不同薄壳山核桃复合栽培模式对土壤性质及林下作物农艺性状的影响

苏西娅 任俊鹏 刘照亭 朱正顺 葛朝峰 毛妮妮

摘要：以疏植薄壳山核桃+牡丹（RPP）、密植薄壳山核桃+牡丹（DPP）、疏植薄壳山核桃+芍药（RPHP）、密植薄壳山核桃+芍药（DPHP）4种复合经营模式和薄壳山核桃纯林（CK）为研究对象，对不同模式下土壤理化性质、林下作物的叶片品质进行了测定分析。结果表明，与CK相比，薄壳山核桃复合经营模式会不同程度地影响土壤的理化性质，包括提升土壤含水量，降低土壤容重，增大土壤孔隙度，其中DPHP处理条件下土壤的物理性质变化均达到了显著水平（P<0.05）。DPP处理下土壤电导率变化达到了显著水平（P<0.05），相比对照提高14.29%，不同处理条件下土壤pH值没有显著差异（P>0.05）。不同复合模式下的全氮、全磷含量相比对照有明显提升，但未达到显著水平（P>0.05），复合栽培模式下密度与土壤全钾含量存在正相关，DPP、DPHP处理模式下土壤全钾含量显著高于对照（P<0.05），相比CK处理分别提高11.58%、12.11%。叶片厚度与叶片面积成反比，叶片厚度越小，叶面积越大。不同处理对林下作物叶片鲜重、干重、含水量没有显著影响。不同密度模式下，林下种植牡丹的叶绿素含量差异达到了极显著水平（P<0.01），DPP处理下叶绿素含量相比RPP处理提高32.80%。不同密度条件下芍药的种子数量和单粒重均没有显著差异（P>0.05），而牡丹的种子数量和单粒重差异均达到显著水平（P<0.05），相比于RPP处理，DPP处理种子数量增加14.25%，单粒重降低13.64%。综上，复合栽培模式相比纯林模式，改善土壤理化性质效果明显，其中DPP、DPHP处理效果较好，不同复合模式对林下作物的叶绿素含量和产量指标有影响，林下种植牡丹较优。

关键词：薄壳山核桃；复合模式；土壤性质；品质

中图分类号：S664.104  文献标志码：A

文章编号：1002-1302（2024）08-0138-06

收稿日期：2023-05-25

基金项目：句容市科技创新基金（编号：ZA32107）。

作者简介：苏西娅（1995—），女，山西长治人，硕士，实习研究员，主要从事果树栽培生理及果树景观化研究。E-mail：suxiyathea@126.com。

通信作者：毛妮妮，硕士，副研究员，主要从事果树栽培生理及果树景观化研究。E-mail：maonini1982@163.com。

薄壳山核桃（Carya illinoinensis），为胡桃科山核桃属植物，别称美国山核桃、长山核桃，是集高档干果、木本油料、园林绿化、高档木材为一体的生态经济型树种。薄壳山核桃是收益达百年甚至几百年的“子孙树”，但该树种童期长，进入收益期时间较长，见效慢，管理好的果园达到收支平衡需要5～6年的时间，达到丰产期需要8年以上的时间［1］。

林药复合经营是农林复合经营的重要类型之一，是针对林业自身特点和药用植物资源保护，按照生态学原理，合理组合生物种群，充分利用土地、光能、空气、水肥和热量等自然资源，建立乔灌搭配、乔草搭配、灌草搭配的林药间作立体复合经营模式［2］。目前关于林药复合经营技术的研究已取得一定进展，构建得到如毛白杨—甘草、马尾松—草珊瑚、桉树—鸡骨草等多个复合经营系统，取得了较好的生态和经济效益［3-5］。目前，薄壳山核桃种植密度不超过14株/666.7 m2（主要种植株行距为6 m×8 m），行间距离大，中早期发展林下经济无疑是解决薄壳山核桃林前期收支不平的主要途径。目前，薄壳山核桃幼龄果园林间主要间作花生等作物，但是这些作物受气候影响大［6］。部分果园间作小麦、玉米、水稻等高秆作物，严重影响薄壳山核桃的生长，甚至造成树体死亡［7-8］。成龄的薄壳山核桃林下几乎无套作。截至目前，关于薄壳山核桃林间或林下经济的研究报道甚少。

本研究通过在不同密度薄壳山核桃林下种植药用植物牡丹和芍药，分析不同复合模式下土壤理化性质的变化以及林下作物叶片形态指标、叶绿素含量和种子的改变，探索较优的复合栽培模式，以期为薄壳山核桃复合栽培提供理論基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

研究区位于江苏省句容市天王镇金山村，试验地薄壳山核桃的造林时间为2018年3月，品种为波尼，于2021年开始在薄壳山核桃林下套种2种多年生药用植物，分别是牡丹品种凤丹和芍药品种白花芍药。采用随机区组设计，设置5个处理，分别为疏植薄壳山核桃+牡丹（RPP）、密植薄壳山核桃+牡丹（DPP）、疏植薄壳山核桃+芍药（RPHP）、密植薄壳山核桃+芍药（DPHP）、薄壳山核桃纯林（CK）。其中疏植薄壳山核桃株行距为8 m×8 m，密植薄壳山核桃株行距为6 m×6 m，牡丹株行距为1 m×1 m，芍药株行距为0.8 m×0.8 m，CK处理株行距为8 m×8 m，每个处理3次重复，共计15个小区，每个小区面积为300 m2。所有处理立地条件一致，不同处理间采取相同的栽培管理措施。

1.2 试验方法

于2022年7月初采集土壤样本。每小区避开施肥点按照“S”形取样法选择5个混样点，去除地面植物及凋落物后用不锈钢土钻采样，采样深度为0～40 cm，带回实验室后风干，去除石头、根系等杂物后过10目筛，用于测定土壤pH值、电导率（EC值）值以及全氮、全磷、全钾含量。利用100 cm3体积的不锈钢环刀采集表层土壤容重样品，每个小区在中央树的树冠垂直滴水线内外两侧约35 cm处各选择1个混样点进行容重采集，每个小区共采集2个容重平行样。容重样品带回实验室后置于105 ℃烘箱中烘干至恒重（48 h），测定土壤含水量、土壤容重和土壤孔隙度。将风干土壤通过10目筛，测定土壤化学性质相关指标。于2022年7月至8月测定林下作物的品质指标。

1.3 数据处理

使用Excel进行数据处理及作图，SPSS 16.0进行数据统计与分析，邓肯氏新复极差法测验所有数据。

2 结果与分析

2.1 不同复合模式对土壤物理性质的影响

土壤水分、构成等是反映土壤物理性质的重要指标，可用于综合评价土壤的物理状况［9］。其中，土壤含水率代表土壤中水分含量及濕度大小，土壤容重和孔隙度能反映土壤结构及透气性。不同复合模式对土壤物理性质均有不同程度的影响。由表1可知，不同复合模式下土壤含水率均较对照有所增加，其中，DPHP处理下土壤含水率最高（22.53%），其次为DPP、RPP、RPHP。林下种植芍药（RPHP、DPHP）显著提高了土壤的含水率（P<0.05），密植薄壳山核桃林下种植芍药和油用牡丹的土壤含水量极显著高于对照（P<0.01）。土壤容重与土壤含水率呈负相关，不同处理的土壤容重分布在1.36～1.53 g/cm3范围内，DPP模式下土壤容重最低，相比对照显著降低11.11%（P<0.05），RPP和RPHP模式下土壤容重相同，均为 1.50 g/cm3，与对照差异不大，说明在薄壳山核桃栽植密度大的前提下，林下作物对土壤容重的影响不大。DPHP处理条件下土壤孔隙度较高，达48.68%，土壤孔隙度从低到高依次为CK、RPP、RPHP、DPP、DPHP处理，说明单位面积内地上作物越多，土壤透气性越好。

2.2 不同复合模式对土壤化学性质的影响

土壤电导率（EC值）是反映土壤电化学性质和肥力特性的基本指标，代表土壤含盐量的多少［10］。由表2可知，复合模式密度越大土壤电导率越高，DPHP处理土壤EC值明显高于对照，较对照提高28.57%；其次为DPP处理，较对照提高14.29%；疏植处理RPP、RPHP与对照相比差异不大。土壤pH值能直接反映土壤酸碱度的高低，直接影响土壤生物化学反应。不同模式下土壤pH值分布在6.37～6.63之间，不同处理条件下土壤pH值没有显著差异（P>0.05），土壤pH值由低至高分别为RPP、DPP、DPHP、CK、RPHP处理，林下作物对土壤pH值没有显著影响，进一步推测这可能是由于林下凋落物、腐殖质等在分解腐化过程中会产生酸性物质，进而有效降低了土壤pH值。

氮、磷、钾是植物生长过程中必不可少的营养元素，在土壤中可以被植物转化并吸收，对提高作物产量和改善品质有一定影响，因此其含量常作为反映土壤肥力的重要指标［11］。通过对不同复合模式下土壤全氮含量进行分析（图1）发现，复合模式密度越大，全氮含量越高，由低到高分别为CK、RPHP、RPP、DPHP、DPP处理，其中DPP处理条件下全氮含量最高，为0.81 g/kg，CK处理下全氮含量最低，为0.64 g/kg，相比对照，DPP、DPHP、RPP、RPHP的全氮含量分别提高了26.04%、23.96%、10.42%、9.38%。不同复合模式下土壤全磷含量没有显著差异（P>0.05），全磷含量的分布范围为1.56～1.79 g/kg，RPP、DPP处理条件下全磷含量明显升高，分别提高10.71%、14.99%，而RPHP、DPHP处理下全磷含量增加较少，仅分别提高2.57%、5.57%，可以推测薄壳山核桃林下种植牡丹可以有效提高土壤全磷含量。不同复合模式对土壤全钾含量影响较大，其中DPP、DPHP处理模式下土壤全钾含量显著高于对照（P<0.05），分别提高11.58%、12.11%；RPP和RPHP处理模式下土壤全钾含量和对照相比没有显著差异（P>0.05），但也明显升高，分别提高8.19%、7.48%，说明复合栽培模式下密度与土壤全钾含量存在正相关关系。

2.3 不同复合模式对林下作物叶片物理性质的影响

复合模式会造成植物的空间竞争、土壤竞争，

进而对林下作物的生长发育造成一定影响。通过对栽培密度及林下作物种类分析（表3）发现，密度较大的复合栽培模式（DPP、DPHP处理）能明显降低林下作物的叶面积，相比RPP、RPHP处理，叶面积分别降低了10.84%、8.27%，但不同密度的复合经营模式之间没有显著差异（P>0.05）。叶片厚度与叶片面积成反比，叶面积越大，叶片厚度越小，林下作物牡丹在不同的复合栽培密度下叶片厚度存在显著差异（P<0.05），RPP处理下叶片厚度为0.380 mm，相比DPP处理降低了8.65%；RPHP和DPHP之间叶片厚度存在极显著差异（P<0.01），而与DPHP处理相比，RPHP处理下芍药叶面积增加了9.01%。叶片鲜重由高至低分别为RPHP、DPHP、RPP、DPP处理，不同处理下叶片干重的范围为0.23～0.33 g，叶片的鲜重、干重和含水量均没有明显变化，说明不同的复合栽培模式对林下作物叶片的鲜重、干重、含水量影响不大。

2.4 不同复合模式对林下作物叶绿素含量的影响

叶绿素是植物进行光合作用的物质基础，其含量是反映植物叶片光合作用能力的重要生理指标［12］。对林下作物叶片叶绿素含量进行分析（图2）发现，叶绿素含量由低至高分别为RPP、RPHP、DPHP、DPP处理，不同复合模式下，密度越高，叶绿素含量越高。不同密度模式下，林下种植牡丹的叶绿素含量差异达到了极显著水平（P<0.01），DPP处理相比RPP处理提高32.80%，而林下种植芍药，不同密度处理间没有显著差异（P>0.05），但DPHP处理高于RPHP处理4.69%，可以推测适当增加复合模式密度有助于增加林下作物叶绿素含量，进而提高其光合水平。

2.5 不同复合模式对林下作物产量的影响

通过对不同复合模式林下作物产量进行分析（图3）发现，DPP、DPHP处理条件下，单个果荚的种子数量有明显提升，而单粒重与其成负相关，种子数量越多，单粒重越小。其中不同密度条件下牡丹的种子数量和单粒重差异均达到了显著水平（P<0.05），相比于RPP处理，DPP处理种子数量增加14.25%，单粒重降低13.64%。不同密度条件下芍药的种子数量和单粒重均没有显著差异（P>0.05）。

3 结论与讨论

土壤基本物理性质受到自然环境条件、植物种类、植被凋落物、人类活动等因素的影响［13-14］。复合系统中良好的土壤性质和土壤结构有助于植物有效利用土壤中的养分和水分［15］。在本研究中，不同的复合模式均能明显提升土壤的含水量，降低土壤容重，增大土壤孔隙度，该结果与Chen等的研究结果［16-17］一致。在本研究中土壤物理性质与复合模式密度相关，造成该结果的原因可能是密度越大，林下作物根系分布越多，进而造成土壤结构的改变。

土壤电导率（EC值）和pH值直接影响土壤微生物的酸碱平衡，进而调节土壤中的养分利用率［18］。在本研究中，与对照相比，密植复合模式下土壤EC值明显提升，疏植复合模式下土壤EC值和pH值变化不明显，造成该结果的原因可能为密植模式下土壤凋落物较多，凋落物降解作用提高了土壤电导率和pH值，疏植模式下凋落物较少，故而影响不大。李晨晨通过对林药立体栽培模式进行分析发现，不同的复合模式可以改善土壤的物理性质，复合模式不同改善的效果也不同［19］，进一步论证了本研究的结果。杨灿等通过分析不同模式下土壤理化性质发现，林农复合系统与纯林地相比，土壤中全量养分（N、P、K）含量有了明显提高［20］，肖莉对薄壳山核桃复合经营模式的分析也得出了相同的结果［21］。在本研究中，不同模式下只有全钾的含量有显著差异（P<0.05），全氮、全磷含量均较对照有所提升，但未达到显著水平（P>0.05），与上述研究结果一致。进一步表明薄壳山核桃复合栽培比薄壳山核桃纯林更能提高土壤的综合肥力，有利于土壤的可持续经营。

薄壳山核桃林农复合系统中苗木之间的株行距不同， 对作物生物量生长影响的程度不同。肖莉

通过对林-苗、 林-草、 林-药、林-农4种复合栽培模式进行分析发现，薄壳山核桃在复合系统中阻挡了林下作物的光照，且随着时间的延长抑制作用愈加显著，在第5年后林分会达到郁闭，进而影响林下作物的光照，导致作物减产［21］。光合作用是植物生长发育的基础，光合作用的强弱受2个方面因素的影响，一是与植物叶片的大小、厚度、成熟度及叶绿素含量有关，其中叶绿素通过吸收光能，将其转化为碳水化合物传递给植物，参与光合作用，其含量多少直接影响叶片的光合能力［22］，二是外界干扰胁迫也会影响植物光合能力［23］。在本研究中复合模式密度越大，芍药和牡丹的叶面积越小，叶片厚度越大，造成该结果的原因可能是复合种植导致林下作物产生了低光胁迫，抑制叶面积的增加，促进葉绿素增加，用于抵御外界环境的变化。对叶片鲜重、干重及含水量进行分析发现，叶片鲜重和干重会随着复合模式密度的增加而降低，而含水量变化不大，分析原因为光合作用的减弱导致干物质积累能力下降，进一步佐证了该结果。李勇美等研究发现，在林农复合经营模式下，树冠遮阴会对作物产量产生影响，其中小麦减产较少，大豆受到的影响较大，且较大林龄、较小株行距的林分影响显著［8］。方建民等研究了安徽省具有代表性的不同林粮和林茶复合模式的生物量，结果表明，不同复合模式下生物量都存在显著差异［24］。本研究对牡丹和芍药的单个果实种子粒数和单粒重进行分析发现，复合模式密度越大，单个果实的种子数量越多，而单粒重越低，其中对牡丹的影响较大，与上述研究结果［24］一致。

综上所述，不同的薄壳山核桃复合经营模式会对土壤的理化性质造成影响，不同处理均能明显提升土壤的含水量，降低土壤容重，增大土壤孔隙度，其中DPHP处理条件下土壤的物理性质变化与对照相比均达到了显著水平（P<0.05）。DPP处理下土壤电导率较对照显著提高14.29%，不同处理条件下土壤pH值没有显著差异（P>0.05）。不同复合模式下的全氮、全磷含量相比对照有明显提升，但差异不显著（P>0.05），复合栽培模式下密度与土壤全钾含量存在正相关，DPP、DPHP处理模式下土壤全钾含量显著高于对照（P<0.05），相比于CK处理分别提高了11.58%、12.11%。叶片厚度与叶片面积成反比，叶片厚度越小，叶面积越大。不同处理对林下作物叶片鲜重、干重、含水量没有显著影响。不同密度模式下，林下种植的牡丹叶绿素含量差异达到了极显著水平（P<0.01），DPP处理下叶绿素含量相比于RPP提高了32.80%。不同密度条件下芍药的种子数量和单粒重均没有显著差异（P>0.05），而牡丹的种子数量和单粒重差异均达到了显著水平（P<0.05），相比RPP处理，DPP处理种子数量增加14.25%，单粒重降低13.64%。复合栽培模式相比纯林，改善土壤理化性质效果明显，薄壳山核桃种植密度为6 m×6 m时，DPP、DPHP处理效果较好，不同复合模式对林下作物的叶绿素含量有影响，密植林下种植牡丹（DPP）能显著提高叶片的叶绿素含量。

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