核桃林间作模式下土壤微生物量碳显著低于核桃林单作,说明盛果期核桃间作十大功劳会降低土壤微生物活性，从而导致土壤肥力下降。土壤酶来源于土壤中动物、植物和微生物细胞的分泌物及其残体的分解物，与土壤理化条件、土壤微生物活性、数量等因素密切相关2 7-2 8 。脲酶能促进土壤中尿素转化为植物生长所需的氮素，一般情况下，土壤脲酶活性增大能使氮素含量增加2 9-30 西南农业学报表2 核桃林土壤生物化学性质的主成分分析Table 2Principal component analysis of soil biochemical properties of walnut forest项目第一主成分ItemPC1全氮含量0.93Total N content全磷含量36卷第二主成分第三主成分PC2PC3-0.27-0.150.850.070.380.340.910.330.790.370.41-0.260.89-0.280.66-0.170.810.030.580.670.710.510.290.750.490.420.230.840.73-0.400.190.000.66-0.360.48-0.147.703.0842.7559.84第四主成分PC40.040.390.080.580.530.130.100.40-0.160.740.100.320.040.060.380.190.170.360.220.130.050.520.070.430.300.120.140.250.170.520.78-0.280.400.400.592.551.8174.0184.09本研究中,核桃林间作模式下土壤脲酶活性显著高于同林龄核桃林单作，但间作土壤全氮和速效氮含量低于同林龄核桃单作,究其原因：一方面可能是十大功劳在生长过程吸收了分解的氮素;另一方面,可能是间作模式下十大功劳根系分泌物使土壤微生物发生改变。蔗糖酶在土壤有机质的分解转化中起重要作用,能反映土壤的生物化学活性31。土壤磷酸酶参与有机磷的矿化、水解等过程,是有机磷转化为无机磷的关键酶32-3。本研究中,核桃林间作十大功劳对土壤蔗糖酶、磷酸酶和过氧化氢酶均无显著影响,与曾成城等34 研究核桃林下种植农作物对其林下土壤酶活性具有较明显的促进作用结果不一致，可能与间套种的作物品种、年限及不同施肥方式有关。土壤理化性质与酶活性紧密联系,并存在一定相关性31,不同研究区同一种酶与同一种土壤养第五主成分PC50.140.270.310.080.030.340.14-0.540.140.010.260.07-0.420.310.140.170.250.231.1590.489期分的相关性不同,如土壤蔗糖酶与土壤全氮的相关性在不同研究区表现不同。本研究中，土壤蔗糖酶和磷酸酶均与土壤全氮、速效氮和有机质呈极显著正相关,与王玉琴等31 的研究结果相似；土壤脲酶和过氧化氢酶与养分均无显著相关性，与白世红等35 研究黄河三角洲不同退化程度人工刺槐林土壤酶活性、养分和微生物相关性的结果不一致。可见，土壤酶与养分之间的关系较复杂。本研究的主成分分析结果表明，土壤养分尤其是氮和磷元素，是核桃林土壤的主要影响因子，说明在喀斯特地区核桃林的管理中应注重氮磷肥的添加；同时微生物在土壤中也发挥着重要作用。4 结论在喀斯特地区，核桃林间作十大功劳模式对土壤生物化学性状有较大影响,尤其初果期间作使核桃林土壤养分显著下降,因此核桃林下间作十大功劳(尤其是初果期)时,需要注重氮肥和磷肥的添加,从而保障核桃的营养供给，促进核桃林可持续发展。参考文献：1苏维词,朱文孝,熊康宁贵州喀斯特山区的石漠化及其生态经济治理模式J中国岩溶,2 0 0 2（1)：2 1-2 6.2苏维词,朱文孝，滕建珍喀斯特峡谷石漠化地区生态重建模式及其效应J：生态环境,2 0 0 4（1）：57-6 0.3钱善勤。广西石漠化山地生态修复树种的研究进展J安徽农业科学,2 0 12,40（13）：7 8 32-7 8 34.4杨文龙。林下种植模式对核桃林土壤物理和生物化性质的影响D.雅安：四川农业大学,2 0 18.5李春友农林复合系统中核桃冠层结构动态模拟研究D北京：中国林业科学研究院，2 0 12.6王智,吕芳中国十大功劳属植物化学成分与药理作用的研究进展J中医药学报,2 0 2 2,50（12）：10 2-110.7刘伟玮，刘某承，李文华，等.辽东山区林参复合经营土壤质量评价J生态学报,2 0 17,37(8）;2 6 31-2 6 41.8闻晨晨杨药间作及施肥对杨树生长和土壤性质的影响D.南京：南京林业大学，2 0 14.9贾全全，龚斌，李康琴，等.桐药复合经营模式下泡桐丛枝菌根真菌群落结构特征J生态学报,2 0 19,39（6）：19 5419 59.10徐阳,龚榜初，江锡兵,等不同栗药模式中板栗产量与品质分析J江苏农业科学,2 0 19,47（9）：18 9-193.11尹华,魏素玲,梁臣,等核桃林下种植牡丹互作效应J.北方园艺,2 0 17(14）:7 4-7 8.12郭颖,聂朝俊,向仰州,等不同核桃农林复合经营模式对土壤肥力的影响J：土壤通报,2 0 16,47（2）：391-397.13王超,王春荣,崔怀仙,等太行山核桃林药材间作试验J.经济林研究,2 0 16,34(3)：18 1-18 6.14 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