李晨晨 周再知 梁坤南 黄桂华 杨 光

(中国林业科学研究院热带林业研究所，广州 510520)

南药立体经营模式土壤质量综合评价

李晨晨 周再知*梁坤南 黄桂华 杨 光

(中国林业科学研究院热带林业研究所，广州 510520)

为筛选优化的南药立体经营模式，本试验选用适宜南方种植的4种药用植物，采用随机区组设计，在已有的杉木林下，构建4种林药立体经营模式，分别是杉木(Cunninghamialanceolata)+梅叶冬青(Ilexasprella)+艾纳香模式(Blumeabalsamifera)(简称SMA)、杉木+梅叶冬青+广金钱草(Desmodiumstyracifolium)模式(简称SMG)，杉木+梅叶冬青+草珊瑚(Sarcandraglabra)模式(简称SMC)，杉木+梅叶冬青模式(SM))，以杉木纯林(简称CK)为对照，分析不同模式内0～20和20～40 cm土层土壤理化性质和土壤酶活性变化，并运用主成分分析法综合评价模式对林地土壤质量的影响。结果表明(1)与对照(纯林)相比，4种林药模式下的土壤容重均显著下降，且随土层深度的增加而增加。0～20 cm土层各模式土壤容重降幅分别为：模式SMA13.4%、模式SMG 14.1%、模式SMC 20.8%和模式SM 22.3%、；20～40 cm土层的土壤容重各处理降幅为7.0%～15.5%。各模式土壤质量含水量、田间持水量、毛管持水量、毛管孔隙度和总孔隙度均显著提高(P<0.05)，且随土层深度的增加而减小，0～20 cm土层，均是以模式SM最大，分别比对照提高54.9%、100.1%、88.6%、44.9%和36.8%；20～40 cm土层，均以模式SMG最大，分别是对照的61.5%、67.6%、69.7%、43.4%和44.0%。(2)0～20 cm土层pH呈下降趋势，降幅0.7%～6.2%，20～40 cm土层中各处理pH差异较大，但均未达到显著水平。除全钾外，其余土壤养分含量各模式均随着土层深度的增加而降低。0～20 cm土层中，有机质、全氮、全磷、速效氮磷钾、交换性钙和镁以及阳离子交换量均以模式SMC含量最高，分别比对照提高79.7%、69.5%、30.3%、91.4%、279.4%、166.1%、91.6%、677.0%和70.3%。全钾含量以模式SMG最高，比对照增加了26.9%。(3)各处理土壤酶活性均随着土层深度的增加而降低。在0～20 cm土层中，与对照相比，各模式土壤的脲酶、蔗糖酶、多酚氧化酶和酸性磷酸活性差异显著(P<0.05)，其中脲酶和多酚氧化酶活性以模式SMC活性最高，分别是对照的1.7倍和1.6倍，蔗糖酶活性各模式皆低于对照，降幅59.3%～69.4%；酸性磷酸酶活性模式SMA最高，比对照提高78.7%。20～40 cm土层中，各模式及对照间仅酸性磷酸酶活性差异达到显著水平。(4)南药立体经营模式对土壤质量影响的综合排序为，模式SMC(2.811)>模式SMG(1.293)>模式SMA(0.111)>模式SM(-1.544)>CK(-2.671)。

南药；立体经营；土壤质量；综合评价；主成分分析

杉木(Cunninghamialanceolata)是我国特有的速生用材树种，栽培历史悠久，用途广泛。连栽和单一化经营以及自毒作用，导致出现土壤地力衰退和产量下降等现象，主要表现在土壤物理性质[1～2]、化学性质[3～4]、微生物区系及生化活性方面[5～6]。针对杉木人工林衰退现象，许多学者对其衰退机理进行了研究[7～9]，并提出了构建杉木混交林、保护和恢复林下植被的解决方法。大量研究表明[10～12]选择适当的树种和植被与杉木进行混交或者间作，能够增加生物多样性，提高群落结构稳定性，增加林地凋落物量，加速其分解速度，提高林地土壤质量。

林药复合经营模式是将适宜林下生长的药用植物重新引种到自然环境下进行野生化栽培，在充分利用林地资源的同时，使野生药用植物资源得到恢复，是一种科学合理的种植模式[13～14]。杉—药模式便是其中典型的一种,一方面考虑到复合经营对退化杉木林地的生态效益，另一方面也能兼顾到药用植物的经济效益，是我国南方地区杉木人工林可持续经营的一种重要经营模式。前人对此也做了一些研究，张鼎华等[15]和Yang等[16]研究发现杉木林下种植砂仁(Amomumvillosum)后，土壤容重减小，土壤孔隙度和持水能力、有机质、全氮、全磷、速效磷、速效钾的含量有不同程度的增加，各种土壤酶活性均大于未种植林地，土壤微生物含量增加。林庆富[17]对福建地区杉木林下种植草珊瑚(Sarcandraglabra)研究后发现，间种草珊瑚四年后0～20 cm土层中有机质、全氮、全磷、水解性氮、速效磷、速效钾分别增加8.0%、19%、10.4%、8.6%、8.5%、19.9%，20～40 cm土层也有不同程度的提高。目前多数研究主要针对单一药用植物及模式，而对多层立体复合经营模式研究甚少，本试验通过选取适应南方生长的4种药用植物，构建乔木+灌+草立体经营模式，探究不同林药立体经营模式对退化杉木林地土壤质量的影响，综合筛选适宜的林药立体经营模式，为高效林药培育体系的建立及林下经济的发展提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究地区概况

试验地位于广东省惠州市惠东县国营梁化林场内(114°42′25″～114°51′5″E，23°8′13″～23°13′34″N，海拔60～1 100 m)。属南亚热带季风气候，雨量充沛，气候温暖。年平均气温为22.0℃，最低2.9℃，最高气温36.4℃，全年降水量在1 800 mm左右，全年平均相对湿度81%。植被类型为南亚热带常绿阔叶林，乔木种类主要为樟科、壳斗科和茶科。1956年，林场砍伐原生植被后种植杉木。所选试验地为2001年第二次砍伐后的天然萌芽更新林，林分郁闭度0.45～0.5，平均高8.1 m，平均胸径11.2 cm。试验地成土母质为花岗岩，土壤属南亚热带赤红壤且试验区距离较近，土壤性质基本能保持一致。坡度5～8°，坡向为阳坡，坡位为中坡。

1.2 试验设计与方法

1.2.1 试验设计

采用随机区组设计，5个处理，3次重复，每个试验小区面积240 m2(长20 m×宽12 m)，试验设计如图1所示，于2013年4月，将灌木型药用植物梅叶冬青(Ilexasprella)按照1.5 m×2.0 m的株行距，挖穴种植于杉木萌芽林内，构建杉木+梅叶冬青复合模式。小区边缘横行和竖行不种植，每个小区70株(10×7)，种植时苗均高40 cm。2015年3月，按0.3 cm×0.4 cm株行距将广金钱草(Desmodiumstyracifolium)、艾纳香(Blumeabalsamifera)和草珊瑚(Sarcandraglabra)套种于梅叶冬青下，构成乔灌草三层立体复合经营模式。试验处理包括模式SMA(杉木+梅叶冬青+艾纳香)，模式SMG(杉木+梅叶冬青+广金钱草)，模式SMC(杉木+梅叶冬青+草珊瑚)，模式SM(杉木+梅叶冬青)，所有小区常规化管理，每2～3个月除草一次，每年施肥2次。

图1 试验设计Fig.1 Layout of the experimental design

1.2.2 土壤取样方法

于2016年8月，种植小区内沿对角线，在两头和中间位置，挖取土壤剖面，用环刀分别取0～20和20～40 cm的土样用于土壤物理性质的测定。同时用土钻多点采集0～20和20～40 cm深度的土壤，土样混匀后用四分法取对角线土样作为一份测定土样，3次重复。土样经自然分干后，拣去动植物残体、石块等。研磨后分别过60目和100目筛，装袋保存，用于土壤养分和土壤酶活性的测定。杉木纯林则随机选取采样点，取样方法同上。

1.2.3 土壤理化性质和酶活性分析

土壤物理性质采用环刀法，具体参见《LY/T 1215-1999森林土壤水分—物理性质的测定》。土壤pH、有机质、全氮、全磷、全钾、有效氮、有效磷、速效钾、交换性钙、交换性镁、阳离子交换量的分析测定参考鲁如坤[18]的《土壤农业化学分析方法》。土壤过氧化氢酶活性、土壤脲酶活性、土壤蔗糖酶活性参考杨兰芳等[19]《紫外分光光度法测定土壤过氧化氢酶活性》和关松荫[20]《土壤酶及其研究法》，土壤过氧化氢酶采用紫外分光光度法，单位以[mg H2O2·g-1DW·1/3 h-1]表示，土壤脲酶活性采用采用苯酚—次氯酸钠比色法，单位为[μg NH4-N·g-1DW·h-1]表示；土壤蔗糖酶采用3,5-二硝基水杨酸比色法,单位为[mg glucose·g-1DW·d-1]表示。多酚氧化酶活性采用L-DOPA法，参见Richard P.Dick[21]所著的《Methods of Soil Enzymology》,单位为[μmol product fromed·g-1DW·h-1]；酸性磷酸酶活性采用对硝基苯磷酸二钠比色法，单位为[μg p-Np·g-1·h-1]，参见吴金水[22]《土壤微生物生物量测定方法及其应用》。

1.2.4 数据分析

采用Excel 2007进行数据整理、SPASS 19.0软件进行统计分析、Duncan多重比较。主成分分析法综合评价，首先对数据进行标准化处理，再运用SPASS 19.0统计软件对标准化数据进行分析，计算各因子的贡献率和累积贡献率。提取累计贡献率大于85%的前n个因子作为主成分，计算各处理各主成分得分Wk。将各指标公因子方差占总公因子方差的比例作为各主成分权重Yk，构建综合评价函数

F=∑WkYk(k=1，2，3，…，n)

(1)

2 结果与分析

2.1 南药立体模式对土壤物理性质的影响

由表1可知，与对照相比，4种林药模式的土壤容重均显著下降，且随土层深度的增加而增加。0～20 cm土层的土壤容重降幅分别为：模式SM 22.3%、模式SMA 13.4%、模式SMG 14.1%、模式SMC 20.8%；20～40 cm土层的土壤容重各处理降幅为7.0%～15.5%。4种林药经营模式2个土层的土壤质量含水量、田间持水量、毛管持水量、毛管孔隙度和总孔隙度均显著提高(P<0.05)，且随土层深度的增加而减小；0～20 cm土层，均是以模式SM最大，分别比对照提高54.9%、100.1%、88.6%、44.9%和36.8%；20～40 cm土层，以模式SMG优化，分别比对照提高61.5%、67.6%、69.7%、43.4%和44.0%。土壤非毛管孔隙度各模式2个土层之间差异均未达到显著水平。

表1 不同南药立体经营模式土壤水分—物理性质比较

注：均值±标准误差 同一土层数据后不同小写字母表示不同模式之间差异达显著水平(P<0.05)。

Note:Mean±SE Data followed by different letters within column within a treatment were significantly different atP<0.05.

2.2 南药立体经营模式对土壤养分的影响

由图2可以看出，构建林药复合模式后，0～20 cm土层pH出现下降趋势，降幅0.7%～6.2%，而20～40 cm土层各模式差异很大，其中模式SM和模式SMC减小，其余增大，但是各土层各模式之间差异均未达到显著水平。土壤有机质含量2土层中均以模式SMC最大，分别比对照提高79.7%和5.6%，且随着土层深度的增加而减小，但在20～40 cm土层中各模式差异未达到显著水平。

土壤全量养分方面(图3)，土壤全氮和全磷含量随着土层深度的增加而减小，全钾相反。在0～20 cm土层各模式以及对照之间土壤全氮、全钾含量差异达到显著水平(P<0.05)，全磷含量各模式间差异不显著。其中全氮和全磷以模式SMC含量最高，是对照的1.7和1.3倍。全钾含量以模式SMG最高，比对照增加了26.9%。20～40 cm土层，土壤全氮、全钾和全钾含量均以模式SMC含量最高，但各模式以及对照之间差异均未达到显著水平。

速效养分方面(图4)，速效氮、磷、钾含量均随着土层深度的增加后降低。在0～20cm土层中各模式的速效养分含量均显著(P<0.05)高于对照，且均以模式SMC的改良效果最好，比对照提高了91.4%、279.4%和166.1%。20～40cm土层中，各模式间差异较大，其中有效氮和有效磷含量各模式以及对照之间差异均未达到显著水平，速效钾以模式SMC含量最高，比对照提高了103.2%。

图2 不同南药立体经营模式土壤酸碱度和有机质比较 均值±标准误差 同一土层数据后不同小写字母表示不同模式之间差异达显著水平(P<0.05)，下同。Fig.2 Comparison of soil pH and organic matter in different patters Mean±SE Data followed by different letters within column within a treatment were significantly different at P<0.05,the same as below.

图3 不同南药立体经营模式土壤全量养分比较Fig.3 Comparison of soil total nutrient in different patters

图4 不同南药立体经营模式土壤速效养分比较Fig.4 Comparison of soil available nutrient in different patters

图5 不同南药立体模式土壤交换性养分和阳离子交换量比较Fig.5 Comparison of soil exchangeable nutrient and CEC in different patters

交换性养分和阳离子交换量方面(图5)，0～20 cm土层中，各处理交换性钙含量在18.52～35.49 g·kg-1，交换性镁含量在4.39～34.11 g·kg-1，阳离子离子交换量8.15～12.95 cmol·kg-1，且各模式之间差异显著(P<0.05)，均以模式SMC最大，分别比对照提高91.6%、677.0%和70.3%。在20～40 cm土层中各模式交换性养分和阳离子交换量差异均未达到显著水平。

2.3 南药立体经营模式对土壤酶活性的影响

从图6可以看出，各处理土壤酶活性均随着土层深度的增加而减小。在0～20 cm土层中，各模式以及对照间的土壤的脲酶、蔗糖酶、多酚氧化酶和酸性磷酸活性差异达显著水平(P<0.05)，过氧化氢酶活性各模式间差异不显著，其中脲酶多酚氧化酶活性以模式SMC活性最高，是对照的1.7倍和1.6倍；蔗糖酶活性各模式皆低于对照，降幅59.3%～69.4%；酸性磷酸酶活性模式SMA最高，比对照提高78.7%。20～40 cm土层中，各模式及对照间仅酸性磷酸酶活性差异达到显著水平(P<0.05)，且各模式活性均高于对照，其中又以模式SMG活性最高，比对照提高71.8%。

2.4南药立体经营模式对土壤质量影响综合评价

选取各模式0～20 cm土层的差异显著的18个土壤指标进行主成分分析，结果见表2，由表可知，一共提取3个主成分，3个主成分累计贡献率为88.260%，包含了原始数据的绝大部分信息，也符合主成分分析累积贡献率≥85%的条件。

由表3可知不同林药复合经营模式对土壤质量影响综合评价得分大小排序为SMC(2.811)>SMG(1.293)>SMA(0.111)>SM(-1.544)>CK(-2.671)。

3 讨论

前人的大量研究结果表明，复合经营模式土壤结构、水分条件和养分条件要优于单一模式，能够起到改良土壤的作用[23～26]。但是前人对该现象的解释很少也不详尽，理论上来说单位面积土地上，所种植的植物越多，其对养分和水分的消耗就越大，而复合经营所得出的结论看上去似乎与之矛盾，这该如何解释呢？对于本研究来说，较之对照，林药立体复合经营模式对土壤结构、水分含量以及养分含量都有不同程度的改善，可以考虑以下几个方面的原因：首先从复合模式内部环境来说，林药立体复合经营模式相对于纯林经营模式能够产生更多凋落物，具有更高的土壤酶活性，凋落物的大量分解有助于土壤中可利用养分动态循环量的增加[27～28]。有研究发现，在一些森林生态系统中，有超过90%的氮和磷以及超过60%的其他营养元素是通过养分循环从植物体内进入到土壤中的[29]。凋落物分解产生的大量有机质也有助于优质土壤团粒结构的形成，良好的土壤物理结构，具有更好的通气保水功能[30]。另外立体经营模式各土层的土壤根系含量要大于纯林模式，根系的一些翻转运动和穿插运动，使得土壤更加疏松多孔隙，这对于土壤水分和养分的保持是很有利的。此外根系的死亡分解也能够为土壤返还养分，提高养分循环量。同时一些豆科植物能够通过固定N2来获得养分，例如本试验中的广金钱草便是豆科植物，可能存在固氮作用。立体经营模式相对于纯林模式来说，植被覆盖度大，空间利用率更高，遮荫程度更高，能够很好的改变林地表面微环境，能够起到降温保湿的作用[31～32]。外部环境条件上，主要考虑施肥和降水两个因素，从施肥的角度来说，与纯林模式相比，立体经营模式良好的土壤物理结构有助于施加的养分的保留，同时土层中大量的根系能够提高养分的吸收效率。另外土壤有机质含量与阳离子交换量呈现显著正相关，大量的凋落物能够保持土壤中较高有机质水平，提高阳离子交换量，因此能够降低淋溶作用，提高无机肥料的施用效果[33]。也有研究发现复合经营系统中，树木的根系能够重新获取在深土层中被淋溶作用流失的超过作物根系吸收范围的养分，再通过凋落物和根系翻转运动重新加入养分循环中，供给作物生长需要[34]。降水方面，复合经营模式中，各植物对水分的竞争的程度主要取决于该地区的降水模式，尤其是缺乏灌溉的干旱地区[35]。然而本试验区气候属于亚热带季风气候，年降雨量在1 800 mm以上，水分十分充足的，能够很好的满足植物生长对水分的需求，因此植物对水分的竞争程度应该是较小的。另一方面考虑到试验采样时间是在8月底，正好是在台风雨过后，可能对试验结果也会产生一定的影响。

表2主成分分析载荷矩阵和公因子方差

Table2Theprincipalcomponentmatrixandcommunalityofeachindicator

指标Index主成分Principalcomponent123公因子方差σ2ofcommonfactor质量含水量Masswatercontent0．748-0．596-0．1050．926容重Bulkdensity0．689-0．6880．0970．958毛管持水量Capillarymoisturecapacity0．677-0．725-0．0190．984田间持水量Fieldmoisturecapacity0．669-0．731-0．0230．983毛管孔隙度Capillaryporosity0．692-0．688-0．1350．970总孔隙度Totalporosity0．707-0．667-0．1300．961有机质Organicmatter0．9130．3160．1790．966全氮TotalN0．7680．3520．3190．815全钾TotalK0．7170．393-．2330．723有效氮AvailableN0．8110．4210．0700．840有效磷AvailableP0．8720．324-．0600．870速效钾AvailableK0．7600．553-．2160．930交换性镁ExchangeableMg0．7010．6130．0770．873交换性钙ExchangeableCa0．8880．3890．1280．957阳离子交换量CEC0．617-．2350．7080．936脲酶Urease0．8010．509-．1000．911蔗糖酶Invertase-．5410．5220．2060．607酸性磷酸酶Acidphosphatase0．5840．352-0．4610．677特征根Eigenvalue9．7895．0101．088贡献率Proportion(%)54．38427．8346．043累计贡献Cumulativeproportion(%)54．38482．21788．260

表3南药立体经营模式土壤质量综合评价结果

Table3Comprehensiveevaluationresultsofsoilqualityindifferentpatterns

选择适当的药用植物，合理构建林药复合经营模式对加快人工林生态系统的养分循环和地力维护具有重要的意义。不同林药立体复合模式间也存在土壤水分和养分含量的差异，前人研究认为这主要是因为种植品种的不同而引起的差异[36]。高喜荣[37]进行了太行山低山丘陵区的中药材品种筛选试验，结果表明苹果与太子参、半夏、白芨等复合经营能够改良果园土壤理化性质，增加肥力，提高果品产量和质量。闫法领等[38]对退化马尾松林内植被恢复模式研究后发现，马尾松林内种植栀子(Gardeniajasminoides)+大青(Cleredendrumcwtophyllum)+淡竹叶(Lophatherumsinense)等耐阴性药用植物，土壤中的有机质、速效钾与全钾分别增加了67.35%、32.71%、31.25%。本研究发现，不同林药立体复合模式土壤结构、水分条件、有机质、全量养分和速效养分等都存在显著差异，这主要可能是因为不同复合模式地上部分凋落物和地下部分根系死亡量、分泌物、微生物区系组成等不同，造成的土壤改良效果差异不同，这与Wang等[39]对不同银杏复合经营模式的土壤肥力研究结果相似。但是整体来说复合经营模式土壤养分水平均要好于杉木纯林。至于在20～40 cm土层中，大部分养分指标差异不显著，可能与药用植物种植时间较短，根系生长慢，分布较浅，短期内凋落物分解量对较深土层影响程度较小有关。

土壤酶活性在土壤物质循环和能量转化过程中起着重要的催化作用，其活性的高低反映了土壤中各种生物化学反应的强度与方向[40]。由土壤酶活性和养分含量相关性分析可以发现(表4)，除蔗糖酶外，其余酶活性均与土壤中各养分含量表现出良好的相关性，表明土壤酶能够催化土壤中各种有机化合物的分解，是土壤中养分转化的基础，例如多酚氧化酶能分解土壤中的芳香族有机化合物，将其氧化为醌，在适宜的条件下，醌与土壤中的蛋白质、氨基酸和糖类等物质反应可生成大小分子量不一的有机质和色素，也可将木质素经微生物分解产生的酚类物质氧化成醌。脲酶能分解土壤中施加的有机尿素类物质，将植物所需要养分转化为有效态，提高氮素利用率。酸性磷酸酶能够分解磷酸脂类，加速有机磷的脱磷速度，为植物提供磷素。本研究发现在0～20 cm土层中，复合经营模式下土壤过氧化氢酶、脲酶、多酚氧化酶和酸性磷酸酶活性与对照相比都呈现上升的趋势，这与Wang等[39]、蔡丽平等[41]研究结果相似。但与柴强等[42]的研究结果差异较大，这表明不同复合系统其种间关系差异较大，不同的品种搭配对土壤酶活性的影响程度存在差异。研究表明复合经营模式具有更高的酶活性，主要是在于凋落物种类、数量和根系分泌物的不同[43～44]。Hu等[45]对杉木林下凋落物分解研究发现，多种类混合叶凋落物有利于提高土壤质量，它比单一杉木叶凋落物分解具有更大的微生物量和更高的土壤酶活性，土壤微生物特性和土壤酶活性对叶凋落物特性变化的敏感性要高于土壤化学性质。前人研究还发现在复合系统中，种间的相互作用主要分为相互促进和相互竞争，这两种作用同时存在只是表现为强弱程度不同[46]。林药复合模式中蔗糖酶活性呈现下降趋势，这与张萌萌等[47]对桑树和苜蓿复合系统的研究结果相似，这可能是因为多数药用植物具有化感作用[48]，可能会向所在土壤中释放一些次生代谢产物，对土壤中蔗糖酶活性产生了抑制作用，导致其活性降低。

表4土壤养分与土壤酶活性相关性分析

Table4Thecorrelationanalysisofsoilnutrientandenzymeactivity

过氧化氢酶Catalase土壤脲酶Urease蔗糖酶Invertase多酚氧化酶Polyphenol酸性磷酸酶Acidphosphatase有机质Organicmatter0．690∗∗0．886∗∗-0．3260．724∗∗0．574∗全氮TotalN0．729∗∗0．739∗∗-0．0360．847∗∗0．619∗全磷TotalP0．4130．701∗∗-0．150．607∗0．745∗∗全钾TotalK0．4450．817∗∗-0．3850．4610．497有效氮AvailableN0．599∗0．880∗∗-0．2750．699∗∗0．555∗有效磷AvailableP0．670∗∗0．855∗∗-0．290．490．525∗速效钾AvailableK0．712∗∗0．889∗∗-0．0690．605∗0．715∗∗

注：*.在0.05水平(双侧)上显著相关；**.在0.01水平(双侧)上显著相关

Note:*.Means significant correlation atP<0.05；**.Means significant correlation atP<0.01

主成分分析结果表明，林药立体经营模式能够明显提升土壤综合质量，选择不同品种搭配对土壤质量的改良效果存在差异，对土壤质量改良效果表现为乔灌草三层模式>乔灌两层模式>纯林，其中模式SMC较优，可以推广。本文仅从土壤理化性质和酶活性变化角度，评价不同南药立体复合经营模式的效果，另有研究发现复合经营模式中上层树木的种植密度对下层作物的产量的和土壤养分的影响并不具有一致性，种植密度大时，系统对土壤的有机质和氮输入增多，土壤养分增加，但是作物产量却降低[49]。因此后续研究尚需从药用植物合适的种植密度、产量和活性物质含量等方面进行综合评价，有待进一步研究。

1.邱仁辉,杨玉盛,俞新妥.不同栽植代数杉木林土壤结构特性的研究[J].北京林业大学学报,1998,20(4):6-11.

Qiu R H,Yang Y S,Yu X T.Soil structure characteristics in the plantations of Cunninghamia lanceolata on different rotations[J].Journal of Beijing Forestry University,1998,20(4):6-11.

2.俞元春,邓西海,盛炜彤,等.杉木连栽对土壤物理性质的影响[J].南京林业大学学报,2000,24(6):36-40.

Yu Y C,Deng X H,Sheng W T,et al.Effects of continuous plantation of Chinese fir on soil physical properties[J].Journal of Nanjing Forestry University,2000,24(6):36-40.

3.Ding Y X,Chen J L.Effect of continuous plantation of Chinese fir on soil fertility[J].Pedosphere,1995,5(1):57-66.

4.马祥庆,范少辉,刘爱琴,等.不同栽植代数杉木人工林土壤肥力的比较研究[J].林业科学研究,2000,13(6):557-582.

Ma X Q,Fan S H,Liu A Q,et al.A comparison on soil fertilities of Chinese fir plantations of different generations[J].Forest Research,2000,13(6):577-582.

5.杨承栋,张小泉,焦如珍,等.杉木连栽土壤组成、结构、性质变化及其对林木生长的影响[J].林业科学,1996,32(2):175-181.

Yang C D,Zhang X Q,Jiao R Z,et al.Variations of chemical properties,biochemical,microoganism activities and function in soil of successive rotation of Chinese fir and their influences on growing[J].Scientia Silvae Sinicae,1996,32(2):175-181.

6.杨玉盛,邱仁辉,俞新妥,等.杉木连栽土壤微生物及生化特性的研究[J].生物多样性,1999,7(1):1-7.

Yang Y S,Qiu R H,Yu X T,et al.Study on soil microbes and biochemical activity in the continuous plantations ofCunninghamialanceolata[J].Chinese Biodiversity,1999,7(1):1-7.

7.俞新妥.论杉木人工林的回归——从杉木林地力衰退的因果谈杉木林的可持续经营[J].世界林业研究,1999,12(5):15-19.

Yu X T.On the regression of Chinese fir plantation-discussion on the sustainable management of Chinese fir in terms of the cause and effect of soil degradation[J].World Forestry Research,1999,12(5):15-19.

8.林开敏,俞新妥.杉木人工林地力衰退与可持续经营[J].中国生态农业学报,2001,9(4):39-42.

Lin K M,Yu X T.Soil degradation and sustainable management of Chinese fir plantation[J].Chinese Journal of Eco-Agriculture,2001,9(4):39-42.

9.陈龙池,汪思龙,陈楚莹.杉木人工林衰退机理探讨[J].应用生态学报,2004,15(10):1953-1957.

Chen L C,Wang S L,Chen C Y.Degradation mechanism of Chinese fir plantation[J].Chinese Journal of Applied Ecology,2004,15(10):1953-1957.

10.王光玉.杉木混交林水源涵养和土壤性质研究[J].林业科学,2003,39(S1):15-20.

Wang G Y.Study on water conservation and soil properties of Chinese fir mixed stands[J].Scientia Silvae Sinicae,2003,39(S1):15-20.

11.杜国坚,张浦山,黄天平,等.杉木混交林土壤微生物及生化特征和肥力[J].浙江农林大学学报,1995,12(4):347-352.

Du G J,Zhang P S,Huang T P,et al.Studies on soil microoganisms and biochemical properties in mixed forests of Chinese Fir[J].Journal of Zhejiang Forestry College,1995,12(4):347-352.

12.张任好.福建含笑—杉木混交林生长状况及生态效益[J].林业科学研究,1999,12(5):544-547.

Zhang R H.Stand characteristics in mixed stand ofMicheliafujianensisand Chinese fir[J].Forest Research,1999,12(5):544-547.

13.邵方丽.林药复合模式研究综述[J].林业建设,2014(5):15-19.

Shao F L.Research overview on forest-medicinal herb composite pattern[J].Forestry Construction,2014(5):15-19.

14.李远菊,张霁,王元忠,等.药用植物复合种植研究进展[J].世界科学技术—中医药现代化,2013,15(9):1941-1947.

Li Y J,Zhang J,Wang Y Z,et al.Advances in research on multiple cropping of medicinal plants[J].Modernization of Traditional Chinese Medicine and Materia Medica-World Science and Technology,2013,15(9):1941-1947.

15.张鼎华,杨玉盛,邹双全.杉木套种砂仁土壤微生物区系及其生化特性和肥力变化的研究[J].林业科学,1988,24(4):458-465.

Zhang D H,Yang Y S,Zou S Q.A study on the microflora and biochemical properties of soil microorganisms and the soil fertility of interplanted forest ofCunninghamialanceolataandAmomunvillosum[J].Scientia Silvae Sinicae,1988,24(4):458-465.

16.Yang Y S,Chen G S,Yu X T.Soil fertility in agroforestry system of Chinese fir and villous amomum in subtropical China[J].Pedosphere,2001,11(4):341-348.

17.林庆富.套种草珊瑚的杉木林生长和土壤肥力状态变量分析[J].林业科技,2015,40(5):26-30.

Lin Q F.The Analysis of the growth and soil fertility variables ofCunninghamialanceolataforest with interplantedSarcandraglaberinside[J].Forestry Science & Technology,2015,40(5):26-30.

18.鲁如坤.土壤农业化学分析方法[M].中国农业科技出版社,2000.

Lu R K.Analysis methods of soil agricultral chenical[M].Beijing:China Agriculture Scientech Press,2000.

19.杨兰芳,曾巧,李海波,等.紫外分光光度法测定土壤过氧化氢酶活性[J].土壤通报,2011,42(1):207-210.Yang L F,Zeng Q,Li H B,et al.Measurement of catalase activity in soil by ultraviolet spectrophotometry[J].Chinese Journal of Soil Science,2011,42(1):207-210.

20.关松萌.土壤酶及其研究法[M].北京:农业出版社,1986.

Guan S M.Research methods of soil enzymes[M].Beijing:China Agriculture Press,1986.

21.Dick R P.Methods of soil enzymology[M].Madison,WI:Soil Science Society of America,2011.

22.吴金水,林启美,黄巧云,等.土壤微生物生物量测定方法及其应用[M].北京:气象出版社,2006.

Wu J S,Lin Q M,Huang Q Y,et al.The measurement of soil microbial biomass and application[M].Beijing:China Meteorological Press,2006.

23.Paudel B R,Udawatta R P,Kremer R J,et al.Soil quality indicator responses to row crop,grazed pasture,and agroforestry buffer management[J].Agroforestry Systems,2011,84(2):311-323.

24.Udawatta R P,Kremer R J,Nelson K A,et al.Soil quality of a mature alley cropping agroforestry system in temperate North America[J].Communications in Soil Science and Plant Analysis,2014,45(19):1539-2551.

25.Wang Q K,Wang S L.Soil microbial properties and nutrients in pure and mixed Chinese fir plantations[J].Journal of Forestry Research,2008,19(2):131-135.

26.韦铄星,刘晓蔚,张烨,等.桉树—药材复合经营模式生态经济效益研究[J].中南林业科技大学学报,2014(11):84-89.

Wei S X,Liu X W,Zhang Y,et al.Study on ecology and economy benefit ofEucalyptusand medical plant intercropping models ofEucalyptusplantation[J].Journal of Central South University of Forestry & Technology,2014(11):84-89.

27.Glover N,Beer J.Nutrient cycling in two traditional Central American agroforestry systems[J].Agroforestry Systems,1986,4(2):77-87.

28.Lin H,Hong T,Wu C Z,et al.Monthly variation in litterfall and the amount of nutrients in anAleuritesmontanaplantation[J].Forest Studies in China,2012,14(1):30-35.

29.Chapin F S,Matson P A,Mooney H A.Principles of terrestrial ecosystem ecology[M].New York,USA:Springer-Verlag,2002.

30.Craswell E T,Lefroy R D B.The role and function of organic matter in tropical soils[J].Nutrient Cycling in Agroecosystems,2001,61(1-2):7-18.

31.Schroth G,Sinclair F L.Impacts of trees on the fertility of agricultural soils[M].//Trees,Crops and Soil Fertility-Concepts and Research Methods.Wallingford:CABI Publishing,2003:1-11.

32.Wang Q B,Shogren J F.Characteristics of the crop-paulownia system in China[J].Agriculture Ecosystems & Environment,1992,39(3-4):145-152.

33.Beer J.Litter production and nutrient cycling in coffee(Coffeaarabica) or cacao(Theobromacacao) plantations with shade trees[J].Agroforestry Systems,1988,7(2):103-114.

34.Allen S C,Jose S,Nair P K R,et al.Safety-net role of tree roots:evidence from a pecan(CaryaillinoensisK.Koch)-cotton(GossypiumhirsutumL.) alley cropping system in the southern United States[J].Forest Ecology and Management,2004,192(2-3):395-407.

35.Miller A W,Pallardy S G.Resource competition across the crop-tree interface in a maize-silver maple temperate alley cropping stand in Missouri[J].Agroforestry Systems,2001,53(3):247-259.

36.闫德仁,刘永军,冯立岭,等.农林复合经营土壤养分的变化[J].东北林业大学学报,2001,29(1):53-56.

Yan D R,Liu Y J,Feng L L,et al.Variation of soil nutrient in the combination of forestry and agricultural crops[J].Journal of Northeast Forestry University,2001,29(1):53-56.

37.高喜荣.太行山低山丘陵区复合农林业优良乔、灌、草选择的研究[J].林业科学研究,2004,17(2):241-245.

Gao X R.Screening trial on the superior plant adaptable for agroforestry in the hilly region in Taihang Mountain[J].Forest Research,2004,17(2):241-245.

38.闫法领,刘君昂,谭益民,等.马尾松人工林林下植被恢复模式对土壤微生态的影响[J].中南林业科技大学学报,2013,33(7):50-55.

Yan F L,Liu J A,Tan Y M,et al.Effects of different recovery modes of undergrowth forPinusmassonianaplantation on soil micro-ecology[J].Journal of Central South University of Forestry & Technology,2013,33(7):50-55.

39.Wang G B,Cao F L.Integrated evaluation of soil fertility in Ginkgo(GinkgobilobaL.) agroforestry systems in Jiangsu,China[J].Agroforestry Systems,2011,83(1):89-100.

40.叶协锋,杨超,李正,等.绿肥对植烟土壤酶活性及土壤肥力的影响[J].植物营养与肥料学报,2013,19(2):445-454.

Ye X F,Yang C,Li Z,et al.Effects of green manure in corporation on soil enzyme activities and fertility in tobacco-planting soils[J].Plant Nutrition and Fertilizer Science,2013,19(2):445-454.

41.蔡丽平,陈光水,谢锦升,等.杉木、油桐、仙人草复合模式的根际土壤肥力[J].东北林业大学学报,2001,29(2):51-54.

Cai L P,Chen G S,Xie J S,et al.Rhizospheric soil fertility under compound pattern ofCunninghamialanceolata-Aleuritesfordii-Mesorachinensis[J].Journal of Northeast Forestry University,2001,29(2):51-54.

42.柴强,黄鹏,黄高宝.间作对根际土壤微生物和酶活性的影响研究[J].草业学报,2005,14(5):105-110.

Chai Q,Huang P,Huang G B.Effect of intercropping on soil microbial and enzyme activity in the rhizosphere[J].Acta Pratacultural Science,2005,14(5):105-110.

43.Mungai N W,Motavalli P P,Kremer R J,et al.Spatial variation of soil enzyme activities and microbial functional diversity in temperate alley cropping systems[J].Biology and Fertility of Soils,2005,42(2):129-136.

44.Myers R T,Zak D R,White D C,et al.Landscape-level patterns of microbial community composition and substrate use in upland forest ecosystems[J].Soil Science Society of America Journal,2001,65(2):359-367.

45.Hu Y L,Wang S L,Zeng D H.Effects of single Chinese fir and mixed leaf litters on soil chemical,microbial properties and soil enzyme activities[J].Plant and Soil,2006,282(1-2):379-386.

46.Power A G.The ecology of intercropping:by John Vandermeer,Cambridge University Press,1989.?30.00/$59.50 hbk(xi+237 pages)ISBN 0 521 345928[J].Trends in Ecology & Evolution,1989,4(10):324-325.

47.张萌萌,敖红,李鑫,等.桑树/苜蓿间作对根际土壤酶活性和微生物群落多样性的影响[J].草地学报,2015,23(2):302-309.

Zhang M M,Ao H,Li X,et al.Effects of intercropping between mulberry and alfalfa on soil enzyme activities and microbial community diversity in rhizophere[J].Acta Agrestia Sinica,2015,23(2):302-309.

48.柴强,黄高宝.植物化感作用的机理、影响因素及应用潜力[J].西北植物学报,2003,23(3):509-515.

Chai Q,Huang G B.Review on action mechanism affecting factors and applied potential of allelopathy[J].Acta Botanica Boreali-occidentalia Sinica,2003,23(3):509-515.

49.Chander K,Goyal S,Nandal D P,et al.Soil organic matter,microbial biomass and enzyme activities in a tropical agroforestry system[J].Biology and Fertility of Soils,1998,27(2):168-172.

This study was supported by National Key Technologies R&D Program of China(2012BAD22B0504)

introduction：LI Chen-Chen(1991—),male,master,mainly engaged in the cultivation of medicinal plants.

date:2017-03-14

ComprehensiveEvaluationofSoilQualityonAgroforestryStereoscopicManagementPatternsofSouthernMedicine

LI Chen-Chen ZHOU Zai-Zhi*LIANG Kun-Nan HUANG Gui-Hua YANG Guang

(Research Institute of Tropical Forestry,Chinese Academy of Forestry,Guangzhou 510520)

In order to select optimum stereoscopic management patterns of southern medicine, we chose four kinds of medicinal plants which were suitable for growth in south area, using completely randomized block design to establish four agroforestry stereoscopic management patterns(SM, SMA, SMC, SMG) in 15-year old third generation Chinese fir plantation, and seven physical indexes, eleven chemical indexes and five enzyme activity indexes at 0-20 and 20-40 cm soil layers were determined. By the principal component analysis, we evaluated the effect of these patterns on soil quality. Compared to control, four patterns can significantly reduce soil bulk density and increased with increasing soil depth. In 0-20 cm soil layer, soil bulk density dropped, respectively, SM by 22.3%, SMA by 13.4%, SMG by 14.1%, and SMC by 20.8% while decreased by 7.0%-15.5% in 20-40 cm soil layer. The soil mass water content, field moisture capacity, capillary moisture capacity, capillary porosity and total porosity were significantly increased(P<0.05) and decreased with increasing soil depth. The maximum of these indexes all appeared in SM, respectively, increased by 55.0%, 88.7%, 100.1% and 88.7% than control in 0-20 cm soil layer while in 20-40 cm soil layer was SMG, respectively, increased by 61.5%, 67.6%, 69.7%, 43.4% and 44.0%. In 0-20 cm soil layer, pH dropped by 0.7%-6.2%, while in 20-40 cm soil layer it did not reach significant levels among treatments. The soil nutrient content decreased with increasing soil depth. In 0-20 cm soil layer, the contents of organic matter, total nitrogen, total phosphorus, available N, available P, available K, exchangeable calcium and magnesium, and cation exchange capacity reached maximum in model SMC, and increased by 79.7%,69.5%, 30.3%, 91.4%, 30.3%, 166.1%, 91.6%, 166.1% and 91.6%, respectively. The highest content of total potassium appeared in SMG, increased by 26.9% than control, while in 20-40 cm soil layer, most chemical indicators between models did not reach significant differences except available potassium. As to the soil enzyme activity, in 0-20 cm soil layer, the activities of soil urease, invertase, polyphenol oxidase and acid phosphatase activity among models and control had significant difference(P<0.05). The activities of urease and polyphenol oxidase of SMC were highest, 1.7 and 1.6 times higher than that of control, respectively. The activity of invertase of models were lower than control, decreased by 59.3%-69.4%. The maximum of acid phosphatase activity appeared in SMA, which was 1.38 times of the control. In 20-40 cm soil layer, only acid phosphatase activity of models and control had significant difference(P<0.05), and it reached maximum in SMA, which increased by 78.7% than control. The descending order of improvement effect of four agroforestry stereoscopic management patterns on soil quality were SMC(2.811), SMG(1.293), SMA(0.111), SM(-1.544) and CK(-2.671).

southern medicine;stereoscopic management;soil quality;comprehensive evaluation;principal component analysis

“十二五”国家科技支撑计划项目(2012BAD22B0504)资助

李晨晨(1991—)，男，硕士研究生，主要从事药用植物栽培方面的研究。

* 通信作者：E-mail:zzzhoucn@126.com

2017-03-14

* Corresponding author：E-mail:zzzhoucn@126.com

S727.34

A

10.7525/j.issn.1673-5102.2017.05.019