不同种植模式对油茶林地小气候和土壤养分含量的影响

黄天忠 曹国璠 赵明书 赵致 李金玲 唐乐 周芳 刘文东

摘要：【目的】分析不同種植模式对油茶林地空气温度、相对湿度、光照强度和土壤养分含量的影响，为促进油茶林地合理间种及可持续耕作提供参考依据。【方法】设油茶间作天门冬（YC+T）和天门冬单作（T），油茶间作马铃薯（YC+M）和马铃薯单作（M），油茶间作白菜（YC+B）和白菜单作（B）及对应纯林对照（CK1、CK2和CK3）共9个处理，分析不同种植模式下各处理的气温、空气相对湿度、光照强度和土壤养分含量变化情况。【结果】天门冬、白菜的单作及其油茶间作处理、对照的气温均在14：00达最高值，其中YC+B处理（33.4 ℃）和B处理（34.7 ℃）的气温均显著低于CK3（35.9 ℃）（P<0.05，下同）;YC+M处理和M处理的气温在14：00时分别为35.1和36.3 ℃，二者显著低于CK2（37.4 ℃）。YC+T处理、T处理、YC+B处理和B处理的空气相对湿度均在14：00降至最低值，分别为47.9%、39.1%、42.3%和35.6%，YC+M处理和M处理的空气相对湿度均在16：00降至最低值，分别为42.7%和41.4%。YC+T处理、T处理、YC+B处理和B处理的光照强度均在13：00达最大值，分别为1354.3、1378.5、1319.2和1335.4 μmol/（m2·s），YC+M处理和M处理的光照强度日变化最大值出现在12：00，分别为1273.2和1279.8 μmol/（m2·s）。与CK1相比，间作模式YC+T处理的有机质、全氮、全磷和全钾含量分别增加8.76、0.73、0.51和2.90 g/kg，碱解氮、速效磷和速效钾含量分别提高29.14%、65.85%和18.05%;同时，YC+M处理的有机质、全氮、全磷和全钾含量相对于CK2分别提高34.17%、63.53%、76.47%和19.17%，碱解氮、速效磷和速效钾含量分别增加26.25、4.27和12.24 mg/kg;YC+B处理的有机质、全氮、全磷和全钾的含量相对于CK3分别增加4.77、0.50、0.51和2.83 g/kg，碱解氮、速效磷和速效钾含量分别提高23.81%、64.44%和17.42%。【结论】与作物单作模式相比，油茶间作作物模式下虽然油茶林下光照强度相对较弱，但可降低空气温度，且在一定程度上提高空气相对湿度，有效提高土壤有机质等养分含量，综合提高土壤肥力。

关键词： 油茶;间作;空气相对湿度;光照强度;土壤养分含量

中图分类号： S716.3                           文献标志码： A 文章编号：2095-1191（2019）11-2512-07

Effects of different planting patterns on microclimate indicators and soil nutrient contents in Camellia oleifera forest

HUANG Tian-zhong1，2， CAO Guo-fan1，2*， ZHAO Ming-shu3， ZHAO Zhi1，2，

LI Jin-ling1，2，TANG Le1，2， ZHOU Fang1，2， LIU Wen-dong1，2

（1College of Agriculture，Guizhou University，Guiyang  550025， China; 2Guizhou Key Laboratory of Propagation and Cultivation on Medicine Plants， Guiyang  550025， China; 3Guizhou Luyuan Traditional Chinese Medicine Planting and Development Company， Wuchuan， Guizhou  564300， China）

Abstract：【Objective】To analyze the effects of different planting patterns on air temperature，air relative humidity，light intensity and soil nutrient content，and to provide reference for promoting rational intercropping and sustainable tilla-ge of Camellia oleifera forest. 【Method】Intercropping C. oleifera with asparagus（YC+T） and asparagus monoculture（T），C. oleifera intercroppingwith potatoes（YC+M） and potato monoculture（M）， C. oleifera intercropping with cabbage（YC+B）， cabbage monoculture（B） and corresponding C. oleifera pure forest contrasts（CK1，CK2 and CK3） were set up to ana-lyze the changes of temperature， relative humidity of air， illumination intensity and soil nutrient content. 【Result】The temperatures of YC+T treatment，T treatment，CK1 treatment，YC+B treatment，B treatment and CK3 treatment all reached the highest at 14：00. The YC+B treatment（33.4 ℃） and B treatment（34.7 ℃） were significantly lower than those of CK3（35.9 ℃）（P<0.05， the same below）. The YC+M treatment and M treatment were 35.1 and 36.3 ℃ at 14：00，which were significantly lower than those of CK2（37.4 ℃）. The air relative humidity of YC+T treatment，T treatment，YC+B treatment and B treatment fell to the lowest value at 14：00， being 47.9%，39.1%，42.3% and 35.6%， respectively. The air relative humidity of YC+M treatment and M treatment fell to the lowest value at 16：00， being 42.7% and 41.4%. The light intensity of YC+T treatment，T treatment，YC+B treatment and B treatment reached the maximum value at 13：00，which were 1354.3，1378.5，1319.2 and 1335.4 μmol/（m2·s）. The maximum value of the daily change of light intensity of YC+M treatment and M treatment occurred at 12：00， which were 1273.2 and 1279.8 μmol/（m2·s） respectively. Compared with CK1，interplanting patterns YC+T treatment organic matter， total nitrogen，total phosphorus and total potassium contents were increased by 8.76，0.73， 0.51 and 2.90 g/kg，alkali solution nitrogen， available phosphorus and available potassium contents increased by 29.14%，65.85% and 18.05%. At the same time，YC+M treatment of organic matter，total nitrogen，total phosphorus and total potassium content relative to the CK2 increased by 34.17%，63.53%，76.47% and 19.17% respectively，alkali solution nitrogen，available phosphorus and available potassium content were increased by 26.25，4.27 and 12.24 mg/kg. Compared with CK3，the contents of YC+B treatment organic matter，total nitrogen，total phosphorus and total potassium increased by 4.77，0.50，0.51 and 2.83 g/kg，while the contents of alkaly-hydrolyzed nitrogen，available phosphorus and available potassium increased by 23.81%，64.44% and 17.42%， respectively. 【Conclusion】Compared with the crop monoculture patterns， although the light intensity of the C. oleifera forest is relatively weak， intercropping crop pattern can reduce the air temperature，increase the relative humidity of the air to a certain extent，effectively increase the soil organic matter and other nutrients content，and comprehensively improve the soil fertility.

Key words： Camellia oleifera; intercropping; relative humidity of air; illumination intensity; soil nutrient content

0 引言

【研究意义】农林复合种植模式是合理利用耕地资源最直接有效的途径，其在土地集约利用的同时，还能增加单位土地产出率（陈永忠等，2011）。油茶是我国南方地区主要的经济林木之一，截至2017年底，全国油茶种植面积达437万ha，但因新造油茶幼林占有一定面积，因此全国油茶平均产量仅102 kg/ha，经济效益有待进一步提高（周新平，2019）。油茶林下间套作是主要农林复合种植模式之一，随着全国油茶种植规模逐渐扩大，研究油茶不同种植模式对油茶林地小气候指标和土壤养分含量的影响，对促进油茶林地合理间种及可持续耕作具有重要意义。【前人研究进展】已有研究表明，桐—麦间作系统在降低空气温度和增加空气相对湿度方面具有一定调节作用（程鹏等，2010;熊利等，2015）。彭秀等（2013）、莫晶等（2017）、郁鑫和王旭东（2018）、陈浩等（2019）研究认为，不同的耕作模式、种植施肥模式及间作模式均可显著提高土壤养分含量，尤其是显著提高表土层全氮和碱解氮含量等。王保生等（2013）研究显示，淮北平原杨—麦间作系统农林带状间作能有效提高空气和土壤水含率;采用立体栽培方式能在一定程度上降低林内近地层温度，有效增加林内相对空气湿度。陈隆升等（2016）、文亚雄等（2016）认为间作模式对油茶主要病虫害有明显抑制作用。曹永庆等（2017）、丁怡飞等（2018）研究发现，油茶间作模式下的土壤养分含量在一定程度上高于对照，能有效提高有效磷含量。杨德荣等（2018）研究表明，防护林能有效改善柚园的田间小气候，使柚园的空气温度降低、空气相对湿度有效增加。左继林等（2018）研究得出，间种紫薯和荞头对秋季油茶幼林田间小气候具有明显改善作用。【本研究切入点】目前，关于油茶造林、抚育管理、病虫害防治研究的报道较多（杨克，2019），但针对油茶林地合理栽培管理及林地间套作种植的研究鲜见报道。【拟解决的关键问题】分析比较不同种植模式下油茶林内的小气候指标（空气温度、空气相对湿度和光照强度）及土壤养分含量变化情况，为促进油茶林地合理间种和可持续耕作提供科學依据。

1 材料与方法

1. 1 试验地概况

试验地位于贵州省务川县红丝乡绿源中药材种植基地，地处东经108°05′、北纬28°41′，海拔1115.6 m，属中亚热带湿润季风气候，年均气温16.5 ℃，年日照时数2014.8 h，年均降水量1271.7 mm，年均无霜期约280 d。供试土壤性状：有机质26.65 g/kg，全氮0.82 g/kg，全磷0.66 g/kg，全钾12.33 g/kg，碱解氮96.67 mg/kg，速效磷5.98 mg/kg，速效钾82.37 mg/kg，pH 6.51。

1. 2 试验材料

供试油茶品种为广西岑溪软枝油茶2号，天门冬品种为西南天门冬绿源1号，马铃薯品种为云薯201，白菜品种为黔白4号。

1. 3 试验方法

1. 3. 1 试验设计 供试油茶林于2013年按行株距3 m×2 m定植，油茶林长势基本一致，植株高度为1.9～2.2 m。试验采用随机区组设计，设油茶间作天门冬（YC+T）、天门冬单作（T）和纯林对照（CK1），油茶间作马铃薯（YC+M）、马铃薯单作（M）和纯林对照（CK2），油茶间作白菜（YC+B）、白菜单作（B）和纯林对照（CK3），共9个处理（小区），每小区面积30 m2，各处理重复3次。除对照不整地施肥外，其余各处理田间管理措施均一致。2017年11月移栽天门冬小苗，2018年3月10日播种马铃薯块茎，2018年3月12日移栽白菜幼苗，每种间作处理的行株距均为45 cm×30 cm，整地移栽前施用贵福有机肥（贵州省贵福生态肥业有限公司），统一按1000 kg/ha进行人工均匀撒施。

1. 3. 2 测定项目及方法 于2018年5月下旬选择连续3 d晴朗天气，采用MQ500手持光量子测量仪（北京华益瑞科技有限公司）分别测定不同种植模式下光照强度的日变化，每天以8：00—18：00为一个测量周期，每隔1 h测定1次并记录数值（本研究中光照强度日变化以作物的单作模式为对照）。观测点位置的选择：间作小区的观测点为中央相邻4株油茶对角线交叉点，作物单作小区的观测点定在小区对角线交叉点。同时使用HT-102D温湿度测量仪（北京中仪联众科技开发有限公司）测定林下气温和空气相对湿度日变化，选择天气较晴朗的3 d连续测量日变化值，测量高度距地面30 cm，每天从8：00—20：00作为一个测量周期，每隔2 h测定1次。同时，于2018年5月下旬在每处理内用五点法采集土样，混匀后采用四分法弃去多余土样，留1 kg左右土样装于自封袋中，对应写好标签，带回实验室摊放使其自然风干后，磨细过0.15 mm筛后封装备用。土壤养分含量按常规理化方法（鲁如坤，2000;刘帮艳等，2018）进行测定：土壤有机质含量采用重铬酸钾容量法—外加热法测定;全氮含量采用半微量凯式法测定;全磷含量采用氢氧化钠熔融—钼锑抗比色法测定;全钾含量采用氢氧化钠熔融—火焰光度法测定;碱解氮含量采用扩散法测定;速效磷含量采用碳酸氢钠提取—钼锑抗比色法测定;速效钾含量采用乙酸铵浸提—火焰光度法测定。

1. 4 统计分析

试验数据采用Excel 2007进行整理和制作图表，以DPS v7.05进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2. 1 不同种植模式油茶林下气温的日变化规律

由表1可知，12：00时YC+T处理的油茶林下气温（25.9 ℃）显著低于T处理（28.4 ℃）和CK1（27.1 ℃）（P<0.05，下同），T处理与CK1差异不显著（P>0.05，下同）;YC+T处理、T处理和CK1的气温均在14：00达最高值，分别为33.2、35.6和35.1 ℃，其中YC+T处理的气温显著低于T处理和CK1，T处理与CK1的差异不显著;其余时段T处理的气温均不同程度高于YC+T处理（除18：00外），CK1的气温除10：00外均高于YC+T处理，但三者间差异均不显著。说明油茶间作天门冬种植模式的油茶林下气温总体上低于天门冬单作和油茶纯林。

YC+M处理和M处理的气温在14：00时分别为35.1和36.3 ℃，二者显著低于CK2（37.4 ℃）;其余时段M处理的气温均不同程度高于YC+M处理，但差异不显著，CK2的气温除8：00、10：00和20：00外也高于YC+M处理，3个处理间的差异均不显著。说明油茶间作马铃薯种植模式的气温总体上低于马铃薯单作和油茶纯林。

12：00时YC+B处理的油茶林下气温（27.4 ℃）显著低于B处理（28.5 ℃）和CK3（29.1 ℃），而B处理与CK3的差异不显著;YC+B处理、B处理和CK3的气温均在14：00达最高值，分别为33.4、34.7和35.9 ℃，其中YC+B处理和B处理的气温均显著低于CK3;其余时段B处理的气温也不同程度高于YC+B处理，CK3的气温除20：00外也高于YC+B处理，但3个处理间的差异均不显著。说明油茶间作白菜种植模式的油茶林下气温总体上低于白菜单作和油茶纯林。

综上所述，同一时段油茶间作作物模式的林下气温普遍低于作物单作和油茶纯林，有利于减少林地水分蒸发;油茶间作作物模式、作物单作和油茶纯林的气温日变化规律均呈先升高后降低的变化趋势，日最高气温均出现在14：00。

2. 2 不同种植模式油茶林下空气相对湿度的日变化规律

从图1-A可看出，YC+T处理和CK1的油茶林下空气相对湿度在16：00前均高于T处理;YC+T处理的空气相对湿度（64.4%）在20：00低于T处理（65.7%）和CK1（65.5%）;YC+T处理、T处理和CK1的空气相对湿度均在14：00降至最低值，分别为47.9%、39.1%和43.6%。表明中午气温高，天门冬单作处理的空气水分蒸发较快，而油茶间作天门冬种植模式的林下空气相对湿度总体上高于天门冬单作和油茶纯林。

从图1-B可看出，YC+M处理的油茶林下空气相对湿度（48.6%）和M处理（45.2%）在14：00时均高于CK2（44.5%），YC+M处理的空气相对湿度除10：00、12：00和20：00外均不同程度高于M处理和CK2，YC+M处理、M处理和CK2的空气相对湿度均在16：00降至最低值，分别为42.7%、41.4%和39.3%。說明油茶间作马铃薯种植模式的林下空气相对湿度总体上高于马铃薯单作和油茶纯林。

从图1-C可看出，YC+B处理的油茶林下空气相对湿度（54.7%）和B处理（51.3%）在12：00不同程度高于CK3（47.4%），3个处理的林下空气相对湿度均在14：00降至最低值，YC+B处理、B处理和CK3分别为41.3%、35.6%和37.4%。说明油茶间作白菜种植模式的林下相对湿度总体上高于白菜单作和油茶纯林。

综上所述，油茶间作作物模式能在一定程度上提高其林下空气相对湿度，有效降低林地水分蒸发，而有利于作物生长;油茶—天门冬种植模式和油茶—白菜种植模式的林下空气相对湿度在14：00降至最低，油茶—马铃薯种植模式的林下空气相对湿度在16：00降至最低。

2. 3 不同种植模式油茶林下光照强度的日变化规律

由表2可知，YC+T处理的油茶林下光照强度均小于T处理，且除12：00、13：00、14：00、17：00和18：00外其余时段均显著低于T处理;YC+T处理和T处理的光照强度均在13：00达最大值，分别为1354.3和1378.5 μmol/（m2·s）。说明油茶间作天门冬的光照强度总体上低于天门冬单作。YC+M处理的光照强度除15：00外均低于M处理，其中在8：00、9：00、10：00和14：00显著低于M处理，其余时段差异不显著;YC+M处理和M处理的光照强度日均值均在12：00达最大值，分别为1273.2和1279.8 μmol/（m2·s）。说明油茶间作马铃薯的林下光照强度总体上低于马铃薯单作。YC+B处理的光照强度日均值除12：00和14：00外均低于B处理，其中，9：00和15：00时段显著低于B处理，其余时段与B处理的差异不显著;YC+B处理和B处理的光照强度日均值均在13：00达最大值，分别为1319.2和1335.4 μmol/（m2·s）。说明油茶间作白菜的林下光照强度总体上也低于白菜单作。综上所述，油茶间作作物模式的林下光照强度总体上低于作物单作模式。

2. 4 不同种植模式对油茶林下土壤养分含量的影响

由表3可知，YC+T处理与T处理的土壤养分含量差异不显著，但二者均显著高于CK1;与CK1相比，YC+T处理的有机质、全氮、全磷和全钾含量分别增加8.76、0.73、0.51和2.90 g/kg，碱解氮、速效磷和速效钾的含量分别提高29.14%、65.85%和18.05%;T处理的有机质、全氮、全磷和全钾含量分别较CK1增加9.47、0.51、0.33和2.22 g/kg，碱解氮、速效磷和速效钾的含量分别较CK1提高27.76%、60.33%和19.43%。

YC+M处理和M处理的土壤养分含量差异不显著，但二者均显著高于CK2;与CK2相比，YC+M处理的有机质、全氮、全磷和全钾含量分别提高34.17%、63.53%、76.47%和19.17%，碱解氮、速效磷和速效钾含量分别增加26.25、4.27和12.24 mg/kg;M处理有机质、全氮、全磷和全钾含量分别较CK2提高29.60%、64.71%、70.59%和22.82%，碱解氮、速效磷和速效钾含量分别较CK2增加20.48、3.79和11.01 mg/kg。

由表3还可看出，除全钾含量外，YC+B处理和B处理的其他土壤养分含量显著高于CK3;与CK3相比，YC+B处理的有机质、全氮、全磷和全钾含量分别增加4.77、0.50、0.51和2.83 g/kg，碱解氮、速效磷和速效钾含量分别提高23.81%、64.44%和17.42%;B处理的有机质、全氮、全磷和全钾含量分别较CK3增加6.43、0.53、0.44和0.94 g/kg，碱解氮、速效磷和速效钾含量分别较CK3提高26.68%、57.26%和15.82%。

综上所述，与作物单作模式和纯林相比，油茶间作处理总体上提高了土壤养分含量，说明间作模式能在一定程度上提高土壤肥力。

3 讨论

合理的农林间作模式可避免因林地闲置时间过长造成耕地资源浪费;林地间作可调节林内区域小气候，改善土壤环境，集约利用耕地，优化林地空间结构（滕维超等，2013）。本研究中，不同种植模式的油茶林下气温日变化规律均呈先升高后降低的变化趋势，且不同种植模式下的最高气温均出现在14：00;而在同一时段，作物单作模式的气温普遍高于油茶间作作物模式，说明与作物单作相比，油茶间作作物模式能有效降低空气温度，在一定程度上对减少林内水分蒸发具有促进作用，与左继林等（2018）对油茶幼林秋季间种不同作物的研究结果一致。孙颖等（2017）研究表明，油茶间作农作物能有效降低油茶林间日均空气温度，表明间作模式能使油茶林内气温因子发生明显变化，因此油茶间作能不同程度改善其林内气温等微域气候，本研究结果与其一致。

本研究中，不同种植模式的空气相对湿度日变化表现为上午和下午高、中午降至最低，其中，油茶—天门冬间作和油茶—白菜间作模式的空气相对湿度均在14：00降至最低值，而作物单作和油茶单作模式的空气相对湿度日变化值均不同程度低于油茶间作作物模式，说明油茶间作作物模式能在一定程度上提高空气相对湿度，与滕维超（2013）、左继林等（2018）的研究结果一致。

本研究还发现，不同种植模式的光照强度日变化均呈先升高后降低的变化趋势，表现为12：00—13：00光合有效辐射最高，上午和下午相对较低，其中，油茶间作马铃薯与马铃薯单作的光照强度日变化最大值出现在12：00，油茶间作天门冬、天门冬单作、油茶间作白菜和白菜单作的光照强度日变化最大值均出现在13：00，与滕维超（2013）、左继林等（2018）的研究结果基本一致;油茶间作作物模式的光照强度均低于作物单作模式，可能是间作模式下受油茶株高的影响，造成小区内部分面积光照被阻碍，导致间作模式光照强度相对较弱。此外，与作物单作模式和油茶纯林相比，油茶间作处理在一定程度上提高了土壤养分含量，可能是由于间作模式下油茶和作物的部分枯枝落叶在田间腐化分解，促使土壤有機质及其他养分含量得到一定补充，因此，油茶间作作物模式能将土地用养有效结合起来，在一定程度上提高耕作层的土壤肥力，与陈永忠等（2011）的研究结果一致。而曹永庆等（2017）研究表明，山稻间作油茶会降低土壤有机质含量和速效钾含量，与本研究结果不一致，可能是试验地本身土壤理化性质存在差异和间种作物种类不同等原因所致;本研究间作处理及作物单作处理的土壤养分含量均比油茶纯林显著提高，尤其是全量养分显著提高，可能是油茶纯林未施肥所致，但具体原因有待进一步探究。

4 结论

与作物单作模式相比，油茶间作作物模式下虽然油茶林下光照强度相对较弱，但可降低空气温度，且在一定程度上提高空气相对湿度，有效提高土壤有机质等养分含量，综合提高土壤肥力。

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（责任编辑 邓慧灵）