不同橡膠林對土壤容重及田間持水量的影響研究

李濤+李芹+王樹明+趙東興+陳林楊+張勇+周敏

摘 要 為了研究同一區域內不同橡膠林對土壤容重及田間持水量的影響程度，以云南河口抗逆高產、膠木兼優和RRIM600作為研究對象，對土壤容重及田間持水量進行3年調查，結果表明：（1）橡膠林土壤容重為1.09～1.37 g/cm3，相同深度土壤容重相差較小，但隨著土壤深度增加，土壤容重逐漸升高，表層土0～20 cm土壤容重顯著低于20～40 cm土層；（2）膠木兼優、抗逆高產和RRIM600田間持水量平均值分別為36.92%、35.19%和34.90%，表現為膠木兼優>抗逆高產> RRIM600，但三者田間持水量均隨土壤深度增加逐漸降低，0～20 cm土層高于20～40 cm土層；（3）同一橡膠林下不同深度土壤之間，其土壤容重、田間持水量均存在非顯著正相關，而相同深度土壤容重與田間持水量之間存在極顯著負相關。

關鍵詞 橡膠林 ；土壤容重 ；田間持水量 ；相關性

分類號 S152.5

Influence of Different Rubber Plantations on Soil Bulk Density

and Field Capacity

LI Tao LI Qin WANG Shuming ZHAO Dongxing

CHEN Linyang ZHNAG Yong ZHOU Min

（Honghe Institute of Tropical Agriculture， Hekou， Yunnan 661399， China）

Abstract In order to researching the impact of soil bulk density and field capacity in the same area with different Rubber plantation， using the high latex yield/stress tolerance， quality timber and RRIM600 in Hekou as the example， researched soil bulk density and field capacity for three years. The results showed： （1）The soil bulk density of rubber plantation was in 1.09～1.37 g/cm3， it was little difference from same depth soil， but the soil bulk density increased gradually with the soil depth increasing， soil bulk density from topsoil 0～20 cm was significantly lower than deep soil 20～40 cm. （2）The field capacity average of high latex yield and stress tolerance， quality timber and RRIM600 were separately 36.92%， 35.19 % and 34.90 %， and showed as quality timber>high latex yield and stress tolerance>RRIM600， but the three field capacity were reduced gradually with the soil depth increasing， the 0～20 cm soil layer was above 20～40 cm. （3）The soil bulk density， field capacity had a significant positive correlation in the same rubber plantation between different soil depth， but they had significantly negative correlation in the same soil depth.

Keywords rubber plantation ； soil bulk density ； field capacity ； correlation

不同的土地利用方式對土壤理化性質、養分狀況及土壤酶活性具有不同程度的影響，進而改變土壤肥力狀況，而土壤肥力是土壤生產力水平的重要標志，中國橡膠園植膠50多年以來，土壤肥力發生了較大變化，總體呈下降趨勢。當前對橡膠園土壤肥力主要從土壤的生物活性、化學和物理性質3個方面進行評價，其中傳統上仍以化學方法為主，即測定土壤pH、有機質及營養元素（氮、磷、鉀等）；其次是測定土壤生物活性，比如測定土壤酶活性，微生物數量等；但采用物理性質評價土壤肥力狀況的方法常常被忽視，在實際生產中運用較少。

土壤容重是土壤最基本的物理性狀之一，它是衡量土壤肥力質量高低的輔助標準[1]，也是判斷土壤肥力和耕作質量的重要指標[2]。土壤容重的大小反映土壤的透水性、透氣性和作物根系伸展的阻力狀況，土壤容重過大妨礙植物根系的正常生長，即使土壤中有豐富的營養元素也難以吸收利用，從而降低土地的生產力[3]。在土壤容重增大的情況下，會降低土壤水分和氣體含量，使土壤的機械阻力相應增加，從而延緩根系的生長[4]。土壤容重不同，所表現出的有效水分、導熱率、氣體比例等物理性狀也不相同，對作物生長發育將產生不同的影響[5]，疏松的土壤環境有利于作物根系的伸展和根量的積累[6]。田間持水量是土壤所能穩定保持的最高土壤含水量，它的數值反映土壤保水能力的大小，常作為灌水定額的最高指標，對指導生產有重要意義，可作為土壤中對植物有效水的上限和計算灌溉水定額的依據[7]。持水量是重要的土壤水分指標，也是決定土壤特性和結構是否變化的重要指標，它的變化意味著當地土壤物理特性的改變。由此可見，土壤容重及田間持水量對作物生長具有現實意義。本研究通過測定橡膠園土壤容重和田間持水量的指標，說明不同橡膠林對兩者的影響程度，為橡膠區改良土壤、合理種植提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料

研究區位于云南省紅河熱科所，是一個典型的熱帶橡膠林區，以灰褐色粘土為主，土壤分布均勻，土層厚度5～20 m，土壤基本理化性狀平均值為：pH 4.24、有機質30.75 g/kg、有效磷8.24 mg/kg、速效鉀49.80 mg/kg、堿解氮94.65 mg/kg、交換鈣100.1 mg/kg和交換鎂13.3 mg/kg。試驗區屬熱帶雨林季風性氣候，最高溫40.9℃，最低溫1.9℃，年均溫22℃，年均降水1 587.3 mm，年均濕度84%，日照1 605 h，具有干濕季分明，雨量充沛、雨熱同季的特點。選擇抗逆高產、膠木兼優和RRIM600橡膠林3個觀測點作為研究對象。其中，膠木兼優橡膠林于2003年4月定植，主要品種為178、509、516、524、8-79、628等12個，種植面積約4.73 hm2；抗逆高產橡膠林于2010年6月定植，主要品種為云研77-4、熱研7-33-97、熱研8-79、熱墾525、熱墾628和湛試327-13共6個，種植面積約12.07 hm2；RRIM600橡膠林于2000年定植，品種僅為RRIM600，種植面積約13.33 hm2。

1.2 方法

1.2.1 采樣

采用蛇形采樣法（即S型），每個橡膠林觀測點5次重復采樣，取平均值進行統計分析，采樣時間為每年的春、夏、秋、冬4個不同季節，具體時間為3月份、6月份、9月份和12月份。

1.2.2 土壤容重測定

將已稱量的環刀（容積為100 cm3）編號帶至橡膠林，采樣時選擇合適的位置按使用要求挖掘土壤剖面，先用小鏟修平土壤剖面，按剖面層次分2層取樣（0～20 cm為一層，20～40 cm為一層），將環刀托放在環刀上，將環刀刃口向下垂直壓入土中，直至環刀筒中充滿土樣為止，切開環刀周圍的土樣，取出已充滿土的環刀，削平環刀兩端多余的土并擦凈環刀筒外面的土。同時在同層取樣處用鋁盒采集約20 g土壤用于土壤含水量測定。把裝有土樣的環刀兩端立即加蓋以免水分蒸發，帶回實驗室立即稱重記錄（精確到0.01 g），將裝有土樣的鋁盒烘干稱重記錄。

土壤容重=濕土重×（1-土壤含水量）/環刀容積

1.2.3 田間持水量測定

用容積為100 cm3的環刀取土，取土方法與土壤容重相同，不同的是需在環刀底端放大小合適濾紙1張，帶回實驗室后放入事先鋪有2～3層濾紙的托盤中，使濾紙保持濕潤狀態，至水分沿毛管上升而全部充滿達到恒重為止，取出一部分土壤放入已知重量的鋁盒內稱重，放入105～110℃烘箱中烘干稱重，水分占干土重百分數即為土壤田間持水量。

田間持水量/%=（濕重-干重）/干重×100。

2 結果與分析

2.1 土壤容重、田間持水量總體變化

由圖1可知，膠木兼優0～20 cm的土壤容重為1.09～1.28 g/cm3，平均值為1.193 g/cm3，20～40 cm的土壤容重為1.19～1.28 g/cm3，平均值為1.355 g/cm3；抗逆高產0～20 cm的土壤容重為1.18～1.34 g/cm3，平均值為1.244 g/cm3，20～40 cm的土壤容重為1.24～1.37 g/cm3，平均值為1.316 g/cm3；RRIM600橡膠林0～20 cm的土壤容重為1.15～1.33 g/cm3，平均值為1.250 g/cm3，20～40 cm的土壤容重為1.20～1.40 g/cm3，平均值為1.300 g/cm3。膠木兼優、抗逆高產和RRIM600三者0～20 cm和20～40 cm的土壤容重的平均值為1.274、1.280和1.275 g/cm3，總體表現為：抗逆高產> RRIM600>膠木兼優，說明抗逆高產、膠木兼優和RRIM600不同橡膠林其相同深度的土壤容重平均值存在一定變化差異，但相差不大。差別不大的原因可能是三片橡膠林所處的地理位置在1.5 km范圍以內，植膠海拔均為100～150 m，生長的土壤環境及氣候類型基本一致，不同的地方主要表現在橡膠品系和樹齡。

從不同深度土壤來看，表層土0～20 cm的土壤容重較低，深層土20～40 cm土壤容重較高，3片橡膠林表層土土壤容重平均值均顯著低于深層土，表明隨著土壤深度的增加土壤容重逐漸升高。但不同品系和樹齡的橡膠林其不同深度土壤容重差異性不同，其中，膠木兼優2個土層相差最大，其表層土土壤容重最低，而深層土土壤容重又最高；RRIM600次之，2個土層土壤容重相差適中；抗逆高產2個土層土壤容重相差最小。

由圖2可知，膠木兼優0～20 cm的土壤田間持水量分別為32.42%～45.79%，平均值39.78%，20～40 cm的土壤田間持水量為30.92%～41.62%，平均值34.15%；抗逆高產0～20 cm的土壤田間持水量為33.45%～40.40%，平均值35.96%，20～40 cm的土壤田間持水量為32.45%～36.46%，平均值34.42%；RRIM600橡膠林0～20 cm的土壤田間持水量為31.89%～43.22%，平均值35.93%，20～40 cm的土壤田間持水量為30.83%～39.01%，平均值33.94%。其中，膠木兼優2個土層的持水量差異較大，相差幅度達5.65%，而抗逆高產和RRIM6002個土層持水量相差不大，分別為1.54%和1.99%，但總體來看每個橡膠林表層土0～20 cm的田間持水量平均值顯著高于20～40 cm土層，表明隨土壤深度的增加土壤田間持水量逐漸降低。

膠木兼優、抗逆高產和RRIM600的0～20 cm和20～40 cm兩個土層的的平均值分別為36.92%、35.19%和34.90%，總體表現為：膠木兼優>抗逆高產>RRIM600，說明不同橡膠林下的土壤田間持水量存在一定差異。

2.2 土壤容重、田間持水量的年際變化

由圖3可知，膠木兼優土壤容重年平均值在3年的監測中不斷上升，從2012～2014年共計上升了0.056 g/cm3；抗逆高產土壤容重年平均值則逐年下降，但下降的幅度較小，3年時間共下降了0.01 g/cm3； RRIM600土壤容重年平均值從2012～2013年顯著下降，而2013～2014年又開始上升，3年累計下降了0.048 g/cm3。

田間持水量年平均值在3年的變化中均出現了先升高后下降的現象，不同的是膠木兼優2013年表現為上升，但在三年變化中總體上仍為下降趨勢；抗逆高產2014年理應在2013年的基礎上持續上升，反而出現了下降，但其總體上則表現為上升趨勢；只有RRIM600與預期結果完全一致，土壤容重下降則田間持水量上升，土壤容重上升則田間持水量下降。原因可能是田間持水量的變化受到多個因素的影響，土壤容重只是其中之一，并不能完全決定田間持水量的大小。另外，同一土地利用方式下，相同的土壤質地受外界條件的影響例如耕作、壓實等，其土壤容重的變化不一定相同，以致田間持水量出現了差異。

2.3 土壤容重、田間持水量的關系

由圖4可知，橡膠林下0～20 cm和20～40 cm土壤容重的相關系數r=0.103，p>0. 05；橡膠林下0～20 cm和20～40 cm土壤田間持水量的相關系數r=0.075，p>0. 05。表明橡膠林不同深度土壤容重之間、田間持水量之間為非顯著正相關關系。

由圖5可知，橡膠林下0～20 cm的土壤容重與田間持水量的相關系數r=-0.723**，p<0. 01（*顯著相關P<0.05，**極顯著相關P<0.01）；橡膠林下20～40 cm的土壤容重與田間持水量的相關系數r=-0.551**，p<0. 01。表明2個不同深度的土壤容重與土壤田間持水量之間均存在極顯著負相關關系。

3 討論與結論

3.1 土壤容重、田間持水量變化差異

總體來看，土壤容重、田間持水量均具有一定的季節性變化特征，夏季和秋季較高，春季和冬季較低，每年的變化規律基本一致，但變化幅度有所不同。膠木兼優和抗逆高產橡膠林變化規律顯著，而RRIM600變化規律不顯著且有些凌亂；膠木兼優和RRIM600橡膠林變化波動幅度較大，而抗逆高產橡膠林變化波動幅度較小。與前人研究結論相符，即在不同樹齡、不同土層的橡膠園土壤容重有所差異[8]；田間持水量總體上表現為隨土層深度的增加而減小，表層值明顯大于其他層[9]。

土壤容重變化差異的原因可能是膠木兼優為開割林，隨著橡膠樹樹齡逐年增加，每年大量產膠吸收消耗了土壤中的營養物質，致使土壤肥力下降嚴重，土壤容重也隨之不斷上升，尤其是橡膠樹根系分布較多的深層土，而為了保證生產上的需要在橡膠樹開割前及開割中會增施肥料，表層土因人工施肥，土壤肥力得到及時補充，使得其土壤容重隨之快速上升，所以出現了表層土與深層土波動較大的現象；抗逆高產橡膠林目前為幼林階段，樹齡僅有3～5 a，尚未開割投產，每年僅以砍草、病蟲害防治為主，林下其他雜草叢生、植被豐富，無論是表層土還是深層土均得到了休養，所以2個土層之間的土壤容重相差最小且總體呈下降趨勢；而RRIM600橡膠林雖已開割，但因2011年受寒害嚴重，其中一部分橡膠樹已枯死或者處于休眠期，為防止情況惡化于2012年對部分橡膠樹采取了停割的保護措施，使得該片橡膠林土壤肥力得以恢復，2013年因生產需要開始割膠，土壤容重又隨之升高，所以該橡膠林兩個土層的土壤容重相差幅度處于三片橡膠林的中間水平。此外，本次試驗中3片橡膠林所處的氣候類型及土壤環境基本一致，降低的原因有可能是表層土疏松多孔，土壤容重小，有機質含量較多，而深層土緊密嚴實，土壤容重大，有機質含量較少。

從田間持水量的變化差異來看，膠木兼優表層土田間持水量最大，表明膠木兼優橡膠林表層土土壤有機質含量較多，形成差異的原因主要與橡膠林是否開割以及開割時間長短關系較大，膠木兼優于2009年開割，RRIM600于2008年開割，抗逆高產現處于幼林期尚未開割。其中，膠木兼優受寒害影響相對較輕，近幾年一直保持比較有規律的割膠狀態，管理水平較高，通過不斷人工增肥，表層土的土壤肥力得到補充，而深層土獲得的補充較少，使得其2個土層的田間持水量相差最最大；RRIM600受寒害相對較重，橡膠樹受損嚴重，產膠量大大降低，近幾年處于斷斷續續的割膠狀態，且每年的開割時間較晚（4月底），沒有進行有效人工管理，土壤肥力下降相對滯后，使得其2個土層的田間持水量相差適中；而抗逆高產橡膠林處于休養生息階段，土壤肥力及各項指標得到恢復，其2個土層的田間持水量相差最小。

3.2 土壤容重、田間持水量影響因素

土壤容重是由土壤孔隙和土壤固體的數量來決定的，單位體積自然狀態下，土壤（包括土壤空隙的體積）的干重是土壤緊實度的一個指標，它是影響水分運動和鹽分、養分熱量運移的重要因素，土壤容重與土壤質地、壓實狀況、土壤顆粒密度、土壤有機質含量及各種土壤管理措施息息有關，土地利用對土壤容重也具有重要影響[10-11]，在不同土地利用類型下，土壤容重和質量含水量均有一定的差異[12]。土壤容重大小反映土壤結構、透氣性、透水性能以及保水能力的高低，土壤容重過大，表明土壤緊實，不利于透水、通氣、扎根，并會造成Eh（氧化還原電位）下降而出現各種有毒物質富集危害植物根系；土壤容重過小，又會使有機質分解速度過快，并使植物根系扎不牢而易傾倒[13]。一般耕作層土壤容重1.0～1.3 g/cm3，土層越深則容重越大，可達1.4～1.6 g/cm3，土壤容重越小說明土壤結構、透氣透水性能越好。橡膠樹根系喜疏松透氣的土壤，土壤總孔隙度為45%～60%時，膠根可正常生長，土壤容重在1.2～1.35 g/cm3內適宜吸收根的生長。土壤質地相似的條件下，土壤容重大小可以反映土壤的松緊程度[14]，容重小表明土壤疏松多孔，結構性良好；反之，容重大則表明土壤緊實板硬，缺乏團粒結構。對于作物生長發育來說，土壤過緊，妨礙根系伸展，過松漏風跑墑[15]。一般說來，如果土壤容重較高表明該片土地有退化的趨勢[16]。

田間持水量是土壤的水分常數，是土壤保持水分的一種基本特性，它和土壤一系列的物理、化學性質有關，土壤質地、有機質含量、土壤剖面結構以及地下水埋深等因素均能對田間持水量產生影響[17]。大量的資料表明，影響田間持水量含量的主要因素是土壤的機械組成和土壤容重，因為土壤容重能反應土壤的壘結特性，在一定容重范圍內，田間持水量與土壤容重是密切相關的，表現為線性相關[18]，土壤容重和含水量是影響耕作阻力和能量消耗的主要因素，耕作阻力隨土壤容重的增加呈曲線增加[19]。土壤疏松時總孔隙度增大，大的孔隙增多，小的毛管孔也變成大些的毛管孔；而土壤變緊實時，孔洞尺寸減小，顆粒之間擠得很緊，土壤水分充滿了孔隙。此外，土壤毛細管對于土壤田間持水量的大小也具有重要作用，田間持水量是土壤毛細管達到飽和時的含水量，土壤毛細管可以將地下水主動吸收上來，在地勢高、水位深的地方是毛管懸著水最大含量，但在地下水位高的低洼地區，它則接近毛管持水量。

總之，土壤容重主要受土壤孔隙度的影響，其次，還受到有機質含量、土壤粘粒含量、結構性和松緊度的影響；而田間持水量受土壤有機質含量、土壤質地、土壤松緊狀況以及土壤容重的影響。土壤容重其實就是某個土壤在特定狀況時孔隙度的一種反映，孔隙度變小，土壤的容重變大，持水能力也就相對較低；反之，孔隙度變大，土壤的容重變小，持水能力也就相對較高。

參考文獻

[1] 王慶禮，代力民，許廣山. 簡易森林土壤容重測定方法[J]. 生態學雜志，1996，15（3）：68-69.

[2] 黃昌勇. 土壤學[M]. 北京： 中國農業出版社，2000：67-68.

[3] 徐 寧，吳兆錄，李正玲. 滇西北亞高山不同土地利用類型土壤容重與根系生物量的比較研究[J]. 安徽農業科學，2008，36（5）：1961-1963.

[4] 黃細喜. 土壤緊實度及層次對小麥生長的影響[J]. 土壤學報，1988，25（1）：59-65.

[5] 李潮海，周順利. 土壤容重對玉米苗期生長的影響[J]. 華北農學報，1994，9（2）：49-54.

[6] 李篤仁，高緒科，汪德水. 土壤緊實度對作物根系生長的影響[J]. 土壤通報，1982，3：20-22.

[7] 趙秀蘭. 黑龍江省土壤水分常數的空間分布特征[J]. 黑龍江氣象，2001（4）：8-11.

[8] 王春燕，陳秋波，王真輝. 不同樹齡橡膠人工林土壤生態系統[D]. 海南大學，2011：24-25.

[9] 蔡 福，明惠青，張淑杰，等. 遼寧農田土壤田間持水量的空間變異分析[J]. 氣象與環境學報，2009，25（1）：27-30

[10] Fu B J， Chen L D， Ma K M， et al. The relationships between land use and soil conditions in the hilly area of the Loess Plateau in northern Shaanxi，China[J]. Catena， 2000， 39： 69-78.

[11] Fu B J， Guo X D， Chen L D， et al. Soil nutrient changes due to land use changes in Northern China：a case study in Zunhua County， Hebei Province[J]. Soil Use and Management. 2001，17： 294-296.

[12] 連 剛，郭旭東，傅伯杰，等. 黃土高原小流域土壤容重及水分空間變異特征[J]. 生態學報，2006，26（3）：647-654.

[13] 吳禮樹. 土壤肥料學（第2版）[M].北京：中國農業出版社，2011：72.

[14] 徐友信，劉金銅，李宗珍. 太行山低山丘陵區不同土地利用條件下土壤容重空間變化特征[J]. 中國農學通報，2009，25（03）：218-221.

[15] Hargrave A P，Shaykewich C F. Rainfall induced nitrogen and phosphorus loss from manitoba soil [J]. Canadian Journal of Soil Science， 1997， 77： 59-65.

[16] Lowery B， Swan J， Schumacher T， et al. Physical properties of selected soils by erosion class[J]. Journal of soil and water conservation， 1995， 50（3）：306-311.

[17] 《中國水利百科全書》編輯委員會.中國水利百科全書[M]. 北京：中國水利水電出版社，2006：1366.

[18] 錢勝國. 田間持水量與土壤容重機械組成的相關特性[J]. 土壤通報，1981，05：12-14.

[19] 李汝莘，高煥文，蘇元升. 土壤容重和含水量對耕作阻力的影響[J]. 農業工程學報，1998（1）：81-85.