不同套种模式对核桃林土壤化学性质的影响

雷 康，黄大安，滕维超，骆湘华，欧阳子龙，黄景贵

（1.广西大学，广西南宁 530004；2.广西凤山县佳弘种苗有限公司，广西河池 547600）

核桃（Juglans regia）为胡桃科（Juglandaceae）核桃属植物，有较高的营养价值和经济效益[1]。近年来，核桃在市场上越来越受到人们的喜爱，林农会优先考虑种植核桃[2]。但是，核桃的生长周期长，短时间内经济效益低。林下套种药材和农作物的模式可充分利用土地资源，提高效益产出，是解决这一问题的有效途径[3]。

十大功劳（Mahonia fortunei）为小檗科（Berberi⁃daceae）十大功劳属灌木或小乔木，是传统的中医药植物，有抗炎、抗菌及抗病毒的作用，可用于清热解毒和利胆止泻[4]。十大功劳不耐暑热，忌烈日曝晒，有一定的耐寒性和抗旱性。在核桃林下套种十大功劳，核桃的树冠可起到遮荫作用，适合十大功劳喜阴的生长特性。可同时利用林下空地套种农作物，如玉米（Zea mays）、黄豆（Glycine max）和黑豆等，也可套种珍贵树种黄花梨（Dalbergia odorifera）实现一地三用。有研究表明，核桃林下套种对土壤养分含量有影响[5]，土壤养分是影响土壤肥力的重要指标[6]。本研究通过分析核桃×十大功劳×玉米、核桃×十大功劳×黄豆、核桃×十大功劳×黑豆和核桃×十大功劳×黄花梨4种套种模式下土壤中的养分状况，对不同套种模式下核桃林的土壤养分进行综合分析，可为选择核桃林下合适的套种模式提供一定的理论依据和参考。

1 材料与方法

1．1 试验地概况

试验地位于广西河池市凤山县（107°04′E，24°54′N），属亚热带季风气候，年均气温20．1 ℃，年均降水量1 564．0 mm。该地属广西石山地，土壤类型以红黄壤为主。采样点海拔为400 ～500 m，均为山地的阳坡，坡位基本一致。

1．2 试验设计

试验设4种套种模式，分别为核桃×十大功劳×玉米、核桃×十大功劳×黄豆、核桃×十大功劳×黑豆和核桃×十大功劳×黄花梨。每模式种植0．67 hm2，统一施肥管理。核桃为2004年2月种植，十大功劳为2017年3月种植，黄花梨为2013年1月种植，玉米、黄豆和黑豆于2017年起每年3月种植。在核桃×十大功劳×玉米模式中，核桃行距10 m，株距8 m；核桃行间套作4 行十大功劳，十大功劳行距2 m，株距0．5 m；十大功劳行间套作4 行玉米，玉米行距0．3 m，株距0．3 m。在核桃×十大功劳×黄豆或黑豆模式中，核桃行距10 m，株距8 m；核桃行间套作4 行十大功劳，十大功劳行距2 m，株距0．5 m；十大功劳行间套作8 行黄豆或黑豆，黄豆或黑豆行距0．15 m，株距0．05 m。在核桃×十大功劳×黄花梨模式中，核桃行距10 m，株距8 m；核桃行间套作1 行黄花梨，黄花梨株距10 m；核桃和黄花梨行间套作2 行十大功劳，十大功劳行距2 m，株距0．5 m。

2017年1月，测定套种前土壤本底养分含量。pH 为5．3，有机质含量为26．35 g/kg，全氮（N）含量为2．01 g/kg，全磷（P）含量为1．31 g/kg，全钾（K）含量9．02 g/kg，氨态N 含量为6．37 mg/kg，硝态N 含量为8．04 mg/kg，速效P 含量为8．13 mg/kg，速效K 含量为30．13 mg/kg。从2017年开始，每年4月施肥，施尿素（含氮量46%）70．00 kg/hm2、过磷酸钙（有效磷含量12%）150．00 kg/hm2和硫酸钾（含氧化钾52%）7．00 kg/hm2。

1．3 数据处理

2020年5月，每模式各设置3 个10 m×10 m 样地，每样地内以S 型均匀分布5 个点。核桃、十大功劳和黄花梨为深根性树种，农作物根系普遍在30 cm以内，故在土壤0 ～30 cm 处取样。同一样地混合取样1 kg。采用四分法将土样分成两份。一份为鲜样，用于测定硝态N和铵态N含量，采用硫酸钾浸提法，连续流动分析仪测定；另一份进行风干处理，用于测定土壤pH 值以及全N、全P、全K、速效P 和速效K含量。土壤pH值采用酸度计法测定；有机质含量采用重铬酸钾氧化法测定；全N、全P 和全K 含量采用浓硫酸-高氯酸消煮，全N 含量采用连续流动分析仪测定，全P 含量采用钼锑抗比色法测定，全K含量采用原子吸收分光光度计法测定；速效P 含量采用NaHCO3提取-钼锑抗比色法测定；速效K 含量采用中性乙酸铵提取-原子吸收分光光度计法测定[7]。采用Excel和SPSS软件进行数据分析。

2 结果与分析

2．1 土壤pH值

不同套种模式间土壤的pH 值均差异显著（P＜0．05）（图1）。土壤的pH 值在核桃×十大功劳×黑豆模式下最高（6．30）；其次为核桃×十大功劳×黄花梨模式（6．10）和核桃×十大功劳×黄豆模式（5．60）；核桃×十大功劳×玉米模式下最低（5．25）。

图1 4种套种模式下土壤的pH值Fig.1 Soil pH value of four interplanting models

2．2 土壤有机质含量

土壤的有机质含量在核桃×十大功劳×黄花梨模式下最高（36．00 g/kg），显著高于其他模式（P＜0．05）；其次为核桃×十大功劳×玉米模式（30．09 g/kg）和核桃×十大功劳×黄豆模式（29．07 g/kg），显著高于核桃×十大功劳×黑豆模式（25．24 g/kg）（P＜0．05）（图2）。最高含量是最低含量的1．43倍。

图2 4种套种模式下土壤的有机质含量Fig.2 Soil organic matter content of four interplanting models

2．3 土壤全N、全P和全K含量

土壤的全N含量在核桃×十大功劳×黄花梨模式下最高（3．00 g/kg），显著高于其他模式（P＜0．05）；其次为核桃×十大功劳×玉米模式（2．62 g/kg）和核桃×十大功劳×黄豆模式（2．49 g/kg）；核桃×十大功劳×黑豆模式下最低（2．39 g/kg）（图3）。最高含量是最低含量的1．26倍。

图3 4种套种模式下土壤的全N含量Fig.3 Soil total N content of four interplanting models

土壤的全P含量在核桃×十大功劳×黑豆模式下最高（2．18 g/kg），显著高于其他模式（P＜0．05）；其次为核桃×十大功劳×玉米模式（1．75 g/kg）、核桃×十大功劳×黄花梨模式（1．71 g/kg）和核桃×十大功劳×黄豆模式（1．52 g/kg），3 者间差异不显著（图4）。最高含量是最低含量的1．43倍。

图4 4种套种模式下土壤的全P含量Fig.4 Soil total P content of four interplanting models

土壤的全K含量在核桃×十大功劳×黑豆模式下最高（23．11 g/kg），其次为核桃×十大功劳×玉米模式（21．38 g/kg），两者间差异不显著，均显著高于核桃×十大功劳×黄豆模式（13．87 g/kg）和核桃×十大功劳×黄花梨模式（11．57 g/kg）（P＜0．05）（图5）。

图5 4种套种模式下土壤的全K含量Fig.5 Soil total K content of four interplanting models

2．4 土壤速效养分含量

土壤铵态N 含量在核桃×十大功劳×玉米模式下最高（11．64 mg/kg），其次为核桃×十大功劳×黄花梨模式（11．62 mg/kg），两者间差异不显著，均显著高于其他两种模式（P＜0．05）；核桃×十大功劳×黄豆模式（9．88 mg/kg）和核桃×十大功劳×黑豆模式（8．25 mg/kg）间差异显著（P＜0．05）（图6）。最高含量是最低含量的1．41倍。

图6 4种套种模式下土壤的铵态N含量Fig.6 Soil ammonium N content of four interplanting models

不同套种模式间土壤硝态N 含量均差异显著（P＜0．05）（图7）。土壤硝态氮含量在核桃×十大功劳×玉米模式下最高（52．35 mg/kg）；其次为核桃×十大功劳×黑豆模式（32．53 mg/kg）和核桃×十大功劳×黄花梨模式（27．14 mg/kg）；核桃×十大功劳×黄豆模式下最低（20．49 mg/kg）。最高含量是最低含量的2．55 倍。

图7 4种套种模式下土壤的硝态N含量Fig.7 Soil nitrate N content of four interplanting models

不同套种模式间土壤速效P 含量均差异显著（P＜0．05）（图8）。土壤速效P含量在核桃×十大功劳×黑豆模式下最高（102．36 mg/kg）；其次为核桃×十大功劳×玉米模式（49．90 mg/kg）和核桃×十大功劳×黄花梨模式（37．63 mg/kg）；核桃×十大功劳×黄豆模式下最低（18．59 mg/kg）。最高含量是最低含量的5．51倍。

土壤速效K含量在核桃×十大功劳×黑豆模式下最高（106．15 mg/kg），显著高于其他模式（P＜0．05）；其次为核桃×十大功劳×玉米模式（77．11 mg/kg）和核桃×十大功劳×黄花梨模式（58．39 mg/kg），显著高于核桃×十大功劳×黄豆模式（46．48 mg/kg）（P＜0．05）（图9）。最高含量是最低含量的2．28 倍。

图8 4种套种模式下土壤的速效P含量Fig.8 Soil available P content of four interplanting models

图9 4种套种模式下土壤的速效K含量Fig.9 Soil available K content of four interplanting models

2．5 主成分分析

不同套种模式下土壤含量的变化趋势不同，对9 个原始指标进行主成分分析，提取3 个主成分（表1）。第1主成分主要反映速效K、速效P、全P和全K含量，第2 主成分主要反映硝态N 含量，第3 主成分主要反映全N含量。

表1 主成分因子载荷矩阵、特征值及累计贡献率Tab.1 Principle component loading matrix,eigenvalues and accumulative contribution rate

可以得出主成分表达式：

F1= 0．154ZX1- 0．368ZX2- 0．316ZX3+ 0．110ZX4- 0．338ZX5+0．388ZX6+ 0．401ZX7+0．378ZX8+0．401ZX9

F2=-0．572ZX1+0．001ZX2-0．007ZX3+0．649ZX4+0．366ZX5-0．048ZX6-0．016ZX7+0．324ZX8+0．102ZX9

F3= 0．352ZX1+ 0．425ZX2+ 0．560ZX3+ 0．181ZX4+ 0．259ZX5+0．347ZX6+0．296ZX7-0．039ZX8+0．269ZX9

以每个主成分对应的特征值占所提取主成分总特征值的比例作为权重，得出主成分综合模型：

F综= 0．016ZX1- 0．153ZX2- 0．101ZX3+ 0．248ZX4- 0．076ZX5+0．280ZX6+0．286ZX7-0．298ZX8+0．309ZX9

核桃×十大功劳×黑豆模式在第1主成分得分最高，核桃×十大功劳×玉米模式在第2 主成分得分最高，核桃×十大功劳×黄花梨模式在第3主成分得分最高（表2）。综合主成分表现为核桃×十大功劳×黑豆模式＞核桃×十大功劳×玉米模式＞核桃×十大功劳×黄花梨模式＞核桃×十大功劳×黄豆模式。核桃×十大功劳×黑豆为最佳的套种模式。

表2 不同套种模式主成分得分Tab.2 Principal component scores of different interplanting models

3 结论与讨论

土壤pH 值直接影响养分的存在状态及生物有效性。本研究中，4 种套种模式下，土壤均为弱酸性，在黑豆、黄花梨和黄豆模式下较高，说明豆科植物的根瘤对土壤pH 值有一定调节作用，能平衡土壤的酸碱性，这与江丽娟等[8]的研究结果一致。土壤有机质是土壤中各营养元素特别是氮和磷的重要来源[9]。有机质通过吸附土壤中的离子，使土壤保肥，让土壤结构变得疏松，改善其物理性状；有机质含量是评判土壤肥力的重要指标[10]。本研究中，核桃×十大功劳×黄花梨模式下，土壤的有机质含量最高，可能是因为黄花梨种植时间较久，枯枝落叶等经过分解生成有机质，使土壤有机质含量增加，这与葛乐等[11]的研究结果相同。

核桃×十大功劳×黄花梨模式下，土壤的全氮含量最高，可能是因为全氮含量与土壤有机质的积累和分解强度有关[12]。核桃×十大功劳×玉米模式下，土壤的全磷和全钾含量低于核桃×十大功劳×黑豆模式，其原因可能是玉米对于土壤中磷的需求较高，间作促进玉米吸收磷，导致土壤中磷的含量相对较低[13]。核桃×十大功劳×玉米模式下，土壤的硝态氮和铵态氮含量最高，可能是间作减少了玉米秸秆对氮的吸收与累积，这与叶优良等[14]的研究结果相同。

主成分分析结果显示，4 种套种模式中，土壤肥力在核桃×十大功劳×黑豆模式下最好，核桃×十大功劳×玉米模式下次之，核桃×十大功劳×黄豆模式下最低。核桃×十大功劳×黑豆模式可作为凤山县主要的核桃林下套种模式进行推广，可提高土地利用率，同时带动当地经济发展。

本研究仅分析了4种套种模式。在今后的研究中，可试验更多的套种模式，寻找更具有生态和经济效益的模式，并对其进行长期观测，得到更全面的数据。