姜克森

(福建省順昌縣雙溪林業(yè)工作站，福建 順昌 353200)

綠竹(Dendrocalamopsisoldhami)，為綠竹屬[1]，合軸叢生竹種，經(jīng)濟(jì)價(jià)值高，具有生產(chǎn)周期短、易栽培等特點(diǎn)[2-3]。研究表明，綠竹筍作為一種優(yōu)質(zhì)綠色食品富含20余種氨基酸和多種人體必需的微量元素[4-5]，有“素食第一”之美稱，隨著人們生活水平的提高，健康意識(shí)的增強(qiáng)，綠竹筍受到越來越多人的青睞[6]。綠竹自然分布于熱帶、南亞熱帶雨水充沛地區(qū)，經(jīng)馴化北移至中亞熱帶南部栽培生長(zhǎng)良好。

自然狀況下綠竹從土壤中吸收養(yǎng)分供給生長(zhǎng)，植株死亡后以枯落物和凋落物的形式返回地面，在微生物的作用下腐爛、分解后養(yǎng)分再次以多種形式返回到土壤中，完成養(yǎng)分循環(huán)[7]。集約經(jīng)營(yíng)綠竹林以生產(chǎn)綠竹筍為主，長(zhǎng)期的集約經(jīng)營(yíng)過程中翻土、施肥、覆土等經(jīng)營(yíng)措施對(duì)土壤理化性質(zhì)造成一定的影響[8-9]。研究表明，化肥的施用雖然能夠滿足高產(chǎn)對(duì)養(yǎng)分的需求，但化肥的長(zhǎng)期過量施用是水土流失、土壤酸化、有機(jī)質(zhì)降低、微生物群落豐度下降的主要原因，容易引發(fā)一系列生態(tài)環(huán)境問題[10-11]。最近的研究結(jié)果表明，在綠竹筍生長(zhǎng)過程中，養(yǎng)分和水分是影響筍產(chǎn)量和品質(zhì)最重要的2個(gè)因素，土壤水分、通氣性等物理性狀對(duì)于筍高產(chǎn)同樣重要[9]。然而，絕大多數(shù)研究均集中于集約經(jīng)營(yíng)對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)的影響，忽視了集約經(jīng)營(yíng)對(duì)土壤孔隙度、持水能力等物理性質(zhì)的影響[8-9,12-13]。

研究針對(duì)集約經(jīng)營(yíng)綠竹林土壤變化特點(diǎn)，開展集約經(jīng)營(yíng)對(duì)綠竹林土壤孔隙度、土壤持水能力等物理性狀的影響研究，為集約經(jīng)營(yíng)筍用綠竹林土壤管理技術(shù)的提升提供參考依據(jù)。

1 研究地區(qū)與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)域位于福建省順昌縣、古田縣和尤溪縣，具體情況詳見表1。

表1 研究區(qū)域基本情況

1.2 研究方法

1.2.1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與樣品采集 研究設(shè)計(jì)2個(gè)處理分別為集約經(jīng)營(yíng)綠竹林和自然生長(zhǎng)綠竹林。分別于沙性紅壤、黃紅泥土和紅泥土綠竹栽培區(qū)各選擇1處生長(zhǎng)均勻且無病蟲害綠竹林作為試驗(yàn)點(diǎn)，于每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)分別隨機(jī)選擇5叢集約經(jīng)營(yíng)和5叢自然生長(zhǎng)綠竹作為調(diào)查對(duì)象，逐一量取立竹胸徑、統(tǒng)計(jì)單叢立竹量，根據(jù)竹叢密度計(jì)算單位面積立竹量。同時(shí)，于每叢綠竹周圍距竹叢10～20 cm處選取較為平坦區(qū)域，清除地表枯枝落葉，以環(huán)刀采集土壤容重樣品和用于測(cè)定田間持水量的土壤樣品，帶回實(shí)驗(yàn)室。

1.2.2樣品測(cè)定 土壤含水量的測(cè)定參照《土壤農(nóng)化分析》[14]，森林土壤滲濾率的測(cè)定參照LY/T 1218-1999[15]，土壤容重和孔隙度的測(cè)定參照《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》[16]，田間持水量的測(cè)定采用室內(nèi)環(huán)刀法[17]。

1.3 據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)

數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)使用Excel和SPSS 18.0系統(tǒng)進(jìn)行，Origin 7.5作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理容重及孔隙度

綠竹林土壤容重大小排序?yàn)樯承约t壤>黃紅泥土>紅泥土。沙性紅壤集約經(jīng)營(yíng)綠竹林土壤容重大于自然生長(zhǎng)綠竹林，土壤容重分別為1.08 g·cm-3和1.06 g·cm-3；黃紅泥土集約經(jīng)營(yíng)綠竹林土壤容重小于自然生長(zhǎng)綠竹林，土壤容重分別在0.97 g·cm-3和0.99 g·cm-3；紅泥土集約經(jīng)營(yíng)綠竹林土壤容重與自然生長(zhǎng)綠竹林相同，均為0.97 g·cm-3(表2)表明集約經(jīng)營(yíng)對(duì)沙性紅壤和黃紅泥土有影響，但并沒有改變紅泥土土壤容重大小(表2)。

沙性紅壤、黃紅泥土和紅泥土總孔隙度表現(xiàn)為黃紅泥土>紅泥土>沙性紅壤(表2)，其中沙性紅壤和黃紅泥土集約經(jīng)營(yíng)綠竹林土壤總孔隙度小于自然生長(zhǎng)綠竹林，紅泥土集約經(jīng)營(yíng)綠竹林土壤總孔隙度大于自然生長(zhǎng)綠竹林，沙性紅壤、黃紅泥土和紅泥土集約經(jīng)營(yíng)綠竹林總孔隙度分別為47.69%、55.75%和57.82%，自然生長(zhǎng)綠竹林總孔隙度分別為51.93%、59.85%和57.21%(表2)。相對(duì)于自然生長(zhǎng)綠竹林，沙性紅壤和黃紅泥土集約經(jīng)營(yíng)綠竹林土壤總孔隙度分別下降8.16%和6.86%，紅泥土集約經(jīng)營(yíng)比自然生長(zhǎng)綠竹林土壤總孔隙度增加1.08%(表2)，對(duì)于沙性紅壤、黃紅泥土和紅泥土來說，集約經(jīng)營(yíng)與自然生長(zhǎng)綠竹土壤總孔隙度均不存在顯著性差異(P>0.05)。

不同土壤類型綠竹林土壤毛管孔隙度表現(xiàn)為紅泥土>黃紅泥土>沙性紅壤，而非毛管孔隙度則表現(xiàn)為紅泥土<黃紅泥土<沙性紅壤(表2)。其中沙性紅壤集約經(jīng)營(yíng)綠竹林土壤毛管孔隙度和非毛管孔隙度范圍分別在34.78%～50.29%和5.07%～8.61%，平均為41.28%和6.41%；自然生長(zhǎng)綠竹林土壤毛管孔隙度和非毛管孔隙度范圍分別在31.77%～48.67%和8.09%～15.04%，平均為41.38%和10.54%(表2)。黃紅泥土集約經(jīng)營(yíng)綠竹林土壤毛管孔隙度和非毛管孔隙度范圍平均分別為49.88%和5.86%；自然生長(zhǎng)綠竹林土壤毛管孔隙度和非毛管孔隙度范圍平均分別為43.09%和6.76%。紅泥土集約經(jīng)營(yíng)綠竹林土壤毛管孔隙度和非毛管孔隙度范圍平均分別為51.82%和6.01%；自然生長(zhǎng)綠竹林土壤毛管孔隙度和非毛管孔隙度范圍平均分別為54.27%和2.94%。沙性紅壤、黃紅泥土和紅泥土集約經(jīng)營(yíng)綠竹林土壤毛管孔隙度比自然生長(zhǎng)綠竹林分別低0.24%、6.04%和4.52%，對(duì)沙性紅壤、黃紅泥土和紅泥土來說，綠竹林土壤毛管孔隙度含量在不同經(jīng)營(yíng)方式之間均不具有顯著性差異(P>0.05)。沙性紅壤和黃紅泥土集約經(jīng)營(yíng)綠竹林土壤非毛管孔隙度含量比自然生長(zhǎng)綠竹林分別低39.23%和13.26%，而紅泥土集約經(jīng)營(yíng)比自然生長(zhǎng)綠竹林土壤非毛管孔隙度高104.54%(表2)，對(duì)沙性紅壤、黃紅泥土和紅泥土來說，綠竹林土壤非毛管孔隙度含量在不同經(jīng)營(yíng)方式之間均不具有顯著性差異(P>0.05)。

2.2 土壤含水量

沙性紅壤、黃紅泥土和紅泥土自然生長(zhǎng)綠竹林土壤自然含水量分別為23.87%、25.46%和29.96%，集約經(jīng)營(yíng)綠竹林土壤自然含水量分別為20.38%、27.34%和26.54%。集約經(jīng)營(yíng)促使沙性紅壤和紅泥土綠竹林土壤自然含水量分別下降14.61%和11.41%，促使黃紅泥土自然含水量上升7.38%(圖1)。對(duì)沙性紅壤、黃紅泥土和紅泥土來說，集約經(jīng)營(yíng)與自然生長(zhǎng)綠竹林土壤自然含水量均不存在顯著性差異(P>0.05，圖1)。

表2 不同綠竹林土壤容重及孔隙度

圖1 不同經(jīng)營(yíng)方式綠竹林自然含水量Fig.1 Natural water content of the soil in Dendrocalamopsis oldhami forests under different management measures說明：圖中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差(n=5)；不同小寫字母表示不同經(jīng)營(yíng)方式之間的差異達(dá)到顯著水平(P<0.05)Note：The data in the figure are mean ± standard error； Different small letters indicate significant difference among the different cultivation methods at 0.05 level.

總體來看，沙性紅壤田間持水量最低，紅泥土田間持水量最高。具體來看，沙性紅壤自然生長(zhǎng)和集約經(jīng)營(yíng)綠竹林土壤田間持水量分別為14.78%和15.05%。黃紅泥土自然生長(zhǎng)和集約經(jīng)營(yíng)綠竹林土壤田間持水量分別為20.90%和19.72%。紅泥土自然生長(zhǎng)和集約經(jīng)營(yíng)綠竹林土壤田間持水量分別為22.87%和21.47%。沙性紅壤集約經(jīng)營(yíng)比自然生長(zhǎng)綠竹林土壤田間持水量高1.80%，黃紅泥土和紅泥土集約經(jīng)營(yíng)比自然生長(zhǎng)綠竹林土壤田間持水量分別低5.66%和6.12%(圖2)。對(duì)沙性紅壤、黃紅泥土和紅泥土來說，不同經(jīng)營(yíng)方式之間均不存在顯著性差異(P>0.05，圖2)。

圖2 不同經(jīng)營(yíng)方式綠竹林田間持水量Fig.2 Field capacity of the soil in Dendrocalamopsis oldhami forests under different management measures

沙性紅壤、黃紅泥土和紅泥土自然生長(zhǎng)綠竹林土壤毛管含水量分別為28.62%、34.81%和35.63%，集約經(jīng)營(yíng)綠竹林土壤毛管含水量分別為27.78%、34.12%和34.82%。集約經(jīng)營(yíng)比自然生長(zhǎng)綠竹林土壤毛管含水量分別低2.94%、1.99%和2.28%，表明集約經(jīng)營(yíng)促使土壤毛管含水量降低(圖3)。

圖3 不同經(jīng)營(yíng)方式綠竹林毛管含水量Fig.3 Capillary water content of the soil in Dendrocalamopsis oldhami forests under different management measures

沙性紅壤和黃紅泥土集約經(jīng)營(yíng)比自然生長(zhǎng)綠竹林土壤飽和含水量分別低7.94%和3.01%，其中沙性紅壤自然生長(zhǎng)和集約經(jīng)營(yíng)綠竹林土壤飽和含水量分別為33.36%和30.71%，黃紅泥土自然生長(zhǎng)和集約經(jīng)營(yíng)綠竹林土壤飽和含水量分別為37.76%和36.63%。紅泥土綠竹林土壤飽和含水量表現(xiàn)為自然生長(zhǎng)微低于集約經(jīng)營(yíng)，分別為36.93%和37.27%(圖4)。對(duì)沙性紅壤、黃紅泥土和紅泥土來說，不同經(jīng)營(yíng)方式之間均不存在顯著性差異(P>0.05，圖4)。

圖4 不同經(jīng)營(yíng)方式綠竹林飽和含水量Fig.4 Saturated moisture content of the soil in Dendrocalamopsis oldhami forests under different management measures

2.3 土壤滲濾率

不同土壤類型及不同經(jīng)營(yíng)方式綠竹林土壤滲濾率變化規(guī)律相同，均表現(xiàn)為隨著時(shí)間的增加K10不斷降低(圖5)，但不同土壤類型及不同經(jīng)營(yíng)方式綠竹林土壤K10的平均大小及變化規(guī)律具有很大的差異，具體表現(xiàn)為沙性紅壤>黃紅泥土>紅泥土。其中沙性紅壤集約經(jīng)營(yíng)綠竹林土壤K10在測(cè)試開始的短時(shí)間內(nèi)遠(yuǎn)低于自然生長(zhǎng)處理，而從第4 min開始明顯高于自然生長(zhǎng)綠竹林，自然生長(zhǎng)和集約經(jīng)營(yíng)綠竹林土壤K10最高分別為11.28 mm·min-1和6.69 mm·min-1，最低分別為2.91 mm·min-1和4.28 mm·min-1。與沙性紅壤不同，黃紅泥土和紅泥土土壤K10在整個(gè)測(cè)試過程中均表現(xiàn)為集約經(jīng)營(yíng)高于自然生長(zhǎng)綠竹林，其中黃紅泥土自然生長(zhǎng)和集約經(jīng)營(yíng)綠竹林土壤K10變化范圍分別為1.34～2.41 mm·min-1和2.06～3.29 mm·min-1；紅泥土自然生長(zhǎng)和集約經(jīng)營(yíng)綠竹林土壤K10變化范圍分別為0.84～1.07 mm·min-1和1.03～1.95 mm·min-1，集約經(jīng)營(yíng)促使沙性紅壤、黃紅泥土和紅泥土綠竹林土壤K10分別上升了47.37%、54.29%和22.73%?？傮w來看，不論是自然生長(zhǎng)還是集約經(jīng)營(yíng)綠竹林均表現(xiàn)為沙性紅壤土壤K10變化范圍最大，紅泥土土壤K10變化范圍最小(圖5)。

圖5 不同經(jīng)營(yíng)方式綠竹林土壤滲濾率Fig.5 Percolation rate of the soil in Dendrocalamopsis oldhami forests under different management measures

3 討論與結(jié)論

3.1 集約經(jīng)營(yíng)對(duì)不同土壤類型綠竹林土壤容重及孔隙度影響不同

土壤容重不僅可以較準(zhǔn)確地反映土壤物理性狀的整體狀況，還在一定程度上反應(yīng)可土壤質(zhì)量，與土壤生產(chǎn)力密切相關(guān)[18]。諸多研究表明[19-21]，土壤容重受土壤質(zhì)地、土壤結(jié)構(gòu)、土壤養(yǎng)分、土壤微生物及土壤小動(dòng)物影響明顯，在人為經(jīng)營(yíng)措施影響下容易發(fā)生改變[22]。其中范倩玉等[22]在對(duì)潮土土壤物理性狀的研究中提出，人為經(jīng)營(yíng)耕作措施有利于潮土土壤結(jié)構(gòu)的改善，降低土壤的容重。林曉君等[23]對(duì)蜜柚果園土壤物理性狀的研究結(jié)果表明，由于經(jīng)營(yíng)措施的差異，不同林分土壤容重具有極顯著差異。董建新等[24]在耕作措施對(duì)土壤物理性狀的研究中提出，旋耕及秸稈還田等經(jīng)營(yíng)措施能夠有效促進(jìn)土壤容重降低，促進(jìn)土壤物理性狀提升，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)利大于弊。研究中對(duì)3種土壤類型綠竹林研究結(jié)果表明集約經(jīng)營(yíng)措施促進(jìn)沙性紅壤容重增加，促進(jìn)黃紅泥土容重降低，而對(duì)紅泥土沒有影響，與已有研究存在一定的區(qū)別。其主要是由于綠竹栽培過程中產(chǎn)生大量枯枝落葉等凋落物，一般情況下凋落物并不會(huì)被移走，而是經(jīng)腐爛后進(jìn)入土壤中。進(jìn)入土壤中的腐爛有機(jī)物質(zhì)促進(jìn)松散的沙性紅壤凝聚在一起增加了沙性紅壤土體的緊實(shí)度進(jìn)而促進(jìn)沙性紅壤容重的增加，而對(duì)于黃紅泥土綠竹林來說，進(jìn)入土壤的腐爛和未腐爛的有機(jī)物質(zhì)及翻耕等經(jīng)營(yíng)措施促使土體變得更加松散，因此集約經(jīng)營(yíng)措施降低了黃紅泥土的容重。此外，研究中紅泥土脫硅富鋁化程度較高，黏性大，易結(jié)塊，研究于12月底竹林翻土前采樣，距上一次土壤擾動(dòng)將近一年的時(shí)間，大部分翻耕的痕跡經(jīng)過一年的雨淋、自然積淀及人為踩踏已逐漸被清除，恢復(fù)接近原狀，因此經(jīng)營(yíng)措施對(duì)土壤容重的影響不容易被表現(xiàn)出來，而集約經(jīng)營(yíng)過程中對(duì)土壤造成的經(jīng)常性的擾動(dòng)，促使黃紅泥土更加疏松，是黃紅泥土容重降低的原因之一。

土壤孔隙度則是土壤物理性狀的微觀體現(xiàn)[20,25]，是對(duì)土壤容重變化原因的深入探索。研究結(jié)果表明[25]，土壤總孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度對(duì)植物的生長(zhǎng)影響最大，與土壤結(jié)構(gòu)及質(zhì)量的關(guān)系也最為密切。在自然狀態(tài)下土壤孔隙度在土壤長(zhǎng)期形成過程中產(chǎn)生并趨于穩(wěn)定，特別是土壤毛管孔隙度一旦形成則受短期環(huán)境變化的影響不大[25]，但長(zhǎng)期的人為耕作措施、特別是高強(qiáng)度的集約經(jīng)營(yíng)措施能夠?qū)ν寥烂芸紫抖仍斐擅黠@的影響[26-27]。董建新等[24]在研究中指出，長(zhǎng)期地農(nóng)田旋耕及秸稈還田措施不僅促進(jìn)了表土層土壤孔隙度發(fā)生變化，提出秸稈還田是一種可行的板結(jié)土壤修復(fù)措施。范倩玉等[22]研究結(jié)果表明，輪作能夠促進(jìn)土壤總孔隙度和毛管孔隙度顯著提高，是一種防止土壤板結(jié)、質(zhì)量下降的有效措施。張艷等[27-28]對(duì)施肥與土壤質(zhì)量的研究結(jié)果表明，化肥的施用促進(jìn)土壤板結(jié)，與單施化肥相比，有機(jī)肥的施用能夠促進(jìn)土壤孔隙度提高4.12～20.97%，能夠顯著改善土壤質(zhì)量。本研究結(jié)果顯示，集約經(jīng)營(yíng)措施促使沙性紅壤和黃紅泥土綠竹林土壤總孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度均明顯降低，促使紅泥土綠竹林土壤總孔隙度和非毛管孔隙度均明顯提高、而促進(jìn)毛管孔隙度降低。主要原因是研究所涉及綠竹林長(zhǎng)期以來經(jīng)營(yíng)措施不變，均以施用化肥為主，有機(jī)物質(zhì)輸入有限，導(dǎo)致土壤趨于板結(jié)、孔隙度下降。此外對(duì)于紅泥土來說黏性增加，易于結(jié)塊，形成大顆粒懸空[29]，因此造成集約經(jīng)營(yíng)遠(yuǎn)高于自然生長(zhǎng)綠竹林土壤非毛管孔隙度的現(xiàn)象。由此可見，而不同土壤類型之間，集約經(jīng)營(yíng)對(duì)綠竹林土壤總孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度變化的影響不同。

3.2 集約經(jīng)營(yíng)對(duì)不同土壤類型綠竹林土壤含水量影響不同

土壤水分是植物生長(zhǎng)水分供應(yīng)的最大來源，與土壤持水能力密切相關(guān)。而土壤持水能力一般以飽和含水量、田間持水量和毛管含水量來表征[18]，受到土壤孔隙度、土壤有機(jī)質(zhì)和土壤微生物等影響[30]。張艷等[27-28]在關(guān)于施肥對(duì)土壤物理性質(zhì)的研究結(jié)果顯示，長(zhǎng)期單施化肥促使耕層土壤飽和持水量、毛管持水量和田間持水量均有所上升，有機(jī)肥的施用只提高了土壤耕層飽和持水量。董建新等[24]提出，秸稈還田促使土壤有機(jī)質(zhì)輸入增加，能夠促進(jìn)土壤各層持水量的上升，有利于土壤性狀的改善。與已有研究不同，綠竹林集約經(jīng)營(yíng)過程中并沒有人為增加有機(jī)質(zhì)的輸入，也缺少有機(jī)肥的施用，但集約經(jīng)營(yíng)過程中會(huì)有大量枯枝落葉等有機(jī)物質(zhì)輸入，因此促使本身持水能力較差的沙性紅壤田間持水量上升。而集約經(jīng)營(yíng)過程中化肥的施用促使黃紅泥土和紅泥土結(jié)構(gòu)變差[31]，因此田間持水量趨于下降(圖2)。同時(shí)，對(duì)3種土壤毛管含水量和飽和含水量研究結(jié)果顯示(圖3-4)，除紅泥土飽和含水量小幅上升以外，3種土壤類型集約經(jīng)營(yíng)綠竹林毛管含水量和飽和含水量均有所下降，表明集約經(jīng)營(yíng)是土壤持水能力降低的原因。

3.3 集約經(jīng)營(yíng)促使不同土壤類型綠竹林土壤滲濾率增加

土壤水分下滲是土壤持水的前提，在降水發(fā)生時(shí)水分下滲越慢則越容易形成徑流水，進(jìn)而引發(fā)水土流失。但是，當(dāng)滲入土壤的水超出土壤最大持水量時(shí)，滲入土壤的水又會(huì)再次以壤中流的形式流出土壤，極易引發(fā)土體松垮、山體滑坡等自然災(zāi)害，因此土壤滲濾率的評(píng)價(jià)需結(jié)合土壤性狀、持水能力及立地條件進(jìn)行。研究表明[32-33]，人為干擾、植被生長(zhǎng)等因素對(duì)土壤滲濾率有明顯的的影響，并且不同植被對(duì)土壤滲濾率也有影響。本研究與已有研究結(jié)果類似，在集約經(jīng)營(yíng)過程中土壤變得松散，滲濾率增加，有利于黃紅泥土和紅泥土在降雨發(fā)生時(shí)對(duì)水分的吸收，但對(duì)于沙性紅壤綠竹林來說具有水土流失及滑坡的風(fēng)險(xiǎn)。除了滲濾率外，滲濾率達(dá)到穩(wěn)定時(shí)已發(fā)生的滲流量也是衡量土壤水分滲入能力的的指標(biāo)，研究中沙性紅壤自然生長(zhǎng)和集約經(jīng)營(yíng)綠竹林土壤滲濾率穩(wěn)定前滲流量分別為211 mm和195 mm，黃紅泥土分別為83 mm和107 mm，紅泥土分別為32 mm和57 mm(圖5)，表明集約經(jīng)營(yíng)降低了沙性紅壤滲濾率穩(wěn)定前滲流量，而增加了黃紅泥土和紅泥土滲濾率穩(wěn)定前滲流量，更有利于黃紅泥土和紅泥土綠竹林土壤在降雨發(fā)生的短時(shí)間內(nèi)對(duì)水分的吸收。