油茶(Camellia oleifera Abel．)又名白花茶、 茶子树，系山茶科(Theaceae)山茶属(Camellia)灌木或小乔木，为中国特有的木本食用油料树种^[1]。 但中国南方土壤瘠薄、 酸性强，春夏多雨，再加上油茶林的抚育措施以清耕为主，导致油茶林地表水土流失严重，土层变薄，土壤肥力不断衰退，直接影响了油茶林盛果期的单位面积产量，严重挫伤了茶农对油茶林生产管理的积极性。 因此，如何促进油茶幼林生长，防治水土流失，改善林下土壤肥力，是油茶幼林管理中亟待解决的技术难题。 当前，油茶幼林套种被认为是一种有效改善土壤肥力、 增加经济收入和防治油茶林水土流失的技术手段^[2-3]。 前人对于油茶幼林套种对土壤改良效果的研究多集中在表层土壤，而对土层更为细致的分层次研究较少，并且对于适宜在福建省内油茶幼林推广的套种模式方面的研究更为少见。 鉴于此，在5年生油茶幼林内种植不同豆科作物，对不同深度土层(0~10 cm、 10~20 cm、 20~40 cm)土壤理化性质的影响进行研究，筛选适宜在福建丘陵地推广的油茶与豆科作物栽培模式，同时可为油茶幼林水土流失防治和肥力改善提供科学依据。

1 材料与方法 1.1 试验地概况

福建省福州市闽侯县桐口国有林场位于闽江中下游，试验地设在林场贵峰工区，北纬26°05′，东经119°17′，林地总面积约0.17万hm²，平均海拔400 m，土地肥沃，雨量充沛，年平均气温19.6 ℃，相对湿度77％，≥10 ℃年积温6 457 ℃，日照时间1 888 h，无霜期326 d，属亚热带海洋性季风气候。

1.2 试验设计

选择地形基本一致、 5年生的油茶幼林进行试验。 油茶树体长势良好，林分株行距2 m×3 m。 试验期间采用正常的抚育管理措施。 供试豆科植物6种，分别为羽叶决明(Chamaecrista nictitans)、 圆叶决明(Cassia rotundifolia Pers)、 印度豇豆(Vigna sesquipedalis)、 花生(Arachis hypogaea Linn.)、 黄豆[Glycine max (Linn.) Merr.]和绿豆[Vigna radiata (Linn.) Wilczek]。

试验采用随机区组设计，共设3个区组，每个区组分成7个小区，配置完全随机，小区周围设保护行。 以油茶幼林和不同生态栽培作物的搭配为试验因素，以单作油茶作为对照(CK)； JM2油茶＋羽叶决明栽培模式； JM1油茶＋圆叶决明栽培模式； LD油茶＋绿豆栽培模式； HS油茶＋花生栽培模式； HD油茶＋黄豆栽培模式； JD油茶＋豇豆栽培模式。 栽培作物距油茶根部20~30 cm，栽培密度以各豆科作物生长后能覆盖地表为宜。

1.3 测定方法

分别用环刀和土钻^[4]采集0~10 cm、 10~20 cm、 20~40 cm土层的土壤样品。

土壤物理性状的测定采用环刀法^[4]； 有机质含量采用水合热重铬酸钾氧化-比色法测定^[4]； 全氮含量采用碳氮元素分析仪测定； 水解性氮含量采用碱解-扩散法测定^[4]； 全磷含量采用碱熔-钼锑抗比色法测定^[4]； 有效磷含量采用盐酸和硫酸溶液浸提法测定^[4]； 全钾含量采用氢氧化钠碱熔-火焰光度法测定^[4]； 速效钾含量采用乙酸铵浸提-火焰光度法测定^[4]。

1.4 统计分析

所有数据采用Excel 2003软件进行统计，运用SPSS 20.0软件进行单因素方差分析(One-way ANOVA)和多重比较分析(least-significant difference，LSD)进行差异性显著比较。

1.5 土壤理化性质灰色关联度分析

运用灰色系统理论与方法，对不同套种模式下土壤理化特征的改良效果进行灰色关联分析及关联排序。

${{\varepsilon }_{i}}\left( k \right)=\frac{\min \min \left| {{x}_{0}}\left( k \right)-{{x}_{i}}\left( k \right) \right|+\rho \cdot \max \max \left| {{x}_{0}}\left( k \right)-{{x}_{i}}\left( K \right) \right|}{\left| {{x}_{o}}\left( k \right)-{{x}_{i}}\left( k \right) \right|+\rho \cdot \max \max \left| {{x}_{0}}\left( K \right)-{{x}_{i}}\left( k \right) \right|}$

(1)

${{r}_{i}}=\frac{1}{N}\sum\nolimits_{i}{k}$

(2)

式中： i为第i组数据；ρ为分辨系数，通常取ρ=0.5； minmin|x₀(k)-x_i(k)|为二级最小差； maxmax|x₀(k)-x_i(K)|为二级最大差； N为评价指标个数，各指标权重系数相等^[5]。

2 结果与分析 2.1 不同栽培模式对油茶幼林土壤物理性质的影响

同一土层6种栽培模式各土层土壤容重均小于对照(图 1)。 在0~10 cm土层，只有油茶＋羽叶决明、 油茶＋圆叶决明和油茶＋豇豆3种模式土壤容重与对照差异显著，而2种油茶＋决明模式又显著小于油茶＋豇豆模式； 在10~20 cm和20~40 cm土层，2种油茶＋决明模式土壤容重均大于其他栽培模式。 这说明生态栽培模式能有效降低土壤容重。 不同深度土层间，土壤容重随土层深度的增加而增大，即垂直递增。 除了对照和油茶＋花生模式，其余模式土壤容重在0~10 cm土层均显著低于20~40 cm土层。 上层有机质含量高，微生物的活动就越频繁，土壤疏松，土壤容重也就越低。 随土壤深度的增加，有机质含量逐渐降低，土壤容重也逐渐增大。

6种栽培模式下，各土层同一土层土壤总孔隙度、 最大持水量和排水能力均大于对照(图 2~图 4)。 在0~10 cm和10~20 cm土层，2种油茶＋决明模式的土壤最大持水量和排水能力显著大于其他栽培模式； 在20~40 cm土层，油茶＋豇豆模式总孔隙度最高，且显著大于圆叶决明模式，在最大持水量和排水能力方面，油茶＋圆叶决明效果最佳。

2.2 不同栽培模式对油茶幼林土壤有机质含量的影响

不同栽培模式对油茶幼林土壤有机质含量的影响如图 5所示，在3个土层中，除了油茶＋绿豆模式有机质含量略小于对照，其余5种栽培模式均有不同程度的提高。 0~10 cm土层，有机质含量升幅为2.72%~4.83%，差异显著； 10~20 cm和20~40 cm土层，升幅分别为0.67%~4.83%和1.05%~3.44%，其中仅油茶＋圆叶决明、 油茶＋豇豆、 油茶＋羽叶决明模式差异显著。 有机质是土壤的核心组分，含有植物整个生长周期所需的营养元素，是土壤肥力的主要物质基础^[6]。

2.3 不同栽培模式对油茶幼林土壤全量养分含量的影响

不同栽培模式对油茶幼林土壤全量养分含量的影响如图 6~图 8所示，与对照相比，在3个土层中，除了油茶＋黄豆模式略微下降，其余模式全氮升幅为2.19%~22.78%，但仅油茶＋豇豆、 油茶＋圆叶决明、 油茶＋羽叶决明模式差异显著。 从整体改良土壤全氮效果看，以油茶＋圆叶决明模式效果最佳，其次为油茶＋羽叶决明模式和油茶＋豇豆模式效果； 6种栽培模式全钾含量在0~10 cm和10~20 cm土层显著高于对照，升幅1.75%~17.86%，而20~40 cm土层仅油茶＋圆叶决明、 油茶＋花生、 油茶＋羽叶决明模式差异显著。 从整体改良土壤全钾效果看，以油茶＋圆叶决明、 油茶＋羽叶决明模式效果较佳； 全磷含量在3个土层中升幅为0.88%~7.83%，但差异均不显著。

2.4 不同栽培模式对油茶幼林土壤速效养分含量的影响

不同栽培模式对油茶幼林土壤速效养分的影响如图 9~图 11所示。 与对照相比，在3个土层中，土壤速效氮升幅为12.18%~32.96%，且均差异显著。 从整体改良土壤速效氮的效果看，以油茶＋圆叶决明、 油茶＋豇豆模式效果较佳； 速效钾升幅为6.58%~56.58%，除了油茶＋黄豆、 油茶＋绿豆模式在10~40 cm土层深度上差异不显著外，其余栽培模式均与对照差异显著。 从整体改良土壤速效钾的效果看，以油茶＋豇豆效果最佳，2种油茶＋决明效果次之； 速效磷含量升幅为1.95%~78.12%，在3个土层中，油茶＋花生均最大，其次油茶＋圆叶决明，二者均显著高于对照。

2.5 土壤理化性状灰色关联分析

为定量评价各套种模式土壤理化特征，将全氮、 全磷、 全钾、 速效氮、 速效磷、 速效钾、 有机质、 土壤容重、 总孔隙度、 排水能力、 最大持水量这些指标视为一个灰色系统。 先对这11个指标的参数进行均质化处理，以消除量纲影响，然后按公式(1) 计算关联系数，最后依据公式(2) 计算关联度。

计算出关联度结果见表 1。 由表 1可知，土壤理化性质关联度，油茶＋圆叶决明模式(0.905 1) ＞油茶＋豇豆模式(0.806 8) ＞油茶＋羽叶决明模式(0.795 8) ＞油茶＋花生模式(0.723 6) ＞油茶＋绿豆模式(0.656 7) ＞油茶＋黄豆模式(0.642 5) ＞对照模式(0.595 1) 。 土壤理化性质相关性排序结果表明，油茶幼林不同栽培模式土壤理化特征改良效果以油茶＋圆叶决明最好，然后依次是油茶＋豇豆、 油茶＋羽叶决明、 油茶＋花生、 油茶＋绿豆、 油茶＋黄豆。

3 结论与讨论

目前对油茶幼林栽培模式的研究多集中在0~40 cm的土层，而对该范围更为细致的、 分层次的研究较少。 运用灰色关联分析法来评价油茶幼林栽培模式优劣的研究较为少见。 灰色关联分析法是一种定量的比较分析方法^[5]，具有直观、 简便、 有效的优点，将不同模式各指标的最优值所构成比较数列，进行无量纲化处理。 因此本研究的评价结果能从另一角度为该地区最佳油茶幼林豆科栽培模式的选取提供有力科学的依据。

油茶幼林栽培模式可改善土壤物理性状。 吴志丹等^[7]研究表明，连续在茶园内种植绿肥改善了土壤物理性状； 冯金玲等^[8]研究表明套种模式可显著改善土壤理化性质，使土壤总孔隙度均超过50%，提高土壤含水率、 最大持水量，增加油茶根际土壤通透性。 柏明娥等^[9]研究表明，油茶林种植决明后分别提高0~20 cm、 20~40 cm土层含水率。 油茶幼林种植豆科作物可降低0~10 cm、 10~20 cm和20~40 cm土层土壤容重，提高总孔隙度、 排水能力和最大持水量，在一定程度上改善油茶幼林土壤的物理状态。 因为，套种豆科作物形成的植被保护层，改善了土壤小气候，缩小地表温度变化幅度，提高土层的含水率。 其次，随着豆科作物根系的生长，其穿插能力可促进水稳性团粒结构的形成^[10]，增加了土壤疏松性、 透水性和透气性，使土壤物理性状得以改善。

油茶幼林栽培模式可有效提高土壤养分含量。 刘丁林等^[11]研究表明，在油茶幼林内套种绿肥作物可有效提高土壤速效氮、 速效磷等含量； 滕维超等^[12]研究发现，合理的间作模式使土壤养分显著差异高于油茶单作模式。 本研究表明： 套种措施能够提高油茶幼苗根系分布区内土壤养分供给能力，尤其促进了 “无效氮、 磷、 钾” 向有效氮、 磷、 钾的转化，效果在0~10 cm、 10~20 cm的最为显著。 一方面，地表遮盖层，降低了地表太阳光的直接辐射量，不仅提高了土层水分，还相应减少了土壤有机质和其他有机物的矿化量，从而增加有机质的积累，特别是对速效氮、 磷、 钾含量的提升效果更为明显。 另一方面，地表凋落物的增加、 作物根系分泌的各类有机物质、 植物根系的残留，使微生物的降解量增多，进一步促进了有机质含量的增加^[13-15]。

油茶幼林不同栽培模式的分析表明，豆科栽培模式均在不同程度上改善了土壤肥力状况，在垂直方向上，土壤容重随土层深度加深而增大，总孔隙度、 排水能力、 最大持水量、 全氮、 速效氮、 速效磷和速效钾含量随土层深度加深而降低。 不同栽培模式下土壤理化指标的量纲不同且变化趋势不一致，因此通过灰色关联系统的综合分析表明，油茶幼林6种豆科作物生态栽培模式中以油茶＋圆叶决明模式综合效果最佳，其次是油茶＋豇豆模式、 油茶＋羽叶决明模式。 因此在南方红黄壤丘陵地可优先考虑在油茶幼林内套种圆叶决明。