深挖墾復對錐栗重要農藝性狀及土壤理化性質的影響

江錫兵 楊龍 吳聰連 章平生 龔榜初 賴俊聲

摘 要：為探索錐栗林地高效的土壤管理方式，提升我國錐栗栽培管理技術水平，進而提高其產量、品質以及經濟效益。該研究采用全墾和環墾兩種方式對錐栗林地進行連續4年的深挖墾復，通過測定墾復前后土壤理化性質變化以及錐栗樹體生長、葉片表型和生理特征、結果性狀、產量及品質等重要農藝性狀，統計數據并進行對比分析。結果表明：（1）深挖墾復對錐栗林地土壤理化性質改善效果顯著，兩種墾復方式土壤容重較墾復前降低31.21%及以上（0～30 cm處），土壤含水率、土壤孔隙度、有機質含量以及各種大量元素含量較墾復前和對照均有不同程度的增加，土壤肥力及其保水保肥能力顯著增強。（2）環墾區土壤有機質含量、有效磷含量以及交換性鎂含量高于全墾區，其土壤有機質含量較墾復前增加40.59%，遠高于全墾增加幅度（17.76%），從土壤保肥能力的角度來看，環墾效果優于全墾。（3）土壤肥力的提升增強了其對錐栗葉片的供肥能力，使得葉片含水率、葉綠素含量以及各種礦質元素含量顯著增加，從而提升其光合作用能力。（4）深挖墾復對錐栗樹體生長、結實能力、產量及品質同樣具有顯著的提升效果，其中全墾和環墾區單位面積產量分別是對照的1.75倍和1.33倍，且栗苞總重、單果質量、出籽率、可溶性糖含量以及磷、鉀元素含量顯著高于對照，而空苞率顯著低于對照。綜上，深挖墾復是改良林地土壤和提高錐栗生產力的有效舉措。

關鍵詞： 錐栗， 深挖墾復， 土壤理化性質， 結實能力， 產量， 營養品質

Effects of deep digging and reclamation on important agronomic traits of Castanea henryi and soil physical and chemical properties

JIANG Xibing1， YANG Long2， WU Conglian2， ZHANG Pingsheng1， GONG Bangchu1*， LAI Junsheng2

（ 1. Research Institute of Subtropical Forestry， Chinese Academy of Forestry， Hangzhou 311400， China; 2. Forestry Administration of Qingyuan County， Qingyuan 323800， Zhejiang， China ）

Abstract：To explore the efficient soil management mode of Castanea henryi forest， enhance the cultivation and management level of C. henryi， and further improve its yield， quality and economic benefits. Two ways of whole area reclamation and ring area reclamation were used to carry out deep digging and reclamation for C. henryi woodland soil four years. The changes of soil physical and chemical properties before and after reclamation， the tree growth， leaf phenotype and physiological characteristics， fruiting， yield and quality of C. henryi were measured， and the statistical data were compared and analyzed. The results were as follows： （1） The effect of deep excavation on soil physical and chemical properties of C. henryi forest was remarkable. Soil bulk density of the two reclamations were increased by 31.21% and more （0-30 cm）， and the soil moisture content， soil porosity， organic matter content and various macroeliement content were increased in different degrees， soil fertility and its ability to maintain water and fertilizer had been enhanced significantly. （2） The soil organic matter content， available phosphorus content and exchangeable magnesium content in the ring reclamation area were higher than those in the whole reclamation area， and the soil organic matter content of ring reclamation increased by 40.59% compared with that before reclamation， which was far higher than that of whole reclamation （17.76%）. Those indicated that the effect of ring reclamation was better than that of whole reclamation form the view of soil fertilizer reservation ability. （3） The improvement of soil fertility enhanced its fertilizer supply ability to the chestnut leaves， and the water content， chlorophyll content and various mineral elements contents of leaves were increased significantly， thus enhancing its photosynthesis ability. （4） Deep digging and reclamation also had significant improvement effects on the tree growth， fruiting ability， yield， chestnut weight and its nutritional quality， thereinto， the yield per unit area of whole reclamation and ring reclamation were 1.75 times and 1.33 times as much as the control respectively， and the total weight of chestnut bract， nut weight， seed rate， soluble sugar content， phosphorus and potassium content were significantly higher than the control， while the percentage of empty bracts were significantly lower than the control. In summary， deep digging and reclamation is an effective measure to improve woodland soil and improve productivity of C. henryi.

Key words： Castanea henryi， deep digging and reclamation， soil physical and chemical properties， fruiting ability， yield， nutrition quality

錐栗（Castanea henryi）是我國南方著名的干果和特色經濟林樹種，廣泛分布于秦嶺、淮河以南的浙江、福建、安徽、江西、湖南等14個省（市、區），尤以浙南閩北地區資源最為集中。其堅果似錐形，風味獨特、品質優良，且富含淀粉、可溶性糖、蛋白質以及人體所需的多種維生素和礦質元素，營養價值較高（龔榜初和劉國彬，2013;馬海泉等，2013;Fan et al.， 2015）。目前，我國錐栗人工栽培面積約8萬hm2，年產量為7.5 萬t，每公頃產不足1 050 kg，每公頃產收益不足22 500元，土地利用率、經濟效益等均未得到充分發揮（楊龍等，2018）。除去品種因素外，栽培管理技術落后是限制錐栗產量和效益增長的主要因素，其中土壤管理是錐栗栽培管理中最為重要的一個環節，錐栗樹體生長、養分積累、產量及品質等與土壤管理水平存在極大的關聯（彭小博，2017）。錐栗一般種植于較為貧瘠的山地、丘林地，隨著林分年齡的增長，加之灌溉、施肥、防病蟲和除草藥劑的頻繁使用以及極端干旱天氣等誘因，致使林地土壤板結現象突出，土壤透氣性、保水能力以及有機質含量等逐年降低，甚至出現水土流失、石漠化現象，且對于肥料不能充分吸收和有效利用，從而導致錐栗樹體營養不良、長勢差、產量和品質不佳。

深挖墾復是改善林地土壤結構和肥力的有效舉措，目前已在油茶、核桃等經濟林樹種上廣泛應用（黃應成，2009;姜志娜，2012;費曉康，2013），而在錐栗上雖有少量林地使用該方法，但其對土壤理化性質以及錐栗生長、結實、產量及品質等影響尚缺乏系統性研究。因此，本研究采用全墾和環墾兩種方式對錐栗成林林地進行連續多年的深挖墾復，對其土壤理化性質變化以及錐栗樹體生長、葉片表型和生理特征、結果性狀、產量及品質進行觀測和對比分析，以探索錐栗林地高效的土壤管理方式，為提高我國錐栗栽培管理技術水平、提升錐栗產量和經濟效益提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況和試驗材料

試驗地設在浙江省慶元縣屏都街道洋背村錐栗園區，海拔350 m，土壤為黃壤土，肥力較差;錐栗嫁接苗種植于2006年春季，栽植密度4 m × 4 m，主要品種為浙江省審定良種‘早香栗’，配置少量授粉樹品種;田間管理條件一般，因長期未進行深翻等撫育管理，土壤板結嚴重，透氣性和保水能力較差。

1.2 方法

試驗于2014年1月至2017年12月進行，歷時4 a，采用全墾（以樹體基部為中心，半徑1 m圓形以外區域）和環墾（樹冠滴水線處寬2 m的環形區域）兩種方式（處理）對錐栗林地進行深挖墾復，挖地深度為40～50 cm，以不墾復作為對照;采用隨機區組試驗，每種處理設置0.1 hm2的錐栗成林，3次重復。

1.2.1 土壤取樣 采用“S”形取樣方法，每處理選取5個樣方，3次重復，試驗開展前設置好取樣位置，釘立木樁作為標記;采用長度30 cm、直徑4.5 cm的圓柱形不銹鋼管進行取樣，每個樣方分別采集地面水平線以下0～30 cm處和30～60 cm處的土樣，取樣后立即稱量濕重，分別裝入塑料袋并做好標記;取樣時間分別為2014年1月（墾復前）和2017年12月（試驗開展第4年）。

1.2.2 土壤理化指標測定 土樣采集后帶回實驗室進行烘干處理，烘干至恒重后分別稱量土壤干重;根據土樣濕重、干重和體積測算土壤含水率和土壤容重，用比重瓶法測定土壤比重;土樣有機質含量、水解性氮、有效磷、速效鉀、交換性鈣、交換性鎂及pH值分別參照LY/T 1237-1999、LY/T 1228-2015、LY/T 1232-2015、LY/T 1234-2015、LY/T 1245-1999、LY/T 1245-1999及 LY /T 1239-1999測定。

1.2.3 葉片取樣及其表型、生理指標測定 2017年7月份葉片營養元素穩定時，采集兩種墾復處理和對照區的錐栗葉片，采樣時期和方法參照劉同祥等（2017），每種處理隨機選取5～10株生長發育較為一致、無病蟲害的錐栗大樹，從樹體中上部四周采集30～50片完整的功能葉片，帶回實驗室進行表型和生理指標測定。葉片的長度、寬度、葉形指數、葉面積等用CI-202便攜式葉面積儀測量，葉柄長度用游標卡尺測量，葉片濕重用百分之一天平稱量，測量完成后對葉片進行烘干處理，烘干至恒重后稱量干重，計算比葉重和葉片含水率;葉綠素含量和類胡蘿卜素含量測定參照王文杰等（2009）;葉片可溶性糖含量用蒽酮比色法;葉片氮含量測定參照范志影等（2007）;葉片磷含量、鉀含量、鈣含量及鎂含量測定參照LY/T 1270-1999。

1.2.4 樹體生長、結果及產量調查測定 2017年8—9月對不同墾復處理和對照區錐栗樹體生長、結果性狀及產量進行觀測，每種處理每區組選取15株生長發育較為一致、無病蟲害的錐栗大樹，3次重復;樹體生長、結果性狀及產量等均以單株為測量單位，每種處理取45株樹的平均數。

1.2.5 果實表型及營養品質指標測定 2017年9—10月對錐栗果實表型及營養品質指標進行測定，每種處理隨機選取5～10株生長發育較為一致、無病蟲害的錐栗大樹，從樹體中上部四周采集30～50個飽滿、無病蟲害的成熟栗苞，帶回實驗室進行表型和營養品質指標測定。淀粉含量、可溶性糖含量測定用蒽酮比色法;蛋白質、磷、鉀、鈣、鎂及氨基酸總量分別參照GB 5009.5-2010、GB/T 5009.87-2003、GB/T 5009.91-2003、GB/T 5009.268-2016、GB/T 5009.90-2003及GB/T 8314-2013測定。

1.3 數據分析

采用Excel表格對原始數據進行錄入和統計，并計算不同性狀或指標的平均值;利用SAS 8.2軟件中多重比較（Duncan法）和簡單相關系數（Pearson積矩相關系數）程序包對統計數據分別進行多重比較和相關性分析。

2 結果與分析

2.1 不同墾復方式對林地土壤理化性質的影響

深挖墾復對錐栗林地土壤改善效果較為顯著， 表1為深挖墾復第4年兩種墾復方式試驗區、對照區以及墾復前土壤理化性質測定分析結果。從表1可以看出，全墾和環墾試驗區第4年土壤含水率、土壤孔隙度、有機質含量以及各種礦質元素含量等較對照區和墾復前均有不同程度的增加，而土壤容重較對照區和墾復前卻有所降低。其中，全墾和環墾試驗區0～30 cm處土壤含水率較墾復前分別提高58.46%和34.09%，較對照區分別提高108.65%和76.56%;土壤容重較墾復前分別降低35.46%和31.21%，較對照區分別降低31.58%和27.07%;土壤孔隙度較墾復前分別提高33.71%和28.37%;有機質含量較墾復前分別提高17.76%和40.59%;全墾區和環墾區0～30 cm處土壤水解性氮、有效磷、速效鉀、交換性鈣、交換性鎂等礦質元素含量顯著高于對照區和墾復前，其中兩種墾復區的速效鉀含量是對照區的3倍以上，交換性鎂含量是對照區的2倍。此外，全墾和環墾試驗區的土壤pH值明顯高于對照區和墾復前。分析結果充分表明深挖墾復不僅能夠改善土壤透氣性、增加土壤含水率和有機質含量，而且能夠促進林地土壤對肥料的有效吸收和合理利用。

2.2 不同墾復方式對錐栗葉片表型及生理特征的影響

從表2可以看出，全墾、環墾試驗區及對照區錐栗葉片長度、葉片寬度、葉形指數、葉面積等性狀均值差異均不顯著，而葉柄長度、比葉重、含水率等性狀存在顯著差異。其中，比葉重以全墾區最高（達85.52 g·m-2），環墾區為其次，均顯著高于對照區;葉片含水率以環墾區最高（為57.18%），全墾區為其次，對照區僅有43.63%。

從表3可以看出，不同墾復試驗區錐栗葉片各項生理指標均存在差異，其中類胡蘿卜素含量、鈣含量及鎂含量在不同試驗區之間差異均達到顯著水平，而葉綠素總量、葉綠素a/b、可溶性糖含量、氮含量、磷含量及鉀含量在部分試驗區之間卻存在顯著差異。除葉綠素a/b指標外，全墾和環墾試驗區錐栗葉片其余各項生理指標均高于或顯著高于對照區。

2.3 不同墾復方式對錐栗樹體生長、結果及產量的影響

對不同墾復試驗區第4年錐栗樹體生長、結果及產量情況（表4）進行調查統計發現，錐栗的樹高在全墾區、環墾區及對照區差異不顯著，而地徑和冠幅面積卻在環墾區大于全墾區和對照區，且環墾區與全墾我差異顯著。不同墾復試驗區與對

照區錐栗結果性能存在差異，其中全墾和環墾試驗區結果枝數、結果數顯著大于對照區;空苞率以對照區最高，顯著高于全墾和環墾試驗區;單位面積產量以全墾試驗區最高（達0.21 kg·m-2），其次為環墾試驗區，均顯著高于對照。這表明全墾及環墾方式對錐栗結實能力和產量有一定的提升效果。

2.4 不同墾復方式對錐栗果實表型及營養品質的影響

從表5可以看出，不同墾復試驗區錐栗果實表型性狀均存在差異， 其中栗苞總重在不同試驗區

差異達到顯著水平，排列順序為全墾>環墾>對照，全墾和環墾試驗區單果質量、堅果橫徑、堅果縱徑、出籽率大于或顯著大于對照區，而出仁率在不同試驗區差異不顯著，堅果含水率則以對照區最高，顯著高于全墾和環墾區。

由表6可知，可溶性糖含量、磷含量在不同試驗區均存在顯著差異，均以全墾區最高，其次為環墾區;全墾和環墾試驗區錐栗堅果淀粉含量、鉀含量、鎂含量及氨基酸總量均高于或顯著高于對照區，而蛋白含量、鈣含量在不同試驗區差異不顯著。

2.5 土壤理化性狀與錐栗生長、結果、葉片和果實表型以及營養品質的相關性分析

對不同墾復試驗區0～30 cm處土壤理化性狀與錐栗生長、結果、葉片和果實表型以及營養品質性狀等進行相關性分析，結果如表7所示。從表7可以看出，除土壤容重外，土壤其余各項理化指標兩兩之間均為正相關關系，其中土壤孔隙度與水解性氮含量正相關達到顯著水平，而土壤容重與土壤孔隙度、水解性氮含量負相關分別達到極顯著和顯著水平。

錐栗葉片表型及生理指標與土壤理化指標相關性分析結果中，除葉柄長度和葉綠素a/b外，葉片其余性狀與土壤容重均呈負相關關系，其中葉片可溶性糖含量、鈣含量與土壤容重負相關達到顯著水平;此外，葉片長度與土壤pH值呈顯著正相關，葉柄長度與土壤交換性鈣含量呈顯著負相關，葉綠素a/b與土壤速效鉀含量呈顯著負相關，葉片可溶性糖含量與土壤孔隙度、速效鉀含量呈顯著正相關，葉片磷含量與土壤交換性鎂含量、葉片鉀含量與土壤pH值均呈顯著正相關，葉片鈣含量與土壤孔隙度、水解性氮含量正相關分別達到顯著和極顯著水平。

錐栗樹體生長、 結果及產量性狀與土壤理化

指標相關性分析結果中，除樹高和空苞率外，其余指標與土壤容重均呈負相關關系;此外，結果數與土壤含水率、地徑與土壤有機質含量正相關分別達到顯著和極顯著水平，而空苞率與土壤孔隙度、水解性氮含量分別為顯著和極顯著負相關關系。

錐栗果實表型性狀及營養品質指標與土壤理化指標相關性結果顯示，除堅果含水率和蛋白含量外，其余指標均與土壤容重呈負相關關系;此外，單果質量、淀粉含量與土壤含水率正相關分別達到極顯著和顯著水平，栗苞總重與土壤交換性鈣含量、淀粉含量與水解性氮含量正相關均達到顯著水平，而堅果含水率與土壤速效鉀含量則為顯著負相關關系。

3 討論

土壤是果樹生長發育所需水分、有機質及營養元素的主要來源，果園土壤管理是果樹栽培領域的重要內容和基礎。科學的果園土壤管理方式和優良的土壤理化性質，能為果樹根系的生長發育提供良好的水、肥、氣、熱環境，可以維持和提高土壤肥力，從而促進果樹生長發育，提高果品產量和質量（張猛，2004;孫霞等，2011;李艷麗等，2012）。

本研究中，連續多年的深挖墾復對于錐栗林地土壤改善效果較為顯著，其中最為直接的影響是土壤容重大大降低，土壤有機質含量顯著增加。土壤容重即田間自然壘結狀態下單位容積土體（包括土粒和孔隙）的質量或重量，深挖墾復改變了原有錐栗林地表層和深層的土壤結構，使得單位容積土體重量降低，土壤孔隙度顯著增加，土壤變得疏松，透氣性增強，從而利于根系汲取養分，這與樊建瓊（2014）的研究結果一致;同時，墾復將大量的雜草灌木翻入深層土壤中，并通過在土壤中降解、轉化，形成腐殖質，從而為土壤提供了大量的碳源，土壤有機碳的分解又可以為林分提供大量的養分，使得土壤中的有機質含量等不斷提高（劉廣路等，2011），本文中全墾和環墾區土壤有機質含量較墾復前和對照區大幅提高則很好地印證了這一結果。有機質是果樹生長發育的重要能量來源和營養源，是旱地果園肥力的基礎，通常作為土壤肥力水平高低的一個重要指標（魏樹偉等，2015;沈一凡，2016），因此，通過深挖墾復不斷提高土壤有機質含量是增加土壤肥力和促進果樹高產穩產的重要舉措，亦是行之有效的方法。此外，全墾和環墾區土壤水解性氮、有效磷、速效鉀、交換性鈣以及交換性鎂等元素含量均高于墾復前和對照區，表明墾復區土壤對各種肥料能夠進行有效吸收、貯存和利用，進一步證實了深挖墾復改良土壤的顯著作用。有趣的是，文中環墾區土壤有機質含量、有效磷含量以及交換性鎂含量高于全墾區，其中全墾和環墾區土壤有機質含量（第4年）分別為20.2 g·kg-1和23.9 g·kg-1，較墾復前分別提高17.76%和40.59%，推測其可能原因是全墾區墾復面積大于環墾區，較大的墾復面積加速了養分的消耗，不利于養分的積累，這與吳起明（2003）的研究結論相似。因此，從土壤保肥能力的角度來看，環墾效果可能好于全墾。

葉片是植物進行光合作用的主要器官，合成有機物為根系從外界吸收水分和礦質營養提供動力，并具有蒸騰作用，葉片主要表型和生理特征，直接影響其光合作用能力和效率（滕守振等，2017）。本研究結果顯示，多年的深挖墾復對于錐栗葉片主要表型、葉綠素含量以及各種礦質元素含量的提升具有顯著效果，其中全墾和環墾區錐栗葉片含水率分別達到51.10%和57.18%，顯著高于對照區（43.63%），葉綠素含量、可溶性糖含量以及氮、磷、鉀等礦質元素含量同樣高于或顯著高于對照區。有研究表明，土壤養分的充足供應能顯著提高錐栗葉片蛋白和葉綠素含量，并極大地促進其光合作用能力（徐鳳蘭和胡哲森，2001）;氮、磷、鉀均參與植物的光合作用，其中氮被稱為“生命元素”，是葉綠素及葉綠素蛋白的重要組分，直接參與光合作用，從而影響到光合作用及干物質積累，冷華妮等（2009）研究表明，隨氮水平的增加，在一定范圍內植物的葉綠素含量及凈光合速率呈上升趨勢;磷參與光合磷酸化，控制葉片中碳水化合物代謝及蔗糖外運，供磷充足，葉片當日光合輸出是缺磷的1.5倍，葉功能明顯增強（田壽樂等，2015）。深挖墾復通過改變錐栗林地土壤的理化性質和增加土壤肥力，繼而增強了對錐栗葉片的供肥能力，使得葉片能更好地進行光合作用，而葉片通過光合作用產生動力又促使錐栗根系吸收和貯存更多的養分，是一個良性循環往復的過程。

多年的深挖墾復對于錐栗樹體生長、結實能力、單位面積產量以及栗果質量和營養品質的提升同樣具有顯著的作用。其中，環墾區錐栗樹地徑和冠幅面積分別達到18.2 cm和27.1 m2，分別較對照提高了7.69%和8.40%，而單位面積產量、堅果淀粉含量、可溶性糖含量以全墾區最高，其單位面積產量更是高達0.21 kg·m-2，為對照區的1.75倍，且全墾和環墾區錐栗空苞率顯著低于對照區。費曉康（2013）研究表明，成林墾復顯著提高了核桃樹高、冠幅、結果數、單果重及其單株產量，其中墾復核桃結果數和單株產量分別是未墾復的1.96倍和1.80倍;黃銘利等（2004）研究表明，林地墾復對錐栗單株產量提升效果顯著，三種墾復方式單株產量較未墾復均增長80%以上。本研究相關性分析結果顯示，除堅果含水率和蛋白質含量外，錐栗單位面積產量、果實表型及營養品質性狀與土壤含水率、土壤孔隙度、有機質以及各種元素含量均呈現出正相關關系。深挖墾復提高了土壤有機質含量，使得土壤氮、磷、鉀等礦質元素均衡供應。胡衛濱等（2014）研究表明，土壤有機質與氮、磷、鉀含量對板栗產量均有促進作用，其中有機質對板栗產量直接作用最大。氮、磷、鉀是植物生長發育必需的大量營養元素，在植物生命活動中具有不可替代的作用，并與生態系統中碳、水、磷、硫等營養元素間存在明顯的耦合作用（浙江農業大學，1991），其中氮對促進果樹營養生長的作用明顯，磷、鉀肥對增強樹勢、提高果實品質具有顯著效果，如磷充足可使細胞可溶性糖和磷脂含量增加（劉振巖和李震三，2000），鉀可促進果實糖分積累（何忠俊等，2002）。深挖墾復使得土壤理化性質以及涵養水源、保肥供肥能力和養分有效性等同步提高，土壤結構和肥力的改善，有效地促進了錐栗樹的生長、結實能力和果實生長發育，從而顯著提高單位面積產量以及果實淀粉、可溶性糖等營養物質含量，是錐栗維持較高生產力的保障。

4 結論

兩種墾復方式對錐栗林地土壤改良效果顯著，墾復第4年土壤容重大幅降低，土壤有機質含量顯著提升，土壤肥力及其保水保肥能力顯著增強，其中環墾方式土壤保肥能力優于全墾方式;土壤肥力的提升繼而增強了其對錐栗樹體、結果枝以及葉片的供肥能力，使得葉片葉綠素含量等顯著提高并有利于光合作用，且有效促進了錐栗樹體生長發育，顯著提高了錐栗結果性能、產量以及栗果質量和營養品質，其中全墾和環墾區單位面積產量分別是對照的1.75倍和1.33倍，且空苞率大幅降低。綜上，深挖墾復是改良林地土壤和提高錐栗生產力的有效舉措。

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