黑土區不同農林復合模式土壤孔隙與貯水特性

夏志光

（遼寧省林業調查規劃院，遼寧 沈陽 110122）

農林復合經營是指在同一土地經營單元上，將生態、經濟上存在聯系的多年生木本植物與栽培的作物或棲息、養殖的動物精心結合在一起，通過空間或時序的安排以多種方式配置的一種土地利用制度（系統）[1]。發展農林復合經營是實現中國農業可持續發展的重要措施之一[2]。然而，我國的農民知識水平總體較低，農民不能夠根據自身的需求選擇合理的農林復合模式[3]，農林復合模式的合理選擇主要是解決系統中木本植物和農作物根系對土壤中水分和養分的競爭和互補利用[4，5]。本文對黑土區幾種典型農林復合模式土壤孔隙度和貯水性能進行研究，以期為當地農林復合模式的合理選擇提供依據。

1 研究區概況

研究區位于黑龍江省海倫市紅光農場，屬丘陵漫崗區，地處127°11′—127°36′E，47°31′—47°42′N。年平均氣溫1.1℃，年最高氣溫36.8℃，最低氣溫－38.3℃，年降水580mm左右，年平均相對濕度73%，作物生長干燥指數K＜0.7。該地區地表土為黑土、草甸土，黑土層厚度30～50cm。

2 研究方法

在研究區內選擇同一地形條件下的落葉松－大豆、楊樹－大豆等2種復合模式和純大豆模式（對照）。其中，2種復合模式均為復合7a。

在每種復合模式的間作通道內選擇有代表性的地點，挖掘土壤剖面，分2層（0～20cm、20～40cm）采取環刀法測定土壤容重和孔隙度[6]。每種復合模式設3次重復。用公式計算土壤貯水量：

Wc＝h×Pc×10

Wac＝h×Pac×10；

Wt＝h×Pt×10

式中：Wc、Wac、Wt分別為土壤吸持貯水量、土壤滯留貯水量、土壤總貯水量；h為土層深度；Pc、Pac、Pt分別為土壤毛管孔隙度、土壤非毛管孔隙度、土壤總孔隙度。

3 結果與分析

3.1 不同復合模式土壤容重

土壤容重在一定程度上能夠反映出土壤的孔隙狀況和土壤的貯水能力。一般土壤容重低，說明土壤結構疏松、孔隙較多，從而很大程度上有利于植物的生長。

由圖1可以看出，各復合模式和純大豆模式的土壤容重均隨著土壤層次的增加而明顯增大，落葉松－大豆模式在1.07～1.34gcm－3，楊樹－大豆模式在1.02～1.26gcm－3，純大豆模式在1.15～1.25gcm－3之間變化。不同層次的土壤容重有明顯差別，方差分析結果顯示差異極顯著（P＝0.001）。兩種復合模式及與純大豆模式之間的土壤容重有著不同的差異性，主要表現在0～20cm土層上，而20～40cm土層的差別較小。0～20cm土層的土壤容重值順序為：楊樹－大豆模式（1.02±0.02 gcm－3）＜落葉松 － 大豆模式（1.07±0.04g cm－3）＜純大豆模式（1.15±0.18gcm－3）。方差分析結果顯示楊樹－大豆模式與純大豆模式差異顯著。與純大豆模式相比，落葉松－大豆模式和楊樹－大豆模式土壤容重分別降低了6.96%和11.30%。

圖1 不同農林復合模式土壤容重

3.2 不同復合模式的土壤孔隙性

土壤孔隙狀況是評價土壤結構特征的重要指標[7]。按直徑的大小土壤孔隙可分為毛管孔隙和非毛管孔隙。毛管孔隙中的水分能夠被植物吸收利用，毛管孔隙的大小能夠反映出土壤保持水分的能力。非毛管孔隙中的水分可在重力作用下排出，孔隙也比較粗大，非毛管孔隙大小能夠反映出土壤的通氣、透水狀況。

圖2 不同復合模式的土壤總孔隙度（a）、非毛管孔隙度（b）和毛管孔隙度（c）

由圖2可知，落葉松－大豆復合模式、楊樹－大豆復合模式和純大豆模式不同土層深度總孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度都隨著土層深度的增加而明顯減小。例如，土層深度0～20cm、20～40cm的土壤總孔隙度，落葉松－大豆模式分別為57.16%、49.04%，楊樹－大豆模式分別為58.85%、53.31%，純大豆模式分別為54.88%、50.89%。3種模式的土壤孔隙度有所不同，從0～20cm土層深度孔隙度來看，總孔隙度楊樹－大豆模式（58.85%±1.27%）＞落葉松－大豆模式（57.16%±1.54%）＞純大豆模式（54.88%±0.51%），非毛管孔隙度楊樹－大豆模式（2.28±0.32%）＞落葉松－大豆模式（1.96%±0.32%）＞ 純 大 豆 模 式 （1.79%±0.19%），毛管孔隙度楊樹－大豆模式（56.57%±1.07%）＞落葉松－大豆模式（55.20%±1.31%）＞純大豆模式（52.59%±0.48%）。從20～40cm土層深度孔隙度來看，總孔隙度楊樹－大豆模式（53.31%±0.45%）＞ 純 大 豆 模 式 （50.89%±0.84%）＞落葉松－大豆模式（49.04%±0.64%），非毛管孔隙度純大豆模式（1.22%±0.29%）＞落葉松－大豆模式（1.20%±0.13%）＞楊樹－大豆模式（1.13%±0.11%），毛管孔隙度楊樹－大豆模式（52.18%±0.44%）＞ 純 大 豆 模 式 （49.67%±0.56%＞）落葉松－大豆模式（47.84%±0.63%）。由方差分析結果得知，0～20cm土層楊樹－大豆模式與純大豆模式在總孔隙度、毛管孔隙度上差異顯著；20～40cm土層楊樹－大豆模式在總孔隙度和毛管孔隙度上均與落葉松－大豆模式和純大豆模式差異顯著。

上述結果表明，與純大豆模式相比，楊樹－大豆模式能夠有效地增加土壤孔隙數量，提高土壤保水能力。

3.3 不同復合模式的土壤貯水量

土壤貯水量的大小反映了土壤貯蓄和調節水分的潛在能力的大小，這對農林復合模式水分調節極其重要。土壤水分的貯存可分為滯留貯存和吸持貯存2種形式（某一土層深度內貯存的水量分別稱之為滯留貯水量和吸持貯水量，兩者合稱為土壤總貯水量）[8，9]。滯留貯存是土壤中自由重力水在非毛管孔隙中的暫時貯存。吸持貯存是水分在毛管空隙中的貯存，其中的水分主要供土壤蒸發，植物根系吸收和葉面蒸騰，因此具有重要的植物生理生態功能。

圖3 不同復合模式土壤飽和貯水量（a）、吸持貯水量（b）和滯留貯水量（c）

由圖3可知，各模式的土壤貯水量均隨著土壤層次的加深而減小。其中，0～20cm土壤總貯水量為楊樹－大豆模式（588.46mm）＞落葉松－大豆模式（571.58mm）＞純大豆模式（558.76mm），吸持貯水量為楊樹－大豆模式（565.65mm）＞落葉松－大豆 模 式 （552.02mm）＞ 純 大 豆 模 式 （535.89 mm），滯留貯水量為純大豆模式（22.87mm）＞楊樹－大豆模式（22.81mm）＞落葉松－大豆模式（19.56mm）；20～40cm土壤總貯水量為楊樹－大豆模式（533.09mm）＞純大豆模式（508.88mm）＞落葉松－大豆模式（488.71mm），吸持貯水量為楊樹－大豆模式（521.81mm）＞純大豆模式（496.72 mm）＞落葉松－大豆模式（478.35mm），滯留貯水量為純大豆模式（12.16mm）＞楊樹－大豆模式（11.28mm）＞落葉松－大豆模式（10.36mm）。方差分析顯示，與純大豆模式相比，20～40cm土層范圍內，楊樹－大豆模式在土壤總貯水量和土壤吸持貯水量方面與純大豆模式差異顯著，楊樹－大豆模式分別高出純大豆模式4.76%和5.05%。

上述結果表明，楊樹－大豆模式與落葉松－大豆模式相比具有增加土壤貯水性能的作用。這種作用尤其表現在增加土壤總貯水量和吸持貯水量上。

4 結論

4.1 黑土區純大豆模式實行農林復合后，2種復合模式（楊樹－大豆模式、落葉松－大豆模式）上層（0～20cm）土壤水文物理性質得以一定的改善，主要表現在降低土壤容重，增加土壤孔隙度上。

4.2 與落葉松－大豆模式和純大豆模式相比，楊樹－大豆模式能夠改善土壤孔隙狀況，提高土壤貯水能力。

4.3 2種復合模式和純大豆模式土壤貯水量的垂直空間變異性較明顯，表現為均隨著土壤層次的加深而減小，這說明農林復合模式對土壤貯水能力垂直空間異質性的影響還不明顯。

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