林农复合经营生态系统中，由于林木和农作物，特别是林木的凋落物和根系的死亡，土壤中有机质增加，而这些有机质的累积和分解，改变了土壤的物理、化学和生物特性(Singh，2007)。林农复合经营对土壤质量的维持和改善具有长期和稳定的作用(黎华寿等，2001)，有利于生态系统的养分平衡向有利方向转化(许峰等，2000)。林木根系由于分布较深和较广，能够从分布农作物根系以外的土壤中吸收大量的矿质营养，并将这些矿质营养输送到土壤表层(Allen et al., 2004; Hartemink et al., 1996)。土壤表层的有机质含量较土壤下层高，种植林木能够增加或者至少能够维持土壤中有机质的含量(Young，1997)。在林农复合系统中，由于树种、种植密度、林木年龄、间作物和经营措施等不同，营养归还土壤的速度和归还量存在显著差异(Singh et al., 1989; Szott et al., 1991; Mohsin et al., 1996)。在林农复合经营系统中，根系的更新在土壤营养元素的循环中发挥着非常重要的作用(Munoz et al., 2001)。土壤微生物的数量、土壤状况和气候条件等也显著影响土壤有机质的分解和营养元素的释放(Mugendi et al., 1997)。

银杏(Ginkgo biloba)是我国特有的多用途经济树种，其叶、花、果、材均具有较高的经济价值，在中国除了新疆、内蒙古、西藏、海南等少数地区外，作为叶用园、花用园、果用园和用材林已在全国广泛栽培，其中栽培面积最大的是银杏果用园。由于银杏生长相对较慢，需要5~7年才能开花结果，因此，在银杏果用园中大多采用复合经营的模式，以达到以短养长的目的。目前，银杏复合经营方面的研究报道较少(徐舰，2006; 林锦仪等，2000; 袁子祥等，1997)，有关其生态、经济和社会效益尚缺乏深入的研究。本文研究了江苏省泰兴市平原地区银杏不同复合经营模式下土壤化学性质(酸碱性、有机质、氮、磷、钾)的变化，并采用综合评价方法对不同经营模式进行综合评价，以期为制定高效银杏复合经营模式以及实现土地可持续发展提供理论依据。

1 材料与方法 1.1 试验地概况

试验地位于江苏省泰兴市(119°48′ E，30°59′ N)，地处长江下游冲积平原, 土壤质地以高砂土为主，碱性。泰兴市属于北亚热带季风海洋性气候区，年平均气温15 ℃，极端最高气温38.8 ℃，极端最低气温－12.5 ℃，年平均风速3.1 m·s^-1，年平均降水量1 031.8 mm，无霜期229天，日照时间2 111.8 h。

试验地银杏林造林时间为2005年，株行距8 m×8 m，嫁接部位高度为2 m。2005年开始进行不同复合经营模式的试验，复合经营模式包括银杏+桑树(Morus alba)(G+M)、银杏+小麦(Triticum aestivum)+黄豆(Glycine max)(G+W+S)、银杏+油菜(Brassica napus)+黄豆(G+R+S)3种经营模式，同时在靠近造林地附近选择土壤条件相一致的土地，以纯种油菜+黄豆(R+S)、桑树(M)为对照，每年种植模式一致，施肥量和施肥方式均保持一致(肥料为复合肥，每年5月和9月种植农作物时各撒施1次，每次施肥量为375 kg·hm^-2)。采用随机区组试验设计，小区面积为667.7 m²，设置3个重复。测定时，银杏林的平均树高为3.6 m，胸径为4.2 cm，冠幅为3.2 m。桑树种植株行距为0.3 m×1 m，通过修剪将高度控制在1.5 m。

1.2 测定方法

2008年4月25日，在试验地中取土样进行测定。每小区各设10 m×10 m的采样标准地，在采样标准地的两头和中间各选取3个采样点，用土钻分别采集0~20, 20~40, 40~60 cm的土样，混匀，取混合样分装保存。土样带回室内风干、磨细，分别用2，1，0.25 mm筛网筛过备用。

土壤pH值采用电位法测定(中国科学院南京土壤研究所，1981); 土壤有机质含量用K₂Cr₂O₇氧化法测定(严昶升，1988); 土壤全氮含量测定时，先将样本经高氯酸－浓硫酸消煮后，用全自动定氮仪测定; 土壤全磷含量用酸溶－钼锑抗比色法测定, 土壤有效磷含量采用NaHCO₃浸提法测定, 土壤水解性氮含量用碱解扩散法测定, 土壤全钾的含量用酸溶－火焰光度法测定, 土壤有效钾的含量用乙酸铵浸提－火焰光度法测定(中国土壤科学协会，1999)。

1.3 不同复合经营模式土壤肥力质量综合评价方法

应用上述测定的各项指标，采用改进层次分析法的综合评价模型来评价不同经营模式的土壤肥力(章海波等，2006)，具体步骤为: 1)建立土壤肥力质量评价的隶属度矩阵。根据在一定范围内评价指标与作物效应的关系函数，即隶属度函数(公式1，其中x₁和x₂分别为评价指标的上限值和下限值)，计算各个评价指标的隶属度值(表 1); 2)各评价指标权重的确定。采用各评价指标的样本标准差，构造判断矩阵，根据矩阵求出最大特征根所对应的特征向量，所求特征向量即为各评价因素重要性排序，即权数分配; 3)判断矩阵的一致性检验。利用公式CR=CI/RI来检验判断矩阵的一致性，其中，CI=(λ_max-n)/(n-1)，RI为平均随机一致性指标，取值决定于矩阵的阶数，参见表 2(表 2中的数据为固定值，取决于矩阵的阶数)。如果CR < 0.1，表明满足判断矩阵的一致性要求; 4)综合评价模型。由隶属度函数得到的各个指标在不同采样点的标准化转换值，并结合权重，即可建立土壤肥力质量的综合评价模型。

(1)

1.4 数据处理软件及分析方法

采用SAS软件对试验数据进行统计分析，用Sigmaplot 9.0软件制图。

2 结果与分析 2.1 银杏不同复合经营模式土壤的pH值

由图 1可以看出，不同经营模式下，土壤pH值均在6.39~8.34之间变动，但不同经营模式土壤的pH值存在一定差异。不同经营模式中，以R+S(油菜+黄豆)模式pH值最高，平均为8.39，其次为G+R+S(银杏+油菜+黄豆)模式，平均为7.99，M(纯种桑树)模式pH值最低，平均为7.15。因此，与纯种农作物相比，无论是种植银杏还是种植桑树均能降低土壤的pH值，这与林木凋落物数量较多，以及林木根系分泌有机酸等有密切的联系。方差分析也表明，不同模式土壤pH值的差异达到极显著水平(F=8.296，P=0.002 5)。

各种模式下，不同层次的土壤pH值差异较大，各种模式土壤pH值均随土层深度的增加而增大。不同土壤层次之间pH值变化较小的模式是R+S，也就是单纯种植农作物模式，而有银杏和桑树种植的土壤上，土壤各层之间pH值差异较大，这可能与银杏、桑树凋落物多有关。凋落物主要集中在土壤上层，本身含有大量酸性物质，而且凋落物在分解过程中也能生成大量酸性物质，从而导致表层pH值较低。方差分析也表明，各种模式下，土壤不同层次之间pH值的差异达到极显著水平(F=12.580 6，P=0.001 9)。

2.2 不同复合经营模式土壤有机质含量

从图 2可以看出，各经营模式土壤有机质的含量均表现为随土层深度的增加而下降的规律。不同经营模式下，下层土壤有机质含量差异较小，而中层和上层差异较大。造成这种差异的原因可能是枯落物分解产生的腐殖质，首先对其邻近土壤产生影响，土层越深，距离枯落物层越远，这种影响就越小。方差分析表明，各种模式土壤不同层次有机质含量差异达到极显著水平(F=92.419 3，P=0.000 0)。

从图 2还可以看出，不同经营模式土壤有机质含量也存在一定差异，方差分析也表明，不同经营模式土壤有机质含量的差异达到显著水平(F=4.745 8，P=0.017 6)。各经营模式中，土壤有机质含量以G+M模式最高，平均含量达到了11.21 g·kg^-1，其次为G+W+S模式，平均含量为10.41 g·kg^-1，而R+S模式含量最低，平均含量为9.41 g·kg^-1。因此，种植银杏或者桑树与单种农作物相比，均能提高土壤中有机质的含量。

2.3 不同复合经营模式土壤氮含量的变化

从表 3可以看出，各种复合经营模式土壤不同层次中全氮和水解氮含量有较大差异，不同复合经营模式土壤中全氮和水解氮含量均随着土层深度的增加而逐渐减少，其中，水解氮减少程度更加明显。如银杏+桑树(G+M)模式，0~20 cm土壤中全氮含量为1.178 g·kg^-1，而40~60 cm的土层全氮含量为0.658 g·kg^-1，表层为底层的1.79倍。同样在银杏+桑树(G+M)中，0~20 cm土壤中水解氮含量为504.7 mg·kg^-1，而40~60 cm的土层水解氮含量仅为68.4 mg·kg^-1，表层为底层的7.4倍。出现这种现象与表层植物凋落物和有机质含量较多有关。方差分析表明，不同土壤层次之间全氮和水解氮含量差异均达到极显著水平(F=77.586 3，P=0.000 0; F=9.374 7，P=0.005 1)。

方差分析表明(表 3)，不同经营模式土壤中全氮和水解氮含量差异均达到极显著水平(F=9.439 7，P=0.001 5; F=4.845 3，P=0.017 4)。无论是银杏和桑树(G+M)间作、银杏和农作物(G+W+S, G+R+S)间作，还是单种桑树，土壤中全氮和水解氮含量均高于单种农作物(R+S)的模式，5种经营模式土壤中全氮含量从大到小排序为:银杏+桑树(G+M)>桑树(M)>银杏+小麦+黄豆(G+W+S)>银杏+油菜+黄豆(G+R+S)>油菜+黄豆(R+S)，水解氮含量从大到小排序为:银杏+桑(G+M)>银杏+小麦+黄豆(G+W+S)>桑树(M)>银杏+油菜+黄豆(G+R+S)>油菜+黄豆(R+S)。不同经营模式土壤全氮和水解氮含量排列顺序略有差异，可能的原因为桑树是以叶用为主的树种，对氮的需求量高，因而纯种桑树(M)吸收水解氮较多。

2.4 不同复合经营模式土壤磷含量的变化

从表 3可以看出，各种复合经营模式土壤不同层次中有效磷含量有较大差异。不同复合经营模式土壤中有效磷含量均随着土层深度的增加而逐渐减少，如银杏+桑树(G+M)模式，0~20 cm土壤中有效磷含量为209.92 mg·kg^-1，而40~60 cm的土层有效磷含量为50.20 mg·kg^-1，表层为底层的4.2倍。出现这种现象与表层土壤有机质和植物根系分泌物较多、土壤pH值较低有关，因为磷在酸性土壤中有效性更强。各种复合经营模式土壤不同层次中全磷含量没有明显的变化规律，这与磷在土壤中移动性差有关。方差分析表明，不同土壤层次之间有效磷含量差异达到显著水平(F=5.659 9，P=0.022 7)，但全磷含量差异未达显著水平(F=0.513 3，P=0.613 5)。

不同复合经营模式土壤中全磷和有效磷含量见表 3。方差分析表明，不同经营模式土壤中全磷含量差异未达显著水平(F=1.532 2，P=0.264 2)，而有效磷含量差异达到极显著水平(F=3.735 9，P=0.036 2)。土壤中全磷含量以油菜+黄豆(R+S)模式最高，其次为银杏+桑树(G+M)模式，其他3种模式差异较小。而有效磷含量则以银杏+桑树(G+M)模式最高，其次为纯种桑树(M)模式，纯种农作物(R+S)最低。这些结果表明，种植银杏、桑树等木本植物，能够显著提高土壤中有效磷的含量。可能存在2个原因，一是林木凋落物较多，增加了土壤有机质的含量，另一个是林木根系分泌一些酸性物质，降低了土壤的pH值，活化了土壤磷。

2.5 不同复合经营模式土壤钾含量的变化

从表 3可见，不同复合经营模式土壤全钾和有效钾含量均随土壤深度的增加而下降，但是0~40 cm土层内，全钾含量差异相对较小。不同复合经营模式土壤全钾和有效钾差异较大，5种经营模式土壤中全钾含量从大到小排序为:银杏+桑(G+M)>油菜+黄豆(R+S)>银杏+油菜+黄豆(G+R+S)>桑树(M)>银杏+小麦+黄豆(G+W+S)，表明银杏和桑树间种，以及种植油菜，有利于土壤全钾含量的提高。有效钾含量从大到小排序为:桑树(M)>银杏+油菜+黄豆(G+R+S)>油菜+黄豆(R+S)>银杏+小麦+黄豆(G+W+S)>银杏+桑(G+M)，表明纯种桑树，或者在复合经营中种植油菜，有利于土壤有效钾含量的提高，其原因可能与不同物种对钾的选择性吸收有关。对5种经营模式土壤全钾含量与有效钾含量作相关性分析，相关系数r=－0.117，经检验相关性并未达到显著水平(P>0.05)，表明土壤全钾含量高，并不表明有效钾供应能力就强。方差分析表明，各种复合经营模式土壤中全钾和有效钾含量均达到显著差异水平(F=4.888 2，P=0.016 0; F=8.379 6，P=0.002 4)，各种复合经营模式不同土壤层次全钾和有效钾含量也达到显著差异水平(F=6.641 5，P=0.014 6; F=10.316 8，P=0.003 7)。

2.6 不同复合经营模式土壤肥力质量综合评价 2.6.1 不同复合经营模式肥力评价指标测定结果

表 4是评价不同复合经营模式土壤肥力质量的定量指标实测数据。从各测定指标的标准差来看，不同复合经营模式土壤中水解氮的差异最大，其次为有效磷、有效钾，而全磷、全钾和全氮差异相对较小。土壤中有效养分变化较大与种植模式不同有关，而全量矿质元素差异较小与试验区土壤本底基本一致有关。

2.6.2 不同复合经营模式肥力质量综合评价

采用改进层次分析法对不同经营模式土壤的肥力质量进行综合评价。首先利用各评价指标的样本标准差，构建出判断矩阵B_8×8:

根据矩阵B_8×8，求出最大特征根所对应的特征向量(W)，W=(0.427 1，0.305 4，0.065 8，0.040 6，0.041 2，0.040 1，0.039 9，0.039 9)。同时，对B_8×8判断矩阵进行一致性检验，利用公式计算得到CI=0.011，RI=1.404，进一步计算得到CR=0.008 < 0.1，满足判断矩阵的一致性要求。因此，上面得到的特征向量W，即可作为这8个评价指标的权重值(表 5)。

根据表 5评价指标的权重值，计算不同复合经营模式的土壤肥力质量指数值(FI)，结果见表 6。从表 6可以看出，不同复合经营模式FI差异较大。因此，不同土地经营模式土壤综合肥力差异较大，其中银杏+桑树(G+M)模式土壤肥力最高，FI达到0.937，其次为银杏+小麦+黄豆(G+W+S)，再次为桑树(M)和银杏+油菜+黄豆(G+R+S)，而纯种农作物，即油菜+黄豆(R+S)模式土壤肥力最差，FI仅为0.233。

3 讨论与结论

在林农复合经营中，存在着土壤肥力变化的现象，这种变化因作物品种的不同而存在着差异，选择适宜的间作品种则有利于改善土壤的肥力状况(闫德仁等，2001)。孟祥楠等(2006)研究了5种复合经营类型对土壤化学性质的影响，表明实行林农复合经营对土壤化学性质产生显著影响，影响程度因作物种类不同而异。夏青等(2006)对合川市紫色土区7种农林复合经营模式的土壤理化性状进行了试验研究，表明与单植相比，农林复合生态系统能够有效地改善土壤养分在垂直空间上的分布，对不同深度土壤特别是20~40 cm土层的理化性状均有所改善。此外，不同复合年限的系统对土壤的改良效果不同。章铁等(2005)研究也表明，果农复合经营模式的土壤肥力高于单种作物土壤的肥力。本项研究结果表明，与纯种农作物相比，银杏与其他作物长期间作后，土壤中各种速效养分、全量养分、有机质、pH等发生显著的变化，但不同经营模式变化的程度也不同，主要原因在于不同复合经营系统地上部分凋落物、根系死亡和根系分泌物数量和种类等不同，进而引起各种土壤性质的变化幅度也不同。由于各种经营模式施肥方法和施肥量一致，加之复合经营系统物种较多，吸收的营养元素的绝对量较单种农作物要多，但是复合经营的土壤肥力仍然高于单种农作物，因此，这种土壤肥力的变化主要是复合经营对土壤的改良效应引起的。

土壤肥力质量是土壤系统的化学、生物和物理组分之间复杂相互作用的综合体现，它可以用几个关联的特征来指示。当将土壤看作生态系统的一部分来检验时，土壤肥力质量评价提供了一种评价人类管理决策对环境直接和间接影响的有效方法(Karlen et al., 1997)。但是单一的土壤性质指标无法定量地表达土壤肥力的状况，因此，越来越多的研究采用综合系统的评价方法(吕晓男等，1999)。在进行综合评价中，确定各个评价指标的权重系数的精确度和科学性将直接影响评价的结果，层次分析法(AHP)将人的主观判断为主的定性分析进行定量化，将各种判断要素之间的差异数值化，适用于复杂的模糊综合评价系统，是目前一种被广泛应用的确定权重的方法。运用AHP法在构建判断矩阵时，会因为对指标之间相对重要程度的判断因专家不同而异，具有一定的主观性，同时对已有的定量信息应用不够充分也是它的一个明显不足之处(许国志等，2000)。充分利用实测数据提供的定量信息来构建判断矩阵，提高了AHP法确定权重的准确性和科学性(章海波等，2006)。本研究利用改进层次分析法，充分利用测得的各项数据，构建出判断矩阵，根据判断矩阵计算得到各指标的权重，同时对判断矩阵进行一致性检验，表明CR=0.008，远远小于0.1，因此根据判断矩阵得到的各指标的权重合理。进一步根据权重对5种经营模式土壤肥力进行综合评价，结果表明，5种经营模式土壤肥力质量指数差异较大，其中银杏+桑树(G+M)土壤肥力质量指数最高，而纯种农作物(R+S)土壤肥力质量指数最低。这也进一步证实复合经营较单种农作物更能提高土壤的综合肥力，复合经营有利于土壤的可持续经营。当然，土壤肥力的指标因子还包括土壤的物理性质、各种酶的活性、微生物的数量和活性等，要进一步了解不同经营模式对土壤综合肥力的影响，还需要从以上几个方面作更进一步的研究。