桐药间作对林地土壤物理性质影响研究

2017-05-25杜洋文邓先珍李双龙

湖北林业科技 2017年2期

杜洋文邓先珍李双龙

摘要：研究了5种套种模式（油桐+玉竹、油桐+黄精、油桐+桔梗、油桐+麦冬、油桐+石蒜）下油桐林地土壤物理性质的变化。结果表明：不同套种模式间土壤物理性质存在显著差异，相同套种模式不同土层间也存在一定差异，不同套种模式间总体变化趋势基本相同，但在不同时期也存在一定差异。套种黄精、玉竹和麦冬能显著降低土壤容重和比重，增加土壤孔隙度，套种麦冬土壤容重降低率最大达1823%，套种黄精土壤孔隙度和土壤毛管持水量不降反增，最大增加率分别为332%和2557%。

关键词：套种模式；土壤；理化性质；油桐

中图分类号：S727.32；S794.3文献标识码：A文章编号：1004-3020（2017）02-0005-06

Effects of Different Intercropping Patterns on Soil Physical Characters of Vernicia fordii

Du Yangwen（1）Deng Xianzhen（1）Li Shuanglong（2）

（1.Hubei Academy of ForestryWuhan430075；2.Enshi Autonomous Prefecture Forestry Research InstituteEnshi445000）

Abstract： In this paper， taking the five interplanting patterns which are Polygonatum odoratum， P. sibiricum， Lycoris radiata， Ophiopogon japonicas， Platycodon grandiflorus as the test objects， the experiment is to explore the effects of different interplanting pattern on soil physical and chemical properties. The results showed that the physical and chemical properties were significant difference among different interplanting patterns， it was different the physical and chemical properties among different soil layers of the same interplanting pattern， the overall change trend was alike， but the difference was existence in different growth period. The interplanting patterns “V. fordii+ P. sibiricum” ， “V. fordii+ P. odoratum” and “V. fordii+ O. japonicas” reduced soil bulk density and soil specific weight ，increased soil total porosity， the soil bulk density of the pattern “V. fordii+ O.japonicas” reduced 18.23%； the soil total porosity and capillary capacity of the pattern“V. fordii+ P. sibiricum” wan not reduced， rather than increased 3.32% and 25.57%.

Key words：intercropping trees with medicinal plants；medicinal plants；soil physical and chemical characters；Vernicia fordii

油桐Vernicia fordii是中國特有的木本油料树种，主要分布在长江流域及其以南地区[1-3]，以四川、湖南、湖北和贵州较为集中。中国桐油品质优良，出口产量和质量均居世界第一[4]。林药间作是指两种或两种以上生育季节相近的林木和药用植物，在同一块田地上成行或成带（多行）间隔种植的方式。林药立体复合种植能实现对自然资源的充分吸收和转化，能够合理地组合成能充分利用土地、光能、空气、水肥和热量等自然资源的立体种植群体模式，让所经营的生物群体有足够的资源转化空间，使投入的能量和物质尽可能多的转化为经济产品，从而大幅度地提高土地经济益[1]；采用合理的林药间作模式，都能有效解决林、药争地的矛盾，这对促进地方经济发展和农民增收具有重要的现实意义。

近年来，油桐造林[4-5]、病虫害防治[6-7]等方面研究较多，在复合经营桐农套种方面有少量报道[8-9]，但关于桐药间作方面的研究未见报道。油桐造林密度一般为3 m×4 m～4 m×4 m，即使成林后林间空隙仍较大，土地利用率不高。中国药材种类众多，诸如黄精、玉竹等药材喜阴，在阴湿环境生长较好。针对这一情况，开展了油桐林下套种药材系列试验研究，主要针对套种药材对土壤物理性质的影响研究，筛选出能改善土壤物理性质，拟为油桐林下套种药材的选择提供理论依据。

1材料与方法

1.1试验地概况

试验地位于湖北省恩施州来凤县百福司镇（109°09′～109°27′ E，29°04′～29°07′ N），位于湖北省恩施州西边陲，地处鄂、湘、渝三省（市）交界之地，全镇平均海拔389 m，最高海拔1 12700 m，最低海拔33990 m。土壤主要为红壤、黄壤和沙壤。属亚热带大陆性季风湿润型山地气候，年日照时数1 260 h，无霜期269 d，年平均降雨量1 494 mm，年平均气温168～185 ℃ ，年极端最低气温-7～-15 ℃，极端最高温389 ℃，年≥10 ℃积温3 310～4 200 ℃，无霜期293～207 d，相对湿度81%。

1.2试验材料与方法

试验地为6年生油桐成林地，主要为金丝油桐。油桐高4～5 m，冠幅3～4 m×3～4 m，株距4～5 m，长势旺盛，林相基本整齐。2014年3月，选择土壤质地相似的5个地块，分别套种玉竹Polygonatum odoratum、黄精P. sibiricum、石蒜Lycoris radiata、麦冬Ophiopogon japonicas和桔梗Platycodon grandiflorus。玉竹、黄精、石蒜和桔梗均采用根茎栽种，麦冬分株栽植。各药材具体种植要求如下：①玉竹：采用根茎繁殖，在试验地开沟，沟深6 cm，沟宽10 cm，沟间距33～35 cm，株距10～13 cm，覆土4～5 cm，当天挖出当天切下顶芽根茎段，当天栽培。②麦冬：采用分株繁殖，将麦冬须根剪去，只留一指的须根，穴栽，栽深7～10 cm，行距20 cm，株距10 cm，每穴栽3～4株，栽后覆土，压紧踏实，稳固。③黄精：采用根茎繁殖，栽植选取5～7 cm 长小段，芽段2～3节。按行距25 cm开横沟，沟深8～10 cm，每隔10～12 cm平放一段。覆土，踩压紧实。④桔梗：采用根茎繁殖，按行距20～25 cm，沟深10～15 cm，株距6 cm，栽后覆细土，压实。⑤石蒜：采用分球繁殖，株行距15 cm×20 cm，栽植深度以鳞茎顶部略盖入土表为宜。

1.3土样采集

土壤采样为“S”形混合法，在每个小区内设5个样点，每个样点挖60 cm×60 cm×60 cm坑，分别在0～20 cm和20～40 cm剖面处用100 cm3环刀取原状土样，以测定土壤容重、比重、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、总孔隙度、最大持水量、毛管持水量等物理性质。

1.4指标测定

土壤物理性质测定：用环刀法测定土壤容重、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、总孔隙度等指标，具体方法参照森林土壤水分-物理性质的测定（LY/T 1215-1999）。用比重瓶法测定土壤比重。

1.5数据分析

每个取样点3次重复，取值平均值进行统计分析及制作图表，主要运用Excel 2003进行数据处理。

2结果分析

2.1桐药间作对土壤容重变化影响

土壤容重、比重和孔隙度是土壤松紧状况的反映，而土壤的松紧状况与土壤一系列理化性质，耕作情况等密切相关，因此测定土壤容重、比重与孔隙度的大小，可以作为判断土壤肥力高低的一项重要指标[10]。

由图1和图2可知，5种药材生长对同一土层和套种同种药材对不同土层土壤容重影响均存在差异。在0～20 cm土层，各套种药材的林地土壤容重均表现增大，对土壤容重影响大小及增加率分别为桔梗（3314%）>麦冬（1834%）>玉竹（1715%）>石蒜（484%）>黄精（-205%），仅套种黄精的油桐林地土壤容重减小。20～40cm土层，各套种药材对林地土壤容重影响较小，影响大小及增加率分别为桔梗（1316%）>石蒜（1009%）>黄精（-657%）>玉竹（-1438%）>麦冬（-1823%），套种黄精、玉竹和麦冬的油桐林地土壤容重有所降低。可知，油桐林下种植桔梗和石蒜会使土壤容重增加，种植黄精会使土壤容重降低。

套种不同的药材对油桐林地相同时期土壤容重的影响变化基本一致，0～20 cm土层土壤容重总的变化趋势是“升-降-升-升-降”。20～40 cm土层土壤容重总的变化趋势呈“降-降-升-降-降”。

2.2桐药间作对土壤非毛管孔隙度变化影响

非毛管孔隙度是土壤空气流动的通道，是土壤快速储水的场所，非毛管孔隙度越大，表明土壤中可能吸持的无效水容量小，有效水的储存容量越大，是衡量土壤质量优劣的指标之一。非毛管孔隙度能使土壤通气、透水，土壤非毛管孔隙度的大小反映了土壤接納降雨量，减少地表径流量的能力[11]，土壤耕层最适宜的非毛管孔隙度占总孔隙度的50%～60%。

由图3和图4可知，5种药材生长对同一土层土壤非毛管孔隙度影响有所差异，同种药材对不同土层土壤非毛管孔隙度影响也存在差异。0～20 cm土层，各套种药材对油桐林地土壤非毛管孔隙度影响大小及降低率分别为桔梗（16984%）>麦冬（14755%）>玉竹（4688%）>黄精（4514%）>石蒜（1771%）。20～40 cm土层，各套种药材对油桐林地土壤非毛管孔隙度影响大小及降低率分别为桔梗（8686%）>麦冬（6043%）>石蒜（1737%）>黄精（-3013%）>玉竹（-5390%），其中套种黄精和玉竹的油桐林地土壤非毛管孔隙度不降反增。可知，油桐林下种植桔梗、麦冬和石蒜会导致土壤非毛管孔隙度降低。

套种不同的药材对不同土层土壤非毛管孔隙度总体变化趋势是由大变小，但在不同时期也有所不同，套种同种药材对不同土层非毛管孔隙度也存在差异。0～20 cm土层非毛管孔隙度总体变化趋势为“降-降/升-升-降-升”，20～40 cm土层非毛管孔隙度总体变化趋势为“升/降-降-升-降-升”。

2.3桐药间作对土壤毛管孔隙度变化影响

毛管孔隙度是土壤毛管水所占据的孔隙，主要用于植物根系吸收和土壤蒸发，是土壤孔隙的重要组成部分之一[12]。毛管孔隙越大，越有利于植物根系吸收土壤中的水分[11]。

由图5和图6可知，5种药材生长对同一土层土壤毛管孔隙度影响有所差异，同种药材对不同土层土壤毛管孔隙度影响也存在差异。0～20 cm土层，各套种药材对油桐林地土壤毛管孔隙度影响大小及降低率分别为玉竹（5741%）>桔梗（3341%）>黄精（1624%）>石蒜（422%）>麦冬（-1392%），其中套种麦冬会使油桐林地土壤毛管孔隙度增加。20～40 cm土层，各套种药材对油桐林地土壤毛管孔隙度影响大小分别为玉竹（1855%）>石蒜（908%）>麦冬（278%）>桔梗（-126%）>黄精（-1201%），其中套种桔梗和黄精会使油桐林地土壤毛管孔隙度增加。可知，油桐林下种植玉竹和石蒜会导致土壤毛管孔隙度降低。

5种药材在不同土层毛管孔隙度总体变化趋势表现为由大变小，相同土层不同种类药材变化趋势一致。其中，0～20 cm土层总体变化趋势表现为“降/升-升-降-升-降”，20～40 cm土层土壤毛管孔隙度总体表现为“降-升-降-降/升-升”。

2.4桐药间作对土壤总孔隙度变化影响

土壤孔隙状况是表明土壤结构的重要指标，总孔隙度受容重间接影响，植物生长尤其是根系生长和残留物提高土壤有机质是提高孔隙度的根本原因[13]。

可知，油桐林下套种的5种药材对同一土层土壤总孔隙度影响有所差异，同种药材对不同土层土壤总孔隙度影响也存在差异。在0～20 cm土层，各套种药材对土壤总孔隙度影响大小及降低率分别为桔梗（3358%）>玉竹（1809%）>麦冬（1538%）>石蒜（771%）>黄精（457%）。20～40 cm土层，各套种药材对土壤总孔隙度影响大小及降低率分别为麦冬（2764%）>石蒜（2592%）>玉竹（2447%）>桔梗（1208%）>黄精（-344%）。可知，油桐林下种植桔梗、玉竹、麦冬和石蒜会使土壤总孔隙度降低。

5种药材对土壤总孔隙度影响变化表现为由大变小，同种药材在不同土层总孔隙度变化趋势也基本一致。其中0～20 cm土层土壤总孔隙度总体表现为“降-升-升-升-降”， 20～40 cm土层土壤总孔隙度总体表现为“降-升-升-升-降”。

2.5桐药间作对土壤比重变化影响

土壤比重是单位体积土壤固体颗粒（不包括空隙在内）的烘干重量。土壤比重决定于构成土壤颗粒的比重，因此不同土壤类型的比重也不一样。土壤比重的大小主要取决于土壤固相组成物质的种类和相对含量。

由图9和图10可知，油桐林下套种的5种药材对同一土层土壤比重影响有所差异，同种药材对不同土层土壤比重影响也存在差异。在0～20 cm土层，各套种药材对土壤比重影响大小及降低率分别为玉竹（1965%）>黄精（1432%）>石蒜（1418%）>麦冬（974%）>桔梗（067%）。20～40cm土层，各套种药材对土壤比重影响大小及降低率分别为黄精（2220%）>玉竹（1437%）>麦冬（391%）>石蒜>（289%）桔梗（191%）。可知，油桐林下种植麥冬、玉竹、黄精、石蒜和桔梗会使土壤比重降低，这可能和较长时间的雨水淋洗，未耕作等原因有关。

5种药材土壤比重总体变化趋势基本一致，但在不同时期内土壤比重变化方向及变化程度也存在一定差异。其中0～20 cm土层土壤比重总体变化趋势表现为“降/升-降-降-降-降”，在20～40 cm土层土壤比重总体趋势表现为“降/升-升/降-升-降-降”。

2.6桐药间作对土壤最大持水量变化影响

最大持水量也叫饱和持水量、全蓄水量。即土壤完全为水所饱和时的含水量。

由图11和图12可知，油桐林下套种的5种药材对同一土层土壤最大持水量影响有所差异，同种药材对不同土层土壤最大持水量影响也存在差异。在0～20 cm土层，各套种药材对土壤最大持水量影响大小及降低率分别为桔梗（4281%）>玉竹（3214%）>麦冬（3090%）>石蒜（1218%）>黄精（-1242%）。20～40 cm土层，各套种药材对土壤最大持水量影响大小及降低率分别为石蒜（3706%）>麦冬（3680%）>桔梗（2365%）>玉竹（1361%）>黄精（-4906%）。可知，油桐林下种植桔梗、玉竹、石蒜和麦冬会使土壤最大持水量降低，种植黄精会使土壤最大持水量增加。

5种药材对土壤最大持水量总体变化趋势是由大到小，0～20 cm土层与20～40 cm土层土壤最大持水量变化趋势差异较大，0～20 cm土层5种药材土壤最大持水量变化趋势基本一致，20～40 cm土层土壤最大持水量变化差异较大。0～20 cm土层土壤最大持水量变化趋势表现为“降-升-升/降-降-升”，20～40 cm土层土壤最大持水量基本表现为“降-升-降-降-升/降”。

2.7桐药间作对土壤毛管持水量变化影响

毛管持水量又称最大毛管水量，是指当土壤毛管上升水达到最大量时的土壤含水量。

由图13和图14可知，油桐林下套种的5种药材对同一土层土壤毛管持水量影响有所差异，同种药材对不同土层土壤毛管持水量影响也存在差异。在0～20 cm土层，各套种药材对土壤毛管持水量影响大小及降低率分别为桔梗（5268%）>玉竹（4329%）>石蒜（870%）>黄精（839%）>麦冬（514%）。20～40 cm土层，各套种药材对土壤毛管持水量影响大小及降低率分别为麦冬（3396%）>石蒜（2212%）>桔梗（1205%）>玉竹（1046%）>黄精（-3436%）。可知，种植桔梗、玉竹、麦冬和石蒜会导致土壤毛管持水量降低。

5种药材土壤毛管持水量总体变化趋势表现为由大到小，不同土层土壤毛管持水量变化差异较大。其中0～20 cm土层土壤毛管持水量总体变化趋势表现为“降-升-降-降-升/降”，20～40 cm土层土壤毛管持水量表现为“降-升-降-升-降/升”。

3结论与讨论

不同套种模式间土壤物理性质存在显著差异，同一套种模式不同土层间也存在一定差异，不同套种模式间各物理性质总体变化趋势基本相同，但在不同时期也存在一定差异。

黄精、玉竹和麦冬相比桔梗和石蒜有更发达的须根系，而且前者生长期长，无休眠期，对土壤的物理结构影响力度更大，这是黄精、玉竹和麦冬对土壤容重降低率、孔隙度增加率较大的主要因素。而且，不同时期不同土层土壤孔隙度都在50%以上，甚至高达150%，说明土壤的通气透水性和持水性能较好[14]，套种黄精、玉竹、麦冬、桔梗和石蒜有利于改良油桐林地土壤板结现状。

本研究中，5种套种模式药材对土壤物理性质影响各有差异，其中套种黄精、玉竹和麦冬能显著降低土壤容重和比重，对土壤孔隙度和持水量影响较小，套种桔梗和石蒜会使土壤容重和比重显著增加，对土壤孔隙度和持水量影响较大。

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