桉树林下间种黄豆和绿豆土壤理化性质研究_刘云.pdf

桉树科技 2023,40(2):41-46 EUCALYPT SCIENCE&TECHNOLOGY _ 基金项目：广西农业职业技术大学科学研究与技术开发项目桉树人工幼林林下宜种间作物筛选及生长适应性研究(YKJ2113)作者简介：刘云(1981 )，女，硕士，讲师，从事农业生态工程技术研究。E-mail:*通信作者：钟莉传(1975 )，女，硕士，副教授，从事土壤肥料研究。E-mail: DOI:10.13987/ki.askj.2023.02.006 桉树林下间种黄豆和绿豆土壤理化性质研究 刘云1，钟莉传1*，王建忠2，余江敏1，张慧娜1，王萱1，祁彪2(1.广西农业职业技术大学，广西 南宁 530001；2.广西国有东门林场，广西 扶绥 532108)摘要：为探明桉树林下间种黄豆和绿豆土壤理化性质差异，为南亚热带地区桉树人工幼林林下宜种的间作物筛选及生长适应性研究提供科学依据。以林下间种黄豆和绿豆的桉树林为研究对象，对不同林地土壤容重、有机质等土壤理化性质进行分析。结果表明：相较于纯林，间作林在土壤理化性质上存在显著优势，其中桉树-黄豆间作林和桉树-绿豆间作林的土壤容重分别优于纯林 22.2%和 12.6%，最大持水量、毛管持水量和田间持水量分别优于纯林 29.8%和 27.3%、57.8%和 52.9%、63.3%和 59.2%，孔隙度、非毛管孔隙度和总孔隙度分别较纯林高 18.3%和13.9%、73.5%和 60.2%、21.6%和 16.6%；pH 值分别比纯林高 15.4%和 12.3%，碱解氮、有效磷和有效钾含量分别较纯林高 75.3%和 24.7%、35.2%和 18.8%、11.9%和 8.9%，有机质含量分别比纯林高 8.7%和 10.8%，全氮分别比纯林高 23.4%和 30.9%，而间作林与纯林间的全磷和全钾含量无显著性差异。桉树人工林与豆科作物间作，能够显著改善土壤理化性质，提高土壤透气性、透水性及保水能力，降低土壤酸性，提高有机质、全氮、速效氮、速效钾和速效磷含量，更有利于土壤水源涵养和土壤肥力提升。关键词：桉树；黄豆；绿豆；土壤理化性质；间种 中图分类号：S714.2 文献标志码：A Soil Physical and Chemical Properties in Eucalypt Plantations Intercropped with Soybean and Mung Bean LIU Yun1,ZHONG Lichuan1*,WANG Jianzhong2,YU Jiangmin1,ZHANG Huina1,WANG Xuan1,QI Biao2(1.Guangxi Vocational University of Agriculture,Nanning 530001,Guangxi,China；2.Guangxi State-owned Dongmen Forest Farm,Fusui 532108,Guangxi,China)Abstract:This study was carried out to explore differences of soil physical and chemical properties between soybean and mung bean interplanted under eucalypt plantations,and to provide a scientific basis for the selection of crops suitable for intercropping in such plantations in southern subtropical areas.For this,soybean and mung bean were interplanted under eucalypt plantations and then 15 physical and chemical property parameters,such as bulk density and organic matter,were evaluated at different soil depths.Compared with pure eucalypt plantations,intercropped plantations had significant advantages in soil physical and chemical properties.The soil bulk density of eucalypt soybean intercropping and eucalypt mung bean intercropping were superior to those of pure eucalypt plantations by 22.2%and 12.6%respectively.The maximum water holding capacity,capillary water holding capacity and field water holding capacity,porosity,non-capillary porosity,total porosity,pH values,contents of available N,P and K,soil organic matter,and total nitrogen were 29.8%and 27.3%,57.8%and 52.9%,63.3%and 59.2%,18.3%and 13.9%,73.5%and 60.2%,21.6%and 16.6%,15.4%and 12.3%,75.3%and 24.7%,35.2%and 18.8%,11.9%and 8.9%,8.7%and 10.8%,23.4%and 30.9%higher than those of pure eucalypt plantations respectively.However,there were no significant differences between intercropped plantations and pure plantations in total soil P and total K contents.This study showed that intercropping eucalypt plantations with leguminous crops can significantly improve soil physical and chemical properties,improve soil permeability,water permeability and water holding capacity,and reduce soil acidity,while increasing soil organic matter contents,total nitrogen,available nitrogen,available potassium and available phosphorus.Overall,it was concluded that 42 桉树科技 第 40 卷 intercropping is more conducive to soil water conservation and maintenance of soil fertility.Key words:eucalypt;soybean;green bean;soil physical and chemical characteristics;interplanting 中国人工林面积居世界首位1，其中桉树(Eucalyptus spp.)人工林占人工林总面积的 6.3%2。单一人工林大规模发展造成的生态环境问题日趋严峻，桉树人工林生物多样性下降、生态服务功能下降、林地土壤地力退化、森林健康脆弱性等争议不断3。有研究指出，桉树人工林碳汇能力强于其他树种，其生长未吸收大量水分，纯林改培混交林可显著提升土壤地力，林下植物多样性与林龄呈正增长4。林农复合经营在中国已有较多报道，其经营模式多样5。例如，李芳东等6认为农作物光能结合及系统效应评价方法等领域是农桐复合经营系统研究的重点；蔡倩等7研究表明果粮间作模式提高了土壤微生物数量和酶活性，改善了土壤微环境；党永超8发现间作促进了低龄茶园茶树生长发育，提升了茶叶产量和茶叶品质，并改善了土壤物理性状；李娟等9指出成龄胶园间作必须加强作物施肥，维持土壤养分收支平衡，维护土壤功能、保护土壤质量；林培群10在桉树人工林中幼林林农间作模式研究发现，间作改善了土壤理化性质；朱智强11的研究表明，桉树林农条带间作模式取得了初步成功，间作地土壤养分明显高于纯林地。农林间作是中国最重要的混农林业形式，其规模和模式处于世界先进行列12，但目前还未找到桉树农林间作中可大规模推广的复合经营模式11，而桉树农林间作模式与其纯林对土壤水分理化性质和养分特征差异的研究较为鲜见。因此，文章通过研究间作林及对照纯林土壤物化性质指标的差异，以期为桉树幼林林农复合经营提供科学依据，促进桉树人工林经济、社会和生态综合效益的最大化。1 材料与方法 1.1 研究地概况 试验地位于广西东门林场向阳分场 11 林班(10748 E，22 46 N)。属亚热带季风气候区，年平均降水量1 150 mm，年均气温21 22，年均日照时数1 634 h。试验地前作为桉树无性系林，地势平缓，水热系数1.0 1.3，试验林按等高线种植(表1)。在1 年生林分中开展试验，平均树高和胸径为 4.7 m和 4.2 cm。表 1 试验地造林技术措施 Table 1 Technical measures for afforestation in experimental sites 造林工序 Afforestation process 技术措施 Technical measure 林地清理 清山、开设防火带(防火带宽度 15 20 m)、炼山，干净度达95%以上 定点 株行距为2 m 3 m，1 667 株 hm2，以垂直等高线方向定点 挖种植穴 行向平行等高线，挖明坎，规格：50 cm 40 cm 30 cm 施放基肥、回坑 使用定量容器施放 250 g 穴1的桉树基肥，基肥总养分30%，氮-磷-钾：1578 定植前苗木养护 选调无病虫害、苗茎粗壮、无分枝、通直的合格苗；专人管护 定植 轻基质苗无须去杯、种植深度以营养杯面入土约 2 3 cm 为宜，压实扶正 补植 定植后一个月内完成全部补植，确保成活率95%1.2 样地设置与样品采集 2022年4月在试验地按照株行距30 cm 20 cm点播绿豆和黄豆种子，桉树两侧各留出 1 m作为空白间隔带，在其间种植绿豆和黄豆各 1 333.4 m2，各种植作物间间隔 5 m，设置 3 个重复。间作地与纯林选择立地条件、经营措施一致。在各林地中随机设置 3 个 20 m 20 m的样地(各样地间距离至少40 m)，绿豆和黄豆豆荚成熟后进行土壤样品采集测定。采用剖面法进行土壤样品采集，使用环刀(容积100 cm3)采集(0 20 cm和 20 40 cm深度)土壤后送检13，土壤肥力评价指标参考全国第二次土壤普查养分分级标准14-15。第 2 期 刘云，等：桉树林下间种黄豆和绿豆土壤理化性质研究 43 1.3 数据测定及分析 用 EXCEL 2016 进行数据整理，用 SPSS 20.0进行多重比较和相关分析。2 结果与分析 2.1 土壤水分-物理性质状况分析 由表2 可知，3个林地的土壤容重均与土壤深度呈正比。桉树纯林0 40 cm 土壤容重均显著大于桉树-黄豆间作和桉树-绿豆间作，而桉树-黄豆间作和桉树-绿豆间作之间差异不显著，桉树纯林0 40 cm容重平均值分别比桉树-黄豆间作和桉树-绿豆间作林高 22.2%和 12.6%。3 个林地的土壤持水量均与土壤深度呈反比。对于0 20 cm和20 40 cm的土壤持水量(最大持水量、毛管持水量和田间持水量)而言，均为桉树-黄豆间作和桉树-绿豆间作显著高于桉树纯林，桉树-黄豆和桉树-绿豆间作林各持水量差异不显著，桉树-黄豆间作和桉树-绿豆间作林0 40 cm土壤的最大持水量、毛管持水量和田间持水量平均值分别比桉树纯林高29.8%和27.3%、57.8%和52.9%、63.3%和59.2%。3 个林地的总孔隙度、毛管孔度和非毛管孔度均与土壤深度呈反比，桉树-黄豆间作和桉树-绿豆间作显著高于桉树纯林，桉树-黄豆和桉树-绿豆间作林各孔隙度指标间差异不显著；而且桉树-黄豆间作和桉树-绿豆间作的0 40 cm土壤毛管孔度、非毛管孔度和总孔隙度平均值分别比桉树纯林高18.3%和13.9%、73.5%和60.2%、21.6%和16.6%。表 2 不同间作模式土壤水分-物理性质1)Table 2 Soil water-physical properties between different intercropping patterns 土层/cm Soil layer 林分类型2)Stand type 容重/(gcm3)Soil volume weight,SVW 最大持水量/%Maximum water holding capacity,MWHC 毛管持水量/%Capillary water holding capacity,CWHC 田间持水量/%Field water holding capacity,FWHC 毛管孔度/%Capillary porosity,CP 非毛管孔度/%Non-capillary porosity,NCP 总孔隙度/%Total porosity,TP 0 20 CK 1.38 0.11a 36.17 3.07c 21.56 2.38b 19.54 2.09c 40.15 3.66c 2.50 0.19b 42.65 3.11c ESIS 1.11 0.08c 41.67 3.16a 33.37 2.18a 31.42 2.79a 45.67 3.46a 4.71 0.28a 50.38 3.17a EMIS 1.23 0.09b 40.79 3.21b 32.93 2.15a 30.66 2.87b 43.53 3.42b 4.22 0.26a 47.75 2.99b 20 40 CK 1.49 0.12a 23.98 2.87b 19.57 2.61c 15.46 2.32b 31.89 3.45c 2.01 0.11b 33.90 2.98b ESIS 1.21 0.11c 36.43 3.32a 31.54 2.85a 25.76 2.09a 39.55 3.71a 3.13 0.16a 42.68 3.18a EMIS 1.31 0.14b 35.77 3.14a 29.98 2.34b 25.07 2.17a 38.52 3.54b 3.01 0.17a 41.53 3.26a 0 40 CK 1.43 0.10a 30.08 3.15c 20.57 2.37c 17.51 2.14b 36.02 3.16c 2.26 0.11b 38.28 3.22c ESIS 1.17 0.09c 39.05 3.21a 32.46 2.51a 28.59 2.61a 42.61 3.42a 3.92 0.21a 46.53 3.14a EMIS 1.27 0.11b 38.28 3.16b 31.45 2.23b 27.87 2.57a 41.03 3.56b 3.62 0.22a 44.64 3.34b 1)同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著(P0.05)；2)CK：桉树纯林；ESIS：桉树-黄豆间作；EMIS：桉树-绿豆间作。1)Different lowercase letters in the same column indicate significant differences among treatments(P桉树-绿豆间作桉树纯林，桉树-黄豆间作和桉树-绿豆间作分别比桉树纯林高出 15.4%和 12.3%，均属酸性土壤。其原因可能是试验地属桂南南亚热带赤红壤地带，高温多雨，淋溶作用强烈，林地土壤以强酸性或酸性为主。0 20 cm 和 20 40 cm 深度桉树-黄豆间作林数值最高，土壤酸化程度最弱。有机质平均值大小为桉树-绿豆间作桉树-黄豆间作桉树纯林，桉树-绿豆间作和桉树-黄豆间作分别比桉树纯林高出 10.8%和 8.7%，三者均值达到三级水平，其中 0 20 cm 深度间作林达到二级标准。有机质含量与土壤深度呈反比。土壤全氮含量随土壤深度的增加而下降，全氮平均值大小为桉树-绿豆间作桉树-黄豆间作桉树纯林，桉树-绿豆间作和桉树-黄豆间作分别比桉树纯林高出 30.9%和 23.4%。0 20 cm 深度桉树-绿豆44 桉树科技 第 40 卷 间作林达到二级标准，间作林均值数达到三级标准，纯林均值为四级标准。碱解氮含量随土壤深度的增加递减，平均值大小为桉树-黄豆间作桉树-绿豆间作桉树纯林，桉树-黄豆间作和桉树-绿豆间作分别比桉树纯林高出 75.3%和 24.7%，纯林与间作林存在显著差异，其中桉树-黄豆间作达到全国第二次土壤普查养分分级标准四级水平，其他达到五级水平。土壤全磷含量随土壤深度的增加变化不大，平均值大小为桉树-黄豆间作桉树-绿豆间作桉树纯林。三者均为五级水平，表现为缺磷等级。有效磷含量随土壤深度的增加递减，平均值大小为桉树-黄豆间作桉树-绿豆间作桉树纯林，桉树-黄豆间作和桉树-绿豆间作分别比桉树纯林高出 35.2%和18.8%，纯林与间作林存在显著差异，三者均为三级水平。土壤全钾含量随土壤深度的增加变化较大，平均值大小 为桉树-绿豆间作桉树-黄豆间作桉树纯林。三者均为五级水平，表现为缺乏等级。有效钾含量随土壤深度的增加递减，平均值大小 为桉树-黄豆间作桉树-绿豆间作桉树纯林，桉树-黄豆间作和桉树-绿豆间作分别比桉树纯林高出 11.9%和8.9%，纯林与间作林存在显著差异。0 20 cm深度桉树-黄豆间作林有效钾水平达三级水平，其他均为四级水平。表 3 不同间作模式土壤化学性质1)Table 3 Soil chemical properties between different intercropping patterns 土层/cm Soil layer 林分类型2)Stand type pH 值 pH value 有机质/(g kg1)Organic matter content,OMC 全氮/(g kg1)Total N content,TNC 全磷/(g kg1)Total P content,TPC 全钾/(g kg1)Total K content,TKC 碱解氮/(mg kg1)Hydrolysis N content,HNC 有效磷/(mg kg1)Available P content,APC 有效钾/(mg kg1)Available K content,AKC 0 20 CK 4.68 0.15b 28.92 2.76b 1.11 0.49b 0.24 0.05 5.42 0.31 41.67 2.21c 16.47 1.51c 92.18 7.76c ESIS 5.41 0.14a 31.55 2.87a 1.45 0.62a 0.26 0.03 5.51 0.43 72.82 4.45a 21.55 1.49a 102.16 9.15a EMIS 5.23 0.17a 31.98 3.76a 1.53 0.56a 0.25 0.07 5.59 0.39 53.71 3.29b 19.54 1.66b 99.86 7.48b 20 40 CK 4.78 0.15b 23.66 2.62b 0.76 0.31b 0.22 0.04 6.89 0.32 38.56 2.51c 10.81 1.55c 82.41 7.53c ESIS 5.51 0.15a 25.61 2.43a 0.86 0.32a 0.25 0.05 6.91 0.51 67.87 3.86a 15.33 1.49a 93.24 8.91a EMIS 5.38 0.13a 26.26 2.58a 0.92 0.42a 0.24 0.05 6.97 0.46 46.35 3.16b 12.87 1.53b 90.27 7.73b 0 40 CK 4.73 0.14b 26.29 2.56b 0.94 0.36b 0.23 0.04 6.12 0.33 40.12 2.11c 13.64 0.51c 87.29 7.48c ESIS 5.46 0.13a 28.58 2.62a 1.16 0.42a 0.26 0.05 6.21 0.42 70.35 3.88a 18.44 1.42a 97.70 9.09a EMIS 5.31 0.16a 29.12 2.78a 1.23 0.47a 0.25 0.04 6.28 0.39 50.03 3.21b 16.21 0.49b 95.07 7.52b 1)同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著(P0.05)；2)CK：桉树纯林；ESIS：桉树-黄豆间作；EMIS：桉树-绿豆间作。1)Different lowercase letters in the same column indicate significant differences among treatments(P0.05);2)CK:pure eucalypt plantation;ESIS:eucalypt soybean intercropping;EMIS:eucalypt green bean intercropping.2.3 土壤理化性质相关性分析 由表 4 可知，容重与持水量、孔隙度呈极显著负相关，持水量三个指标之间、孔隙度三个指标之间呈极显著正相关。容重与全氮和碱解氮呈极显著负相关，与全磷呈极显著正相关，与有效钾呈显著正相关。最大持水量与全氮、全磷和全钾呈极显著正相关，与碱解氮呈正相关，与有效钾呈负相关。孔隙度与全氮、全磷呈极显著正相关，与碱解氮呈正相关，与有效钾呈负相关。pH 值与容重呈极显著负相关，与持水量、孔隙度呈极显著相关，与全磷呈显著相关，与碱解氮呈极显著相关，与有效磷和有效钾分别呈显著和极显著负相关。有机质与全氮、全钾呈极显著正相关，与全磷显著正相关。3 结论与讨论 本研究土壤水分-物理性质指标显示，间作林的土壤透水性、透气性、导热性和紧实度更好。间作之后土壤变得更为疏松，其容重降低，孔隙度增大，持水和蓄水能力提高，从而改善水源涵养功能。土壤容重随土层深度的增加而增加，持水量和孔隙度则随土层深度的增加而降低。土壤容重与持水量、第 2 期 刘云，等：桉树林下间种黄豆和绿豆土壤理化性质研究 45 孔隙度均呈极显著负相关，说明土壤容重越小，土壤结构越疏松多孔，持水量能力越强，上层土壤的透水性和贮水能力高于下层土壤。间作后林地土壤容重、持水量和孔隙度的变化规律基本一致，其中桉树-黄豆间作林表现为最优，其土壤结构、透气性、透水性能以及保水能力的较高 本研究所有试验林分均属酸性土壤，土壤 pH值与土壤深度呈正比，并在纯林与间作林间呈极显著性差异。在酸性土壤环境中，氮、磷有效性较低，钾、钙及镁易流失，导致土壤养分有效性降低，不利土壤微生物活动和土壤良性发育14。豆科植物与 桉树间作可在一定程度上缓解土壤酸化，从而有助于提高土壤养分的有效性。亚热带赤红壤地带，淋溶作用强烈，使得林地土壤呈强酸性或酸性14。长期连栽桉树纯林地，土壤肥力呈下降趋势，土壤明显酸化11，从而影响土壤中微量元素的固定和释放，因此改善土壤pH 值尤为重要16。有机质能促进林木生长发育，改善土壤物理性质，促进微生物活动和营养元素分解，从而提高土壤的保肥性和缓冲性13。本研究中，有机质含量与土壤深度呈反比，即土层越深数值越小。桉树间作林保水、保肥和缓冲作用较纯林更强。土壤的氮素供应能力强，有利于林木的物质和能量代谢13。本研究结果表明，土壤全氮和碱解氮含量随土壤深度的增加而下降，在间作林与纯林间存在显著性差异。其原因可能是豆科植物能够从根部吸附土壤中的根瘤菌，根瘤菌将游离态氮转化成铵态氮，或是直接吸收土壤中的氮，从而达到固氮作用17。有效磷随土壤深度的增加而递减。间作豆科植物能够提高土壤肥力，增加土壤全磷和有效磷等养分含量，改变土壤的化学性质。纯林与间作林的土壤全钾含量随土壤深度的增加变化较大，表现为缺乏等级，可能的原因除成土母质影响外，高温、高湿及高酸环境中，淋溶作用溶解并带走钾、钠、镁、钙等盐基，可溶矿物尽失，土壤贫瘠，也可能造成土壤全钾缺乏。有效钾含量随土壤深度的增加而递减，在纯林与间作林间存在显著性差异。其原因可能是豆科作物的根系生长通过促进土壤的矿化，释放有效态磷、钾，从而提高速效磷和速效钾含量。表 4 土壤水分物理性质相关性分析 Table 4 Correlation analysis of soil water-physical properties 指标Index SVW MWHC CWHC FWHC CP NCP TP pH OMC TNC TPC TKC HNC APC AKC SVW 0.891*1)0.933*0.943*0.902*0.929*0.917*0.862*0.663 0.652 0.971*0.281 0.933*0.307 0.742*2)MWHC 1 0.854*0.919*0.979*0.886*0.973*0.674*0.852*0.806*0.936*0.524 0.692*0.040 0.527 CWHC 1 0.974*0.813*0.902*0.839*0.940*0.596 0.611 0.893*0.090 0.805*0.399 0.880*FWHC 1 0.907*0.969*0.929*0.845*0.759*0.771*0.923*0.304 0.782*0.195 0.763*CP 1 0.923*0.997*0.614 0.903*0.867*0.938*0.628 0732*0.114 0.457 NCP 1 0.948*0.743*0.828*0.851*0.904*0.445 0.790*0.071 0.651 TP 1 0.645 0.900*0.874*0.943*0.602 0.751*0.082 0.498 pH 1 0.299 0.315 0.789*0.219 0.819*0.685*0.974*OMC 1 0.987*0.723*0.834*0.434 0.483 0.165 TNC 1 0.693*0.792*0.431 0.455 0.206 TPC 1 0.384 0.877*0.185 0.645 TKC 1 0.133 0.811*0.379 HNC 1 0.465 0.705*APC 1 0.758*AKC 1 1)*表示 P0.01；2)*表示 P0.05。1)*indicates P0.01;2)*indicates P0.05.46 桉树科技 第 40 卷 综上所述，桉树人工林与豆科作物间作，能够显著改善土壤物理性质，促进微生物活动和营养元素分解，提高土壤的保肥性和缓冲性；对水、肥、气、热状况有显著影响，显著提高土壤结构、透气性、透水性以及保水能力。间作能够显著降低桉树林土壤的酸性，提高土壤的有机质、全氮、速效氮、速效钾和速效磷含量，以及显著提高土壤的氮磷钾现实供应能力，从而提高养分有效性，更有利于土壤水源涵养和土壤肥力提升，这与林培群10、朱智强11、段玉等17、张小芳等18和刘凯等19的研究结果一致。豆科作物能够通过生物固氮改善林地土壤理化性质，其他研究得出相似结论20，本研究以黄豆间作较绿豆间作更优。文章对豆科植物间作林和纯林土壤水分理化性质进行了相关研究，未来可加强对土壤演变机理机制、林下间作作物生物量、人工林碳汇能力及最佳农林间作比例等进行探讨。参考文献 1 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