劉西軍 王陸軍 肖正東 楊海清

(安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)，合肥，230036) (安徽省林業(yè)科學(xué)研究院) (河南省林業(yè)科學(xué)研究院)

農(nóng)林復(fù)合系統(tǒng)是多物種、多層次、多時序和多產(chǎn)業(yè)的人工復(fù)合經(jīng)營系統(tǒng)［1］，能夠增加土壤有機質(zhì)、表層土壤養(yǎng)分與水分含量［2－5］，對防治水土流失、提高林木生長量、改善生態(tài)環(huán)境、增加農(nóng)民收入具有重要作用［6－9］。但農(nóng)林復(fù)合系統(tǒng)中，林木與作物存在爭奪生存空間、土壤養(yǎng)分、水分等現(xiàn)象［10－15］，林木密度［12］、行間距離均會影響林下光能、土壤養(yǎng)分、水分含量與運移的空間改變［16－20］。楊—農(nóng)復(fù)合系統(tǒng)是我國主要的農(nóng)林復(fù)合系統(tǒng)模式之一，開展立體高效組合的楊—農(nóng)復(fù)合模式研究具有重要意義。本研究以沙化區(qū)幼齡楊—農(nóng)復(fù)合系統(tǒng)為研究對象，通過比較不同結(jié)構(gòu)(密度、株行距)楊—農(nóng)復(fù)合系統(tǒng)楊樹的生長、土壤養(yǎng)分的空間(水平、垂直)分布特征，尋求適合本區(qū)域的楊—農(nóng)復(fù)合經(jīng)營種植模式，實現(xiàn)農(nóng)林復(fù)合可持續(xù)經(jīng)營。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)域位于安徽省碭山縣，地理坐標(biāo)116°09'～116°38'E，34°16' ～34°39'N。全縣總面積1 193 km2，林地總面積844 km2，森林覆蓋率70.84%。該區(qū)屬典型的溫帶大陸性氣候，四季分明，年均氣溫14 ℃，極端高溫41.6 ℃，極端低溫－19.9 ℃;年均降水量773 mm，年均蒸發(fā)量1 712 mm，年無霜期199 d，日照時間2 481 h，≥10 ℃年積溫4 440 ℃，年均風(fēng)速2.5 m·s－1。地貌以平原為主，間有高坡洼地、緩坡地。成土母質(zhì)為近代黃河沖積物，硫酸鈣含量6% ～14%。輕壤土易次生鹽漬化，地下水礦化度較高。植被屬于典型的溫帶落葉闊葉林，主要樹種有楊樹(Populus)、旱柳(Salix matsudana)、榆樹(Ulmus pumila)、臭椿(Ailanthus altissima)、苦楝(Melia azedarach)、蘋 果(Malus domestica)、碭 山 酥 梨(Pyrus.spp)等。

實驗林分為楊—麥—大豆或藥材農(nóng)林復(fù)合系統(tǒng)，于2010年春季造林，面積93.33 hm2，楊樹品種為中林2025 楊，株行距為2 m×6 m(M1)、3 m×8 m(M2)和4 m×6 m(M3)三種模式。造林苗木為楊樹Ⅰ級合格苗，苗高大于4 m，地徑大于3.5 cm。

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置與林分調(diào)查

于2012年2月，在3 種模式的楊—麥農(nóng)林復(fù)合系統(tǒng)中，設(shè)置半徑10.3 m 的樣園(面積333 m2)，每種模式設(shè)置3 塊樣地，共9 塊樣地，對每塊樣地的楊樹胸徑(D)、樹高(H)進行每木調(diào)查。

2.2 土樣采集與與測定

土壤取樣依據(jù)隨機性原則按照季節(jié)進行采樣，取4 次平均值進行衡量土壤特征。每次取樣在林分中選擇5 個取樣點，使用土壤鉆(內(nèi)徑2 cm)按0 ～20 cm(上層)、＞20 ～40 cm(下層)層取混合樣，作為試驗樣品。以單獨種植小麥地為對照(CK)，3 次重復(fù)。樣品采回后，去根茬、石塊等雜物，將土樣分為兩部分:一部分取鮮土，過2 mm 篩后，測定土壤含水率;另一部分土壤樣品進行風(fēng)干，磨碎，過2 mm篩，測定土壤pH 值、有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、全鈣等指標(biāo)。土壤pH 值采用酸度計測定;有機質(zhì)采用重鉻酸鉀、硫酸氧化－外加熱法;全N 采用凱氏法;全P 采用NaOH 堿熔—鉬銻抗比色法;全K、全Ca采用TAS－990 原子吸收分光光度計法。

不同林地楊樹生長和土壤特性的差異顯著性用EXCEL2003 和SPSS18.0 中的單因素方差分析(ANOVA)方法進行分析，統(tǒng)計檢驗用Duncan 檢驗法。

3 結(jié)果與分析

3.1 楊—農(nóng)復(fù)合系統(tǒng)楊樹生長狀況

2年生中林2025 楊—農(nóng)復(fù)合系統(tǒng)楊樹林分結(jié)構(gòu)特征(見表1)。

3 種模式中，楊樹造林苗木規(guī)格一致，楊樹密度M1大于M2、M3，但M2、M3模式的株行距不同。楊樹平均胸徑、平均樹高均以樣地5、6 最高，樣地3 最小，樣地間存在顯著差異(p ＜0.05)。同時，按照3種模式比較，楊樹的平均胸徑、平均樹高M2最大，M1最小，3 種模式間均存在極顯著差異(p ＜0.01)。

表1 各樣地林分特征值

3.2 楊—農(nóng)復(fù)合系統(tǒng)土壤特性

3.2.1 土壤養(yǎng)分狀況

各林分土壤養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)見表2。楊—農(nóng)復(fù)合系統(tǒng)土壤含水率為18.14% ～21.98%，均高于同層對照，M1與M2、M3差異顯著(p ＜0.05);土壤pH 值(8.35 ～8.62)均低于同層對照，模式間差異不顯著(p ＞0.05);同層土壤養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)在三種模式及對照間呈顯著差異(p ＜0.05)。總體上，M1模式的土壤有機質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低，M3模式上層土壤的全磷、全鉀和全鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高。

表2 不同林地土壤養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)

四種模式下土壤有機質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)上層高于下層，全鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)上層低于下層;M1模式土壤全氮、全磷、全鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)上層低于下層，而M2、M3模式土壤全氮、全磷、全鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)上層高于下層。楊—農(nóng)復(fù)合系統(tǒng)土壤養(yǎng)分比對照有所提高，但加大楊樹密度會降低上層土壤養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

3.2.2 土壤主要養(yǎng)分的相關(guān)性

由表3可見，楊—農(nóng)復(fù)合系統(tǒng)土壤養(yǎng)分間相關(guān)性要比對照樣地增強，在0 ～20 cm 土層內(nèi)，對照樣地僅有機質(zhì)與全鈣顯著相關(guān)，而楊—農(nóng)復(fù)合系統(tǒng)全磷與全氮、全鉀呈極顯著正相關(guān)(p ＜0.01);全氮與全鉀達到顯著正相關(guān)。對照樣地＞20 ～40 cm 土壤養(yǎng)分間差異均不顯著(p ＞0.05)，而楊—農(nóng)復(fù)合系統(tǒng)土壤pH 與有機質(zhì)、全鈣呈極顯著負(fù)相關(guān)(p ＜0.01)，全氮與全磷呈極顯著正相關(guān)(p ＜0.01)，全鈣與全氮、全磷呈極顯著負(fù)相關(guān)(p ＜0.01)。

3.3 楊樹生長與土壤養(yǎng)分

楊樹的生長與土壤中的部分養(yǎng)分呈顯著或極顯著相關(guān)(表4)。楊樹林分平均胸徑與0 ～20 cm 土壤有機質(zhì)呈極顯著負(fù)相關(guān)(p ＜0.01)，與0 ～20 cm土壤全磷、全鉀極顯著正相關(guān)(p ＜0.01)，與＞20 ～4 0cm土壤有機質(zhì)、全磷、全鈣呈顯著正相關(guān)(p ＜0.05)，與＞20 ～40cm土壤全鉀呈顯著負(fù)相關(guān)(p ＜0.05)。林分平均高與0 ～20 cm 土壤有機質(zhì)呈極顯著負(fù)相關(guān)(p ＜0.01)，與0 ～20 cm 土壤全鉀呈極顯著正相關(guān)(p ＜0.01)，與0 ～20 cm 土壤全磷、＞20 ～40 cm 土壤有機質(zhì)呈顯著正相關(guān)(p ＜0.05)。

表3 土壤養(yǎng)分相關(guān)性分析

表4 楊樹生長與土壤養(yǎng)分的相關(guān)性

4 結(jié)論與討論

楊—農(nóng)復(fù)合系統(tǒng)中，各樣地楊樹的平均胸徑、平均樹高，受林分結(jié)構(gòu)的影響，樣地間存在顯著差異(p ＜0.05);三種模式的平均胸徑和平均樹高M2最大，M1最小，模式間均存在極顯著差異(p ＜0.01)。因此，加大造林密度會造成楊樹幼年期生長減緩，而在相同小密度情況下，大行距和中株距的配置方式更適合楊樹幼年生長，其原因在于楊樹是速生陽性樹種，對光照、水分、CO2、養(yǎng)分等需求量大，適合的生態(tài)位空間才能滿足其生長所需。因此，適宜的種植密度和合理的配置方式是提高楊樹人工林生產(chǎn)力的重要途徑。本研究中林木密度為375 株/hm2左右，M2是中林2025 楊幼齡期的合理配置結(jié)構(gòu)。

楊—農(nóng)復(fù)合系統(tǒng)增加了土壤含水率、土壤全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)，提高了上層有機質(zhì)、全鉀、全鈣以及下層全磷質(zhì)量分?jǐn)?shù);降低了土壤pH 和上層全磷、全鉀以及下層有機質(zhì)與全鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)，但相同土層不同指標(biāo)在模式間存在顯著差異(p ＜0.05)，大密度楊樹林會降低上層土壤養(yǎng)分的質(zhì)量分?jǐn)?shù);楊—農(nóng)復(fù)合系統(tǒng)土壤養(yǎng)分間存在顯著或極顯著相關(guān)性，如:0 ～20 cm 土壤全磷與全氮、全鉀呈極顯著正相關(guān)(p ＜0.01);＞20 ～40 cm 土壤pH 與有機質(zhì)呈極顯著負(fù)相關(guān)(p ＜0.01)，全氮與全磷呈極顯著正相關(guān)(p ＜0.01)。

楊—農(nóng)復(fù)合系統(tǒng)中楊樹林分平均胸徑與0 ～20 cm 土壤全磷、全鉀極顯著正相關(guān)(p ＜0.01)，與＞20～40 cm 土壤全磷、全鈣呈顯著正相關(guān)(p ＜0.05);林分平均高與0 ～20 cm 土壤全鉀呈極顯著正相關(guān)(p ＜0.01)，與0 ～20 cm 土壤全磷呈顯著正相關(guān)(p ＜0.05)。

農(nóng)林復(fù)合系統(tǒng)雖然會引起光能、水分和養(yǎng)分的競爭而改變分布［5－6］，但林木的根系和枝葉凋落物可為土壤提供大量的有機質(zhì)［3］;農(nóng)作物本身可提高土壤中全氮、全磷、全鉀和有機質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)［21－22］，對農(nóng)作物的澆水、施肥、中耕等撫育管理，明顯改善了林地土壤的水分、養(yǎng)分狀況以及幼齡楊樹的營養(yǎng)狀況［23］。木本植物的深根既可以吸收未被淺根農(nóng)作物吸收而從表土層淋溶下來的養(yǎng)分，減小地下水污染，且養(yǎng)分通過木本植物的凋落物和根周轉(zhuǎn)被農(nóng)作物重復(fù)利用，提高了系統(tǒng)養(yǎng)分利用效率，又可以吸收深層土壤或地下水中的養(yǎng)分［24］。本研究中，栽植中林2025 楊樹2年后，土壤全氮、有機質(zhì)、全磷等養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)有所提高，且以小密度寬行距(3 m ×8 m)林分土壤全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加顯著(p ＜0.05);密度大的楊—農(nóng)復(fù)合系統(tǒng)土壤有機質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，中等株行距(4 m×6 m 模式)的林地全磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)高;全鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨密度加大降低明顯，與前人研究結(jié)果一致。但本研究間作時間僅2年，后期將持續(xù)跟蹤觀察研究。

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