山核桃人工林土壤肥力研究進展

胡穎檳，金 錦，童志鵬，吳家森

（1. 浙江農林大學 環境與資源學院，浙江 杭州 311300；2. 杭州市臨安區農業農村局，浙江 杭州 311300）

山核桃Carya cathayensis是中國特有的木本糧油樹種，主要分布于浙皖交界天目山區的浙江省杭州市臨安區和安徽省寧國市，其果實具有良好的營養保健作用和重要的經濟價值，在主產區，山核桃產業的收入占林農收入的60%～70%[1?2]。由于在經營過程中長期過度施肥，且為清除林下植被采收方便而大量施用除草劑，山核桃人工林出現土壤酸化、養分供應水平失衡、水土流失嚴重等環境問題。土壤肥力水平高低對山核桃林分的抗病能力和果實營養價值具有重要影響。山核桃林地土壤肥力衰退使得山核桃樹勢減弱，干腐病、根腐病病害嚴重，果實品質下降。本研究總結了山核桃人工林土壤肥力研究現狀，并提出今后需改進的經營措施，為山核桃林地管理與山核桃安全生產提供參考。

1 山核桃種植現狀與林地土壤肥力現狀

1.1 種植現狀

山核桃為落葉喬木，雌雄異花同株，雌花芽于4?5月分化完成，雄花芽分化約需11個月，但二者同時成熟，果實成熟于9月上旬[3?4]。光照充足、雨水充沛、溫度適宜時，山核桃春梢抽芽、花芽分化、花器發育、果肉生長良好，空果率低[4?6]。

中國山核桃總面積約9.33萬hm2，主要分布在浙、皖交界處的天目山系，該地區氣候適宜，土壤主要由石灰巖發育而來，有機質、腐殖質含量較高[7]。山核桃林施肥期以春秋兩季為佳，春季施肥可促進花器分化、發育及春梢的生長發育，減少落花落果；秋季采收后施肥有利于延長葉片壽命以積累養分[5]。林農在生產經營中常施用磷肥、尿素或復合肥。山核桃采收方式以竹棒敲打采收為主，此法易對樹體造成機械損傷，使得裸芽脫落，影響翌年產量[6]。另外，林農也會順應地勢在果樹下張網，待果實自然脫落后進行收集。

干腐病是山核桃栽培生產中的一種主要病害，在主干、枝條、果實上均可發病，導致山核桃樹勢衰弱甚至死亡，發病果實味苦、品質下降。生產中常用刮除病斑與戊唑醇、腐霉利等化學藥物防治山核桃干腐病[8?9]。山核桃花蕾蛆Contarinia sp.是山核桃花期害蟲，受害植株因花提前枯萎導致果實產量銳減。生產中可在 4月中下旬用 400 g·kg?1毒絲本乳油、300 g·kg?1乙酰甲胺磷乳油和 300 g·kg?1吡蟲啉乳油，采用樹冠噴霧的方法進行防治[10]。在4月初用地樂靈1∶500倍液，或在4月中下旬用50%已酰甲胺磷1∶1500倍液進行地面噴藥也可有效防治[11]。

1.2 林地土壤肥力現狀

山核桃人工栽培已有100～200 a的歷史，自20世紀70年代末以來，山核桃種植面積不斷擴大，經營過度，導致山核桃林地土壤肥力不斷惡化。土層深厚、土壤團粒結構良好、質地適宜、容重合適的土壤，其土質疏松、透氣透水性能較好、保肥性能較強，利于深根性樹種山核桃的生長發育和產量提高[12?14]。微酸性至中性的土壤適宜山核桃生長，過酸土壤會增加山核桃根腐病、干腐病的致病風險，不利于林木健康，還會降低山核桃營養價值[15?17]。長期單一化肥的施入致使土壤養分供應失衡，土壤普遍酸化[18]。山核桃主產區過度經營后，土壤pH、有機碳、堿解氮及速效鉀含量呈下降趨勢，土壤有效磷含量增加；林地土壤pH及有機碳、堿解氮、有效磷、速效鉀含量的變異程度均下降，土壤pH、堿解氮及有效磷含量空間分布連續性減弱，但有機碳及速效鉀含量空間自相關性增強[19?20]。林農在經營過程中大量使用草甘膦等除草劑清除林下草、灌植物，導致土壤物質循環及養分轉化受到影響，養分空間結構發生變異。

2 山核桃地林土壤肥力影響因素

2.1 海拔對山核桃林地土壤肥力的影響

海拔通過影響降水、溫度使得植被分布具有垂直地帶性，使得凋落物、細根周轉、根系分泌向土壤歸還有機質發生變化，且土壤微生物活動也會受到區域氣候影響，故土壤養分水平在垂直空間上具有明顯差異[21]。杭州市臨安區在海拔400～700 m的山核桃林地土壤肥力較好，該海拔范圍土壤有機質和速效養分供應能力較強，但該范圍內土壤踩踏頻繁，導致土壤容重較大，不利于土壤透氣透水[22?23]。

2.2 母巖對山核桃林地土壤肥力的影響

母巖是土壤形成的原始物，其性狀及分布對土壤結構具有重要影響，由巖漿巖發育而來的山核桃林地土壤石礫含量較高，石灰巖發育土壤物理性砂粒含量可超過30%[24]。母巖類型是林地土壤pH、有機質及養分含量的影響因素之一[24?27]。山核桃主要分布于含鈣量高的石灰巖山地，鈣能夠與腐殖質形成不易分解的穩定態有機質，且易與土壤磷結合形成沉淀物質，造成土壤有效磷含量不高，且由于石灰巖發育而來的土壤pH較高，導致一些微量元素有效性也受到抑制[28?31]。有研究表明：不同母巖發育而來的山核桃林地土壤pH、有機質與多個養分元素顯著相關，說明母巖能夠通過多因素互作影響山核桃林地土壤肥力[26]。

2.3 人為經營對山核桃林地土壤肥力的影響

2.3.1 人為經營對土壤養分及土壤結構的影響 山核桃高經濟效益驅動林農不斷擴大山核桃純林面積，現有的山核桃純林中約50%面積是通過人工砍伐山核桃-闊葉混交林中的非山核桃樹種所形成的[32]。人為經營的模式和強度能夠顯著影響山核桃林地土壤養分供應水平與土壤結構。不同鄉鎮林農在擴大經營過程中采取的人工劈草、生草栽培、禁用內吸式除草劑等不同經營措施，造成不同鄉鎮的山核桃林土壤有機碳、pH、速效養分含量及土壤容重、孔隙度存在較大差異[24, 32?33]。

土壤有機碳是影響土壤保肥保水性能、結構穩定性、生物生命活動的主要因子，是代表土壤肥力最重要的因子之一。山核桃林長期清耕導致地表裸露，土壤侵蝕損失大量土壤有機碳，土壤晝夜溫差增大又加速了有機碳的分解，加之枯落物歸還量大幅降低，導致有機碳含量逐年遞減；易分解有機碳的消耗大于輸入則致使有機碳分子芳香核數量增多，輕組有機碳比例下降而分解程度更深的重組有機碳比例增加，有機碳結構復雜化，土壤碳庫穩定性增強[22, 34?37]。相較同區域天然混交林，集約經營25 a的山核桃純林土壤芳香碳的含量及芳香度顯著下降[36]。土壤腐殖質作為土壤有機碳中的活躍組分，對土壤養分水平、結構形成、水分供應具有重要作用，其組成與特性在一定程度上能夠反映土壤肥力水平。山核桃林下灌木、草被的缺失減少了土壤腐殖質物質來源，生產經營活動干擾了土壤微生物活動、破壞了土壤團聚體結構，致使山核桃林土壤腐殖質聚合程度降低，分子結構簡單化，土壤腐殖質品質下降[32]。

臨安區山核桃多生長于石灰巖母質的土壤，土壤多呈堿性，但由于酸沉降頻繁、大量施用氮肥等原因，山核桃產區林地土壤酸化現象嚴重[38]。山核桃主產區土壤pH平均值僅為5.5，相較1982年(pH 7.3)下降顯著[39]。2013年臨安山核桃林中75%樣點的土壤pH低于5.5，大量施肥削弱了土壤pH的空間相關性[33]。

土壤氮磷鉀養分的動態變化能夠反映土壤提供養分的狀況[40]。島石鎮是臨安區山核桃的中心產區，林農在經營過程中過量施入生理酸性肥料，使用草甘膦等除草劑清除林下植被，經過5 a集約經營后，山核桃林地土壤速效氮、磷、鉀質量分數分別下降了35.0、1.0、140.0 mg·kg?1[20]。經過26 a強度經營的山核桃林，林地土壤全量氮磷鉀質量分數也發生了顯著變化，對比相同區域常綠闊葉林分別下降了21.83%、7.58%、13.63%[35]。林農在生產經營過程中大量施入的復合肥加速了土壤酸化過程，促進了土壤礦質元素的溶解。氮素與鉀素易發生轉化隨水流失，而磷素易被土壤固定，土壤酸化造成磷易溶解，故山核桃林地土壤呈現“高磷低氮低鉀”現象。

2.3.2 人為經營對土壤微生物的影響 土壤微生物廣泛參與土壤物質轉化與養分循環，對人為管理措施引起的土壤環境變化十分敏感[41]。天然混交林改造為山核桃林后，由于經營過程中受到了強烈的人為干擾，相比天然混交林地表枯落物覆蓋層減少，土壤有機質輸入下降。單一種類化肥的過度施用造成土壤酸化，林分原有生境改變，導致土壤微生物區系發生改變，土壤微生物對土壤有機碳氮利用減弱，土壤微生物量碳、微生物量氮含量下降，但隨著經營年限延長，土壤微生物優勢種形成，土壤有機物質向微生物轉移增強，因此土壤微生物量碳/氮上升[34, 42?44]。山核桃林地土壤酸化會導致土壤微生物優勢種、數量和多樣性發生改變，這可能是酸化嚴重的山核桃林分干腐病指數顯著高于生態經營林分的原因[45]。

2.3.3 人為經營對土壤養分流失的影響 清除林下植被對山核桃林分的水文效應具有顯著影響。山核桃林地大都坡度大而地形破碎，土層瘠薄且巖石出露率高，加之為管理、采收方便所有林下植被被清除，導致山核桃林地土壤抗蝕性減弱，土壤養分大量流失[46]。枯落層可減輕土壤濺蝕、增加雨水入滲、攔截地表徑流，起到良好的蓄水保土作用。但由于山核桃林地活地被物層缺失，植物凋落物歸還量減少，導致山核桃純林地表枯落物層蓄積量及土壤持水力隨經營年限遞減[47]。

施肥與山核桃林地土壤養分流失具有密切關系。山核桃林地坡面徑流量受降水量影響強烈，在高溫多雨的6?9月，降水的稀釋作用及施肥后氮素分解轉化的復雜過程之下，徑流中硝態氮的濃度呈先上升后下降至相對穩定的趨勢[48]。石灰巖發育而來的山核桃林地土壤含鈣量高，磷素易與鈣素結合為難溶磷酸鈣類沉淀物被固定，徑流水中總磷質量濃度僅為0.01～0.09 mg·L?1。但在過度施肥條件下，土壤磷淋失風險增大[48?49]。下滲是土壤可溶性養分流失的另一途徑。6?11月，山核桃種植區降水頻繁，硝態氮是氮流失的主要形式，施肥后滲漏水中總氮、可溶性氮、硝態氮、亞硝態氮濃度在短期內達到峰值后下降至小幅波動[50]。

3 山核桃林地土壤肥力改良措施

3.1 生草栽培改良

林下草灌、藤本植物是森林生態系統的重要成員，對土壤結構、土壤養分水平、土壤生物及凋落物回歸分解等具有重要作用，因此，林下植被的管理對于森林生態系統穩定性具有重要意義[51]。果園生草是利用行間或全園種植豆科Leguminosae或禾本科Gramineae植物，或者以自然生草為覆蓋，定期刈割后覆蓋地表的果園管理措施，能夠增強土壤肥力、改善園間小氣候[52]。生草能減小山核桃林地表裸露面積，減緩土壤水分蒸散、土溫波動、植物根系延展及生理活動，降低土壤容重，提高土壤透氣性[53?54]。生草栽培還有助于減少土壤侵蝕，提高土壤腐殖質、水溶性有機質及土壤養分含量[30, 53?54]。此外，刈割的生草提供了有機質來源，為土壤微生物創造了適宜的生存繁殖條件，提高了土壤脲酶、蔗糖酶、過氧化氫酶的活性，從而增強微生物群落轉化土壤養分和儲存養分的作用[30, 53?55]。山核桃林下套種黑麥草Lolium perenne和白三葉Trifolium repens有利于山核桃害蟲天敵的繁殖，從而提高山核桃的產量和品質[56]。生草栽培對土壤養分流失也具有一定的控制效果。生草根系能夠固結土壤以減少土壤侵蝕并促進徑流下滲，地上部分具有削弱雨水擊濺的作用，形成的枯枝落葉層則有利于提高土壤孔隙率、抗剪強度，增強土壤水土保持能力，從而減輕水土流失，提高土壤有機質、速效養分含量[57?58]。

3.2 有機物料改良

土壤中的元素組成及含量對植物的生長發育具有調控作用，能夠影響山核桃的葉片營養、花粉活力等，制約山核桃長勢、產量、養分組成[59?60]。針對山核桃林地土壤特征和林木需求，施用肥料能夠在滿足林木生長發育的同時提高土壤肥力。施用有機物料，如沼渣、肥得力、黃腐酸鉀、竹炭，能提高山核桃林地土壤pH和速效氮磷鉀含量，降低土壤交換性酸鋁離子濃度，且改良效果隨有機物料施用量增加而提高，部分有機物料還能夠顯著提高土壤微量元素含量[61?63]。有機物料、有機無機復合肥、結合適量磷肥、鉀肥的施用，還能促使樹勢衰弱的山核桃樹的根系、枝條、葉片增多與葉色增綠，提高山核桃抗逆性和平均單株產量[62, 64]。微生物肥料，如芽孢桿菌Bacillus液、微生物復合肥，能夠緩解土壤酸化，提高土壤有機質及速效氮磷鉀含量，維持良性土壤微生物群落[65]。與常規施肥相比，山核桃專用肥的施用還可以降低土壤氮、磷流失負荷[66]。

另外，山核桃在不同生長階段養分庫源關系和養分的需求有異，且山核桃對氮磷鉀的吸收利用受這3種元素的耦合效應影響[67?69]。因此，在生產實踐中應當根據山核桃養分的需求及其吸收特征調整肥料配方及施用技術，從而提高肥料利用效率，減小面源污染風險[14, 38]。

3.3 其他改良措施

通過免耕改善土壤結構并減小地表裸露面積以提高坡耕地經濟林經濟、生態效益[70]。采取封禁，結合補植、補播修復等相關工程，禁用化學除草劑并采用人工劈草和就地覆蓋，可以促進雨水下滲、蓄集，提高林地養分固持能力[46, 71]。

4 總結與展望

山核桃多生長于坡度陡峭、土層淺薄、巖石出露率高的山體，原生生態環境較為脆弱，加之經營強度大，長期過量投入化肥農藥，導致山核桃林地林下植被層缺失，土壤普遍酸化，土壤養分供應失衡，水土流失問題不斷加劇，山核桃林地土壤衰退嚴重。生草栽培與有機物料改良是當前山核桃林地土壤改良的有效措施，前者能夠減少土壤裸露、增加枯落物，起到固持土壤養分的作用；后者能夠有效改良土壤酸度和養分水平。山核桃人工林土壤肥力改良是山核桃林可持續經營的重點難點，建議針對山核桃林地土壤肥力改良采取以下措施：①測土配方施肥。依據山核桃需肥規律和土壤樣品檢測結果，由專家把控肥料配方及推薦施用量，結合實際考慮肥料品種、配比、施肥量、施肥時間和施肥方法，改善土壤養分供應能力和酸堿度。②禁用化學除草劑，補植林下植被。在山核桃林經營過程中禁用化學除草劑，補植林下植被如紫云英Astragalus sinicus、油菜Brassica campestris、白三葉等，以增加活地被物，為土壤生物提供能源物質，緩解水土流失問題。③推廣自然落果張網采收。依照山勢在離地50～100 cm的高度架鋪山核桃收集網，收集成熟后自然脫落的山核桃果實，這可避免在采收前清除林下植被，增加植物細根周轉和凋落物回歸，并能避免敲打損傷樹體影響第2年產量。

現有水土流失研究主要關注徑流和泥沙流失量及采用植物籬、植被緩沖帶對其流失的影響。為有效控制山核桃人工林水土流失，今后還需根據山核桃林分的特珠性，深入研究水土流失的形成機制及控制技術。