伊理孝 楊振亞 林曉越 倪惠菁 李 琴 趙建誠*

(1 龍游縣林業(yè)水利局 浙江龍游 324400； 2 浙江省林業(yè)科學(xué)研究院 杭州 310023；3 龍游縣溪口林場 浙江龍游 324403； 4 浙江浙西北竹林生態(tài)系統(tǒng)定位觀測研究站 杭州 310023)

毛竹(Phyllostachysedulis)是中國栽培面積最大、經(jīng)濟價值最高的竹種，其繁殖速度快、竹稈成熟期短，一次造林可永續(xù)利用[1-3]。在傳統(tǒng)經(jīng)營模式下，以竹材、竹筍為主的竹林產(chǎn)品相對單一，且其產(chǎn)量已經(jīng)達到較高水平，短時間內(nèi)難以進一步提升[4]。竹林復(fù)合經(jīng)營可以充分利用竹林空間，提高竹林產(chǎn)出，有效解決了毛竹純林經(jīng)營中存在的諸多問題[4-5]。竹菌復(fù)合經(jīng)營是竹林復(fù)合經(jīng)營的重要模式，竹林為食用菌生長提供適宜的環(huán)境條件，食用菌殘渣可為竹林生長提供有機肥料，形成“以竹養(yǎng)菌、以菌促竹”的互補體系[4]。靈芝(Ganodermalucidum)是靈芝菌科靈芝屬藥用真菌，是中國傳統(tǒng)名貴中藥。隨著人們生活水平的提高和對人體健康的重視，野生靈芝已遠不能滿足人們的需求，人工種植靈芝產(chǎn)業(yè)也隨之興起[6]。靈芝主要采集孢子粉，主要集中在大棚和室內(nèi)栽培，而野外栽培較少。毛竹林下陰涼濕潤，為靈芝生長提供了良好的環(huán)境條件，目前已有較多靈芝套種成功的報道。

土壤是森林生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)和能量交換的載體，為植物生長提供了必需的水分和養(yǎng)分[7]。土壤質(zhì)量是土壤物理、化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)的綜合表現(xiàn)，是土壤動態(tài)變化最敏感的指標，對維持森林長期生產(chǎn)力具有重要作用[8-9]。土壤質(zhì)量與竹林經(jīng)營狀況密切相關(guān)，過度和長期經(jīng)營會導(dǎo)致毛竹林土壤肥力下降、長期生產(chǎn)力難以維持等問題[10]。范少輝等[11]研究發(fā)現(xiàn)，不同密度毛竹林土壤質(zhì)量差異顯著，合理密度經(jīng)營有利于改善土壤質(zhì)量。曾憲禮等[12]研究發(fā)現(xiàn)，帶狀采伐短期內(nèi)促進了毛竹林土壤養(yǎng)分的提高，且較大采伐寬度的促進作用更大。毛竹林套種食用菌后，殘留于土壤中的菌渣腐爛分解后可以起到墾復(fù)竹山、撫育松土和施肥培土的作用，可有效改善土壤結(jié)構(gòu)、減緩?fù)寥浪峄^程、延長肥效[13]。然而，在毛竹林中種植靈芝對林地土壤質(zhì)量的影響鮮有報道。因此，本研究選擇不同年限毛竹—靈芝復(fù)合系統(tǒng)，測定其土壤理化性質(zhì)、酶活性等17個土壤質(zhì)量指標，并對其進行綜合評價，以期為毛竹林下靈芝套種提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于浙江省龍游縣溪口林場楊家山林區(qū)(東經(jīng)119°19′36″，北緯28°85′74″)，屬于亞熱帶季風(fēng)氣候。該區(qū)年平均氣溫17.1 ℃，年平均降水量1 603 mm，無霜期257 d。土壤為紅壤，土層厚度60 cm以上。研究區(qū)毛竹林資源豐富，經(jīng)營目標以筍材兩用為主，大小年明顯。

1.2 試驗設(shè)計

2019年3月，選擇立地條件一致的毛竹林地，設(shè)置3塊樣地(20 m × 20 m)，相鄰樣地之間的距離為10 m。然后對樣地內(nèi)的所有毛竹每木檢尺，測得試驗林的平均立竹密度為1 727株/hm2，平均胸徑10.5 cm，平均高13.48 m，年齡結(jié)構(gòu)為4∶3∶3(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ度竹占比)。

2019年4月，清理林下雜灌，沿等高線水平挖穴，穴間隔50 cm，水平帶之間間距1 m；然后將菌棒放入穴中，用泥土覆蓋，漏出菌棒頂端。6月份開始出菌菇，7月封邊，然后進行套罩，9月中旬收集孢子粉及靈芝。2019年采收結(jié)束后，菌棒殘留于林地腐爛分解。同時，每年砍伐竹材，保持竹林密度一致。

為研究毛竹林下種植靈芝對土壤質(zhì)量的影響，在時間梯度上設(shè)置了3個試驗處理，即：種植1年(1 a，于2019年10月調(diào)查)、2年(2 a，于2020年10月調(diào)查)，以種植前為對照(0 a，于2018年10月調(diào)查)。

1.3 樣品采集與分析

在標準樣地內(nèi)，隨機選擇3個取樣點(種植穴)，去除周圍枯枝落葉，在種植穴右側(cè)用環(huán)刀分3層(0～20、20～40和40～60 cm)取其原狀土，帶回實驗室測定土壤物理性質(zhì)。然后分別取其0～20、20～40和40～60 cm土壤，自封袋保存并帶回實驗室，風(fēng)干后去除根系、石塊等雜質(zhì)，粉碎、過篩后測定各樣品的化學(xué)性質(zhì)。土樣理化性質(zhì)的測定參考林業(yè)行業(yè)標準“森林土壤分析方法”(LY/T 1210～1275—1999)。土壤酶活性的測定參考《土壤酶及其研究方法》中的相關(guān)方法[14]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2010對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，采用Origin 8.6進行繪圖，通過SAS 9.4軟件進行單因素方差分析和最小顯著性檢驗。

1.4.1 數(shù)據(jù)標準化

首先對17個土壤質(zhì)量指標進行編號，分別為：含水率(X1)、容重(X2)、孔隙度(X3)、通氣度(X4)、pH值(X5)、有機質(zhì)(X6)、全氮(X7)、全磷(X8)、全鉀(X9)、堿解氮(X10)、有效磷(X11)、速效鉀(X12)、脲酶(X13)、蔗糖酶(X14)、蛋白酶(X15)、過氧化氫酶(X16)、酸性磷酸酶(X17)，然后對各指標進行標準化處理，消除單位限制[11]。

F(Xi)=(Xij-Ximin)/(Ximax-Ximin)

(1)

公式(1)中，Xij為第i項因子平均值，Ximax為第i項因子中的最大值，Ximin為第i項因子中的最小值。

1.4.2 土壤質(zhì)量綜合指數(shù)計算

通過主成分分析得出各土壤質(zhì)量指標的貢獻率和累積貢獻率，計算其公因子方差，然后計算各土壤質(zhì)量指標的權(quán)重，即各土壤質(zhì)量指標的公因子方差占總公因子方差的比例。最后，計算土壤質(zhì)量綜合指數(shù)。

F=∑Wi×F(Xi)

(2)

公式(2)中，F(xiàn)為土壤質(zhì)量綜合指數(shù)，Wi為各土壤因子的權(quán)重，F(xiàn)(Xi)為各土壤因子的隸屬度值，i為評價指標的個數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤物理性質(zhì)

表1列出了不同年限毛竹—靈芝復(fù)合系統(tǒng)土壤物理性質(zhì)的相關(guān)分析數(shù)據(jù)。由表1可知，不同年限毛竹—靈芝復(fù)合系統(tǒng)土壤物理性質(zhì)指標存在一定差異。靈芝種植1 a后毛竹林土壤平均含水率、平均孔隙度和平均通氣度最大，而平均容重最小。同一土層，種植1 a的土壤含水率、容重和孔隙度均與未種植(0 a)和種植2 a差異不顯著(P>0.05)，但種植1 a的土壤通氣度顯著高于未種植(0 a)和種植2 a(P<0.05)。土層深度對土壤物理性質(zhì)指標也有一定影響。同一種植年限，隨著土壤深度的增加，土壤含水率和容重呈逐漸增加趨勢，但差異不顯著(P>0.05)，而土壤孔隙度和通氣度呈逐漸降低趨勢。

表1 不同年限毛竹—靈芝復(fù)合系統(tǒng)土壤物理性質(zhì)Tab.1 Physical properties of soil in P. edulis-G. lucidum composite systems of different years

2.2 土壤化學(xué)性質(zhì)

表2列出了不同年限毛竹—靈芝復(fù)合系統(tǒng)土壤化學(xué)性質(zhì)的相關(guān)分析數(shù)據(jù)。由表2可知，隨著靈芝種植年限的延長，毛竹林土壤平均pH值呈逐漸升高趨勢，說明靈芝種植有利于緩解土壤酸化；同一種植年限不同土層土壤pH值差異不顯著(P>0.05)，同一土層不同種植年限間土壤pH值差異亦不顯著(P>0.05)。土壤有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀和速效養(yǎng)分(堿解氮、有效磷、速效鉀)含量均隨著靈芝種植年限的延長呈逐漸增加趨勢，靈芝種植2 a后最高，且顯著高于未種植(0 a)處理(P<0.05)。同一種植年限，土壤有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀及速效養(yǎng)分含量均隨土層深度增加呈降低趨勢，且各土層之間差異顯著(P<0.05)。

表2 不同年限毛竹—靈芝復(fù)合系統(tǒng)土壤化學(xué)性質(zhì)Tab.2 Chemical properties of soil in P. edulis-G. lucidum composite systems of different years

2.3 土壤酶活性

不同年限毛竹—靈芝復(fù)合系統(tǒng)土壤酶活性如表3所示。毛竹林下種植靈芝對土壤酶活性有一定影響，土壤酶活性均隨種植年限的延長呈逐漸升高趨勢。靈芝種植2 a后，毛竹林土壤脲酶、蔗糖酶、蛋白酶、過氧化氫酶和酸性磷酸酶活性最高，顯著高于未種植(0 a)處理(P<0.05)。同一種植年限，5種土壤酶活性隨土層深度的增加表現(xiàn)出相似的變化規(guī)律，即隨著土層深度的增加而降低，0～20 cm土層的土壤酶活性顯著高于20～40和40～60 cm土層(P<0.05)。

表3 不同年限毛竹—靈芝復(fù)合系統(tǒng)土壤酶活性Tab.3 Enzyme activities of soil in P. edulis-G. lucidum composite systems of different years

2.4 土壤質(zhì)量評價

表4列出了毛竹—靈芝復(fù)合系統(tǒng)17個土壤質(zhì)量指標主成分分析和權(quán)重核算結(jié)果。由表4可知，前4個主成分的累計貢獻率為98.43%，包含了原始數(shù)據(jù)的大部分信息量，符合主成分分析累積貢獻率≥80%的條件。第1主成分的特征值為14.96，貢獻率為88.01%，主要綜合了有機質(zhì)(X6)、全氮(X7)、全磷(X8)、全鉀(X9)、堿解氮(X10)、有效磷(X11)、速效鉀(X12)、脲酶(X13)、蔗糖酶(X14)、蛋白酶(X15)、過氧化氫酶(X16)和酸性磷酸酶(X17)等12個土壤質(zhì)量指標。

表4 主成分因子旋轉(zhuǎn)載荷、公因子方差及權(quán)重Tab.4 Rotated principal component matrix, communality and weight of each indicator

圖1反映了不同年限毛竹—靈芝復(fù)合系統(tǒng)土壤質(zhì)量綜合指數(shù)變化趨勢。由圖1可知，毛竹林下種植靈芝可以顯著提高林地土壤質(zhì)量，且土壤質(zhì)量綜合指數(shù)隨著靈芝種植年限的延長呈逐漸升高趨勢，不同年限毛竹—靈芝復(fù)合系統(tǒng)土壤質(zhì)量綜合指數(shù)大小順序為2 a(0.60)>1 a(0.57)>0 a(0.40)。0～20和20～40 cm土層的土壤質(zhì)量綜合指數(shù)呈逐漸升高趨勢，而40～60 cm土層的土壤質(zhì)量綜合指數(shù)先升高后降低。同一種植年限，不同土層間也有一定差異，表現(xiàn)為：土壤質(zhì)量綜合指數(shù)隨土層深度的增加呈逐漸降低趨勢，0～20 cm 土層的土壤質(zhì)量綜合指數(shù)明顯高于20～40和40～60 cm土層。

圖1 不同年限毛竹—靈芝復(fù)合系統(tǒng)土壤質(zhì)量綜合指數(shù)Fig. 1 Comprehensive quality index of soil in P. edulis-G. lucidum composite systems of different years

3 討論與結(jié)論

土壤質(zhì)量是土壤物理、化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)的綜合表現(xiàn)，受氣候、植物生長、土壤性質(zhì)以及人為活動等眾多因素的影響[10]。土壤質(zhì)量與經(jīng)營措施密切相關(guān)，林下種植可有效改善土壤狀況，有利于毛竹林的可持續(xù)經(jīng)營[15-16]。毛竹林套種食用菌后，殘留于土壤中的菌渣腐爛分解后可以起到墾復(fù)竹山、撫育松土和施肥培土的作用，可有效改善土壤結(jié)構(gòu)、減緩?fù)寥浪峄^程、延長肥效[13]。

研究發(fā)現(xiàn)，土壤理化性質(zhì)在不同年限毛竹—靈芝復(fù)合系統(tǒng)中存在著一定差異。靈芝種植后，毛竹林土壤含水率、孔隙度和通氣度呈先升高后降低的變化趨勢，而土壤容重呈先降低后升高的變化趨勢，但各處理間差異不顯著。毛竹林下種植靈芝后，菌絲生長以及培養(yǎng)料的腐爛分解增加了土壤的疏松度[17]，培養(yǎng)料中有機質(zhì)的加入形成土肥相融，促進土壤團粒結(jié)構(gòu)的形成，進而提高了土壤孔隙度和通氣度，降低了土壤容重[18]。隨著種植年限的延長，培養(yǎng)料分解殆盡，土壤物理性質(zhì)指標逐漸恢復(fù)到種植前水平。同時，土壤有機質(zhì)含量的增加，為土壤動物和微生物提供了更多的食物，提高了其生理活動，有利于土壤疏松[8]。

林下種植靈芝對毛竹林化學(xué)性質(zhì)影響顯著。靈芝種植后，毛竹林土壤pH值升高，說明食用菌種植有利于緩解毛竹林土壤酸化，這與陶忠和徐華勤等的研究結(jié)果一致[19-20]。菌包中的有機質(zhì)腐化后，鹽基離子豐富，有利于中和酸化土壤中多余的氫離子[19]。同時，有機質(zhì)的加入，有利于土壤微生物種類和數(shù)量增加，生物活性的升高，可促進有機氮的礦化消耗質(zhì)子，提高土壤pH值[20]。毛竹—靈芝復(fù)合系統(tǒng)的土壤有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀和速效養(yǎng)分含量均高于靈芝種植前(0 a)，可能與培養(yǎng)料的腐爛分解有關(guān)[17]。此外，土壤有機質(zhì)的增加，為微生物提供了有利環(huán)境，微生物數(shù)量增加[21]，進一步加快培養(yǎng)料的分解和養(yǎng)分釋放。

土壤酶是重要的土壤質(zhì)量指標，可以反映土壤中營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化以及生物活性的變化[22]。土壤脲酶可促進土壤中的尿素水解為氨，蔗糖酶可促進果糖和葡萄糖的水解，蛋白酶可將土壤中的有機化合物轉(zhuǎn)化為水解物，過氧化氫酶可以表征土壤生物活性，酸性磷酸酶參與土壤磷循環(huán)[12,22-23]。本研究中，靈芝種植后，毛竹林土壤酶活性均高于種植前(0 a)，說明竹菌復(fù)合經(jīng)營激活了土壤酶活性，其養(yǎng)分循環(huán)強度也高于毛竹純林，能夠促進林地養(yǎng)分元素的釋放，從而延長肥效。

綜上所述，靈芝種植后，毛竹林土壤理化性質(zhì)和酶活性總體上得到了明顯改善。通過對土壤理化性質(zhì)及酶活性的綜合分析，土壤質(zhì)量綜合指數(shù)隨著靈芝種植年限的延長呈逐漸升高趨勢，說明靈芝種植顯著提高了毛竹林土壤質(zhì)量。