黑土区农林复合种植模式对土壤物理性质影响研究

夏志光

(辽宁省林业调查规划院，辽宁 沈阳 110122)

黑土区农林复合种植模式对土壤物理性质影响研究

夏志光

(辽宁省林业调查规划院，辽宁 沈阳 110122)

对海伦市红光农场纯大豆模式、分别复合种植7 a和3 a的落叶松-大豆复合模式及杨树-大豆复合模式的土壤物理性质进行了分析，结果表明：(1)各模式容重都有随土壤层次的加深而增大的趋势，种植3 a的落叶松-大豆模式、杨树-大豆复合模式与纯大豆模式相比，前者能够降低20～30 cm、40～50 cm土层土壤的容重，后者能够降低0～20 cm土层土壤的容重；复合7 a的模式中，杨树-大豆模式可以明显降低各土层土壤容重，随着复合年限的延长，落叶松-大豆模式和杨树-大豆模式20～50 cm、20～40 cm土层土壤容重变化明显。(2)复合3 a的模式与纯大豆模式相比，土壤孔隙度基本无明显变化；复合7 a的2种模式中，杨树-大豆模式毛管孔隙度和总孔隙度分别高出纯大豆模式6.31%和6.94%，并且杨树-大豆模式土壤孔隙度均明显低于落叶松-大豆模式，随着复合年限的延长，2种模式土壤孔隙度基本无明显变化。

复合模式；纯大豆；土壤物理性质

农林复合系统是以生态学、系统工程学和经济学为基本理论，并根据生物学特性进行物种的时空合理搭配，形成多层次、多物种、多产业和多时序的人工复合经营系统[1]。我国是农业大国，农林复合经营对于我国农业的可持续发展起到相当重要的作用[2-5]。农林复合生态系统中土壤具有强大的持水蓄水能力并对水分的储存和调节起到至关重要的作用，这主要和土壤容重、孔隙度等物理性质及土壤厚度有关。有研究表明[6]，农林复合经营技术可以降低土壤容重，增加土壤总孔隙度和非毛管孔隙度，改善土壤水分状况。

1 研究区自然概况

研究地点设在黑龙江省红光农场，该地区农林复合模式主要以大豆为主，水分补给主要是天然降水。地理坐标为127°11′—127°36′ E，47°31′—47°42′ N。辖区地势总体由东北倾斜于西南。夏季短而湿热，冬季长而寒冷，年平均气温1.2 ℃，年最高气温36.7 ℃，最低气温-38.4 ℃，年平均降水量590 mm左右，年平均相对湿度72%。土壤主要为草甸土和黑土，其中黑土层厚度30～40 cm。

2 研究方法

2.1 样地设置

在同一地形条件下经过勘查，分别选择种植3 a和7 a的落叶松-大豆、杨树-大豆两种农林复合模式(落叶松为长白落叶松；杨树为小黑杨，以下简称为落叶松、杨树；大豆为黑河18号，以下简称为大豆)，两个模式分种植年限各选择3块样地平均，且两个复合模式都为单行树木与大豆混作，树木密度为1.5 m×3 m，大豆为垄作，垄宽65 cm，离树木最近的一垄大豆与树木间距8 cm，各复合模式宽度和间距都为营造初期测量，研究期间无变化。在两个复合模式中根据林木的长势(优、良、差)选择优良的间作通道。用游标卡尺、皮卷尺、围尺和塔尺测定两种复合模式大豆的地径、株高；林木的胸径(地径)和树高等因子；并对两种复合模式中的土壤类型、厚度等立地因子进行调查、记录，具体见表1。

表1 不同复合模式样地基本情况

注：表中标*者表示为胸径

2.2 测定方法

根据间作通道具体情况，选择代表性较强的地点，通过挖掘土壤剖面调查土壤因子，记载土壤质地与结构、土层厚度，并采用机械分层取土法，用容积100 cm3的环刀分别在土层深度0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm、30～40 cm、40～50 cm处重复取原状土。将取好的原状土带回实验室烘干测含水量，用环刀法测定土壤容重、土壤毛管孔隙度、土壤非毛管孔隙度和土壤总孔隙度等物理性质。

3 结果与分析

3.1 土壤容重分析

一定容积的土壤烘干后的质量与同容积的水质量比值称为土壤容重。土壤熟化程度较高，通常土壤容重较小。土壤容重能够反映土壤通透性、结构等物理性质。容重在一定程度上能够影响土壤团聚体内营养元素的释放、固定和土壤生物的活动，进而对农作物的生长产生一定的影响。

3.1.1 同一复合年限不同复合模式土壤容重分析表2 复合3年模式土壤容重分析 gcm-3

3.1.1 同一复合年限不同复合模式土壤容重分析表2 复合3年模式土壤容重分析 gcm-3

土层深度/cm落叶松-大豆杨树-大豆纯大豆0～101.06ab0.99a1.11b10～201.14a1.05b1.19a20～301.17a1.24b1.22b30～401.23a1.27a1.27a40～501.25a1.28ab1.34b

注：同一土层深度字母相同代表差异不显著

从表2可以看出，各复合模式土壤容重都有随土壤层次的加深而增大的趋势。方差分析显示，土壤容重落叶松-大豆复合模式土壤中下层(20～30 cm、40～50 cm)与纯大豆模式差异显著；杨树-大豆复合模式土壤上层(0～20 cm)与纯大豆模式差异显著。

由此可见，落叶松和杨树的引入，虽然复合年限较短，但也能明显降低土壤容重。其中，杨树主要体现在降低上层土壤容重；落叶松主要体现在降低中下层土壤容重。

表3 复合7年模式土壤容重分析 gcm-3

表3 复合7年模式土壤容重分析 gcm-3

土层深度/cm落叶松-大豆杨树-大豆纯大豆0～100.99a0.94a1.11b10～201.16a1.08b1.19a20～301.29a1.10b1.22c30～401.39a1.13b1.27c40～501.42a1.20b1.34c

注：同一土层深度字母相同代表差异不显著

从表3可以看出，两种复合模式土壤容重都有随土壤层次的加深而增大的趋势。方差分析显示，落叶松-大豆模式除了土层深度10～20 cm处土壤容重与纯大豆模式无显著差异外，其余各土层深度差异显著；杨树-大豆模式各土层深度土壤容重与纯大豆模式差异显著；落叶松-大豆模式除土层深度0～10 cm处土壤容重与杨树-大豆模式无显著差异外，其余各土层深度差异显著。

由此可见，落叶松、杨树与大豆复合7 a后，两树种均能够很明显降低土壤容重，并且杨树-大豆模式与落叶松-大豆模式相比，杨树-大豆模式能够更有效降低土壤容重，这和杨树和落叶松的生理特性有关。

3.1.2 同一复合模式不同复合年限土壤容重变化 从表4和表5可以看出，随着复合年限的延长，落叶松-大豆复合模式中，土壤容重在土层深度20～50 cm差异显著。杨树-大豆复合模式中，土壤容重在土层深度20～40 cm差异显著。

这说明，随着复合年限的延长，落叶松和杨树的根系不断生长，都能在很大程度上降低土壤容重。而落叶松-大豆复合模式中这种变化体现在中下层土壤中，这可能和落叶松比起杨树初期生长较为缓慢，随着落叶松的生长，其根系不断向下穿插，从而能够进一步降低中下层土壤容重有关。

表4 落叶松-大豆复合模式土壤容重分析 gcm-3

表4 落叶松-大豆复合模式土壤容重分析 gcm-3

土层深度/cm复合3年复合7年0～101.06a0.99a10～201.14a1.16a20～301.17a1.29b30～401.23a1.39b40～501.25a1.42b

注：同一土层深度字母相同代表差异不显著

表5 杨树-大豆复合模式土壤容重分析 gcm-3

表5 杨树-大豆复合模式土壤容重分析 gcm-3

土层深度/cm复合3a复合7a0～100.99a0.94a10～201.05a1.08a20～301.24a1.10b30～401.27a1.13b40～501.28a1.20a

注：同一土层深度字母相同代表差异不显著

3.2 土壤孔隙度分析

土壤是多孔体，土壤团聚体及其内部土粒之间均有孔隙的存在，土壤的通气透水及根系穿插直接受土壤孔隙的约束，并且土壤孔隙还是土壤肥力的重要指标之一。土壤单位体积内的孔隙所占的百分数，称为土壤总孔隙度。土壤总孔隙度又分为毛管孔隙度和非毛管孔隙度。非毛管孔隙中的水分被土壤强烈吸附，这部分水分植物难以吸收利用，但其却能暂时贮存水分，这对水资源管理极为重要[7]；毛管孔隙中水分能够供植物根系吸收和土壤蒸发，但透气能力较低。土壤孔隙的状况对土壤中的水分产生直接影响，从而很大程度上影响了植物的生长。一般来说，土壤孔隙度越大，土壤的通气性能就越好，也就越有利于植物根系的生长，而高的孔隙度又能增加土壤的蓄水能力。

3.2.1 相同复合年限不同复合模式土壤孔隙度变化

表6 复合3 a模式土壤孔隙度分析 %

注：同一列字母相同代表差异不显著

从表6可以看出，复合3 a的两种模式与纯大豆相比，除了落叶松-大豆模式和杨树-大豆模式毛管孔隙度差异显著，杨树-大豆模式高出落叶松-大豆模式3.8%外，其他孔隙度均差异不显著，可见，种植初期两种复合模式对土壤空隙状况的影响并不大，杨树-大豆模式与落叶松-大豆模式相比，种植初期，杨树-大豆模式能够更有效增加土壤毛管孔隙度。

表7 复合7 a模式土壤孔隙度分析 %

注：同一列字母相同代表差异不显著

从表7可以看出，种植7 a的两种复合模式与纯大豆模式相比，杨树-大豆模式与纯大豆模式在毛管孔隙度和总孔隙度上存在差异显著，杨树-大豆模式比纯大豆模式毛管孔隙度和总孔隙度分别高出6.31%和6.94%。杨树-大豆模式与落叶松-大豆模式三项指标均差异显著。杨树-大豆模式非毛管孔隙度、毛管孔隙度和总孔隙度分别高出落叶松-大豆模式1.07%、8.05%和9.12%。可见，复合年限增长，杨树-大豆模式对于土壤毛管孔隙度和总孔隙度改善更为明显。杨树-大豆模式对于落叶松-大豆模式前者可以明显改善土壤孔隙状况。

3.2.2 相同复合模式不同复合年限土壤孔隙度变化

表8 落叶松-大豆模式土壤孔隙度分析 %

注：同一列字母相同代表差异不显著

表9 杨树-大豆模式土壤孔隙度分析 %

注：同一列字母相同代表差异不显著

从表8和表9可以看出，除了杨树-大豆模式土壤非毛管孔隙度随着复合年限的延长增加明显外，两种模式土壤其他的孔隙度随着复合年限的延长无明显变化。

4 结论

4.1 两种复合模式土壤容重都有随土壤层次的加深而增大的趋势。复合3 a的落叶松-大豆模式与纯大豆模式相比在土层深度20～30 cm、40～50 cm处土壤容重明显降低；杨树-大豆模式与纯大豆模式相比土壤容重在土层深度0～20 cm处明显降低。复合7 a的落叶松-大豆模式除了土层深度10～20 cm处土壤容重与纯大豆模式无显著差异外，其余各土层深度差异显著；杨树-大豆模式各土层深度土壤容重与纯大豆模式相比明显降低；落叶松-大豆除土层深度0～10cm处与杨树-大豆模式无显著差异外，其余各土层深度土壤容重杨树-大豆模式都明显低于落叶松-大豆模式。随着复合年限的延长，落叶松-大豆复合模式中，土壤容重在土层深度20～50cm变化明显。杨树-大豆复合模式中，土壤容重在土层深度20～40cm变化明显。

4.2 土壤孔隙度方面，复合3 a的两种模式和纯大豆模式相比，非毛管孔隙度、毛管孔隙度和总孔隙度无显著差异；落叶松-大豆模式和杨树-大豆模式毛管孔隙度差异显著，杨树-大豆模式高出落叶松-大豆模式3.8%。复合7 a的两种模式与纯大豆模式相比，杨树-大豆模式与纯大豆模式毛管孔隙度和总孔隙度差异显著，毛管孔隙度和总孔隙度分别高出6.31%和6.94%。杨树-大豆模式与落叶松-大豆模式三项指标差异显著。杨树-大豆模式非毛管孔隙度、毛管孔隙度和总孔隙度分别高出落叶松-大豆模式1.07%、8.05%和9.12%。除了杨树-大豆模式土壤非毛管孔隙度随着复合年限的延长有增加明显外，两种模式土壤其他孔隙度随着复合年限的延长无明显变化。

[1] 孟平,张劲松,樊巍,等.农林复合生态系统研究[M].北京:科学出版社,2004:3-8

[2] 宋兆民.农用林的概念发展与研究[J].中国农业气象,1990,11(3):4-7

[3] 杨修.农林复合经营在农村可持续发展中的地位和作用[J].农村生态环境,1996,12(1):37-41

[4] 庞爱权.中国农林复合系统的经济评价[J].自然资源学报,1997,12(2):176-182

[5] 王秋杰，张福锁，蔡聪.农林牧复合生态经济系统在我国农业可持续发展中的地位与作用[J].生态农业研究,1998,6(1):8-10

[6] 王玲玲,何炳辉,龚清朝，等.三峡库区砾石坡耕地农林复合经营效益研究[J].水土保持学报,2002,2(16):84-90

[7] 吴长文,王礼先.林地土壤的入渗及其模拟分析[J].水土保持研究，1995,2(1):71-75

Effects of Agroforestry Models on Soil Physical Properties in Black Soil Region

Xia Zhiguang

(Forest Inventory and Planning Institute,Liaoning Province,Shenyang 110122,China)

The soil physical properties of the models of pure soybean,composite models of 7 & 3-year-oldLarixolgensis-soybean andPopulussimonii×P.nigra-soybean were studied in the Hongguang farm of Hailun City.Result shows that: ①Bulk density of every model increase with the deepening of level of the soil.Three-year-oldLarixolgensis-soybean andPopulussimonii×P.nigra-soybean compared with the pure soybean,the former could reduce bulk density in the 20-30 cm,40-50 cm soil layer,the latter could reduce bulk density in the 0-20 cm soil layer.In the compound model of 7-year-oldPopulussimonii×P.nigra-soybean could significantly reduce bulk density of soil.With the extension of the compound age,the models ofLarixolgensis-soybean andPopulussimonii×P.nigra-soybean were changed significantly at 20-50 cm & 20-40 cm soil layer.② The compound models planted for 3 years compared with the pure soybean model,the soil porosity has basically no significant change.In the compound models,capillary porosity & total porosity of thePopulussimonii×P.nigra-soybean are 6.31% & 6.94% higher than that of the pure soybean model.The soil porosity of thePopulussimonii×P.nigra-soybean model is significantly less than that ofLarixolgensis-soybean model.With the extension of the compound age,it has basically no significant change in the two compound models.

composite models;pure soybean;soil physical properties

1005-5215(2015)03-0028-03

2015-01-12

夏志光(1982-)，男，辽宁本溪人，硕士，工程师，现从事林业野外监测工作.

S153

A

10.13601/j.issn.1005-5215.2015.03.010