巨尾桉人工林下种植小叶锦鸡儿对土壤质量的影响研究

钟爱清

巨尾桉人工林下种植小叶锦鸡儿对土壤质量的影响研究

钟爱清

（宁德市农业科学研究所，福建 福安 355017）

2017年5月，对福建省福安市不同土地利用类型（撂荒地、5年生巨尾桉Eucalyptus grandis×E. urophylla人工林、巨尾桉人工林+小叶锦鸡儿3 种Caragana microphylla林）土壤的理化性质进行分析，利用土壤退化指数（SDI）评价样地土壤质量。结果表明，0 ～ 30 cm的土壤容重：撂荒地>巨尾桉人工林>巨尾桉人工林+小叶锦鸡儿，总孔隙度：桉树人工林+小叶锦鸡儿>巨尾桉人工林>撂荒地，含水量、有机碳、全氮、碱解氮、有效磷和速效钾含量：巨尾桉人工林+小叶锦鸡儿>撂荒地>巨尾桉人工林；SDI：巨尾桉人工林+小叶锦鸡儿（0.167）>撂荒地（0）>巨尾桉人工林（-0.130）。因此巨尾桉林地土壤质量不同程度的退化情况，可以通过在巨尾桉人工林下种植小叶锦鸡儿修复土壤，提高土壤质量。

巨尾桉；人工林；小叶锦鸡儿；土壤理化性质；土壤退化指数；

桉树是桃金娘科Myrtaceae桉属Eucalyptus树种的统称，桉树原产于澳大利亚及其周围岛屿，是世界三大速生树种之一[1]。相关研究显示，目前我国桉树人工林面积达到260万hm2，主要集中在广西、广东、海南和福建等地[2]。桉树人工林大规模推广种植为促进社会经济发展，提高农民的收入作出了重要的贡献[3]，但是桉树人工林大规模的发展在带来巨大经济效益和社会效益的同时也引发了诸多生态环境问题的争论[4-5]；由于桉树生长迅速、生长周期相对较短，生长过程中对水、土壤养分的需求量大，因此被形象的称为“抽水机”和“抽肥机”[6-7]；此外，桉树人工林地表的植被层少，枯枝落叶种类少和层面薄[8]，加上土壤结构的破坏，很易出现下雨时大量的水土冲刷现象，造成水土流失[9]，因此，观察桉树人工林地的土壤质量变化成为土壤学研究的热点之一[10-11]。

小叶锦鸡儿Caragana microphylla属豆科Leguminosae锦鸡儿属Caragana灌木，具有耐寒、抗旱、耐贫瘠等特点[12-13]，作为一种优良的固沙植物被广泛应用于中国“三北”地区的荒漠化治理，防风固沙，改良土壤质量[14-16]，并取得很好的效果[17-18]。因此，在福建省福安市将小叶锦鸡儿间种于5年生巨尾桉Eucalyptus grandis×E. urophylla人工林，研究3 a后对土壤质量的影响，旨在为桉树人工林土壤质量改善提供参考，同时为当地发展林下经济提供选择依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验地位于福建省福安市城阳镇化蛟村，27°01'46'' ～ 27°01'49'' N，119°41'47'' ～ 119°41'5'' E；海拔 81 ～ 99 m，属中亚热带海洋性季风气候，光照充足，雨水充沛，年平均气温15.0 ～ 20.0℃，年降水量1 350 ～ 2 050 mm，降雨量集中于春夏季。年日照时数1 905.82 h，全年无霜期230 ～ 300 d，年平均相对湿度78% ～ 84%；土壤为红壤，土层厚度超过1 m。

1.2 研究方法

1.2.1 样地设置与样品采集

1.2.1.1 样地设置 2014年1月，按照撂荒地、巨尾桉人工林地、巨尾桉人工林+小叶锦鸡儿样地分别设置面积为20 m×20 m的实验对比区域，3个重复，共9个小区。

撂荒地。与巨尾桉人工林地种植前属同一时期的荒地，地上植被主要有：枫香树Liquidambar formosana，杉木Cunninghamia lanceolata，油茶Camellia oleifera，紫轴凤尾蕨Pteris aspericaulis，水杨梅Adina rubella，芒萁Dicranopteris dichotama，木油桐Vernicia montana，玉叶金花Mussaenda pubescens，五节芒Miscanthus floridulus，贯众Cyrtomium fortunei ，菝葜Smilax china，盐肤木Rhus chinensis等。

巨尾桉人工林地。5年生巨尾桉树人工林，平均胸径约为17 cm，郁闭度约为0.75，行距200 cm，株间距300 cm。

巨尾桉人工林+小叶锦鸡儿林地。2014年1月，在5年生巨尾桉人工林下去除林下的杂灌草，并按照行距50 cm，株间距60 cm套种小叶锦鸡儿，3 a后小叶锦鸡儿平均株高约为95 cm，平均冠幅约为81 cm。

1.2.1.2 样品采集 2017年5月，每个实验区域随机布置5个采样点，每个样点采集30 cm厚度土壤，混均，装入自封袋及时带回实验室，取一部分用于测定含水率，其余过 2 mm 土壤筛，取部分过筛的土壤风干并研磨过0.149 mm 筛，用于测定土壤有机碳、全氮、水解性氮、有效磷和速效钾。同时采集环刀样来测定土壤容重和孔隙度。

1.2.2 分析方法 土壤密度、孔隙度用环刀法测定；pH值采用土水为1:2.5的比例浸提，电位法测定；全氮采用凯氏定氮法测定；水解氮采用碱解扩散法测定；有效磷采用HCL-HF浸提，钼锑抗比色法测定；速效钾采用乙酸铵浸提，火焰光度计法测定[19]。

1.2.3 土壤退化指数的计算 土壤退化指数（Soil Degadation Index, SDI）是评价土壤质量变化的重要指标之一，主要是通过对比不同土地利用类型样地的土壤属性与基准样地的土壤属性之间的差异，判断土壤质量的变化[20]。

本文采用Adejuwon提出的土壤退化指数公式计算，以撂荒地为基准样地，评价巨尾桉人工林地、巨尾桉人工林+小叶锦鸡儿的土壤质量变化。其计算公式如下：式中，SDI为土壤退化指数，Xi是土壤质量指示的物理和化学因子，是撂荒地状态下土壤物理化学因子的基准值。但由于高的土壤容重值通常表明土地有退化的趋势，因此，在实际计算中土壤的容重属性的差值需采用相反数值[21]。土壤退化指数存在正负值，其负数表明土壤退化，而正值表明土壤质量有所改善[22]。

1.3 数据处理

用SPSS 19.0软件对数据进行处理，对不同样地间土壤物理和化学指标进行单因素方差分析，差异性比较采用Duncan检验。

2 结果与分析

2.1 不同土地利用方式土壤理化性质

2.1.1 不同土地利用方式土壤物理性质 由表1可知，相对于撂荒地，巨尾桉人工林、巨尾桉人工林+小叶锦鸡儿土壤表层的土壤容重极显著降低（P<0.01），表层土壤总孔隙度极显著提高（P <0.01）；3个不同样地间的土壤含水量差异达到极显著（P <0.01），巨尾桉桉人工林+小叶锦鸡儿土壤的含水量为32.03%，较撂荒地和巨尾桉人工林分别提高了58.09%和103.6%，而巨尾桉人工林较撂荒降低了22.36%。

表1 各样地土壤理化性状检测结果Table 1 Soil physical and chemical properties in different sample plots

2.1.2 不同土地利用方式土壤化学性质 由表1还可以看出，3个样地之间的有机质含量、水解性氮和速效钾的差异均达到极显著（P <0.01）；巨尾桉人工林+小叶锦鸡儿样地的土壤全氮与巨尾桉人工林差异极显著（P<0.01），与撂荒地的土壤全氮则差异显著（P <0.05），但巨尾桉人工林与撂荒地之间差异不显著；此外，巨尾桉人工林的土壤有效磷含量与撂荒地和巨尾桉人工林+小叶锦鸡儿样地差异均达到极显著（P <0.01），而撂荒地和巨尾桉人工林+小叶锦鸡儿样地之间差异不显著。

巨尾桉人工林+小叶锦鸡儿样地的土壤有机质含量为 27.02 g·kg-1，全氮为 1.20 g·kg-1，水解性氮为 131.12 mg·kg-1，有效磷为0.82 mg·kg-1，速效钾49.0 mg·kg-1，较撂荒地分别提高了34.23%，12.15%，11.20%，5.13%和15.24%；较巨尾桉人工林分别提高了56.82%，22.45%，142.63%，28.13和50.82%；而巨尾桉人工林则较撂荒地分别降低了14.41%，8.41%，54.17%，17.95和23.59%。

2.2 SDI的计算结果

以撂荒地土壤物理化学性质的基准值为对照，按照公式（1）分别计算巨尾桉人工林和巨尾桉人工林+小叶锦鸡儿条件下的SDI（表1）。结果显示，巨尾桉人工林样地的SDI为负值（-1.30），巨尾桉人工林+小叶锦鸡儿样地的SDI为正值（1.67）。

3 结论与讨论

土壤容重和总孔隙度是土壤重要的物理性质，关系着土壤水、气运动以及对植被养分的供应。有研究表明，植物的根系及土壤中微生物活动可以降低土壤的容重，提高土壤的总孔隙度[23-24]。本研究结果表明，在巨尾桉人工林下套种小叶锦鸡儿能起到疏松土壤、降低土壤容重、增强土壤蓄水能力、增加土壤孔隙度的作用。这与小叶锦鸡儿本身具有强大的根系有关；同时，小叶锦鸡儿的枯落物也对雨滴起到缓冲和吸附水分的作用，使土壤免受雨水的直接冲击，利于水分渗入土壤，也增强了土壤的保水性能。本研究的3种不同土地利用方式的pH值的差别很小，仅巨尾桉人工林+小叶锦鸡儿样地的略高，但都在福安地区土壤pH值的范围值之内[25]，可能由于生态大环境（地区降水量等）差异性小，使得三者之间的土壤pH值差异不大。

土壤中的有机质和氮、磷、钾元素是土壤养分循环的核心[26]，它们在土壤中含量的丰缺是衡量土壤质量的重要指标，土壤养分元素含量对植物的生长、土壤中微生物的活动都具有重要的意义[27]。贺山峰等[16]研究显示，种植小叶锦鸡儿后，土壤中的有机碳、全氮、碱解氮、全磷、有效磷和有效钾含量均有不同程度增加, 尤以表层增加幅度最大，且小叶锦鸡儿灌丛对养分有明显的富集效应。本研究结果表明，3种不同土地利用方式的土壤养分差异显著，巨尾桉人工林下套种小叶锦鸡儿的有机质、全氮、水解性氮、有效磷、速效钾含量比撂荒地和巨尾桉人工林有明显的提高。可能小叶锦鸡儿的根系对提高土壤肥力有积极的影响[28-30]，根部大量的根瘤菌具有固氮作用[31]，固定空气中的游离态氮；同时，种植小叶锦鸡儿后，土壤中的生物量的增加，生物活动一定程度上也有利于土壤养分的积累；另外，种植小叶锦鸡儿增加了林下植被的枯落物数量，有利于土壤养分的补充，且增强了抗水土流失的能力，从而有效地降低了土壤养分的流失[32]。

本研究结果表明，巨尾桉人工林的土壤质量呈现出一定程度的退化，但间种小叶锦鸡儿可以土壤理化性状，有效提高土壤质量。

用于评价土壤质量的土壤属性指标很多，除了理化指标外，还有土壤机械组成、土壤盐分等以及生物指标如土壤微生物生物量碳、过氧化氢酶活性等，今后将对不同用地方式土壤的其他属性进行研究。

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Effect of Interplanting Caragana microphylla in Eucalyptusgrandis x E.urophylla Plantation on Soil Quality

ZHONG Ai-qing
（Ningde Agriculture Institute of Fujian, Fu’an 355017, China）

Determinations were carried out on soil physio-chemical properties of different land use types, such as abandoned land （A）, pure 5-year Eucalyptus grandis × E. urophylla plantation（B）and E. grandis × E. urophylla interplanted with Caragana microphylla（C）in Fu’an, Fujian province in 2017. Soil quality was evaluated by soil degradation index. The results showed that the soil bulk density at 0 - 30 cm soil layer of tested sample plots was ordered by A> B> C, total porosity by C> B>A, pH, water content, organic carbon, total nitrogen, available nitrogen, available phosphorus and available potassium content by C >A >B. The SDI was C (0.167) > (0) >B(-0.13). The experiment concluded that pure E. grandis × E. urophylla plantation had the worse soil quality in the tested 3 land types. Interplanting of C. microphylla could restore and improve soil quality.

Eucalyptusgrandis × E.urophylla; plantation; Caragana microphylla; soil properties; soil degradation index

S158.3；F301.24

A

1001-3776（2017）05-0061-05

10.3969/j.issn.1001-3776.2017.05.010

2017-05-13 ；

2017-07-18

福建省重点项目“豆科植物锦鸡儿对桉树林下土壤的修复技术应用”（2014S01040110）

钟爱清，高级农艺师，从事民间药草的调查、收集、保存、繁殖、组培等研究；E-mail：394226911@qq.com。