集约经营对绿竹林土壤主要物理性状的影响

姜克森

(福建省顺昌县双溪林业工作站，福建 顺昌 353200)

绿竹(Dendrocalamopsisoldhami)，为绿竹属[1]，合轴丛生竹种，经济价值高，具有生产周期短、易栽培等特点[2-3]。研究表明，绿竹笋作为一种优质绿色食品富含20余种氨基酸和多种人体必需的微量元素[4-5]，有“素食第一”之美称，随着人们生活水平的提高，健康意识的增强，绿竹笋受到越来越多人的青睐[6]。绿竹自然分布于热带、南亚热带雨水充沛地区，经驯化北移至中亚热带南部栽培生长良好。

自然状况下绿竹从土壤中吸收养分供给生长，植株死亡后以枯落物和凋落物的形式返回地面，在微生物的作用下腐烂、分解后养分再次以多种形式返回到土壤中，完成养分循环[7]。集约经营绿竹林以生产绿竹笋为主，长期的集约经营过程中翻土、施肥、覆土等经营措施对土壤理化性质造成一定的影响[8-9]。研究表明，化肥的施用虽然能够满足高产对养分的需求，但化肥的长期过量施用是水土流失、土壤酸化、有机质降低、微生物群落丰度下降的主要原因，容易引发一系列生态环境问题[10-11]。最近的研究结果表明，在绿竹笋生长过程中，养分和水分是影响笋产量和品质最重要的2个因素，土壤水分、通气性等物理性状对于笋高产同样重要[9]。然而，绝大多数研究均集中于集约经营对土壤化学性质的影响，忽视了集约经营对土壤孔隙度、持水能力等物理性质的影响[8-9,12-13]。

研究针对集约经营绿竹林土壤变化特点，开展集约经营对绿竹林土壤孔隙度、土壤持水能力等物理性状的影响研究，为集约经营笋用绿竹林土壤管理技术的提升提供参考依据。

1 研究地区与研究方法

1.1 研究区概况

研究区域位于福建省顺昌县、古田县和尤溪县，具体情况详见表1。

表1 研究区域基本情况

1.2 研究方法

1.2.1实验设计与样品采集 研究设计2个处理分别为集约经营绿竹林和自然生长绿竹林。分别于沙性红壤、黄红泥土和红泥土绿竹栽培区各选择1处生长均匀且无病虫害绿竹林作为试验点，于每个试验点分别随机选择5丛集约经营和5丛自然生长绿竹作为调查对象，逐一量取立竹胸径、统计单丛立竹量，根据竹丛密度计算单位面积立竹量。同时，于每丛绿竹周围距竹丛10～20 cm处选取较为平坦区域，清除地表枯枝落叶，以环刀采集土壤容重样品和用于测定田间持水量的土壤样品，带回实验室。

1.2.2样品测定 土壤含水量的测定参照《土壤农化分析》[14]，森林土壤渗滤率的测定参照LY/T 1218-1999[15]，土壤容重和孔隙度的测定参照《土壤农业化学分析方法》[16]，田间持水量的测定采用室内环刀法[17]。

1.3 据处理与统计

数据处理和统计使用Excel和SPSS 18.0系统进行，Origin 7.5作图。

2 结果与分析

2.1 不同处理容重及孔隙度

绿竹林土壤容重大小排序为沙性红壤>黄红泥土>红泥土。沙性红壤集约经营绿竹林土壤容重大于自然生长绿竹林，土壤容重分别为1.08 g·cm-3和1.06 g·cm-3；黄红泥土集约经营绿竹林土壤容重小于自然生长绿竹林，土壤容重分别在0.97 g·cm-3和0.99 g·cm-3；红泥土集约经营绿竹林土壤容重与自然生长绿竹林相同，均为0.97 g·cm-3(表2)表明集约经营对沙性红壤和黄红泥土有影响，但并没有改变红泥土土壤容重大小(表2)。

沙性红壤、黄红泥土和红泥土总孔隙度表现为黄红泥土>红泥土>沙性红壤(表2)，其中沙性红壤和黄红泥土集约经营绿竹林土壤总孔隙度小于自然生长绿竹林，红泥土集约经营绿竹林土壤总孔隙度大于自然生长绿竹林，沙性红壤、黄红泥土和红泥土集约经营绿竹林总孔隙度分别为47.69%、55.75%和57.82%，自然生长绿竹林总孔隙度分别为51.93%、59.85%和57.21%(表2)。相对于自然生长绿竹林，沙性红壤和黄红泥土集约经营绿竹林土壤总孔隙度分别下降8.16%和6.86%，红泥土集约经营比自然生长绿竹林土壤总孔隙度增加1.08%(表2)，对于沙性红壤、黄红泥土和红泥土来说，集约经营与自然生长绿竹土壤总孔隙度均不存在显著性差异(P>0.05)。

不同土壤类型绿竹林土壤毛管孔隙度表现为红泥土>黄红泥土>沙性红壤，而非毛管孔隙度则表现为红泥土<黄红泥土<沙性红壤(表2)。其中沙性红壤集约经营绿竹林土壤毛管孔隙度和非毛管孔隙度范围分别在34.78%～50.29%和5.07%～8.61%，平均为41.28%和6.41%；自然生长绿竹林土壤毛管孔隙度和非毛管孔隙度范围分别在31.77%～48.67%和8.09%～15.04%，平均为41.38%和10.54%(表2)。黄红泥土集约经营绿竹林土壤毛管孔隙度和非毛管孔隙度范围平均分别为49.88%和5.86%；自然生长绿竹林土壤毛管孔隙度和非毛管孔隙度范围平均分别为43.09%和6.76%。红泥土集约经营绿竹林土壤毛管孔隙度和非毛管孔隙度范围平均分别为51.82%和6.01%；自然生长绿竹林土壤毛管孔隙度和非毛管孔隙度范围平均分别为54.27%和2.94%。沙性红壤、黄红泥土和红泥土集约经营绿竹林土壤毛管孔隙度比自然生长绿竹林分别低0.24%、6.04%和4.52%，对沙性红壤、黄红泥土和红泥土来说，绿竹林土壤毛管孔隙度含量在不同经营方式之间均不具有显著性差异(P>0.05)。沙性红壤和黄红泥土集约经营绿竹林土壤非毛管孔隙度含量比自然生长绿竹林分别低39.23%和13.26%，而红泥土集约经营比自然生长绿竹林土壤非毛管孔隙度高104.54%(表2)，对沙性红壤、黄红泥土和红泥土来说，绿竹林土壤非毛管孔隙度含量在不同经营方式之间均不具有显著性差异(P>0.05)。

2.2 土壤含水量

沙性红壤、黄红泥土和红泥土自然生长绿竹林土壤自然含水量分别为23.87%、25.46%和29.96%，集约经营绿竹林土壤自然含水量分别为20.38%、27.34%和26.54%。集约经营促使沙性红壤和红泥土绿竹林土壤自然含水量分别下降14.61%和11.41%，促使黄红泥土自然含水量上升7.38%(图1)。对沙性红壤、黄红泥土和红泥土来说，集约经营与自然生长绿竹林土壤自然含水量均不存在显著性差异(P>0.05，图1)。

表2 不同绿竹林土壤容重及孔隙度

图1 不同经营方式绿竹林自然含水量Fig.1 Natural water content of the soil in Dendrocalamopsis oldhami forests under different management measures说明：图中数据为平均值±标准误差(n=5)；不同小写字母表示不同经营方式之间的差异达到显著水平(P<0.05)Note：The data in the figure are mean ± standard error； Different small letters indicate significant difference among the different cultivation methods at 0.05 level.

总体来看，沙性红壤田间持水量最低，红泥土田间持水量最高。具体来看，沙性红壤自然生长和集约经营绿竹林土壤田间持水量分别为14.78%和15.05%。黄红泥土自然生长和集约经营绿竹林土壤田间持水量分别为20.90%和19.72%。红泥土自然生长和集约经营绿竹林土壤田间持水量分别为22.87%和21.47%。沙性红壤集约经营比自然生长绿竹林土壤田间持水量高1.80%，黄红泥土和红泥土集约经营比自然生长绿竹林土壤田间持水量分别低5.66%和6.12%(图2)。对沙性红壤、黄红泥土和红泥土来说，不同经营方式之间均不存在显著性差异(P>0.05，图2)。

图2 不同经营方式绿竹林田间持水量Fig.2 Field capacity of the soil in Dendrocalamopsis oldhami forests under different management measures

沙性红壤、黄红泥土和红泥土自然生长绿竹林土壤毛管含水量分别为28.62%、34.81%和35.63%，集约经营绿竹林土壤毛管含水量分别为27.78%、34.12%和34.82%。集约经营比自然生长绿竹林土壤毛管含水量分别低2.94%、1.99%和2.28%，表明集约经营促使土壤毛管含水量降低(图3)。

图3 不同经营方式绿竹林毛管含水量Fig.3 Capillary water content of the soil in Dendrocalamopsis oldhami forests under different management measures

沙性红壤和黄红泥土集约经营比自然生长绿竹林土壤饱和含水量分别低7.94%和3.01%，其中沙性红壤自然生长和集约经营绿竹林土壤饱和含水量分别为33.36%和30.71%，黄红泥土自然生长和集约经营绿竹林土壤饱和含水量分别为37.76%和36.63%。红泥土绿竹林土壤饱和含水量表现为自然生长微低于集约经营，分别为36.93%和37.27%(图4)。对沙性红壤、黄红泥土和红泥土来说，不同经营方式之间均不存在显著性差异(P>0.05，图4)。

图4 不同经营方式绿竹林饱和含水量Fig.4 Saturated moisture content of the soil in Dendrocalamopsis oldhami forests under different management measures

2.3 土壤渗滤率

不同土壤类型及不同经营方式绿竹林土壤渗滤率变化规律相同，均表现为随着时间的增加K10不断降低(图5)，但不同土壤类型及不同经营方式绿竹林土壤K10的平均大小及变化规律具有很大的差异，具体表现为沙性红壤>黄红泥土>红泥土。其中沙性红壤集约经营绿竹林土壤K10在测试开始的短时间内远低于自然生长处理，而从第4 min开始明显高于自然生长绿竹林，自然生长和集约经营绿竹林土壤K10最高分别为11.28 mm·min-1和6.69 mm·min-1，最低分别为2.91 mm·min-1和4.28 mm·min-1。与沙性红壤不同，黄红泥土和红泥土土壤K10在整个测试过程中均表现为集约经营高于自然生长绿竹林，其中黄红泥土自然生长和集约经营绿竹林土壤K10变化范围分别为1.34～2.41 mm·min-1和2.06～3.29 mm·min-1；红泥土自然生长和集约经营绿竹林土壤K10变化范围分别为0.84～1.07 mm·min-1和1.03～1.95 mm·min-1，集约经营促使沙性红壤、黄红泥土和红泥土绿竹林土壤K10分别上升了47.37%、54.29%和22.73%。总体来看，不论是自然生长还是集约经营绿竹林均表现为沙性红壤土壤K10变化范围最大，红泥土土壤K10变化范围最小(图5)。

图5 不同经营方式绿竹林土壤渗滤率Fig.5 Percolation rate of the soil in Dendrocalamopsis oldhami forests under different management measures

3 讨论与结论

3.1 集约经营对不同土壤类型绿竹林土壤容重及孔隙度影响不同

土壤容重不仅可以较准确地反映土壤物理性状的整体状况，还在一定程度上反应可土壤质量，与土壤生产力密切相关[18]。诸多研究表明[19-21]，土壤容重受土壤质地、土壤结构、土壤养分、土壤微生物及土壤小动物影响明显，在人为经营措施影响下容易发生改变[22]。其中范倩玉等[22]在对潮土土壤物理性状的研究中提出，人为经营耕作措施有利于潮土土壤结构的改善，降低土壤的容重。林晓君等[23]对蜜柚果园土壤物理性状的研究结果表明，由于经营措施的差异，不同林分土壤容重具有极显著差异。董建新等[24]在耕作措施对土壤物理性状的研究中提出，旋耕及秸秆还田等经营措施能够有效促进土壤容重降低，促进土壤物理性状提升，对农业生产利大于弊。研究中对3种土壤类型绿竹林研究结果表明集约经营措施促进沙性红壤容重增加，促进黄红泥土容重降低，而对红泥土没有影响，与已有研究存在一定的区别。其主要是由于绿竹栽培过程中产生大量枯枝落叶等凋落物，一般情况下凋落物并不会被移走，而是经腐烂后进入土壤中。进入土壤中的腐烂有机物质促进松散的沙性红壤凝聚在一起增加了沙性红壤土体的紧实度进而促进沙性红壤容重的增加，而对于黄红泥土绿竹林来说，进入土壤的腐烂和未腐烂的有机物质及翻耕等经营措施促使土体变得更加松散，因此集约经营措施降低了黄红泥土的容重。此外，研究中红泥土脱硅富铝化程度较高，黏性大，易结块，研究于12月底竹林翻土前采样，距上一次土壤扰动将近一年的时间，大部分翻耕的痕迹经过一年的雨淋、自然积淀及人为踩踏已逐渐被清除，恢复接近原状，因此经营措施对土壤容重的影响不容易被表现出来，而集约经营过程中对土壤造成的经常性的扰动，促使黄红泥土更加疏松，是黄红泥土容重降低的原因之一。

土壤孔隙度则是土壤物理性状的微观体现[20,25]，是对土壤容重变化原因的深入探索。研究结果表明[25]，土壤总孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度对植物的生长影响最大，与土壤结构及质量的关系也最为密切。在自然状态下土壤孔隙度在土壤长期形成过程中产生并趋于稳定，特别是土壤毛管孔隙度一旦形成则受短期环境变化的影响不大[25]，但长期的人为耕作措施、特别是高强度的集约经营措施能够对土壤毛管孔隙度造成明显的影响[26-27]。董建新等[24]在研究中指出，长期地农田旋耕及秸秆还田措施不仅促进了表土层土壤孔隙度发生变化，提出秸秆还田是一种可行的板结土壤修复措施。范倩玉等[22]研究结果表明，轮作能够促进土壤总孔隙度和毛管孔隙度显著提高，是一种防止土壤板结、质量下降的有效措施。张艳等[27-28]对施肥与土壤质量的研究结果表明，化肥的施用促进土壤板结，与单施化肥相比，有机肥的施用能够促进土壤孔隙度提高4.12～20.97%，能够显著改善土壤质量。本研究结果显示，集约经营措施促使沙性红壤和黄红泥土绿竹林土壤总孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度均明显降低，促使红泥土绿竹林土壤总孔隙度和非毛管孔隙度均明显提高、而促进毛管孔隙度降低。主要原因是研究所涉及绿竹林长期以来经营措施不变，均以施用化肥为主，有机物质输入有限，导致土壤趋于板结、孔隙度下降。此外对于红泥土来说黏性增加，易于结块，形成大颗粒悬空[29]，因此造成集约经营远高于自然生长绿竹林土壤非毛管孔隙度的现象。由此可见，而不同土壤类型之间，集约经营对绿竹林土壤总孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度变化的影响不同。

3.2 集约经营对不同土壤类型绿竹林土壤含水量影响不同

土壤水分是植物生长水分供应的最大来源，与土壤持水能力密切相关。而土壤持水能力一般以饱和含水量、田间持水量和毛管含水量来表征[18]，受到土壤孔隙度、土壤有机质和土壤微生物等影响[30]。张艳等[27-28]在关于施肥对土壤物理性质的研究结果显示，长期单施化肥促使耕层土壤饱和持水量、毛管持水量和田间持水量均有所上升，有机肥的施用只提高了土壤耕层饱和持水量。董建新等[24]提出，秸秆还田促使土壤有机质输入增加，能够促进土壤各层持水量的上升，有利于土壤性状的改善。与已有研究不同，绿竹林集约经营过程中并没有人为增加有机质的输入，也缺少有机肥的施用，但集约经营过程中会有大量枯枝落叶等有机物质输入，因此促使本身持水能力较差的沙性红壤田间持水量上升。而集约经营过程中化肥的施用促使黄红泥土和红泥土结构变差[31]，因此田间持水量趋于下降(图2)。同时，对3种土壤毛管含水量和饱和含水量研究结果显示(图3-4)，除红泥土饱和含水量小幅上升以外，3种土壤类型集约经营绿竹林毛管含水量和饱和含水量均有所下降，表明集约经营是土壤持水能力降低的原因。

3.3 集约经营促使不同土壤类型绿竹林土壤渗滤率增加

土壤水分下渗是土壤持水的前提，在降水发生时水分下渗越慢则越容易形成径流水，进而引发水土流失。但是，当渗入土壤的水超出土壤最大持水量时，渗入土壤的水又会再次以壤中流的形式流出土壤，极易引发土体松垮、山体滑坡等自然灾害，因此土壤渗滤率的评价需结合土壤性状、持水能力及立地条件进行。研究表明[32-33]，人为干扰、植被生长等因素对土壤渗滤率有明显的的影响，并且不同植被对土壤渗滤率也有影响。本研究与已有研究结果类似，在集约经营过程中土壤变得松散，渗滤率增加，有利于黄红泥土和红泥土在降雨发生时对水分的吸收，但对于沙性红壤绿竹林来说具有水土流失及滑坡的风险。除了渗滤率外，渗滤率达到稳定时已发生的渗流量也是衡量土壤水分渗入能力的的指标，研究中沙性红壤自然生长和集约经营绿竹林土壤渗滤率稳定前渗流量分别为211 mm和195 mm，黄红泥土分别为83 mm和107 mm，红泥土分别为32 mm和57 mm(图5)，表明集约经营降低了沙性红壤渗滤率稳定前渗流量，而增加了黄红泥土和红泥土渗滤率稳定前渗流量，更有利于黄红泥土和红泥土绿竹林土壤在降雨发生的短时间内对水分的吸收。