2017, Vol. 37
文章信息
- 杜洋文, 曾祥福, 邓先珍, 李双龙
- DU Yangwen, ZENG Xiangfu, DENG Xianzhen, LI Shuanglong
- 不同桐药套种模式对土壤理化性质的影响
- Effects of different interplanting patterns on soil physical and chemical characters of Vernicia fordii
- 森林与环境学报,2017, 37(2): 181-187.
- Journal of Forest and Environment,2017, 37(2): 181-187.
- http://dx.doi.org/10.13324/j.cnki.jfcf.2017.02.009
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文章历史
- 收稿日期: 2016-11-14
- 修回日期: 2017-03-14
, 2. 恩施州林业科学研究所, 湖北 恩施 445000
2. Enshi Autonomous Prefecture Forestry Research Institute, Enshi, Hubei 445000, China
林药套种是一种能够合理地充分利用土地、光能、空气、水肥和热量等自然资源的立体种植模式，实现土地经济效益的最大化，具有良好的经济效益和林业生态效益。在林下间作药材可实现野生、半野生栽培，有利于保持药材的原始品质，甚至提高和改善[1]。采用合理的林药间作模式，能够有效地缓解林、药争地的矛盾和土地利用率不高的现象，这对于促进农村经济发展、实现农民增收和林业增效，以及林业可持续发展具有重要的现实意义[2]。
油桐 (Vernicia fordii Hemsl.) 是我国特有的木本油料树种，桐油是世界上最优质的干性植物油，是重要的工业原料，产量和质量均居世界首位[3]。近年来，在油桐造林[3]、病虫害防治[4-5]、遗传育种[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鲜见报道。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。针对这一情况，开展套种药材对油桐林地土壤容重、比重、总孔隙度等物理性质，以及林地土壤氮、磷、钾和有机质含量的变化研究，以期筛选出既能够充分合理利用土地，又能够改善土壤理化性质的药材种类，为油桐林下经济发展提供理论依据。
1 材料与方法 1.1 样地概况试验地为6年生油桐成林地，主要为金丝油桐[Vernicia fordii (Hemsl.) ‘Jinsi’ ]。油桐造林前，为荒山荒地。造林时，除杂去灌，全垦翻地，直播造林。每年人工砍杂1次，不施肥。目前，油桐树高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。在等高线附近选择土壤类型、质地相似的5个地块，每个地块300 m2，每重复100 m2，3次重复，共计1 500 m2，分别套种玉竹[Polygonatum odoratum (Mill.) Druce]、黄精 (Polygonatum sibiricum Red)、石蒜[Lycoris radiata (L´Her.) Herb]、麦冬[Ophiopogon japonicas (Thunb.) Ker-Gawl.]和桔梗[Platycodon grandiflorus (Jacq.) A. DC.]5种药材。2013年冬季人工全垦整地。2014年3月，玉竹、黄精、石蒜和桔梗均采用根茎栽种，麦冬分株栽植。
1.2 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。在剖面分别取1 kg土样，装入袋中，做好标记，带回实验室，放置在阴凉通风处自然风干，风干后过0.149 mm筛，以测定土壤全氮、全磷、全钾、水解性氮、速效磷、有效钾、有机质、pH值等化学性质，每个点3次重复。取样时间及次数：第1次 (2014年3月中旬)、第2次 (7月中旬)、第3次 (11月中旬) 和第4次 (2015年4月中旬)、第5次 (2015年7月中旬) 和第6次 (2015年11月中旬)。
1.3 指标测定方法土壤容重和总孔隙度参照森林土壤水分-物理性质的测定 (LY/T 1215—1999)[10]。土壤比重采用比重瓶法测定[11]。采用全自动定氮仪测定土壤全氮含量，采用酸溶-钼锑抗比色法测定土壤全磷含量，采用酸溶-火焰光度法测定土壤全钾含量，采用碱解扩散法测定土壤水解性氮含量，采用钼锑抗比色法测定土壤有效磷含量，采用乙酸铵浸提-火焰光度法测定土壤有效钾含量，用K2Cr2O7氧化法测定土壤有机质含量，用电位法测定土壤pH值[12]。
1.4 数据分析每个样点3次重复取平均值，运用Excel 2003软件进行统计分析及数据处理。
2 结果与分析 2.1 桐药间作对土壤物理性质的影响油桐林下套种桔梗和石蒜会使土壤容重增加，但套种黄精会使土壤容重降低 (图 1)。在0~20 cm土层土壤容重 (除黄精外) 均表现增大且总的变化趋势是“升-降-升-升-降”，对土壤容重影响大小为桔梗＞麦冬＞玉竹＞石蒜＞黄精，仅套种黄精的油桐林地土壤容重减小。套种药材对20~40 cm土层土壤容重影响较小，套种黄精、玉竹和麦冬的油桐林地土壤容重有所降低，总的变化趋势呈“降-降-升-降-降”，对土壤容重影响依次为桔梗＞石蒜＞黄精＞玉竹＞麦冬。
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图 1 不同套种模式对土壤容重的影响 Fig. 1 The effect of different interplanting patterns on soil bulk 注：PG表示桔梗，PS表示黄精，PO表示玉竹，LR表示石蒜，OJ表示麦冬。 Note: PG indicates Platycodon grandiflorus, PS indicates Polygonatum sibiricum, PO indicates Polygonatum odoratum, LR indicates L. radiata, OJ indicates O. japonicas. |
药材生长对土壤总孔隙度存在不同程度的影响 (图 2)。在0~20 cm土层土壤总孔隙度总体表现为“降-升-升-升-降”，对土壤总孔隙度影响大小为桔梗＞玉竹＞麦冬＞石蒜＞黄精。套种药材对20~40 cm土层土壤总孔隙度总体表现为“降-升-升-升-降”，对土壤总孔隙度影响依次为麦冬＞石蒜＞玉竹＞桔梗＞黄精。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。
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图 2 不同套种模式对土壤总孔隙度的影响 Fig. 2 The effect of different interplanting patterns on soil total porosity 注：PG表示桔梗，PS表示黄精，PO表示玉竹，LR表示石蒜，OJ表示麦冬。 Note: PG indicates Platycodon grandiflorus, PS indicates Polygonatum sibiricum, PO indicates Polygonatum odoratum, LR indicates L. radiata, OJ indicates O. japonicas. |
药材生长对土壤比重存在不同程度的影响 (图 3)。在0~20 cm土层土壤比重总体表现为“降/升-降-降-降-降”，对土壤比重影响大小为玉竹＞黄精＞石蒜＞麦冬＞桔梗。套种药材对20~40 cm土层土壤比重总体表现为“降/升-升/降-升-降-降”，对土壤比重影响大小为黄精＞玉竹＞麦冬＞石蒜＞桔梗。种植麦冬、玉竹、黄精、石蒜和桔梗会使土壤比重降低。
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图 3 不同套种模式对土壤比重的影响 Fig. 3 The effect of different interplanting patterns on soil specific weight 注：PG表示桔梗，PS表示黄精，PO表示玉竹，LR表示石蒜，OJ表示麦冬。 Note: PG indicates Platycodon grandiflorus, PS indicates Polygonatum sibiricum, PO indicates Polygonatum odoratum, LR indicates L. radiata, OJ indicates O. japonicas. |
套种药材对土壤全氮含量影响存在差异 (图 4)。在0~20 cm土层土壤全氮含量影响表现为“升-降-升-降-降/升”，对土壤全氮含量的影响为桔梗＞黄精＞玉竹＞麦冬＞石蒜。20~40 cm土层土壤全氮含量的影响表现为“升-降-升-升/降-降/升”，对土壤全氮含量的影响为玉竹＞桔梗＞黄精＞麦冬＞石蒜。油桐林下种植桔梗和黄精会提高土壤全氮含量，但种植麦冬和石蒜会使土壤全氮含量降低。
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图 4 不同套种模式对土壤全氮含量的影响 Fig. 4 The effect of different interplanting patterns on soil total N 注：PG表示桔梗，PS表示黄精，PO表示玉竹，LR表示石蒜，OJ表示麦冬。 Note: PG indicates Platycodon grandiflorus, PS indicates Polygonatum sibiricum, PO indicates Polygonatum odoratum, LR indicates L. radiata, OJ indicates O. japonicas. |
套种药材对土壤全磷含量的影响存在差异 (图 5)。在0~20 cm土层土壤全磷含量表现为“升/降-降-升-降/升-升/降”，对土壤全磷含量影响大小为桔梗＞黄精＞麦冬＞玉竹＞石蒜。套种药材对20~40 cm土层全磷表现为“升-降-升-降-升”，对土壤全磷含量影响大小为桔梗＞黄精＞玉竹＞麦冬＞石蒜。种植桔梗和黄精会提高土壤全磷含量，但种植麦冬和石蒜会使土壤全磷含量降低。
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图 5 不同套种模式对土壤全磷含量的影响 Fig. 5 The effect of different interplanting patterns on soil total P 注：PG表示桔梗，PS表示黄精，PO表示玉竹，LR表示石蒜，OJ表示麦冬。 Note: PG indicates Platycodon grandiflorus, PS indicates Polygonatum sibiricum, PO indicates Polygonatum odoratum, LR indicates L. radiata, OJ indicates O. japonicas. |
套种药材对土壤全钾含量影响存在差异 (图 6)。在0~20 cm土层土壤全钾含量表现为“升-升-升-降-降”，对土壤全钾含量影响大小为黄精＞桔梗＞玉竹＞石蒜＞麦冬。20~40 cm土层土壤全钾含量总体表现为“升-升-降-升-降”，对土壤全钾含量影响大小为黄精＞桔梗＞玉竹＞麦冬＞石蒜。种植桔梗、玉竹、石蒜和麦冬会使土壤全钾含量降低。
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图 6 不同套种模式对土壤全钾含量的影响 Fig. 6 The effect of different interplanting patterns on soil total K 注：PG表示桔梗，PS表示黄精，PO表示玉竹，LR表示石蒜，OJ表示麦冬。 Note: PG indicates Platycodon grandiflorus, PS indicates Polygonatum sibiricum, PO indicates Polygonatum odoratum, LR indicates L. radiata, OJ indicates O. japonicas. |
套种药材对土壤水解性氮含量影响存在差异 (图 7)。在0~20 cm土层土壤水解性氮含量变化表现为“升-降-升-降-升”，对土壤水解性氮含量影响大小为石蒜＞桔梗＞黄精＞玉竹＞麦冬。20~40 cm土层土壤水解性氮含量变化表现为“升-降-升-降-升”，对土壤水解性氮含量影响大小为玉竹＞桔梗＞黄精＞麦冬＞石蒜。油桐林下种植黄精和桔梗会提高土壤水解性氮含量。
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图 7 套种药材对土壤水解性氮含量的影响 Fig. 7 The effect of different interplanting patterns on soil hydrolyzable nitrogen N 注：PG表示桔梗，PS表示黄精，PO表示玉竹，LR表示石蒜，OJ表示麦冬。 Note: PG indicates Platycodon grandiflorus, PS indicates Polygonatum sibiricum, PO indicates Polygonatum odoratum, LR indicates L. radiata, OJ indicates O. japonicas. |
套种药材对土壤有效磷含量影响存在差异 (图 8)。在0~20 cm土层土壤有效磷含量表现为“升-降-升-降-升”，对土壤有效磷含量影响大小为桔梗＞黄精＞麦冬＞玉竹＞石蒜。20~40 cm土层土壤有效磷含量表现为“降-降-升-降-升”，对土壤有效磷含量影响大小为黄精＞桔梗＞麦冬＞玉竹＞石蒜。油桐林下套种桔梗和黄精能提高土壤有效磷含量。
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图 8 套种药材对土壤有效磷含量的影响 Fig. 8 The effect of different interplanting patterns on soil available P 注：PG表示桔梗，PS表示黄精，PO表示玉竹，LR表示石蒜，OJ表示麦冬。 Note: PG indicates Platycodon grandiflorus, PS indicates Polygonatum sibiricum, PO indicates Polygonatum odoratum, LR indicates L. radiata, OJ indicates O. japonicas. |
套种药材对土壤速效钾含量影响存在差异 (图 9)。在0~20 cm土层土壤速效钾含量表现为“升-降-升-升-降”，对土壤速效钾含量影响大小为黄精＞石蒜＞玉竹＞麦冬＞桔梗。20~40 cm土层速效钾含量表现为“降-升-降-升-降”，对土壤速效钾含量影响大小为玉竹＞麦冬＞桔梗＞黄精＞石蒜。油桐林下种植麦冬和桔梗会使土壤速效钾含量降低。
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图 9 套种药材对土壤速效钾含量的影响 Fig. 9 The effect of different interplanting patterns on soil available K 注：PG表示桔梗，PS表示黄精，PO表示玉竹，LR表示石蒜，OJ表示麦冬。 Note: PG indicates Platycodon grandiflorus, PS indicates Polygonatum sibiricum, PO indicates Polygonatum odoratum, LR indicates L. radiata, OJ indicates O. japonicas. |
套种药材对土壤有机质含量影响存在差异 (图 10)。在0~20 cm土层有机质含量表现为“升-降-升-降-降”，对土壤有机质含量影响大小为桔梗＞黄精＞玉竹＞麦冬＞石蒜。20~40 cm土层有机质含量变化表现为“升-降-升-升-降”，对土壤有机质含量影响大小为桔梗＞玉竹＞黄精＞石蒜＞麦冬。油桐林下种植桔梗、黄精和玉竹能提高土壤有机质含量。
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图 10 套种药材对土壤有机质含量的影响 Fig. 10 The effect of different interplanting patterns on soil organic matter 注：PG表示桔梗，PS表示黄精，PO表示玉竹，LR表示石蒜，OJ表示麦冬。 Note: PG indicates Platycodon grandiflorus, PS indicates Polygonatum sibiricum, PO indicates Polygonatum odoratum, LR indicates L. radiata, OJ indicates O. japonicas. |
套种药材对土壤容重、比重和总孔隙度物理性质影响存在差异。土壤容重受土壤质地、结构、有机质含量以及各种自然因素和人工管理措施的影响[13-14]。套种药材对0~20 cm和20~40 cm土层土壤总孔隙度影响总体是降低的，因套种前林地全垦，总孔隙度高，套种后随着时间延长，雨水淋刷，土壤逐渐紧实，总孔隙度降低，容重增加。在0~20 cm土层，总孔隙度降低大小和降低率分别为桔梗＞玉竹＞麦冬，在20~40 cm土层，总孔隙度降低大小和降低率分别为麦冬＞石蒜＞玉竹＞桔梗＞黄精。而且，不同时期不同土层土壤孔隙度都在50%左右，说明土壤的通气透水性和持水性能较好[15], 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。
套种药材对土壤氮、磷、钾含量影响存在差异。套种黄精和桔梗能增加土壤氮磷含量，最大增长率达27.81%和62.83%，而套种麦冬和石蒜全氮和水解氮含量则降低，与上述结论吻合。土壤磷素主要来源之一是动植物残体的矿化[16]，桔梗到秋季地上部分开始落叶枯死，作为土壤磷素来源，在0~20 cm土层套种桔梗和黄精，套种前后增加了111.80%和37.39%，有效磷增加了437.88%和314.11%，而套种麦冬、玉竹和石蒜使土壤磷素降低。土壤钾素含量都表现为套种前后降低，在20~40 cm土层，各套种药材对土壤全钾含量影响大小及增长率分别为黄精＞桔梗＞玉竹＞麦冬＞石蒜。油桐林下套种桔梗黄精能显著提高土壤有机质含量，分别提高了108.85%、90.43%、30.32%，而套种麦冬和石蒜有机质含量则有所下降。氮素大小主要取决于土壤有机质的积累和分解[17]。
综合可知，套种药材对土壤理化性质影响存在差异。套种桔梗和石蒜对物理性质影响较大，其中土壤容重最大增加33.14%，比重最大降低14.18%，总孔隙度最大降低33.58%。套种黄精和桔梗会使土壤氮、磷含量显著增加，其中全氮和全磷最大增加分别为62.83%和111.80%套种麦冬和石蒜会使土壤氮、磷、钾含量都显著降低套种桔梗、黄精和玉竹会使有机质含量显著提高，最高达148.37%。
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