巨尾桉人工林下種植小葉錦雞兒對土壤質量的影響研究

鐘愛清

巨尾桉人工林下種植小葉錦雞兒對土壤質量的影響研究

鐘愛清

（寧德市農業科學研究所，福建 福安 355017）

2017年5月，對福建省福安市不同土地利用類型（撂荒地、5年生巨尾桉Eucalyptus grandis×E. urophylla人工林、巨尾桉人工林+小葉錦雞兒3 種Caragana microphylla林）土壤的理化性質進行分析，利用土壤退化指數（SDI）評價樣地土壤質量。結果表明，0 ～ 30 cm的土壤容重：撂荒地>巨尾桉人工林>巨尾桉人工林+小葉錦雞兒，總孔隙度：桉樹人工林+小葉錦雞兒>巨尾桉人工林>撂荒地，含水量、有機碳、全氮、堿解氮、有效磷和速效鉀含量：巨尾桉人工林+小葉錦雞兒>撂荒地>巨尾桉人工林；SDI：巨尾桉人工林+小葉錦雞兒（0.167）>撂荒地（0）>巨尾桉人工林（-0.130）。因此巨尾桉林地土壤質量不同程度的退化情況，可以通過在巨尾桉人工林下種植小葉錦雞兒修復土壤，提高土壤質量。

巨尾桉；人工林；小葉錦雞兒；土壤理化性質；土壤退化指數；

桉樹是桃金娘科Myrtaceae桉屬Eucalyptus樹種的統稱，桉樹原產于澳大利亞及其周圍島嶼，是世界三大速生樹種之一[1]。相關研究顯示，目前我國桉樹人工林面積達到260萬hm2，主要集中在廣西、廣東、海南和福建等地[2]。桉樹人工林大規模推廣種植為促進社會經濟發展，提高農民的收入作出了重要的貢獻[3]，但是桉樹人工林大規模的發展在帶來巨大經濟效益和社會效益的同時也引發了諸多生態環境問題的爭論[4-5]；由于桉樹生長迅速、生長周期相對較短，生長過程中對水、土壤養分的需求量大，因此被形象的稱為“抽水機”和“抽肥機”[6-7]；此外，桉樹人工林地表的植被層少，枯枝落葉種類少和層面薄[8]，加上土壤結構的破壞，很易出現下雨時大量的水土沖刷現象，造成水土流失[9]，因此，觀察桉樹人工林地的土壤質量變化成為土壤學研究的熱點之一[10-11]。

小葉錦雞兒Caragana microphylla屬豆科Leguminosae錦雞兒屬Caragana灌木，具有耐寒、抗旱、耐貧瘠等特點[12-13]，作為一種優良的固沙植物被廣泛應用于中國“三北”地區的荒漠化治理，防風固沙，改良土壤質量[14-16]，并取得很好的效果[17-18]。因此，在福建省福安市將小葉錦雞兒間種于5年生巨尾桉Eucalyptus grandis×E. urophylla人工林，研究3 a后對土壤質量的影響，旨在為桉樹人工林土壤質量改善提供參考，同時為當地發展林下經濟提供選擇依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

試驗地位于福建省福安市城陽鎮化蛟村，27°01'46'' ～ 27°01'49'' N，119°41'47'' ～ 119°41'5'' E；海拔 81 ～ 99 m，屬中亞熱帶海洋性季風氣候，光照充足，雨水充沛，年平均氣溫15.0 ～ 20.0℃，年降水量1 350 ～ 2 050 mm，降雨量集中于春夏季。年日照時數1 905.82 h，全年無霜期230 ～ 300 d，年平均相對濕度78% ～ 84%；土壤為紅壤，土層厚度超過1 m。

1.2 研究方法

1.2.1 樣地設置與樣品采集

1.2.1.1 樣地設置 2014年1月，按照撂荒地、巨尾桉人工林地、巨尾桉人工林+小葉錦雞兒樣地分別設置面積為20 m×20 m的實驗對比區域，3個重復，共9個小區。

撂荒地。與巨尾桉人工林地種植前屬同一時期的荒地，地上植被主要有：楓香樹Liquidambar formosana，杉木Cunninghamia lanceolata，油茶Camellia oleifera，紫軸鳳尾蕨Pteris aspericaulis，水楊梅Adina rubella，芒萁Dicranopteris dichotama，木油桐Vernicia montana，玉葉金花Mussaenda pubescens，五節芒Miscanthus floridulus，貫眾Cyrtomium fortunei ，菝葜Smilax china，鹽膚木Rhus chinensis等。

巨尾桉人工林地。5年生巨尾桉樹人工林，平均胸徑約為17 cm，郁閉度約為0.75，行距200 cm，株間距300 cm。

巨尾桉人工林+小葉錦雞兒林地。2014年1月，在5年生巨尾桉人工林下去除林下的雜灌草，并按照行距50 cm，株間距60 cm套種小葉錦雞兒，3 a后小葉錦雞兒平均株高約為95 cm，平均冠幅約為81 cm。

1.2.1.2 樣品采集 2017年5月，每個實驗區域隨機布置5個采樣點，每個樣點采集30 cm厚度土壤，混均，裝入自封袋及時帶回實驗室，取一部分用于測定含水率，其余過 2 mm 土壤篩，取部分過篩的土壤風干并研磨過0.149 mm 篩，用于測定土壤有機碳、全氮、水解性氮、有效磷和速效鉀。同時采集環刀樣來測定土壤容重和孔隙度。

1.2.2 分析方法 土壤密度、孔隙度用環刀法測定；pH值采用土水為1:2.5的比例浸提，電位法測定；全氮采用凱氏定氮法測定；水解氮采用堿解擴散法測定；有效磷采用HCL-HF浸提，鉬銻抗比色法測定；速效鉀采用乙酸銨浸提，火焰光度計法測定[19]。

1.2.3 土壤退化指數的計算 土壤退化指數（Soil Degadation Index, SDI）是評價土壤質量變化的重要指標之一，主要是通過對比不同土地利用類型樣地的土壤屬性與基準樣地的土壤屬性之間的差異，判斷土壤質量的變化[20]。

本文采用Adejuwon提出的土壤退化指數公式計算，以撂荒地為基準樣地，評價巨尾桉人工林地、巨尾桉人工林+小葉錦雞兒的土壤質量變化。其計算公式如下：式中，SDI為土壤退化指數，Xi是土壤質量指示的物理和化學因子，是撂荒地狀態下土壤物理化學因子的基準值。但由于高的土壤容重值通常表明土地有退化的趨勢，因此，在實際計算中土壤的容重屬性的差值需采用相反數值[21]。土壤退化指數存在正負值，其負數表明土壤退化，而正值表明土壤質量有所改善[22]。

1.3 數據處理

用SPSS 19.0軟件對數據進行處理，對不同樣地間土壤物理和化學指標進行單因素方差分析，差異性比較采用Duncan檢驗。

2 結果與分析

2.1 不同土地利用方式土壤理化性質

2.1.1 不同土地利用方式土壤物理性質 由表1可知，相對于撂荒地，巨尾桉人工林、巨尾桉人工林+小葉錦雞兒土壤表層的土壤容重極顯著降低（P<0.01），表層土壤總孔隙度極顯著提高（P <0.01）；3個不同樣地間的土壤含水量差異達到極顯著（P <0.01），巨尾桉桉人工林+小葉錦雞兒土壤的含水量為32.03%，較撂荒地和巨尾桉人工林分別提高了58.09%和103.6%，而巨尾桉人工林較撂荒降低了22.36%。

表1 各樣地土壤理化性狀檢測結果Table 1 Soil physical and chemical properties in different sample plots

2.1.2 不同土地利用方式土壤化學性質 由表1還可以看出，3個樣地之間的有機質含量、水解性氮和速效鉀的差異均達到極顯著（P <0.01）；巨尾桉人工林+小葉錦雞兒樣地的土壤全氮與巨尾桉人工林差異極顯著（P<0.01），與撂荒地的土壤全氮則差異顯著（P <0.05），但巨尾桉人工林與撂荒地之間差異不顯著；此外，巨尾桉人工林的土壤有效磷含量與撂荒地和巨尾桉人工林+小葉錦雞兒樣地差異均達到極顯著（P <0.01），而撂荒地和巨尾桉人工林+小葉錦雞兒樣地之間差異不顯著。

巨尾桉人工林+小葉錦雞兒樣地的土壤有機質含量為 27.02 g·kg-1，全氮為 1.20 g·kg-1，水解性氮為 131.12 mg·kg-1，有效磷為0.82 mg·kg-1，速效鉀49.0 mg·kg-1，較撂荒地分別提高了34.23%，12.15%，11.20%，5.13%和15.24%；較巨尾桉人工林分別提高了56.82%，22.45%，142.63%，28.13和50.82%；而巨尾桉人工林則較撂荒地分別降低了14.41%，8.41%，54.17%，17.95和23.59%。

2.2 SDI的計算結果

以撂荒地土壤物理化學性質的基準值為對照，按照公式（1）分別計算巨尾桉人工林和巨尾桉人工林+小葉錦雞兒條件下的SDI（表1）。結果顯示，巨尾桉人工林樣地的SDI為負值（-1.30），巨尾桉人工林+小葉錦雞兒樣地的SDI為正值（1.67）。

3 結論與討論

土壤容重和總孔隙度是土壤重要的物理性質，關系著土壤水、氣運動以及對植被養分的供應。有研究表明，植物的根系及土壤中微生物活動可以降低土壤的容重，提高土壤的總孔隙度[23-24]。本研究結果表明，在巨尾桉人工林下套種小葉錦雞兒能起到疏松土壤、降低土壤容重、增強土壤蓄水能力、增加土壤孔隙度的作用。這與小葉錦雞兒本身具有強大的根系有關；同時，小葉錦雞兒的枯落物也對雨滴起到緩沖和吸附水分的作用，使土壤免受雨水的直接沖擊，利于水分滲入土壤，也增強了土壤的保水性能。本研究的3種不同土地利用方式的pH值的差別很小，僅巨尾桉人工林+小葉錦雞兒樣地的略高，但都在福安地區土壤pH值的范圍值之內[25]，可能由于生態大環境（地區降水量等）差異性小，使得三者之間的土壤pH值差異不大。

土壤中的有機質和氮、磷、鉀元素是土壤養分循環的核心[26]，它們在土壤中含量的豐缺是衡量土壤質量的重要指標，土壤養分元素含量對植物的生長、土壤中微生物的活動都具有重要的意義[27]。賀山峰等[16]研究顯示，種植小葉錦雞兒后，土壤中的有機碳、全氮、堿解氮、全磷、有效磷和有效鉀含量均有不同程度增加, 尤以表層增加幅度最大，且小葉錦雞兒灌叢對養分有明顯的富集效應。本研究結果表明，3種不同土地利用方式的土壤養分差異顯著，巨尾桉人工林下套種小葉錦雞兒的有機質、全氮、水解性氮、有效磷、速效鉀含量比撂荒地和巨尾桉人工林有明顯的提高。可能小葉錦雞兒的根系對提高土壤肥力有積極的影響[28-30]，根部大量的根瘤菌具有固氮作用[31]，固定空氣中的游離態氮；同時，種植小葉錦雞兒后，土壤中的生物量的增加，生物活動一定程度上也有利于土壤養分的積累；另外，種植小葉錦雞兒增加了林下植被的枯落物數量，有利于土壤養分的補充，且增強了抗水土流失的能力，從而有效地降低了土壤養分的流失[32]。

本研究結果表明，巨尾桉人工林的土壤質量呈現出一定程度的退化，但間種小葉錦雞兒可以土壤理化性狀，有效提高土壤質量。

用于評價土壤質量的土壤屬性指標很多，除了理化指標外，還有土壤機械組成、土壤鹽分等以及生物指標如土壤微生物生物量碳、過氧化氫酶活性等，今后將對不同用地方式土壤的其他屬性進行研究。

[1] 蔡博峰. 中國人工林占世界三成[J]. 森林與人類，2011，10：92－95.

[2] 項東云，陳健波，葉露，等. 廣西桉樹人工林發展現狀、問題與對策[J]. 廣西林業科學，2006，（04）：195－201.

[3] 黃承標. 桉樹生態環境問題的研究現狀及其可持續發展對策[J]. 桉樹科技，2012，29（3）：44－47.

[4] 黃自偉. 桉樹人工林生態問題及發展思路探究[J]. 現代園藝，2012，（12）：17.

[5] Mckiernan A B，Hovenden M J，Brodribb T J，et al. Effect of limited water availability on foliar plant secondary metabolites of two Eucalyptus species[J]. Environ Exp Bot，2014，105：55－64.

[6] 于福科，黃新會，王克勤，等. 桉樹人工林生態退化與恢復研究進展[J]. 中國生態農業學報，2009（02）：393－398.

[7] 王力朋，齊濤，羅燕，等. 河源地區桉樹人工林土壤肥力和土壤區劃研究[J]. 中國農學通報，2013（10）：28－34.

[8] 劉飛鵬，曾曙才，莫羅堅，等. 尾葉桉人工林改造對土壤和凋落物持水效能的影響[J]. 生態學雜志，2013，32（5）：1111－1117.

[9] 羅興錄，樊吳靜，楊鑫，等. 不同植被下水土流失研究[J]. 中國農學通報，2013，29（29）：162－165.

[10] 陳超凡，吳水榮，覃林，等. 南亞熱帶典型鄉土闊葉人工林土壤微生物碳源利用及功能多樣性[J]. 生態學雜志，2016，35（5）：1132－1139.

[11] 張凱，鄭華，歐陽志云，等. 施氮對桉樹人工林生長季和非生長季土壤溫室氣體通量的影響[J]. 生態學雜志，2015，34（7）：1779－1784.

[12] 阿拉木薩，蔣德明，裴鐵璠. 科爾沁沙地人工小葉錦雞兒植被水分入滲動態研究[J]. 生態學雜志，2004，23（1）：56－59.

[13] Su Y Z，Zhao H L. Soil properties and plant species in an age sequence of Caragana microphylla plantations in Horqin Sand Land, north of China[J]. Ecol Engin，2003，20（3）：223－235.

[14] 曹有成，蔣德明，全貴靜，等. 科爾沁沙地小葉錦雞兒人工固沙區土壤理化性質的變化[J]. 水土保持，2004，18（6）：108－111.

[15] 李宗超，胡霞. 小葉錦雞兒灌叢化對退化沙質草地土壤孔隙特征的影響[J]. 土壤學報，2015，52（1）：242－248.

[16] 賀山峰，王娟，邱蘭蘭，等. 科爾沁沙地小葉錦雞兒群落保育土壤作用的研究[J]. 水土保持通報，2009（03）：73－77.

[17] 蔣德明，曹有成，押田敏雄，等. 科爾沁沙地小葉錦雞兒人工林防風固沙及改良土壤效應研究[J]. 干旱區研究，2008，25（5）：653－658.

[18] 曹成有，姚金冬，韓曉姝，等. 科爾沁沙地小葉錦雞兒固沙群落土壤微生物功能多樣性[J]. 應用生態學報，2011，22（9）：2309－2315.

[19] 鮑士旦. 土壤農化分析（第三版）[M]. 北京：中國農業出版社，2000.

[20] Adejuwon J O，Ekanade O. A. comparison of soil properties under different landuse types in a part of the Nigerian cocoa belt[J]. Catena，1988，15（3）：319－331.

[21] Lowery B，Swan J，Schumacher T，et al. Physical properties of selected soils by erosion class[J]. J Soil Water Conserv，1995，50（3）：306－311.

[22] 尹剛強，田大倫，方晰，等. 不同土地利用方式對湘中丘陵區土壤質量的影響[J]. 林業科學，2008，44（8）：9－15.

[23] Burylo M，Hudek C，Rey F. Soil reinforcement by the roots of six dominant species on eroded mountainous marly slopes (Southern Alps,France)[J]. Catena，2011，84（1－2）：70－78.

[24] 劉晚茍，山侖，鄧西平. 植物對土壤緊實度的反應[J]. 植物生理學報，2001，37（3）：254－260.

[25] 劉義平. 福安市耕地土壤肥力狀況及改良途徑[J]. 江西農業學報，2009，21（8）：61－63.

[26] 王興祥，張桃林，張斌. 紅壤旱坡地農田生態系統養分循環和平衡[J]. 生態學報，1999，19（3）：335－341.

[27] Schoenholtz S H，Van M H，Burger J A. A review of chemical and physical properties as indicators of forest soil quality: challenges and opportunities[J]. For Ecol Manag，2000，138（1–3）：335－356.

[28] 梁銀麗，陳培元. 土壤水分和磷營養對小麥根系生長生理特性的影響[J]. 西北植物學報，1994，14（5）：56－60.

[29] 宋海星，李生秀. 根系的吸收作用及土壤水分對硝態氮、銨態氮分布的影響[J]. 中國農業科學，2005，38（1）：96－101.

[30] 林成芳，彭建勤，洪慧濱，等. 氮、磷養分有效性對森林凋落物分解的影響研究進展[J]. 生態學報，2017，37（1）：54－62.

[31] 劉永秀，張福鎖，毛達如，等. 根際微生態系統中豆科植物—根瘤菌共生固氮及其在可持續農業發展中的作用[J]. 中國農業科技導報，1999，1（4）：28－33.

[32] 張宇清，朱清科，齊實，等. 梯田埂坎立地植物根系分布特征及其對土壤水分的影響[J]. 生態學報，2005，25（3）：500－506.

Effect of Interplanting Caragana microphylla in Eucalyptusgrandis x E.urophylla Plantation on Soil Quality

ZHONG Ai-qing
（Ningde Agriculture Institute of Fujian, Fu’an 355017, China）

Determinations were carried out on soil physio-chemical properties of different land use types, such as abandoned land （A）, pure 5-year Eucalyptus grandis × E. urophylla plantation（B）and E. grandis × E. urophylla interplanted with Caragana microphylla（C）in Fu’an, Fujian province in 2017. Soil quality was evaluated by soil degradation index. The results showed that the soil bulk density at 0 - 30 cm soil layer of tested sample plots was ordered by A> B> C, total porosity by C> B>A, pH, water content, organic carbon, total nitrogen, available nitrogen, available phosphorus and available potassium content by C >A >B. The SDI was C (0.167) > (0) >B(-0.13). The experiment concluded that pure E. grandis × E. urophylla plantation had the worse soil quality in the tested 3 land types. Interplanting of C. microphylla could restore and improve soil quality.

Eucalyptusgrandis × E.urophylla; plantation; Caragana microphylla; soil properties; soil degradation index

S158.3；F301.24

A

1001-3776（2017）05-0061-05

10.3969/j.issn.1001-3776.2017.05.010

2017-05-13 ；

2017-07-18

福建省重點項目“豆科植物錦雞兒對桉樹林下土壤的修復技術應用”（2014S01040110）

鐘愛清，高級農藝師，從事民間藥草的調查、收集、保存、繁殖、組培等研究；E-mail：394226911@qq.com。