徐雪蕾 卢妮妮 王新杰 王廷蓉 张鹏

(北京林业大学，北京，100083) (北京智农天地网络技术有限公司) (北京林业大学实验林场)



不同套种模式下草珊瑚生物量与土壤理化性质的相关性1)

徐雪蕾 卢妮妮 王新杰 王廷蓉 张鹏

(北京林业大学，北京，100083) (北京智农天地网络技术有限公司) (北京林业大学实验林场)

以福建省将乐国有林场套种草珊瑚杉木林和不套种草珊瑚杉木林作为研究对象，对不同坡位套种与不套种草珊瑚林地土壤的理化性质及草珊瑚生物量进行分析。结果表明：①杉木林下套种草珊瑚对林地土壤理化性质具有改良作用，套种草珊瑚后土壤含水率和土壤孔隙度分别提高了76.32%和62.41%，土壤密度降低了11.12%；土壤有机质、全氮、全磷、碱解氮、有效磷和速效钾质量分数分别增加了27.19%、14.78%、8.91%、23.11%、29.45%、11.33%，全钾质量分数降低了2.69%。②下坡位土壤含水率、密度和孔隙度分别比上坡位增加了17.41%、1.87%、4.29%；下坡位有机质、全磷、碱解氮和速效钾质量分数分别比上坡位增加了4.74%、4.43%、9.07%、6.80%，全氮、全钾和有效磷质量分数分别比上坡位降低了8.07%、0.17%、31.28%。③下坡位草珊瑚的地上生物量、地下生物量和总生物量均大于上坡位，分别增加了27.48%、53.16%、35.39%。④土壤密度、碱解氮和速效钾质量分数与草珊瑚生物量呈显著正相关(P<0.05)，全氮和有效磷质量分数与草珊瑚生物量呈显著负相关(P<0.05)。

杉木；草珊瑚；套种；土壤理化性质；生物量；相关性

We studied the correlation betweenSarcandraGlabrabiomass and soil physical chemical properties under different interplanting pattern inCunninghamialanceolataof different slope positions. The results showed that: ①Interplanting can improve the soil physical and chemical properties. Soil water content and soil porosity increased, while soil bulk density decreased; Soil organic matter, total N, total P, available N , available P and available K contents increased by 27.19%, 14.78%, 8.91%, 23.11%, 29.45%, and 11.33%, respectively, but total K decreased by 2.69%. ②Compared with the bottom of the slope, the soil water content, bulk density, porosity, organic matter, total P, available N and available K in the top of the slope increased by 17.41%, 1.87%, 4.29%, 4.74%, 4.43%, 9.07% and 6.80%, respectively, while total N, total K and available P decreased by 8.07%, 0.17% and 31.28%, respectively. ③Compared with the bottom of the slope, the aboveground biomass, underground biomass and total biomass ofSarcandraGlabrain the top of the slope increased by 27.48%, 27.48% and 27.48%, respectively. ④There was significantly positive correlation between the soil bulk density, available N, available K and the biomass ofSarcandraGlabra, and significantly negative correlation between total N, available P and the biomass ofSarcandraGlabra.

杉木(Cunninghamialanceolata(Lamb) Hook)是我国南方重要的速生用材树种，生长速度快，材质优良，用途广泛，经济效益高，在我国南方广泛种植。但是，大面积杉木纯林的营造容易导致林地生境恶化、土壤肥力下降等问题[1-4]，进而影响杉木人工林生态系统的长期稳定性和持久生产力[5-6]。因此，目前已有部分杉木人工林开始进行草珊瑚、楠木、红锥、三年桐等的套种试验。结果表明林下套种的经营模式具有调整林分结构，增加林分内生物多样性，改善土壤条件，充分利用地上地下营养空间，提高林地单位面积的生物总产量的作用[7-10]。

草珊瑚(Sarcandraglabra(Thunb.) Nakai)是多年生常绿草本或亚灌木，具有极高的药用价值、食用价值和观赏价值，是我国重要的中药材，用途广泛，主要分布于福建、江西、浙江、广东等长江以南地区[10-11]，生态习性喜阴湿，适合林下种植[12]。已有研究对林下套种草珊瑚的可行性和效益进行了分析[13-14]，林下套种草珊瑚模式具有广阔的发展前景，目前林下套种草珊瑚的相关研究主要为草珊瑚的栽培技术、生长状况及林分状况对草珊瑚生长、形态和质量等的影响[15-18]。也有研究表明套种草珊瑚能够促进林木的生长[12]，但有关套种草珊瑚对杉木林下土壤理化性质影响及其生物量与土壤性质相关性的研究鲜有报道。因此，笔者对福建省将乐县将乐国有林场套种草珊瑚的杉木林和不套种草珊瑚的杉木林进行研究，分析草珊瑚套种模式对土壤理化性质的改良作用以及草珊瑚生物量与土壤理化性质的相关关系，旨在为杉木林的林下套种经营模式提供理论依据。

1 研究区概况

研究区位于福建省三明市将乐县，地处北纬26°26′～27°04′，东经117°05′～117°40′，属于亚热带季风气候，年均气温19.8 ℃；年均降水量2 027 mm，降水大多集中在6—8月份；无霜期为273 d，年均相对湿度为83%。研究区以低山丘陵地貌为主，海拔400～800 m，土壤为山地红壤。全县森林资源丰富，有林地面积18.8万hm2，森林覆盖率达84.5%，林分总蓄积量159万m3，主要乔木树种有：杉木(Cunninghamialanceolate(Lamb) Hook)、马尾松(PinusmassonianaLamb)、火力楠(MicheliamacclureiDandy)、毛竹(Phyllostachyspubescens)等；林下灌木种类主要有：苦竹(Pleioblastusamarus)、粗叶榕(FicushirtaVahl)、黄毛楤木(AraliadecaisneanaHance)、黄瑞木(Adinandramillettii)等；草本种类有：乌毛蕨(Blechnumorientale)、乌蕨(Stenolomachusanum(Linn.) Ching)、芒萁(Dicranopterisdichotoma(Thunb) Bernh)、狗脊蕨(WoodwardiajaponicaSw.)、黑莎草(Gahniatristisnees)、铁线蕨(Adiantumcapillus-venerisLinn.)等。

2 材料与方法

2.1 材料

试验区林分类型为杉木纯林，面积11.2 hm2，林龄34 a，过熟林，平均胸径21.2 cm，郁闭度0.8，密度810株/hm2。2012年进行草珊瑚套种试验，株行距为0.8 m×0.9 m，密度为14 800丛/hm2，每年除草两次，于2014年取样测定，并在同一林分内设置不套种林带作为对照。

2.2 方法

本试验设置4个处理：上坡位套种(CK1)、上坡位不套种(CK2)、下坡位套种(CK3)、下坡位不套种(CK4)。每个处理分别设置3块样地作为3个重复，样地面积20 m×20 m，各样地内采用土壤环刀取0～20 cm的土样，并在0～20 cm剖面取土样，带回室内自然风干，然后研磨、过筛，装袋备用。在每个样地设置4个1 m×1 m的小样方，样方内草珊瑚分为枝、叶、根分别称量其鲜质量，然后将各部分在105 ℃烘箱中烘干至恒质量，再测量干物质质量。

2.2.1 土壤物理性质测定方法

土壤含水率、土壤密度采用环刀法，土壤样品105 ℃烘干至恒质量[19]。

土壤密度=(土壤干质量-环刀质量)/环刀体积；

土壤含水率=(土壤湿质量-土壤干质量)/土壤干质量。

土壤孔隙度：采用环刀法，将装有鲜土的环刀上盖去掉，在带孔底盖上放置滤纸，放入有水的容器，吸水12 h，取出，记录其质量记录为m1；将称质量后的环刀放在沙盘中2 h，记录其质量为m2；最后将土壤105 ℃烘干至恒质量，记录其质量为m3；最后称环刀质量为m′。

毛管孔隙度=(m2-m3)÷(m3-m′)×土壤密度×100%；

非毛管孔隙度=(m1-m2)÷(m3-m′)×土壤密度×100%；

总孔隙度=毛管孔隙度+非毛管孔隙度。

2.2.2 土壤化学性质分析方法

①有机质质量分数用重铬酸钾氧化法；②全氮质量分数用半微量凯氏定氮法；③碱解氮质量分数用碱解扩散法；④全磷质量分数用钼锑抗比色法；⑤有效磷质量分数用碳酸氢钠浸提法；⑥全钾质量分数用火焰光度法；⑦速效钾质量分数用醋酸铵—分光光度法[20]。

2.3 数据处理

使用Excel 2007对所有土壤样品的数据进行统计整理，运用SPSS 20.0对套种与不套种草珊瑚的林地土壤理化性质进行描述性统计分析，采用单因素方差分析结合LSD法多重比较进行差异显著性检验，采用逐步回归法分析土壤理化性质与草珊瑚生物量的相关关系及显著性[21]。

3 结果与分析

3.1 套种草珊瑚对土壤物理性质的影响

不同坡位杉木林下套种草珊瑚对林地土壤含水率(P=0.001)、土壤密度(P=0.006)和总孔隙度(P=0.001)等物理性质的影响均有极显著差异(表1)。土壤含水率从到大到小依次为CK3、CK1、CK4、CK2；土壤密度从到小到大依次CK1、CK3、CK4、CK2；土壤孔隙度从到大到小依次为CK3、CK1、CK4、CK2。由此可见，在不同坡位套种草珊瑚均能显著提高林地的土壤含水率和土壤孔隙度，降低土壤密度；上坡位套种草珊瑚的土壤含水率、土壤密度、土壤孔隙度分别为不套种的1.74、0.87、1.68倍，下坡位套种草珊瑚的土壤含水率、土壤密度、土壤孔隙度分别为不套种的1.79倍、0.91倍、1.57倍，即套种草珊瑚后，下坡位土壤含水率和土壤密度改善更显著，上坡位土壤孔隙度改善更显著。土壤含水率、土壤密度和总孔隙度均为下坡位大于上坡位。

表1 草珊瑚套种模式对土壤物理性质的影响

注：表中数据为平均值±标准误；同列不同字母表示P<0.05水平上有显著差异。

3.2 套种草珊瑚对土壤化学性质的影响

不同套种模式对杉木林地土壤全氮(P=0.001)、全磷(P=0.004)、碱解氮(P=0.032)、有效磷(P=0.025)和速效钾(P=0.001)质量分数等化学性质影响均有显著差异，而对土壤有机质(P=0.094)和全钾(P=0.166)质量分数无显著性影响(表2)。土壤有机质、碱解氮、速效钾质量分数从大到小依次为CK3、CK1、CK4、CK2；土壤全氮、全磷质量分数从大到小依次为CK1、CK3、CK4、CK2；土壤全钾质量分数从大到小依次为CK4、CK2、CK1、CK3；土壤有效磷质量分数从大到小依次为CK1、CK2、CK3、CK4。由此可见，套种草珊瑚可以提高土壤的有机质、全氮、全磷、碱解氮、有效磷和速效钾质量分数，而降低全钾质量分数；上坡位全氮、全钾和有效磷质量分数高于下坡位，而有机质、全磷、碱解氮和速效钾质量分数低于下坡位。

表2 草珊瑚套种模式对土壤化学性质的影响

注：表中数据为平均值±标准误；同列不同字母表示P<0.05水平上有显著差异。

3.3 不同坡位杉木林下草珊瑚生物量

林下植被的生物量一定程度上能反映乔木层的树冠状况和土壤肥沃程度[22]，上下坡位杉木林下套种草珊瑚的生物量见表3。地上部分生物量、地下部分生物量和总生物量上坡位均比下坡位小，但差异不显著。这说明下坡位的杉木纯林比上坡位更适合草珊瑚生长，这主要与下坡位土壤物理条件较好有直接的关系。

表3 不同坡位杉木林下草珊瑚生物量 kg·hm-2

注：表中数据为平均值±标准误；同列不同字母表示P<0.05水平上有显著差异。

3.4 草珊瑚生物量与土壤理化性质的相关性分析

不同坡位杉木纯林林下草珊瑚生物量与其土壤理化指标的相关性分析表明(表4)，草珊瑚地上生物量与土壤密度的相关系数较大，表明土壤密度与草珊瑚地上生物量呈现显著正相关关系(P<0.05)；草珊瑚地下生物量与土壤全氮、碱解氮、有效磷和速效钾质量分数的相关系数也较大，其中与全氮质量分数极显著负相关(P<0.01)，与碱解氮和速效钾质量分数极显著正相关(P<0.01)，与有效磷质量分数显著负相关(P<0.05)；草珊瑚总生物量与土壤密度、全氮、碱解氮、有效磷和速效钾质量分数的相关系数均较大，其中与土壤密度、碱解氮和速效钾质量分数均呈现显著正相关关系(P<0.05)，与全氮和有效磷质量分数呈现显著负相关关系(P<0.05)。从整体来看，土壤的物理性质主要影响草珊瑚的地上生物量，而化学性质主要影响草珊瑚地下生物量，土壤孔隙度、有机质和全钾质量分数几乎对草珊瑚的生物量没有影响。

表4 杉木林下草珊瑚生物量与土壤理化性质相关系数

注：*表示在0.05水平上显著；** 表示在0.01水平上显著。

4 结论与讨论

杉木林下套种草珊瑚对林地土壤理化性质有一定的改良作用，套种草珊瑚能够显著改善土壤的物理性质，增加下灌木数量，进而增强了土壤的固水能力，且根系增多，增加了土壤的穿插分割作用，以及根系死亡分解后形成的通道使土体中孔隙增加[23]，紧实度降低；因此土壤含水率和土壤孔隙度增加，土壤密度降低。在化学性质方面，林下套种草珊瑚增加了林分地被物及凋落物，凋落物分解使有机质增多。而有机质是构成土壤肥力的核心物质，对土壤养分产生重大影响[24-25]，因此套种草珊瑚后土壤有机质、氮、磷以及速效钾质量分数都有所增加；但全钾质量分数略有降低，这是由于全钾中的95%为难溶性钾即原生矿物中的钾，且套种年代较短，因此套种草珊瑚对全钾质量分数影响并不明显，反而使其呈现下降趋势。

上坡位土壤含水率和孔隙度低于下坡位，且坡位对土壤含水率影响较为显著；上坡位有机质、全磷、碱解氮和速效钾质量分数低于下坡位，全氮、全钾和有效磷质量分数高于下坡位；坡位对土壤密度及全量养分几乎没有影响。套种草珊瑚与不套种草珊瑚之间各理化性质指标的差异性与其所处的空间位置有关，即套种与不套种之间差异的显著性因坡位不同而不同。

上坡位草珊瑚的地上生物量、地下生物量和总生物量均大于下坡位，这与上、下坡位土壤的理化性质的差异性有关[26]，草珊瑚生物量与土壤密度、碱解氮和速效钾质量分数呈显著正相关关系(P<0.05)，与全氮和有效磷质量分数呈显著负相关关系(P<0.05)。

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Correlation betweenSarcandraGlabraBiomass and Soil Physical-chemical Properties under Different Interplanting Pattern//

Xu Xuelei, Lu Nini, Wang Xinjie

(Beijing Forestry University, Beijing 100083, P. R. China);

Wang Tingrong

(Beijing Zhinongtiandi Network Technology co. LTD);

Zhang Peng

(Beijing Forestry University)//Journal of Northeast Forestry University，2016,44(10)：61-64.

Cunninghamialanceolata(Lamb) Hook;Sarcandraglabra(Thunb.) Nakai; Interplanting; Soil physical-chemical properties; Biomass; Correlation

1)“十二五”农村领域国家科技计划项目(NO.2012BAD22B05)。

徐雪蕾，女，1992年5月生，北京林业大学林学院，硕士研究生。E-mail:296871420@qq.com。

王新杰，北京林业大学林学院，副教授。E-mail:xinjiew@bjfu.edu.cn。

2016年3月23日。

S757.9

责任编辑：戴芳天。