不同地表覆盖处理对湿地松二代种子园土壤温湿度的影响研究

刘 球 ，李志辉 ，吴际友 ，陈明皋 ，李 艳 ，程 勇 ，黄明军

（1.中南林业科技大学，湖南 长沙 410004；2.湖南省林业科学院，湖南 长沙 410004）

不同地表覆盖处理对湿地松二代种子园土壤温湿度的影响研究

刘 球1，2，李志辉1，吴际友2，陈明皋2，李 艳1，程 勇2，黄明军2

（1.中南林业科技大学，湖南 长沙 410004；2.湖南省林业科学院，湖南 长沙 410004）

对湿地松二代种子园进行不同地表覆盖处理，研究其对土壤温度和湿度产生的影响。结果表明：（1）各地表覆盖处理之间，土壤温度I、土壤温度II和土壤温度III均呈现极显著差异。（2）在不同覆盖处理下，土壤温度I的高低顺序为黑薄膜＞白薄膜＞对照＞锯木屑；土壤温度II的高低顺序为白薄膜＞黑薄膜＞对照＞锯木屑；土壤温度III的高低顺序跟土壤温度II相同。（3）不同土层深度下，土壤温度I的高低顺序为5 cm＞15 cm＞20 cm＞25 cm＞10 cm；土壤温度II的高低顺序为5 cm＞10 cm＞20 cm＞25 cm＞15 cm；土壤温度III的高低顺序为5 cm＞10 cm＞20 cm＞15 cm＞25 cm。（4）不同调查时间点，土壤温度I的高低顺序为16:00＞18:00＞14:00＞12:00＞10:00＞08:00；土壤温度II的高低顺序为14:00＞16:00＞18:00＞12:00＞10:00＞08:00；土壤温度III的高低顺序跟土壤温度I相同。（5）不同覆盖处理之间，土壤含水率I和土壤含水率Ⅲ存在极显著差异，土壤含水率Ⅱ差异不显著。（6）各覆盖处理下土壤含水率I高低顺序为：白薄膜＞锯木屑＞黑薄膜＞对照，且最高值比最低值高26.69%；各覆盖处理下土壤含水率Ⅱ高低顺序为：白薄膜＞黑薄膜＞锯木屑＞对照，且最高值比最低值高20.64%；各覆盖处理下土壤含水率Ⅲ高低顺序为：黑薄膜＞白薄膜＞锯木屑＞对照，且最高值比最低值高26.61%。

地表覆盖；土壤温度；土壤含水率；湿地松；种子园

湿地松Pinus elliottiiEngelm原产美国东南部，是美国南方松中最重要的树种之一，也是世界公认的优良纸浆材与建筑材等工业原料林树种，同时也是优良高产脂树种[1-2]。我国引种湿地松已有半个多世纪[3-4]。全国各地研究人员对松类种子园建设及种子丰产技术展开了多年研究，唐效蓉[5]等对马尾松二代种子园的无性系花量进行了调查分析，研究得出不同无性系花量、雌雄球花的贡献率差异显著。刘宏伟[6]等研究了红松二代无性系种子园的建立技术，提出采用新法高接的方式建园，可提前5～10 a成园。孟广仁[7]等对红松种子园结实情况进行连续多年的调查，并对其影响因子进行分析，提出影响红松种子园结实情况的主要因子包括无性系、栽植密度、截顶修枝、坡向及树龄等。苏兰卿[8]等研究了二代火炬松种子园的高产种植技术。赵桂兰[9]和蔡胜国[10]等分别研究了华北落叶松无性系种子园的营建技术和华北落叶松种子园的丰产技术措施。吴际友[11]等研究了湿地松种子园高产技术，提出了影响湿地松种子园产量的影响因子。邹杰[12]系统地研究了湿地松种子园的花粉散发特性，将花粉散发阶段分成散粉初期、盛期、末期和结束期4个阶段，并找出了散粉的时空节律。目前，关于湿地松种子园种子丰产技术方面的研究报道颇少。2002年，湖南省汩罗市桃林林场建立了湿地松二代种子园，共收集了27份遗传材料。本研究针对桃林林场湿地松二代种子园不同地表覆盖处理对土壤温度所产生的影响进行深入研究，探讨不同覆盖对土壤内部温度变化的影响情况，为后续的地表覆盖对土壤微生物活性以及营养元素变化研究奠定基础，甚至为种子园丰产技术和促花保果技术研究提供前期科研支撑。

1 试验地概况

试验地位于湖南省汩罗市桃林林场湿地松二代种子园，距京广线桃林站2 km，107国道15 km，交通十分方便，其地理位置是东经113°、北纬28°50′，地貌为低丘岗地，地势平缓，海拔60～80 m，坡度一般为5 °～10 °，土壤为第四纪红壤，土层深度大于80 cm，pH值为5.6～6.8，质地较粘，土壤肥力中等，有机质含量多在0.6%～2%之间，全氮含量0.1%～1%，适宜多种林木生长。气候属于大陆性湿润季风气候，四季分明，具有“春温多变，寒流频繁，热量丰富，无霜期长，夏秋多旱”的特点，年平均气温16.9 ℃，绝对最高温度39.7 ℃，绝对最低温度-13.4 ℃，年平均降雨量1 393.6 mm，年平均相对湿度81%，日照时数1 714.8 h，全年无霜期265 d。

2 材料与方法

2.1 试验设计

本研究采用多因素随机设计的方法布置试验。2015年7月上旬对湖南省汨罗市桃林国有林场湿地松二代种子园试验区进行土壤覆盖，地表覆盖区域密度为150株/hm2。试验涉及3个因素（覆盖处理、土层深度和调查时间点），其中覆盖处理包括白薄膜（厚度0.05 mm）、黑薄膜（厚度0.05 mm）、锯木屑（厚度3 cm）和对照（不覆盖）4种，覆盖方法是距离树干50 cm起对树进行规格为4 m×4 m的方形包围覆盖；土层深度有5个层次即5 cm、10 cm、15 cm、20 cm和25 cm；调查时间点包括6个即08:00、10:00、12:00、14:00、16:00和18:00； 3次重复。

2.2 观测指标和时间

土壤温度观测设置3个观测指标（2015年8月12日、8月25日和9月8日分3次测量土壤温度的日变化情况，设为土壤温度I、土壤温度II和土壤温度III），分别在观测日的08:00、10:00、12:00、14:00、16:00和18:00进行指标测定；土壤湿度观测3个观测指标（2015年8月25日、9月08日和10月13日分3次测量土壤含水率的变化情况，设为土壤含水率I、土壤含水率II和土壤含水率III），分别在观测日的09:00进行指标测定。

2.3 观测方法

土壤温度观测采用中国河北武强精密仪器公司生产的5支组直角地温计，可同时测定地表以下5 cm、10 cm、15 cm、20 cm和25 cm的土壤温度。观测日早上7时统一将地温计插入待测植株正东方距树干1.5 m的位置，然后在观测时间点进行土壤温度的观测记录。土壤湿度观测采用美国便携式土壤含水率测定仪Soil Moisture System，即Field Scout TDR100，探针10 cm，垂直插入土层，及时读取数据。在植株树干外围东西南北各1.5 m处设置4个测定点分别进行数据采集，以均值代表该处土壤含水率。

2.4 数据处理

数据采用Excel2007进行数据整理，采用SPSS 19.0 进行数据的方差分析和多重比较。

表1 土壤温度I方差分析结果Table 1 Variance analysis of soil temperature I

表2 土壤温度II方差分析结果Table 2 Variance analysis of soil temperature II

3 结果与分析

3.1 不同地表覆盖处理对土壤温度的影响

3.1.1 不同地表覆盖处理对土壤温度的影响差异

由表1可知，不同覆盖处理水平之间，土壤温度I存在极显著差异（Sig.＝p＝0.000＜0.01）；不同土层深度水平之间，土壤温度I存在极显著差异（Sig. ＝p＝0.000＜0.01）；不同调查时间点水平之间，土壤温度I存在极显著差异（Sig.＝p＝0.000＜0.01）；同理，覆盖处理×土层深度、覆盖处理×调查时间点、土层深度×调查时间点以及覆盖处理×土层深度×调查时间点的交互作用极显著（Sig.＝p＝0.000＜0.01）。

由表2可知，不同覆盖处理水平之间，土壤温度II存在极显著差异（Sig.＝p＝0.000＜0.01）；不同土层深度水平之间，土壤温度II存在极显著差异（Sig.＝p＝0.000＜0.01）；不同调查时间点水平之间，土壤温度II存在极显著差异（Sig.＝p＝0.000＜0.01）；同理，覆盖处理×土层深度、覆盖处理×调查时间点、土层深度×调查时间点的交互作用极显著（Sig.＝p＝0.000＜0.01）；以及覆盖处理×土层深度×调查时间点的交互作用不显著或没有交互作用。

由表3可知，不同覆盖处理水平之间，土壤温度III存在极显著差异（Sig.＝p＝0.000＜0.01）；不同土层深度水平之间，土壤温度III存在极显著差异（Sig.＝p＝0.000＜0.01）；不同调查时间点水平之间，土壤温度III存在极显著差异（Sig.＝p＝0.000＜0.01）；同理，覆盖处理×土层深度、覆盖处理×调查时间点、土层深度×调查时间点以及覆盖处理×土层深度×调查时间点的交互作用极显著（Sig.＝p＝0.000＜0.01；Sig.＝p＝0.006＜0.01）。

表3 土壤温度III方差分析结果Table 3 Variance analysis of soil temperature III

图1 不同覆盖处理下土壤温度Duncan多重比较Fig. 1 Multiple comparison by Duncan anylysis of soil temperature with different ground mulching treatments

图2 不同土层土壤温度Duncan多重比较Fig. 2 Multiple comparison by Duncan anylysis of soil temperature with different soil layers

3.1.2 不同地表覆盖处理间土壤温度差异多重比较

由图1可知，在不同覆盖处理下，土壤温度I差异显著，其中黑薄膜覆盖下土壤温度I最高，达29.45 ℃；锯木屑覆盖下土壤温度I最低，仅26.7 ℃；黑薄膜覆盖下土壤温度I比锯木屑覆盖下土壤温度I高10.3%；高低顺序为黑薄膜＞白薄膜＞对照＞锯木屑。在不同覆盖处理下，土壤温度II差异显著，其中黑薄膜覆盖下土壤温度II最高，达29.006 ℃；锯木屑覆盖下土壤温度II最低，仅25.697 ℃；黑薄膜覆盖下土壤温度II比锯木屑覆盖下土壤温度II高12.9%；高低顺序为白薄膜＞黑薄膜＞对照＞锯木屑。在不同覆盖处理下，土壤温度III差异显著，其中白薄膜覆盖下土壤温度III最高，达30.822 ℃；锯木屑覆盖下土壤温度III最低，仅26.733 ℃；白薄膜覆盖下土壤温度III比锯木屑覆盖下土壤温度III高15.3%；高低顺序为白薄膜＞黑薄膜＞对照＞锯木屑。

由图2可知，不同土层深度土壤温度I差异显著，其中5 cm土层土壤温度I最高，达30.542 ℃；10 cm土层土壤温度I最低，仅25.368 ℃；5 cm土层土壤温度I比10 cm土层土壤温度I高20.4%；高低顺序为5 cm＞15 cm＞20 cm＞25 cm＞10 cm。不同土层深度土壤温度II差异显著，其中5 cm土层土壤温度II最高，达28.642 ℃；15 cm土层土壤温度II最低，仅26.41 ℃；5 cm土层土壤温度II比15 cm土层土壤温度II高8.5%；高低顺序为5 cm＞10 cm＞20 cm＞25 cm＞15 cm。不同土层深度土壤温度III差异显著，其中5 cm土层土壤温度III最高，达30.743 ℃；25 cm土层土壤温度III最低，仅27.25 ℃；5 cm土层土壤温度III比25 cm土层土壤温度III高12.8%；高低顺序为5 cm＞10 cm＞20 cm＞15 cm＞25 cm。

由图3可知，不同调查时间点土壤温度I差异显著，其中16:00土壤温度I最高，达28.275 ℃；08:00土壤温度I最低，仅27.408 ℃；16:00土壤温度I比08:00土壤温度I高3.2%；高低顺序为16:00＞18:00＞14:00＞12:00＞10:00＞08:00。不同调查时间点土壤温度II差异显著，其中14:00土壤温度I最高，达27.60 ℃；08:00土壤温度II最低，仅26.212 ℃；14:00土壤温度II比08:00土壤温度II高5.3%；高低顺序为14:00＞16:00＞18:00＞12:00＞10:00＞08:00。不同调查时间点土壤温度III差异显著，其中16:00土壤温度III最高，达29.35 ℃；08:00土壤温度III最低，仅26.60 ℃；16:00土壤温度III比08:00土壤温度III高10.3%；高低顺序为16:00＞18:00＞14:00＞12:00＞10:00＞08:00。

图3 不同时间点土壤温度Duncan多重比较Fig. 3 Multiple comparison by Duncan anylysis of soil temperature with different time points

3.2 不同地表覆盖处理对土壤含水率的影响

3.2.1 不同地表覆盖处理对土壤含水率的影响差异

表4 不同覆盖处理下土壤含水率均值Table 4 Mean value of soil moisture content with various ground mulching treatments

由图1可知，土壤含水率Ⅰ各重复均值为12.74%，各覆盖处理下土壤含水率Ⅰ高低顺序为：白薄膜＞锯木屑＞黑薄膜＞对照，且最高值比最低值高26.69%。土壤含水率Ⅱ各重复均值为12.49%，各覆盖处理下土壤含水率Ⅱ高低顺序为：白薄膜＞黑薄膜＞锯木屑＞对照，且最高值比最低值高20.64%。土壤含水率Ⅲ各重复均值为17.09%，各覆盖处理下土壤含水率Ⅲ高低顺序为：黑薄膜＞白薄膜＞锯木屑＞对照，且最高值比最低值高26.61%。

土壤含水率Ⅲ均值比土壤含水率Ⅰ均值高出31.14%；土壤含水率Ⅲ均值比土壤含水率Ⅱ均值高出36.83%；土壤含水率Ⅱ均值比土壤含水率Ⅰ均值低2%。

表5 不同覆盖处理下土壤含水率方差分析结果Table 5 Variance analysis of soil moisture content with various ground mulching treatments

由方差分析表可知，不同覆盖处理之间，土壤含水率Ⅰ存在极显著差异（Sig.＝p＝0.009＜0.01）；不同覆盖处理之间，土壤含水率Ⅱ差异不显著；不同覆盖处理之间，土壤含水率Ⅲ存在极显著差异（Sig.＝p＝0.009＜0.01）。

3.2.2 不同地表覆盖处理下土壤含水率差异多重比较

由图4可知，不同覆盖处理下，土壤含水率Ⅰ存在显著差异，白薄膜覆盖处理下的土壤含水率Ⅰ跟其他3种覆盖处理（黑薄膜、锯木屑和对照）条件相比差异显著。白薄膜覆盖处理下的土壤含水率Ⅰ最高，达14.59%；对照的土壤含水率Ⅰ最低，仅11.54%；最高值比最低值高26.43%。

由图5可知，不同覆盖处理下，土壤含水率Ⅱ存在显著差异，白薄膜覆盖处理下的土壤含水率Ⅱ跟对照相比差异显著，但跟黑薄膜和锯木屑覆盖处理下的土壤含水率Ⅱ不存在明显差异。白薄膜覆盖处理下的土壤含水率Ⅱ最高，达13.50%；对照的土壤含水率Ⅰ最低，仅11.19%；最高值比最低值高20.64%。

由图6可知，不同覆盖处理下，土壤含水率Ⅲ存在显著差异，3种覆盖处理（白薄膜、黑薄膜和锯木屑）下的土壤含水率Ⅲ之间差异不显著，但3种覆盖处理（白薄膜、黑薄膜和锯木屑）与对照之间土壤含水率Ⅲ差异显著。白薄膜覆盖处理下的土壤含水率Ⅲ最高，达18.46%；对照的土壤含水率Ⅰ最低，仅14.58%；最高值比最低值高26.61%。

图4 不同覆盖处理下土壤含水率ⅠDuncan多重比较Fig. 4 Multiple comparison by Duncan anylysis of soil moisture content Ⅰ with different ground mulching treatments

图5 不同覆盖处理下土壤含水率ⅡDuncan多重比较Fig. 5 Multiple comparison by Duncan anylysis of soil moisture content Ⅱ with different ground mulching treatments

图6 不同覆盖处理下土壤含水率ⅢDuncan多重比较Fig. 6 Multiple comparison by Duncan anylysis of soil moisture content Ⅲ with different ground mulching treatments

4 结论与讨论

（1）4种覆盖处理下，地膜（包括黑薄膜和白薄膜）覆盖的土壤保温效果最好。牛涛[13]等研究了不同覆盖措施对枣园土壤温度变化的影响，得出相似结论，地膜覆盖对土壤有保温效果，以避免昼夜温差急剧变化对植株造成伤害。黄俊[14]等研究了不同地表覆盖措施对早熟温州蜜柑园土壤温度的影响，结果表明，进口透气膜和银黑反光膜对对蜜柑园土壤的温度有显著提高作用。刀静梅[15]等研究了地膜覆盖对甘蔗地的土壤温度影响，结果表明，20 cm土层处，地膜覆盖处理下土壤温度比覆盖明显要高。4种覆盖处理下，锯木屑覆盖对土壤保温效果最差，甚至低于对照，说明锯木屑覆盖对土壤有一定的降温作用。李进学[16]等研究了不同覆盖处理对柠檬园土壤温度的影响，结果表明，从总体上来讲，稻草覆盖与地膜覆盖相比，降温效果更好。

（2）不同土层深度土壤温度I、土壤温度II和土壤温度III差异显著，且均以5 cm土层温度最高，原因可能有两点：一是试验的季节为夏季，温度为一年中最高，太阳直射土壤表面的积温效果最明显；二是薄膜（包括黑薄膜和白薄膜）材料透光性很强，在太阳直射下造成的温度积聚效应明显，而且0～5 cm是太阳直接照射的区域，因此温度最高。然而一些研究报道显示结果不尽相同。杨相昆[17]等研究了地膜对棉田土壤温度的影响，结果表明，5、10、15、20、25 cm土层温度的变化趋势基本一致。刘平[18]等研究了生态垫对河滩地土壤温度的影响发现，在干旱地区调查季节内，生态垫覆盖可显著降低土壤15 cm以上土层的温度，可能生态垫致密，厚度较大，可对太阳的直射造成很好的阻隔效果。

（3）土壤温度I、土壤温度II和土壤温度III的日变化中，均以08:00最低，下午14:00或16:00最高，符合温度白昼变化的基本规律。有相关研究也得出了相似结论，王开喜[19]研究不同覆盖处理对枣园土壤温度变化影响得出，除25 cm外，5 、10 、15 、20 cm土层温度最高值都出现在14:00或16:00。隋益虎[20]等对不同覆盖方式下紫甘蓝栽培土壤温度的变化进行研究，亦得出相近结论。

（4）保水作用：薄膜（白薄膜或黑薄膜）＞锯木屑＞对照，表明3种覆盖处理均有一定的保水效果，且薄膜保水能力最强，该结论跟众多报道结论相近。黄俊[14]等研究了不同地表覆盖措施对早熟温州蜜柑园土壤水分的影响，结果表明，进口透气膜和银黑反光膜覆盖都对土壤有一定的控水保水作用。刀静梅[15]等研究了地膜覆盖对甘蔗地的土壤水分影响得出各覆盖处理对土壤含水量的影响大小排序为不覆盖地膜＜半膜覆盖＜地膜全覆盖。李进学[16]等研究了不同覆盖处理对柠檬园土壤温度的影响得出，稻草、黑膜和自然生草覆盖处理中，黑膜覆盖的保水效果最好，且在干旱季节，覆盖处理的土壤水分比完全不覆盖明显要高。

（5）土壤含水率I和土壤含水率Ⅱ的均值差异不大，而壤含水率Ⅲ的均值则相比土壤含水率Ⅰ、土壤含水率Ⅱ均值明显要高。可能因土壤含水率Ⅲ测量前（10月5日—6日）连续两日下雨所致。由此突显田间布置地表覆盖试验的天气局限性。

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Effects on soil temperature and soil moisture of ground mulching treatments in seed garden of second-generation Pinus elliottii

LIU Qiu1,2, LI Zhi-hui1, WU Ji-you2, CHEN Ming-gao2, LI Yan1, CHENG Yong2, HUANG Ming-jun2
(1. Central South University of Forestry & Technology, Changsha 410004, Hunan, China;2. Hunan Academy of Forestry, Changsha 410004, Hunan, China)

Different ground mulching treatments were set up to abserve the effects on soil temperature and soil moisture in seed garden of second-generationPinus elliottii. The results showed as follows: (1) There were extreme differences in soil temperature I,soil temperature II and soil temperature III among different ground mulching treatments. (2) The high-to-low order of soil temperature I under different ground mulching treatments was black fi lm＞white fi lm＞the control＞sawdust; The high-to-low order of soil temperature II under different ground mulching treatments was white fi lm＞black fi lm＞the control＞sawdust; The high-to-low order of soil temperature III under different ground mulching treatments was the same as soil temperature II. (3) The high-to-low order of soil temperature I at different ground level was 5 cm＞15 cm＞20 cm＞25 cm＞10 cm; The high-to-low order of soil temperature II at different ground level was 5cm＞10 cm＞20 cm＞25 cm＞15 cm; The high-to-low order of soil temperature III at different ground level was 5 cm＞10 cm＞20 cm＞15 cm＞25 cm; (4) The high-to-low order of soil temperature I at different time point of investigation was 16:00＞18:00＞14:00＞12:00＞10:00＞08:00; The high-to-low order of soil temperature II at different time point of investigation was 14:00＞16:00＞18:00＞12:00＞10:00＞08:00; The high-to-low order of soil temperature III at different time point of investigation was the same as soil temperature I. (5) There were extreme differences in soil moisture content I and soil moisture content III but no obvious difference in soil moisture content II. (6) The high-to-low order of soil moisture content I under different ground mulching treatments was white fi lm＞sawdust＞black fi lm＞the control, while the highest value was 26.69%larger than the lowest. The high-to-low order of soil moisture content II under different ground mulching treatments was white fi lm＞black fi lm＞sawdust＞the control, while the highest value was 20.64% larger than the lowest. The high-to-low order of soil moisture content III under different ground mulching treatments was black fi lm＞white fi lm＞sawdust＞the control, while the highest value was 26.61% larger than the lowest.

ground mulching; soil temperature; soil moisture content;Pinus elliottii; seed garden

S714.2

A

1673-923X(2016)12-0048-07

10.14067/j.cnki.1673-923x.2016.12.009

http: //qks.csuft.edu.cn

2016-03-14

国家林业局948项目“新一代湿地松种子园种质及丰产技术引进”（2013-4-37）；“十二五”农村领域国家科技计划专题项目“国外松高世代育种和种苗繁育关键技术研究与示范”（2012BAD01B0203）

刘 球，助理研究员，博士研究生

吴际友，研究员；E-mail：hnforestry@sina.com

刘 球，李志辉，吴际友，等. 不同地表覆盖处理对湿地松二代种子园土壤温湿度的影响研究[J].中南林业科技大学学报，2016, 36(12): 48-54.

[本文编校：文凤鸣]