不同橡胶林对土壤容重及田间持水量的影响研究

李涛+李芹+王树明+赵东兴+陈林杨+张勇+周敏

摘 要 为了研究同一区域内不同橡胶林对土壤容重及田间持水量的影响程度，以云南河口抗逆高产、胶木兼优和RRIM600作为研究对象，对土壤容重及田间持水量进行3年调查，结果表明：（1）橡胶林土壤容重为1.09～1.37 g/cm3，相同深度土壤容重相差较小，但随着土壤深度增加，土壤容重逐渐升高，表层土0～20 cm土壤容重显著低于20～40 cm土层；（2）胶木兼优、抗逆高产和RRIM600田间持水量平均值分别为36.92%、35.19%和34.90%，表现为胶木兼优>抗逆高产> RRIM600，但三者田间持水量均随土壤深度增加逐渐降低，0～20 cm土层高于20～40 cm土层；（3）同一橡胶林下不同深度土壤之间，其土壤容重、田间持水量均存在非显著正相关，而相同深度土壤容重与田间持水量之间存在极显著负相关。

关键词 橡胶林 ；土壤容重 ；田间持水量 ；相关性

分类号 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对土壤理化性质、养分状况及土壤酶活性具有不同程度的影响，进而改变土壤肥力状况，而土壤肥力是土壤生产力水平的重要标志，中国橡胶园植胶50多年以来，土壤肥力发生了较大变化，总体呈下降趋势。当前对橡胶园土壤肥力主要从土壤的生物活性、化学和物理性质3个方面进行评价，其中传统上仍以化学方法为主，即测定土壤pH、有机质及营养元素（氮、磷、钾等）；其次是测定土壤生物活性，比如测定土壤酶活性，微生物数量等；但采用物理性质评价土壤肥力状况的方法常常被忽视，在实际生产中运用较少。

土壤容重是土壤最基本的物理性状之一，它是衡量土壤肥力质量高低的辅助标准[1]，也是判断土壤肥力和耕作质量的重要指标[2]。土壤容重的大小反映土壤的透水性、透气性和作物根系伸展的阻力状况，土壤容重过大妨碍植物根系的正常生长，即使土壤中有丰富的营养元素也难以吸收利用，从而降低土地的生产力[3]。在土壤容重增大的情况下，会降低土壤水分和气体含量，使土壤的机械阻力相应增加，从而延缓根系的生长[4]。土壤容重不同，所表现出的有效水分、导热率、气体比例等物理性状也不相同，对作物生长发育将产生不同的影响[5]，疏松的土壤环境有利于作物根系的伸展和根量的积累[6]。田间持水量是土壤所能稳定保持的最高土壤含水量，它的数值反映土壤保水能力的大小，常作为灌水定额的最高指标，对指导生产有重要意义，可作为土壤中对植物有效水的上限和计算灌溉水定额的依据[7]。持水量是重要的土壤水分指标，也是决定土壤特性和结构是否变化的重要指标，它的变化意味着当地土壤物理特性的改变。由此可见，土壤容重及田间持水量对作物生长具有现实意义。本研究通过测定橡胶园土壤容重和田间持水量的指标，说明不同橡胶林对两者的影响程度，为橡胶区改良土壤、合理种植提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

研究区位于云南省红河热科所，是一个典型的热带橡胶林区，以灰褐色粘土为主，土壤分布均匀，土层厚度5～20 m，土壤基本理化性状平均值为：pH 4.24、有机质30.75 g/kg、有效磷8.24 mg/kg、速效钾49.80 mg/kg、碱解氮94.65 mg/kg、交换钙100.1 mg/kg和交换镁13.3 mg/kg。试验区属热带雨林季风性气候，最高温40.9℃，最低温1.9℃，年均温22℃，年均降水1 587.3 mm，年均湿度84%，日照1 605 h，具有干湿季分明，雨量充沛、雨热同季的特点。选择抗逆高产、胶木兼优和RRIM600橡胶林3个观测点作为研究对象。其中，胶木兼优橡胶林于2003年4月定植，主要品种为178、509、516、524、8-79、628等12个，种植面积约4.73 hm2；抗逆高产橡胶林于2010年6月定植，主要品种为云研77-4、热研7-33-97、热研8-79、热垦525、热垦628和湛试327-13共6个，种植面积约12.07 hm2；RRIM600橡胶林于2000年定植，品种仅为RRIM600，种植面积约13.33 hm2。

1.2 方法

1.2.1 采样

采用蛇形采样法（即S型），每个橡胶林观测点5次重复采样，取平均值进行统计分析，采样时间为每年的春、夏、秋、冬4个不同季节，具体时间为3月份、6月份、9月份和12月份。

1.2.2 土壤容重测定

将已称量的环刀（容积为100 cm3）编号带至橡胶林，采样时选择合适的位置按使用要求挖掘土壤剖面，先用小铲修平土壤剖面，按剖面层次分2层取样（0～20 cm为一层，20～40 cm为一层），将环刀托放在环刀上，将环刀刃口向下垂直压入土中，直至环刀筒中充满土样为止，切开环刀周围的土样，取出已充满土的环刀，削平环刀两端多余的土并擦净环刀筒外面的土。同时在同层取样处用铝盒采集约20 g土壤用于土壤含水量测定。把装有土样的环刀两端立即加盖以免水分蒸发，带回实验室立即称重记录（精确到0.01 g），将装有土样的铝盒烘干称重记录。

土壤容重=湿土重×（1-土壤含水量）/环刀容积

1.2.3 田间持水量测定

用容积为100 cm3的环刀取土，取土方法与土壤容重相同，不同的是需在环刀底端放大小合适滤纸1张，带回实验室后放入事先铺有2～3层滤纸的托盘中，使滤纸保持湿润状态，至水分沿毛管上升而全部充满达到恒重为止，取出一部分土壤放入已知重量的铝盒内称重，放入105～110℃烘箱中烘干称重，水分占干土重百分数即为土壤田间持水量。

田间持水量/%=（湿重-干重）/干重×100。

2 结果与分析

2.1 土壤容重、田间持水量总体变化

由图1可知，胶木兼优0～20 cm的土壤容重为1.09～1.28 g/cm3，平均值为1.193 g/cm3，20～40 cm的土壤容重为1.19～1.28 g/cm3，平均值为1.355 g/cm3；抗逆高产0～20 cm的土壤容重为1.18～1.34 g/cm3，平均值为1.244 g/cm3，20～40 cm的土壤容重为1.24～1.37 g/cm3，平均值为1.316 g/cm3；RRIM600橡胶林0～20 cm的土壤容重为1.15～1.33 g/cm3，平均值为1.250 g/cm3，20～40 cm的土壤容重为1.20～1.40 g/cm3，平均值为1.300 g/cm3。胶木兼优、抗逆高产和RRIM600三者0～20 cm和20～40 cm的土壤容重的平均值为1.274、1.280和1.275 g/cm3，总体表现为：抗逆高产> RRIM600>胶木兼优，说明抗逆高产、胶木兼优和RRIM600不同橡胶林其相同深度的土壤容重平均值存在一定变化差异，但相差不大。差别不大的原因可能是三片橡胶林所处的地理位置在1.5 km范围以内，植胶海拔均为100～150 m，生长的土壤环境及气候类型基本一致，不同的地方主要表现在橡胶品系和树龄。

从不同深度土壤来看，表层土0～20 cm的土壤容重较低，深层土20～40 cm土壤容重较高，3片橡胶林表层土土壤容重平均值均显著低于深层土，表明随着土壤深度的增加土壤容重逐渐升高。但不同品系和树龄的橡胶林其不同深度土壤容重差异性不同，其中，胶木兼优2个土层相差最大，其表层土土壤容重最低，而深层土土壤容重又最高；RRIM600次之，2个土层土壤容重相差适中；抗逆高产2个土层土壤容重相差最小。

由图2可知，胶木兼优0～20 cm的土壤田间持水量分别为32.42%～45.79%，平均值39.78%，20～40 cm的土壤田间持水量为30.92%～41.62%，平均值34.15%；抗逆高产0～20 cm的土壤田间持水量为33.45%～40.40%，平均值35.96%，20～40 cm的土壤田间持水量为32.45%～36.46%，平均值34.42%；RRIM600橡胶林0～20 cm的土壤田间持水量为31.89%～43.22%，平均值35.93%，20～40 cm的土壤田间持水量为30.83%～39.01%，平均值33.94%。其中，胶木兼优2个土层的持水量差异较大，相差幅度达5.65%，而抗逆高产和RRIM6002个土层持水量相差不大，分别为1.54%和1.99%，但总体来看每个橡胶林表层土0～20 cm的田间持水量平均值显著高于20～40 cm土层，表明随土壤深度的增加土壤田间持水量逐渐降低。

胶木兼优、抗逆高产和RRIM600的0～20 cm和20～40 cm两个土层的的平均值分别为36.92%、35.19%和34.90%，总体表现为：胶木兼优>抗逆高产>RRIM600，说明不同橡胶林下的土壤田间持水量存在一定差异。

2.2 土壤容重、田间持水量的年际变化

由图3可知，胶木兼优土壤容重年平均值在3年的监测中不断上升，从2012～2014年共计上升了0.056 g/cm3；抗逆高产土壤容重年平均值则逐年下降，但下降的幅度较小，3年时间共下降了0.01 g/cm3； RRIM600土壤容重年平均值从2012～2013年显著下降，而2013～2014年又开始上升，3年累计下降了0.048 g/cm3。

田间持水量年平均值在3年的变化中均出现了先升高后下降的现象，不同的是胶木兼优2013年表现为上升，但在三年变化中总体上仍为下降趋势；抗逆高产2014年理应在2013年的基础上持续上升，反而出现了下降，但其总体上则表现为上升趋势；只有RRIM600与预期结果完全一致，土壤容重下降则田间持水量上升，土壤容重上升则田间持水量下降。原因可能是田间持水量的变化受到多个因素的影响，土壤容重只是其中之一，并不能完全决定田间持水量的大小。另外，同一土地利用方式下，相同的土壤质地受外界条件的影响例如耕作、压实等，其土壤容重的变化不一定相同，以致田间持水量出现了差异。

2.3 土壤容重、田间持水量的关系

由图4可知，橡胶林下0～20 cm和20～40 cm土壤容重的相关系数r=0.103，p>0. 05；橡胶林下0～20 cm和20～40 cm土壤田间持水量的相关系数r=0.075，p>0. 05。表明橡胶林不同深度土壤容重之间、田间持水量之间为非显著正相关关系。

由图5可知，橡胶林下0～20 cm的土壤容重与田间持水量的相关系数r=-0.723**，p<0. 01（*显著相关P<0.05，**极显著相关P<0.01）；橡胶林下20～40 cm的土壤容重与田间持水量的相关系数r=-0.551**，p<0. 01。表明2个不同深度的土壤容重与土壤田间持水量之间均存在极显著负相关关系。

3 讨论与结论

3.1 土壤容重、田间持水量变化差异

总体来看，土壤容重、田间持水量均具有一定的季节性变化特征，夏季和秋季较高，春季和冬季较低，每年的变化规律基本一致，但变化幅度有所不同。胶木兼优和抗逆高产橡胶林变化规律显著，而RRIM600变化规律不显著且有些凌乱；胶木兼优和RRIM600橡胶林变化波动幅度较大，而抗逆高产橡胶林变化波动幅度较小。与前人研究结论相符，即在不同树龄、不同土层的橡胶园土壤容重有所差异[8]；田间持水量总体上表现为随土层深度的增加而减小，表层值明显大于其他层[9]。

土壤容重变化差异的原因可能是胶木兼优为开割林，随着橡胶树树龄逐年增加，每年大量产胶吸收消耗了土壤中的营养物质，致使土壤肥力下降严重，土壤容重也随之不断上升，尤其是橡胶树根系分布较多的深层土，而为了保证生产上的需要在橡胶树开割前及开割中会增施肥料，表层土因人工施肥，土壤肥力得到及时补充，使得其土壤容重随之快速上升，所以出现了表层土与深层土波动较大的现象；抗逆高产橡胶林目前为幼林阶段，树龄仅有3～5 a，尚未开割投产，每年仅以砍草、病虫害防治为主，林下其他杂草丛生、植被丰富，无论是表层土还是深层土均得到了休养，所以2个土层之间的土壤容重相差最小且总体呈下降趋势；而RRIM600橡胶林虽已开割，但因2011年受寒害严重，其中一部分橡胶树已枯死或者处于休眠期，为防止情况恶化于2012年对部分橡胶树采取了停割的保护措施，使得该片橡胶林土壤肥力得以恢复，2013年因生产需要开始割胶，土壤容重又随之升高，所以该橡胶林两个土层的土壤容重相差幅度处于三片橡胶林的中间水平。此外，本次试验中3片橡胶林所处的气候类型及土壤环境基本一致，降低的原因有可能是表层土疏松多孔，土壤容重小，有机质含量较多，而深层土紧密严实，土壤容重大，有机质含量较少。

从田间持水量的变化差异来看，胶木兼优表层土田间持水量最大，表明胶木兼优橡胶林表层土土壤有机质含量较多，形成差异的原因主要与橡胶林是否开割以及开割时间长短关系较大，胶木兼优于2009年开割，RRIM600于2008年开割，抗逆高产现处于幼林期尚未开割。其中，胶木兼优受寒害影响相对较轻，近几年一直保持比较有规律的割胶状态，管理水平较高，通过不断人工增肥，表层土的土壤肥力得到补充，而深层土获得的补充较少，使得其2个土层的田间持水量相差最最大；RRIM600受寒害相对较重，橡胶树受损严重，产胶量大大降低，近几年处于断断续续的割胶状态，且每年的开割时间较晚（4月底），没有进行有效人工管理，土壤肥力下降相对滞后，使得其2个土层的田间持水量相差适中；而抗逆高产橡胶林处于休养生息阶段，土壤肥力及各项指标得到恢复，其2个土层的田间持水量相差最小。

3.2 土壤容重、田间持水量影响因素

土壤容重是由土壤孔隙和土壤固体的数量来决定的，单位体积自然状态下，土壤（包括土壤空隙的体积）的干重是土壤紧实度的一个指标，它是影响水分运动和盐分、养分热量运移的重要因素，土壤容重与土壤质地、压实状况、土壤颗粒密度、土壤有机质含量及各种土壤管理措施息息有关，土地利用对土壤容重也具有重要影响[10-11]，在不同土地利用类型下，土壤容重和质量含水量均有一定的差异[12]。土壤容重大小反映土壤结构、透气性、透水性能以及保水能力的高低，土壤容重过大，表明土壤紧实，不利于透水、通气、扎根，并会造成Eh（氧化还原电位）下降而出现各种有毒物质富集危害植物根系；土壤容重过小，又会使有机质分解速度过快，并使植物根系扎不牢而易倾倒[13]。一般耕作层土壤容重1.0～1.3 g/cm3，土层越深则容重越大，可达1.4～1.6 g/cm3，土壤容重越小说明土壤结构、透气透水性能越好。橡胶树根系喜疏松透气的土壤，土壤总孔隙度为45%～60%时，胶根可正常生长，土壤容重在1.2～1.35 g/cm3内适宜吸收根的生长。土壤质地相似的条件下，土壤容重大小可以反映土壤的松紧程度[14]，容重小表明土壤疏松多孔，结构性良好；反之，容重大则表明土壤紧实板硬，缺乏团粒结构。对于作物生长发育来说，土壤过紧，妨碍根系伸展，过松漏风跑墒[15]。一般说来，如果土壤容重较高表明该片土地有退化的趋势[16]。

田间持水量是土壤的水分常数，是土壤保持水分的一种基本特性，它和土壤一系列的物理、化学性质有关，土壤质地、有机质含量、土壤剖面结构以及地下水埋深等因素均能对田间持水量产生影响[17]。大量的资料表明，影响田间持水量含量的主要因素是土壤的机械组成和土壤容重，因为土壤容重能反应土壤的垒结特性，在一定容重范围内，田间持水量与土壤容重是密切相关的，表现为线性相关[18]，土壤容重和含水量是影响耕作阻力和能量消耗的主要因素，耕作阻力随土壤容重的增加呈曲线增加[19]。土壤疏松时总孔隙度增大，大的孔隙增多，小的毛管孔也变成大些的毛管孔；而土壤变紧实时，孔洞尺寸减小，颗粒之间挤得很紧，土壤水分充满了孔隙。此外，土壤毛细管对于土壤田间持水量的大小也具有重要作用，田间持水量是土壤毛细管达到饱和时的含水量，土壤毛细管可以将地下水主动吸收上来，在地势高、水位深的地方是毛管悬着水最大含量，但在地下水位高的低洼地区，它则接近毛管持水量。

总之，土壤容重主要受土壤孔隙度的影响，其次，还受到有机质含量、土壤粘粒含量、结构性和松紧度的影响；而田间持水量受土壤有机质含量、土壤质地、土壤松紧状况以及土壤容重的影响。土壤容重其实就是某个土壤在特定状况时孔隙度的一种反映，孔隙度变小，土壤的容重变大，持水能力也就相对较低；反之，孔隙度变大，土壤的容重变小，持水能力也就相对较高。

参考文献

[1] 王庆礼，代力民，许广山. 简易森林土壤容重测定方法[J]. 生态学杂志，1996，15（3）：68-69.

[2] 黄昌勇. 土壤学[M]. 北京： 中国农业出版社，2000：67-68.

[3] 徐 宁，吴兆录，李正玲. 滇西北亚高山不同土地利用类型土壤容重与根系生物量的比较研究[J]. 安徽农业科学，2008，36（5）：1961-1963.

[4] 黄细喜. 土壤紧实度及层次对小麦生长的影响[J]. 土壤学报，1988，25（1）：59-65.

[5] 李潮海，周顺利. 土壤容重对玉米苗期生长的影响[J]. 华北农学报，1994，9（2）：49-54.

[6] 李笃仁，高绪科，汪德水. 土壤紧实度对作物根系生长的影响[J]. 土壤通报，1982，3：20-22.

[7] 赵秀兰. 黑龙江省土壤水分常数的空间分布特征[J]. 黑龙江气象，2001（4）：8-11.

[8] 王春燕，陈秋波，王真辉. 不同树龄橡胶人工林土壤生态系统[D]. 海南大学，2011：24-25.

[9] 蔡 福，明惠青，张淑杰，等. 辽宁农田土壤田间持水量的空间变异分析[J]. 气象与环境学报，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] 连 刚，郭旭东，傅伯杰，等. 黄土高原小流域土壤容重及水分空间变异特征[J]. 生态学报，2006，26（3）：647-654.

[13] 吴礼树. 土壤肥料学（第2版）[M].北京：中国农业出版社，2011：72.

[14] 徐友信，刘金铜，李宗珍. 太行山低山丘陵区不同土地利用条件下土壤容重空间变化特征[J]. 中国农学通报，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] 《中国水利百科全书》编辑委员会.中国水利百科全书[M]. 北京：中国水利水电出版社，2006：1366.

[18] 钱胜国. 田间持水量与土壤容重机械组成的相关特性[J]. 土壤通报，1981，05：12-14.

[19] 李汝莘，高焕文，苏元升. 土壤容重和含水量对耕作阻力的影响[J]. 农业工程学报，1998（1）：81-85.