向珊珊，李金柱，晏紹良，王柏平，李?lèi)?ài)華

（1.湖北省林業(yè)科學(xué)研究院，湖北 武漢 430075；2.羅田縣林業(yè)局，湖北 羅田 436600）

當(dāng)前林下經(jīng)濟(jì)已經(jīng)成為我國(guó)轉(zhuǎn)變林業(yè)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式、拓展農(nóng)村經(jīng)濟(jì)空間和提高農(nóng)民經(jīng)濟(jì)收入的主要方式，其中林下種植的方式有林糧（油）模式、林菜模式、林藥模式、林草模式、林菌模式等[1]。林藥復(fù)合模式是林下經(jīng)濟(jì)的主要形式，也將成為林業(yè)產(chǎn)業(yè)新經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。板栗是大別山區(qū)的傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)林支柱產(chǎn)業(yè)。同時(shí)大別山區(qū)也是華中藥庫(kù)的重要組成部分，藥材品種多，數(shù)量大，珍稀藥材有天麻、蒼術(shù)、茯苓、桔梗、射干等，特別是羅田蒼術(shù)，揮發(fā)油含量高達(dá)7.3%，是其它產(chǎn)地蒼術(shù)的1倍以上，是羅田縣道地藥材[2]。大別山區(qū)特別是羅田縣林農(nóng)長(zhǎng)期以來(lái)有林下種植天麻和蒼術(shù)的傳統(tǒng)習(xí)慣。

目前關(guān)于林藥復(fù)合模式的研究較多集中于林藥套種對(duì)藥材的影響、對(duì)林木的影響，以及林藥復(fù)合模式品種選擇、種植技術(shù)經(jīng)驗(yàn)和經(jīng)濟(jì)效益等[3]，在近年開(kāi)始出現(xiàn)林藥復(fù)合經(jīng)營(yíng)對(duì)林地土壤環(huán)境[4]和水分利用[5]等生態(tài)功能的影響等相關(guān)報(bào)道。同時(shí)，林地環(huán)境的變化也對(duì)系統(tǒng)內(nèi)林木和藥材的生長(zhǎng)產(chǎn)生反饋?zhàn)饔茫瑢?duì)灰棗果園設(shè)計(jì)布置不同微氣候處理后研究發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是環(huán)境因子還是土壤養(yǎng)分因子對(duì)灰棗果實(shí)礦物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的積累均有一定程度的影響[6]。為實(shí)現(xiàn)林業(yè)可持續(xù)經(jīng)營(yíng)，并盡可能滿足社會(huì)對(duì)林業(yè)的需求，必須持續(xù)深入地開(kāi)展林藥復(fù)合經(jīng)營(yíng)的生態(tài)效益研究。板栗林下長(zhǎng)期種植藥材對(duì)環(huán)境的影響未見(jiàn)報(bào)道。本研究以板栗-蒼術(shù)和板栗-天麻為研究對(duì)象，通過(guò)測(cè)定林地小氣候和土壤理化性質(zhì)，探討板栗林藥系統(tǒng)的生態(tài)效益，為優(yōu)化和調(diào)整林下經(jīng)濟(jì)模式、生態(tài)環(huán)境建設(shè)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)和試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地設(shè)置在湖北省黃岡市羅田縣九資河鎮(zhèn)河西畈村。地處大別山南麓，海拔320 m，屬北亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，冬干冷夏濕熱，春暖秋涼，每年平均日照率為46%，實(shí)際日照時(shí)數(shù)為2 305 h，太陽(yáng)光輻射年均達(dá)498 kJ/cm2，為湖北省一級(jí)光能區(qū)；年均氣溫16.4 ℃，極端最高氣溫41.6 ℃，極端最低氣溫-14.6 ℃，全年無(wú)霜期238 d；年均降水量1 330 mm，全年降雨多集中在5、6、7三個(gè)月，約占全年降雨量的50%左右。成土母質(zhì)主要為片麻巖及其坡積物發(fā)育起來(lái)的山地黃棕壤，質(zhì)地偏沙，濾水性強(qiáng)，耕性良好，肥力中等偏上，有機(jī)質(zhì)含量≥0.8%，土壤pH值5.0～6.0[7-8]。

試驗(yàn)板栗林樹(shù)齡約15 a，密度為45株/667 m2，板栗品種為中遲栗。設(shè)置板栗-蒼術(shù)、板栗-天麻2個(gè)復(fù)合模式，以板栗純林為對(duì)照，面積各約為700 m2。試驗(yàn)林地于2014年開(kāi)始種植蒼術(shù)和天麻，天麻搭棚高度為1.5 m。3個(gè)試驗(yàn)區(qū)均無(wú)人工除草措施。

1.2 觀測(cè)和統(tǒng)計(jì)

試驗(yàn)觀測(cè)時(shí)間為2015年5～10月，小氣候測(cè)定指標(biāo)有10、20、30 cm地溫，林下氣溫日較差、日均溫和林下濕度。土壤物理性質(zhì)測(cè)定指標(biāo)有土壤含水率、容重、最小持水量、總孔隙度，土壤化學(xué)性質(zhì)測(cè)定指標(biāo)有全效氮磷鉀、速效氮磷鉀、有機(jī)質(zhì)和pH值等。

每月25日左右用地溫計(jì)分別測(cè)定3個(gè)樣地10、20、30 cm的地溫，每深度地溫重復(fù)10次。將溫濕度儀固定在板栗樹(shù)下離地面1.2 m的位置，溫濕度儀自設(shè)置開(kāi)始，每2 h測(cè)定環(huán)境溫度和濕度并自動(dòng)記錄。氣溫日較差為日最高溫與日最低溫之差。日均溫取每日2時(shí)、8時(shí)、14時(shí)、20時(shí)氣溫均值。溫濕度每半月統(tǒng)計(jì)1次，記錄連續(xù)5日平均值。

土壤理化性質(zhì)存在很強(qiáng)的時(shí)空變異，采用多點(diǎn)多次采樣方法，分別于5月和10月在距離板栗樹(shù)干50 cm以外的空地用100 cm3環(huán)刀和土鉆分別取10～30 cm土樣，測(cè)定土壤物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，每樣地重復(fù)3次。

數(shù)據(jù)用Excel 2003和SPSS17.0軟件進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 套種對(duì)板栗林地溫的影響

板栗純林、板栗-蒼術(shù)和板栗-天麻3個(gè)樣地地溫的差異主要來(lái)源于植株根系的呼吸作用、根際微生物的活動(dòng)和地面環(huán)境的影響。從5月下旬到10月下旬每隔1個(gè)月分別測(cè)量記錄了各樣地10、20和30 cm地溫，從統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果總體來(lái)看（見(jiàn)圖1），數(shù)據(jù)結(jié)果很好地驗(yàn)證了地溫隨土層加深而降低，并且跟隨季節(jié)變動(dòng)的結(jié)論；同時(shí)，5—9月，3個(gè)模式的10 cm地溫差異顯著，20和30 cm地溫趨向于無(wú)顯著差異，說(shuō)明板栗林下套種主要影響了地表10 cm的地溫，隨著土層加深，不同模式間的地溫差異變小。

5—9月（見(jiàn)圖1-A）板栗純林、板栗-蒼術(shù)、板栗-天麻10 cm地溫差異顯著或極顯著，其中，板栗-天麻10 cm地溫最低（20.6～25.5 ℃），且顯著低于板栗純林（21.9～26.6 ℃）。板栗純林沒(méi)有人為除草，與板栗套種蒼術(shù)林相似，10 cm土層分布著大量草本根系，因此2者地溫幾乎無(wú)顯著差異；板栗-天麻的10 cm土層經(jīng)耕作幾乎沒(méi)有草本根系，并且受林下搭棚遮蔽，地溫顯著降低。10月（見(jiàn)圖1-A）板栗-天麻20 cm地溫（17.6 ℃）顯著高于板栗純林（17.1 ℃）和板栗-蒼術(shù)（17.1 ℃）。天麻主要栽種于20 cm土層，10月下旬臨近天麻采收期，天麻生長(zhǎng)活動(dòng)加速，導(dǎo)致地溫升高。綜合分析結(jié)果可以得出，板栗林套種蒼術(shù)后，對(duì)地溫影響不大；套種天麻后，特別是搭棚種植時(shí)，會(huì)導(dǎo)致地溫顯著降低。

圖1 板栗純林、板栗-蒼術(shù)、板栗-天麻10 cm、20 cm和30 cm地溫。Fig.1 Soil temperature of 10cm, 20cm and 30cm in pure chestnut forest, chestnut- rhizoma atractylodis and chestnut- gastrodia

2.2 套種對(duì)板栗林大氣溫濕度的影響

圖2～圖3分別顯示了板栗純林、板栗-蒼術(shù)、板栗-天麻3個(gè)模式在主要生長(zhǎng)季，即6月22日—10月8日期間的平均氣溫日較差、平均日均溫和平均濕度的變化。平均氣溫日較差的差異主要來(lái)源于地面植被和周?chē)白杂纱髿狻闭{(diào)節(jié)作用的影響。從圖3看出，板栗-蒼術(shù)和板栗-天麻平均氣溫日較差都低于板栗純林；板栗純林、板栗-蒼術(shù)、板栗-天麻3個(gè)模式的平均氣溫日較差從8月23日開(kāi)始接近或者達(dá)到10 ℃以上，其中10月8日最大，分別達(dá)到15.7、14.4和14.1 ℃，差異不顯著（p=0.554）；其次是8月23日，分別達(dá)到13.3、12.7和12.1 ℃，差異不顯著（p=0.281）。板栗純林的日平均氣溫始終最高（見(jiàn)圖2），比板栗-蒼術(shù)和板栗-天麻高了1.0～1.1 ℃。板栗-蒼術(shù)和板栗-天麻2個(gè)模式日平均氣溫差異很小。板栗-天麻的林下大氣濕度穩(wěn)定地高于板栗純林（見(jiàn)圖3），板栗-蒼術(shù)的林下大氣濕度波動(dòng)較大，在8月8日后低于前2者。

對(duì)板栗林氣溫日較差、日平均氣溫和日平均濕度進(jìn)行pearson相關(guān)分析（見(jiàn)表1）可知，日平均氣溫、日平均濕度均與氣溫日較差呈顯著負(fù)相關(guān)（r=-0.789，r=-0.870），日平均氣溫和日平均濕度呈顯著正相關(guān)（r=0.698）。

2.3 套種對(duì)板栗林土壤物理性質(zhì)的影響

圖2 板栗純林、板栗-蒼術(shù)、板栗-天麻氣溫日較差、日平均氣溫變化Fig.2 The average diurnal range temperature and the average daily temperature in pure chestnut forest,chestnut- rhizoma atractylodis and chestnut- gastrodia

圖3 板栗純林、板栗-蒼術(shù)、板栗-天麻平均濕度變化Fig.3 The average atmospheric humidity in pure chestnut forest, chestnut- rhizoma atractylodis and chestnutgastrodia

表1 板栗林氣溫日較差、日平均氣溫和日平均濕度相關(guān)系數(shù)Table 1 Correlation coefficients between the diurnal range temperature, the average daily temperature and the average atmospheric humidity

根據(jù)藥材種植特點(diǎn)，不同的藥材種植對(duì)林地土壤物理特性產(chǎn)生不同的影響。分別在5月和10月檢測(cè)不同套種模式板栗林土壤含水量、容重、最小持水量和總孔隙度等物理性質(zhì)（見(jiàn)表2）。5月時(shí)土壤含水量為8.31%～10.95%，容重為1.06～1.28 g/cm3，最小持水量為210.11～280.32 g/kg，孔隙度為43.78%～48.51%；10月時(shí)土壤含水量為4.51%～6.05%，容重為1.14～1.34 g/cm3，最小持水量為247.19～294.80g/kg，孔隙度為40.62%～45.07%。

表2 不同模式板栗林土壤物理性質(zhì)Table 2 Soil physical properties of the pure chestnut forest, chestnut- rhizoma atractylodis and chestnut- gastrodia

分析結(jié)果表明，板栗純林、板栗-蒼術(shù)、板栗-天麻等3個(gè)模式的土壤含水量、最小持水量和總孔隙度等土壤物理性質(zhì)在同一時(shí)期差異性基本一致。三者土壤含水量和總孔隙度無(wú)顯著差異。容重表現(xiàn)為板栗-天麻＞板栗純林＞板栗-蒼術(shù)，其中板栗-天麻和板栗-蒼術(shù)差異顯著（5月：p=0.005；10月：p=0.035），表明板栗套種蒼術(shù)后，土壤熟化程度增加；套種蒼術(shù)和天麻對(duì)土壤熟化程度的影響差異顯著。最小持水量表現(xiàn)為板栗-蒼術(shù)＞板栗純林＞板栗-天麻，其中板栗-蒼術(shù)和板栗-天麻差異顯著（5月：p=0.029；10月：p=0.023），表明板栗套種天麻后，土壤持水能力降低；套種蒼術(shù)和天麻對(duì)土壤持水能力的影響差異顯著。

2.4 套種對(duì)板栗林土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

分別在5月和10月檢測(cè)不同套種模式板栗林土壤全效氮磷鉀、有效氮磷鉀、有機(jī)質(zhì)和pH值等化學(xué)性質(zhì)（見(jiàn)表3），對(duì)照湖北省板栗土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[9]進(jìn)行分析。結(jié)果表明，全氮和有效氮的含量大小順序?yàn)榘謇?蒼術(shù)＞板栗純林＞板栗-天麻，板栗-蒼術(shù)土壤全氮和有效氮含量分別比板栗純林高45.9%和28.8%，2者有效氮含量處于適量水平；板栗-天麻土壤全氮和有效氮含量分別比板栗純林低27.0%和48.5%，有效氮平均含量為39.5 mg/kg，處于低量水平。說(shuō)明板栗套種蒼術(shù)后土壤全氮和有效氮含量增加，套種天麻后相反。

表3 不同模式板栗林的土壤化學(xué)性質(zhì)Table 3 Soil chemical properties of the pure chestnut forest, chestnut- rhizoma atractylodis and chestnut- gastrodia

全磷含量大小順序?yàn)榘謇?天麻＞板栗-蒼術(shù)＞板栗純林，速效磷含量大小順序?yàn)榘謇?蒼術(shù)＞板栗純林＞板栗-天麻，板栗-蒼術(shù)土壤全磷和有效磷含量比板栗純林分別高2.5%和36.2%，板栗-天麻土壤全磷和有效磷含量比板栗純林高22.8%和低24.2%，說(shuō)明板栗套種蒼術(shù)后全磷和有效磷含量增加，套種天麻后全磷含量增加，而有效磷含量降低。

全鉀含量大小順序?yàn)榘謇?蒼術(shù)＞板栗純林＞板栗-天麻，板栗-蒼術(shù)土壤全鉀含量比板栗純林高7.4%，比板栗-天麻高27.5%；有效鉀含量大小順序?yàn)榘謇跫兞郑景謇?天麻＞板栗-蒼術(shù)，范圍為43.6～78.9 mg/kg，均處于低量水平，板栗-蒼術(shù)和板栗-天麻土壤有效鉀含量比板栗純林分別低28.8%和23.9%，說(shuō)明套種蒼術(shù)和天麻后，土壤有效鉀含量降低。

有機(jī)質(zhì)含量大小順序?yàn)榘謇?蒼術(shù)＞板栗純林＞板栗-天麻，板栗-蒼術(shù)土壤有機(jī)質(zhì)含量處于高量水平，比板栗純林高63.2%，比板栗-天麻高77.2%。板栗純林和板栗-天麻的土壤有機(jī)質(zhì)均處于適量偏低水平。說(shuō)明板栗套種蒼術(shù)后，土壤有機(jī)質(zhì)明顯增加，套種天麻相反。

綜合分析結(jié)果，板栗套種蒼術(shù)后，全效氮磷鉀、有效氮磷和有機(jī)質(zhì)均有增加，有效改善了板栗林地土壤養(yǎng)分狀況；套種天麻后，全效氮鉀和有效氮磷鉀含量降低，特別是有機(jī)質(zhì)含量大幅降低。

3 結(jié)論與討論

（1）板栗林下套種蒼術(shù)和天麻，對(duì)林地土壤溫度、林下溫濕度分別產(chǎn)生了不同的影響。板栗林下套種主要降低了表層10 cm的地溫，并且隨著土層加深，不同模式間的地溫差異變小。在生長(zhǎng)季，板栗-天麻10 cm地溫低于板栗-蒼術(shù)，顯著低于板栗純林。板栗林下套種后氣溫和氣溫日較差均下降，板栗-天麻的林地大氣濕度升高。不少同類(lèi)研究報(bào)道了林下套種對(duì)小氣候具有調(diào)節(jié)作用[10]。董成森等[11]研究表明亞熱帶紅壤丘陵區(qū)茶-杉復(fù)合茶園氣溫、土壤溫度低于單一茶園，濕度高于單一茶園。李會(huì)科等[12]報(bào)道黃土高原旱地蘋(píng)果行間種植白三葉和多年生黑麥草，生草調(diào)節(jié)了蘋(píng)果園近地層的大氣溫度、提高了果園的相對(duì)濕度，調(diào)節(jié)土壤溫度。Budelman[13]研究發(fā)現(xiàn)大葉千斤拔的凋落物覆蓋層對(duì)0～5 cm土層的溫度有顯著影響，能夠降低土壤溫度。本試驗(yàn)中，種植天麻時(shí)深翻土地、地表覆蓋稻草，并且根據(jù)天麻生長(zhǎng)需要，在低海拔種植時(shí)人為架設(shè)了蔭棚，10 cm土層沒(méi)有豐富的植物根系，根系呼吸和微生物分解減弱；蒼術(shù)植株高40～60 cm，較好地覆蓋了地表，阻礙了熱量傳遞，因此，在人為和植株雙重作用下，套種后板栗林下地溫降低、氣溫和氣溫日較差降低，濕度有所升高。從有利于板栗生長(zhǎng)的角度考慮，板栗-蒼術(shù)對(duì)板栗的影響更小。

（2）板栗林藥套種時(shí)，由于藥材生長(zhǎng)特性和管理模式等差異，土壤中有機(jī)質(zhì)的來(lái)源和轉(zhuǎn)化不同，直接引起了林地表層土壤物理性狀的改變，主要表現(xiàn)在土壤結(jié)構(gòu)[14-15]、土壤堅(jiān)實(shí)度[16-17]、土壤孔隙度和土壤含水量等方面，間接影響著土壤水分、空氣和養(yǎng)分的移動(dòng)性和可利用性[18]，從而影響土壤有機(jī)質(zhì)和其它養(yǎng)分的含量[19]。本研究中，容重表現(xiàn)為板栗-天麻＞板栗純林＞板栗-蒼術(shù)，最小持水量表現(xiàn)為板栗-蒼術(shù)＞板栗純林＞板栗-天麻，板栗-蒼術(shù)土壤全效氮、全效磷、全效鉀、有效氮、有效磷和有機(jī)質(zhì)均有增加，板栗-天麻土壤全效氮、全效鉀、有效氮、有效磷、有效鉀含量降低。結(jié)果表明板栗林下套種蒼術(shù)后，土壤熟化程度增加，土壤養(yǎng)分含量上升；套種天麻后，土壤持水能力降低，養(yǎng)分流失消耗。3種模式土壤化學(xué)性質(zhì)變化契合了土壤結(jié)構(gòu)變化。板栗套種天麻后，天麻深耕、填埋、后覆蓋的種植方式，極大地?cái)_動(dòng)了土壤結(jié)構(gòu)，影響了土壤養(yǎng)分傳輸、氧氣可利用性，微生物和動(dòng)物呼吸等土壤物理、化學(xué)及生物學(xué)過(guò)程，并且天麻生長(zhǎng)后期鱗莖膨脹迅速增大了養(yǎng)分需求，導(dǎo)致土壤養(yǎng)分減少，有機(jī)質(zhì)含量大幅降低，需要及時(shí)補(bǔ)充養(yǎng)分。

（3）林木、藥材等生物因子和小氣候、土壤養(yǎng)分等環(huán)境因子存在復(fù)雜的相互反饋?zhàn)饔肹20]。綜合試驗(yàn)結(jié)果，從套種后對(duì)環(huán)境的影響來(lái)考量，板栗林下套種蒼術(shù)，對(duì)小氣候的不利影響更小，對(duì)土壤養(yǎng)分的有利影響更大，與套種天麻相比，有較好的生態(tài)效益。板栗林下套種天麻時(shí)，對(duì)林地土壤干擾大，容易引起土壤養(yǎng)分流失，應(yīng)注意調(diào)整栽培方式，避免連茬種植，并及時(shí)施肥，維持地力。

單一以經(jīng)濟(jì)指標(biāo)或者生態(tài)指標(biāo)評(píng)價(jià)林下經(jīng)濟(jì)模式都是不全面的，應(yīng)該根據(jù)不同林下經(jīng)濟(jì)模式的特征，選擇具有系統(tǒng)性、代表性、科學(xué)性、層次性和操作性的指標(biāo)，綜合經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會(huì)效益進(jìn)行評(píng)價(jià)[21]。在目前的林下作物選擇中，更多考慮的是經(jīng)濟(jì)效益，因此，為保障林下經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展，生態(tài)社會(huì)效益評(píng)價(jià)應(yīng)在今后的林下經(jīng)濟(jì)建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用。

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