間作對刺梨園土壤水穩(wěn)性團聚體及有機碳含量的影響

王 華， 向仰州， 郭 穎， 何 季

(1.貴州省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院， 貴州 貴陽 550003； 2.貴州師范學(xué)院 地理與資源學(xué)院， 貴州 貴陽 550018； 3.貴州大學(xué) 農(nóng)學(xué)院， 貴州 貴陽 550025)

刺梨(RosaroxburghiiTratt)為薔薇科多年生落葉小灌木，其果實富含維生素C及多種人體所需氨基酸，兼具藥食功能，刺梨發(fā)展前景極其廣闊[1]。目前有關(guān)刺梨研究主要集中在資源調(diào)查[2]、分子育種[3]、豐產(chǎn)栽培[4]、品質(zhì)評價[5]、食品加工[6]及新藥研發(fā)[7]等方面，而關(guān)于刺梨園間作農(nóng)作物的報道甚少。因在刺梨盛產(chǎn)期前存在成本投入高而經(jīng)濟回報低的問題，不利于刺梨產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此，在刺梨園實施農(nóng)作物間作，既可對果園起到“以耕代撫”的作用，又可在一定程度上緩解果農(nóng)的經(jīng)濟壓力，逐漸成為刺梨園地表管理手段之一。

果園適宜的間作模式可避免養(yǎng)分的競爭，提高土壤養(yǎng)分狀況。土壤中的有機碳可以促進土壤結(jié)構(gòu)的形成，改善土壤物理性質(zhì)，刺激作物生長。在一定范圍內(nèi)土壤中有機碳含量的多少能反應(yīng)土壤肥力的高低，因此，可通過測定土壤有機碳含量了解土壤肥力狀況。土壤的團聚作用對有機碳起到物理保護作用，而有機碳能夠促進團聚體的形成和穩(wěn)定，尤其在很大程度上影響著土壤水穩(wěn)性團粒結(jié)構(gòu)的形成與穩(wěn)定性。鑒于此，通過分析玉米、辣椒與刺梨間作對刺梨園土壤團聚體穩(wěn)定性及有機碳含量的影響，從而篩選出有利于土壤改良的刺梨間作模式，以期為全面評價和推廣適宜的刺梨間作模式提供科技支撐。

1材料與方法

1.1研究區(qū)概況

研究區(qū)位于貴州省龍里縣(東經(jīng)106°45′18"～107°15′01"，北緯26°10′19"～26°49′33")，屬亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，海拔多為1 280～1 500 m。年均溫13.9℃，年無霜期280 d，年降雨量1 088 mm，年均日照 1 060～1 265 h。土壤類型以黃壤為主。

1.2試驗材料

供試刺梨為貴農(nóng)5號，4年生；玉米為本地常規(guī)種植的粘玉米，辣椒為本地常規(guī)種植菜椒。

1.3試驗設(shè)計

選取4年生刺梨園為研究對象，刺梨貴農(nóng)5號的株行距為2 m×3 m。設(shè)3種種植模式：刺梨清耕單作，于2016年4月、6月和8月及時對刺梨園作全園除草；刺梨-玉米間作，刺梨園行間種植玉米的行距為0.4 m、株距為0.3 m；刺梨-辣椒間作，刺梨園行間種植辣椒密度與玉米相同。每種模式設(shè)3個重復(fù)，小區(qū)面積均為225 m2。試驗期間參照《刺梨培育技術(shù)規(guī)程》(LY/T 2838-2017)對所有小區(qū)進行統(tǒng)一施肥管理。

1.4試驗方法

1.4.1樣品采集與處理于2016年9月中旬，以梅花形布點法在各小區(qū)內(nèi)設(shè)置5個采樣點。在每個采樣點選取1個80 cm×80 cm樣方，清除地表雜物后，挖取長約60 cm、寬約60 cm、深約60 cm的土壤剖面，分別采集0～20 cm和20～40 cm土層原狀土樣約2 000 g，置于硬質(zhì)塑料盒中，保持原狀土壤結(jié)構(gòu)運回實驗室后，將采集的原狀土樣攤開于通風(fēng)處，待土壤含水量達塑性極限時，沿土壤自然裂隙輕輕掰成10 mm左右的小土團，混合均勻后采用四分法采集各層次的混合樣，剔除根系、石頭等雜物，在陰涼處風(fēng)干備用[8]。

1.4.2樣品分析土壤水穩(wěn)性團聚體采用濕篩法測定[9]。濕篩時將稱好的土樣200 g放于孔徑為5 mm、2 mm、1 mm、0.5 mm和0.25 mm的套篩上并放入桶中，待土樣浸潤后頂部蓋上篩蓋，用振蕩式機械篩分儀以30 r/min的頻率震蕩30 min后拿出套篩，收集套篩及桶中土樣于鋁盒中，在105℃下烘干后稱量記錄數(shù)據(jù)，并將烘干后的各級水穩(wěn)性團聚體磨碎過100目篩。采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測定土壤團聚體有機碳含量，用烘干法測定土壤吸濕水[10]。

ELT=(WT-WR0.25)/WT×100%

式中：Wi為第i粒級團聚體質(zhì)量所占的百分含量(%)；di為i級團聚體的平均直徑(mm)；dmax為團聚體的最大粒徑(mm)；W(δ

1.5數(shù)據(jù)統(tǒng)計

采用Microsoft Excel 2016整理數(shù)據(jù)，運用DPS 16.05[18]對數(shù)據(jù)作方差分析和多重比較，并用LSD法進行顯著性檢驗。

2結(jié)果與分析

2.1間作對刺梨園土壤水穩(wěn)性團聚體組成及穩(wěn)定性的影響

2.1.1組成由表1看出，0～20 cm土層，各處理土壤團聚體在粒級<0.25 mm的占比最高，均顯著高于其他粒級；>5 mm粒級的占比最低。說明，>5 mm粒級的土壤抗水蝕能力、通氣性、蓄水及養(yǎng)分的保存不理想。在粒級>5 mm、5～2 mm、2～1 mm及0.5～0.25 mm的團聚體占比均呈刺梨-玉米間作>刺梨-辣椒間作>刺梨清耕單作；在1～0.5 mm粒級呈刺梨-辣椒間作>刺梨-玉米間作>刺梨清耕單作；在<0.25 mm粒級呈刺梨清耕單作>刺梨-辣椒間作>刺梨-玉米間作。>5 mm、5～2 mm和2～1 mm粒級的間作處理均顯著高于單作處理。說明，間作有利于提高土壤大團聚體的比例，從而提高土壤的抗侵蝕、通氣、透水及保肥能力，進而改善土壤狀況。

20～40 cm土層，3種種植模式團聚體占比在>5 mm粒級的最低，在<0.25 mm粒級的最高，即3種種植模式在>5 mm粒級的團聚體比重不大，即土壤通氣性、蓄水、保肥及抗水蝕能力不好。在5～2 mm、2～1 mm、1～0.5 mm及0.5～0.25 mm粒級的土壤團聚體占比均呈刺梨-辣椒間作>刺梨-玉米間作>刺梨清耕單作，且刺梨-辣椒間作在5～2 mm、2～1 mm和1～0.5 mm粒級均顯著高于刺梨-玉米間作和刺梨清耕單作；在>5 mm粒級為刺梨-玉米間作>刺梨-辣椒間作>刺梨清耕單作；在<0.25 mm粒級為刺梨清耕單作>刺梨-玉米間作>刺梨-辣椒間作，且刺梨-玉米間作和刺梨清耕單作顯著高于刺梨-辣椒間作。說明，刺梨-辣椒間作的土壤大團聚體比重較大，土壤結(jié)構(gòu)較好；刺梨清耕單作的土壤大團聚體占比最低。

表1間作下刺梨園土壤不同團聚體粒級的占比

Table 1 Proportion of water-stable aggregates with different size in soils ofR.roxbunghiiorchard under different intercropping patterns %

土層深度/cmSoil depth處理Treatment>5 mm5～2 mm2～1 mm1～0.5 mm0.5～0.25 mm<0.25 mm0～20刺梨清耕單作4.38 c5.50 c6.25 b10.10 b9.34 b64.41 a刺梨-玉米間作6.89 a9.34 a7.66 a11.11 b11.52 a53.49 b刺梨-辣椒間作5.08 b6.69 b7.44 a16.02 a10.10 b54.69 b20～40刺梨清耕單作1.92 c4.18 c3.27 c10.17 c5.35 b75.11 a刺梨-玉米間作4.16 a5.15 b7.18 b12.74 b7.47 a63.32 b刺梨-辣椒間作2.78 b9.44 a13.44 a21.78 a7.79 a44.79 c

注：同一土層中同一列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，下同。

Note: Different lowercase letters in the same column indicate significance of difference atP<0.05 level. The same below.

2.1.2穩(wěn)定性從表2可看出3種種植模式下刺梨園土壤團聚體的穩(wěn)定性指數(shù)變化情況。

1) 水穩(wěn)性團聚體含量。0～20 cm和20～40 cm土層中，≥0.25 mm水穩(wěn)性團聚體含量 (WR0.25)分別為35.59%～46.51%和24.89%～55.21%，間作均顯著大于單作。在0～20 cm土層，刺梨-玉米間作的WR0.25較刺梨-辣椒間作高，但差異不顯著；在20～40 cm土層，刺梨-辣椒間作的WR0.25顯著高于刺梨-玉米間作。

2) 不穩(wěn)定團粒指數(shù)。在0～20 cm和20～40 cm土層，2種間作模式的土壤不穩(wěn)定團粒指數(shù)(ELT)均顯著低于單作，其中，0～20 cm土層中2種間作的ELT較接近，20～40 cm土層中刺梨-辣椒間作的ELT顯著小于刺梨-玉米間作的。

3) 平均質(zhì)量直徑。在0～20 cm土層，土壤團聚體平均質(zhì)量直徑(MWD)呈刺梨-玉米間作>刺梨-辣椒間作>刺梨清耕單作，且刺梨-玉米間作的MWD均顯著高于刺梨-辣椒間作和清耕單作；在20～40 cm土層，MWD呈刺梨-辣椒間作>刺梨-玉米間作>刺梨清耕單作，且三者間兩兩存在顯著差異。

4) 幾何平均直徑。在0～20 cm和20～40 cm土層，刺梨-玉米間作和刺梨-辣椒間作的幾何平均直徑(GMD)較清耕單作分別增加23.26%和13.95%與22.22%和61.11%，且兩兩間差異顯著。

5) 分形維數(shù)。在0～20 cm土層，各處理的分形維數(shù)呈刺梨清耕單作>刺梨-玉米間作>刺梨-辣椒間作，兩間作均顯著低于單作，2種間作間差異不顯著；在20～40 cm土層，各處理的分形維數(shù)呈刺梨清耕單作>刺梨-玉米間作>刺梨-辣椒間作，且3種模式兩兩間均存在顯著差異。

表2 間作下刺梨園土壤團聚體的穩(wěn)定性指數(shù)

2.2間作對刺梨園土壤團聚體有機碳含量的影響

從表3可知，在0～20 cm土層，刺梨-玉米間作與刺梨-辣椒間作的有機碳含量均在0.5～0.25 mm粒級最低，表明刺梨園在此粒級的土壤保肥能力較低，養(yǎng)分易流失。在>5 mm、5～2 mm和2～1 mm粒級處刺梨-玉米間作顯著高于刺梨-辣椒間作和刺梨清耕單作，2種間作模式間差異顯著；在1～0.5 mm、0.5～0.25 mm及<0.25 mm粒級中2種間作模式間差異不顯著。各粒級團聚體的有機碳含量均呈刺梨-玉米間作>刺梨-辣椒間作>刺梨清耕單作。說明，間作有利于提高刺梨園土壤有機碳含量，從而提高土壤保肥能力進而改善刺梨品質(zhì)及產(chǎn)量。

在20～40 cm土層，在5～2 mm、2～1 mm及1～0.5 mm粒級的土壤有機碳含量呈刺梨-辣椒間作>刺梨-玉米間作>刺梨清耕單作；在>5 mm、0.5～0.25 mm及<0.25 mm粒級中有機碳含量呈刺梨-玉米間作>刺梨-辣椒間作>刺梨清耕單作。表明，間作有利于促進刺梨園土壤有機碳的形成，從而提高土壤肥力，進而改善作物生長狀況。土壤有機碳含量各模式的最大值刺梨-辣椒間作在5～2 mm粒級，刺梨-玉米間作在<0.25 mm粒級，刺梨清耕單作在5～2 mm粒級。表明，在大團聚體中刺梨-辣椒間作與刺梨清耕單作都能保持或提高土壤養(yǎng)分，而刺梨-玉米間作土壤保肥能力較差，土壤養(yǎng)分較易流失。

表3間作下刺梨園土壤水穩(wěn)性團聚體不同粒級的有機碳含量

Table 3 Organic carbon content in water-stable aggregates with different size inR.roxbunghiiorchard under different intercropping patterns g/kg

土層深度/cmSoil depth處理Treatment>5 mm5～2 mm2～1 mm1～0.5 mm0.5～0.25 mm<0.25 mm 0～20刺梨清耕單作14.65 c13.05 c11.84 c15.33 b13.69 b13.80 b刺梨-玉米間作31.20 a30.55 a28.09 a27.61 a25.33 a28.67 a刺梨-辣椒間作22.32 b25.56 b23.95 b25.46 a21.47 a26.48 a20～40刺梨清耕單作15.30 c17.11 b15.43 b14.62 b13.65 b13.00 c刺梨-玉米間作23.96 a22.99 a21.75 a20.32 a21.67 a26.06 a刺梨-辣椒間作19.73 b24.87 a24.49 a23.98 a19.42 a20.05 b

3結(jié)論與討論

3.1結(jié)論

間作顯著提高刺梨園土壤大團聚體的占比，在≥0.25 mm粒級中，大團聚體各粒級分布在0～20 cm為刺梨-玉米間作最佳，最大值在0.5～0.25 mm粒級，為11.52%；20～40 cm土層為刺梨-辣椒間作最好，最大值在1～0.5 mm粒級，為21.78%。在0～40 cm土層中，不同種植模式的土壤團聚體占比在<0.25 mm粒級的均顯著高于其他粒級，均以>5 mm粒級的最低。間作提高了土壤大團聚體的占比，在不同土層各粒級分布不同。

與刺梨園清耕單作相比，2種間作模式均提高≥0.25 mm水穩(wěn)性團聚體含量、平均質(zhì)量直徑和幾何平均直徑，降低不穩(wěn)定團粒指數(shù)和分形維數(shù)。

2種間作模式較單作均顯著提高刺梨園土壤有機碳含量。不同間作模式在不同土層中各粒級均大于刺梨清耕單作。在≥0.25 mm粒級中，0～20 cm土層為刺梨-玉米間作對土壤有機碳含量提高作用最大，最大值在>5 mm粒級，為31.20 g/kg，較刺梨-辣椒間作的高8.88 g/kg；20～40 cm土層為刺梨-辣椒間作作用效果較明顯，最大值在5～2 mm粒級，為24.87 g/kg，較刺梨-玉米間作的高1.88 g/kg。

3.2討論

3.2.1不同間作模式對刺梨園土壤團聚體分布的影響土壤團聚體是組成土壤結(jié)構(gòu)基本單元及肥力的重要部分，具有力穩(wěn)性、孔性和水穩(wěn)性，其質(zhì)量和數(shù)量對土壤理化性質(zhì)及生物學(xué)特性都有極大影響，為果樹生長發(fā)育所必需條件之一。試驗得出，在不同土層深度下3種模式的土壤團聚體占比都有明顯變化，且都在<0.25 mm粒級處顯著高于其他粒級，在>5 mm粒級為最低，說明在此粒級土壤抗水蝕能力、通氣性、蓄水及保肥能力較差。土壤大團聚體占比在0～20 cm土層多為刺梨-玉米間作>刺梨-辣椒間作>刺梨清耕單作；在20～40 cm土層多為刺梨-辣椒間作>刺梨-玉米間作>刺梨清耕單作。說明，間作可提高土壤中大團聚體的占比，從而使土壤具有良好的結(jié)構(gòu)，改善土壤的通氣及透水狀況，保持并提高土壤肥力，使刺梨擁有良好的生長狀況從而提高刺梨的品質(zhì)及產(chǎn)量。

3.2.2不同間作模式對刺梨園土壤團聚體穩(wěn)定性的影響研究發(fā)現(xiàn)，刺梨園間作顯著增加≥0.25 mm的水穩(wěn)性團聚體含量、團聚體平均質(zhì)量直徑、團聚體幾何平均直徑，顯著降低不穩(wěn)定團粒指數(shù)和團聚體分形維數(shù)，明顯提高大團聚體的含量和穩(wěn)定性[11]。究其原因：一是間作玉米、辣椒過程中施用的有機肥提高了土壤有機質(zhì)含量，從而促進土壤大團聚體的形成；二是間作增加了新鮮有機物質(zhì)的輸入[19]，植物根系、土壤動物、微生物及其代謝產(chǎn)物，如總糖和有機酸等[20]，為團聚體的膠結(jié)提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。

3.2.3不同間作模式對刺梨園土壤團聚體有機碳含量的影響試驗得出，0～20 cm土層，各粒級的土壤團聚體有機碳含量均呈刺梨-玉米間作>刺梨-辣椒間作>刺梨清耕單作，且2種間作模式均顯著高于刺梨清耕單作，表明，刺梨-玉米間作比刺梨-辣椒間作更能提高土壤肥力。20～40 cm土層，2種間作模式的土壤有機碳含量均高于單作，但趨勢不統(tǒng)一。在上下土層中不同間作模式有機碳含量的不同可能是由于在不同土層中作物所吸收的有機碳含量不一，使有機碳含量在下層土壤中聚集或減少，也可能是腐殖質(zhì)的數(shù)量不同導(dǎo)致。

刺梨園間作玉米、辣椒改善了土壤物理結(jié)構(gòu)，增加了土壤有機碳含量，為刺梨生長提供了良好的土壤環(huán)境。因此，在科學(xué)的經(jīng)營管理條件下，幼齡刺梨園間作玉米和辣椒值得推廣。