不同套種模式對核桃林土壤化學性質的影響

雷 康，黃大安，滕維超，駱湘華，歐陽子龍，黃景貴

（1.廣西大學，廣西南寧 530004；2.廣西鳳山縣佳弘種苗有限公司，廣西河池 547600）

核桃（Juglans regia）為胡桃科（Juglandaceae）核桃屬植物，有較高的營養價值和經濟效益[1]。近年來，核桃在市場上越來越受到人們的喜愛，林農會優先考慮種植核桃[2]。但是，核桃的生長周期長，短時間內經濟效益低。林下套種藥材和農作物的模式可充分利用土地資源，提高效益產出，是解決這一問題的有效途徑[3]。

十大功勞（Mahonia fortunei）為小檗科（Berberi?daceae）十大功勞屬灌木或小喬木，是傳統的中醫藥植物，有抗炎、抗菌及抗病毒的作用，可用于清熱解毒和利膽止瀉[4]。十大功勞不耐暑熱，忌烈日曝曬，有一定的耐寒性和抗旱性。在核桃林下套種十大功勞，核桃的樹冠可起到遮蔭作用，適合十大功勞喜陰的生長特性。可同時利用林下空地套種農作物，如玉米（Zea mays）、黃豆（Glycine max）和黑豆等，也可套種珍貴樹種黃花梨（Dalbergia odorifera）實現一地三用。有研究表明，核桃林下套種對土壤養分含量有影響[5]，土壤養分是影響土壤肥力的重要指標[6]。本研究通過分析核桃×十大功勞×玉米、核桃×十大功勞×黃豆、核桃×十大功勞×黑豆和核桃×十大功勞×黃花梨4種套種模式下土壤中的養分狀況，對不同套種模式下核桃林的土壤養分進行綜合分析，可為選擇核桃林下合適的套種模式提供一定的理論依據和參考。

1 材料與方法

1．1 試驗地概況

試驗地位于廣西河池市鳳山縣（107°04′E，24°54′N），屬亞熱帶季風氣候，年均氣溫20．1 ℃，年均降水量1 564．0 mm。該地屬廣西石山地，土壤類型以紅黃壤為主。采樣點海拔為400 ～500 m，均為山地的陽坡，坡位基本一致。

1．2 試驗設計

試驗設4種套種模式，分別為核桃×十大功勞×玉米、核桃×十大功勞×黃豆、核桃×十大功勞×黑豆和核桃×十大功勞×黃花梨。每模式種植0．67 hm2，統一施肥管理。核桃為2004年2月種植，十大功勞為2017年3月種植，黃花梨為2013年1月種植，玉米、黃豆和黑豆于2017年起每年3月種植。在核桃×十大功勞×玉米模式中，核桃行距10 m，株距8 m；核桃行間套作4 行十大功勞，十大功勞行距2 m，株距0．5 m；十大功勞行間套作4 行玉米，玉米行距0．3 m，株距0．3 m。在核桃×十大功勞×黃豆或黑豆模式中，核桃行距10 m，株距8 m；核桃行間套作4 行十大功勞，十大功勞行距2 m，株距0．5 m；十大功勞行間套作8 行黃豆或黑豆，黃豆或黑豆行距0．15 m，株距0．05 m。在核桃×十大功勞×黃花梨模式中，核桃行距10 m，株距8 m；核桃行間套作1 行黃花梨，黃花梨株距10 m；核桃和黃花梨行間套作2 行十大功勞，十大功勞行距2 m，株距0．5 m。

2017年1月，測定套種前土壤本底養分含量。pH 為5．3，有機質含量為26．35 g/kg，全氮（N）含量為2．01 g/kg，全磷（P）含量為1．31 g/kg，全鉀（K）含量9．02 g/kg，氨態N 含量為6．37 mg/kg，硝態N 含量為8．04 mg/kg，速效P 含量為8．13 mg/kg，速效K 含量為30．13 mg/kg。從2017年開始，每年4月施肥，施尿素（含氮量46%）70．00 kg/hm2、過磷酸鈣（有效磷含量12%）150．00 kg/hm2和硫酸鉀（含氧化鉀52%）7．00 kg/hm2。

1．3 數據處理

2020年5月，每模式各設置3 個10 m×10 m 樣地，每樣地內以S 型均勻分布5 個點。核桃、十大功勞和黃花梨為深根性樹種，農作物根系普遍在30 cm以內，故在土壤0 ～30 cm 處取樣。同一樣地混合取樣1 kg。采用四分法將土樣分成兩份。一份為鮮樣，用于測定硝態N和銨態N含量，采用硫酸鉀浸提法，連續流動分析儀測定；另一份進行風干處理，用于測定土壤pH 值以及全N、全P、全K、速效P 和速效K含量。土壤pH值采用酸度計法測定；有機質含量采用重鉻酸鉀氧化法測定；全N、全P 和全K 含量采用濃硫酸-高氯酸消煮，全N 含量采用連續流動分析儀測定，全P 含量采用鉬銻抗比色法測定，全K含量采用原子吸收分光光度計法測定；速效P 含量采用NaHCO3提取-鉬銻抗比色法測定；速效K 含量采用中性乙酸銨提取-原子吸收分光光度計法測定[7]。采用Excel和SPSS軟件進行數據分析。

2 結果與分析

2．1 土壤pH值

不同套種模式間土壤的pH 值均差異顯著（P＜0．05）（圖1）。土壤的pH 值在核桃×十大功勞×黑豆模式下最高（6．30）；其次為核桃×十大功勞×黃花梨模式（6．10）和核桃×十大功勞×黃豆模式（5．60）；核桃×十大功勞×玉米模式下最低（5．25）。

圖1 4種套種模式下土壤的pH值Fig.1 Soil pH value of four interplanting models

2．2 土壤有機質含量

土壤的有機質含量在核桃×十大功勞×黃花梨模式下最高（36．00 g/kg），顯著高于其他模式（P＜0．05）；其次為核桃×十大功勞×玉米模式（30．09 g/kg）和核桃×十大功勞×黃豆模式（29．07 g/kg），顯著高于核桃×十大功勞×黑豆模式（25．24 g/kg）（P＜0．05）（圖2）。最高含量是最低含量的1．43倍。

圖2 4種套種模式下土壤的有機質含量Fig.2 Soil organic matter content of four interplanting models

2．3 土壤全N、全P和全K含量

土壤的全N含量在核桃×十大功勞×黃花梨模式下最高（3．00 g/kg），顯著高于其他模式（P＜0．05）；其次為核桃×十大功勞×玉米模式（2．62 g/kg）和核桃×十大功勞×黃豆模式（2．49 g/kg）；核桃×十大功勞×黑豆模式下最低（2．39 g/kg）（圖3）。最高含量是最低含量的1．26倍。

圖3 4種套種模式下土壤的全N含量Fig.3 Soil total N content of four interplanting models

土壤的全P含量在核桃×十大功勞×黑豆模式下最高（2．18 g/kg），顯著高于其他模式（P＜0．05）；其次為核桃×十大功勞×玉米模式（1．75 g/kg）、核桃×十大功勞×黃花梨模式（1．71 g/kg）和核桃×十大功勞×黃豆模式（1．52 g/kg），3 者間差異不顯著（圖4）。最高含量是最低含量的1．43倍。

圖4 4種套種模式下土壤的全P含量Fig.4 Soil total P content of four interplanting models

土壤的全K含量在核桃×十大功勞×黑豆模式下最高（23．11 g/kg），其次為核桃×十大功勞×玉米模式（21．38 g/kg），兩者間差異不顯著，均顯著高于核桃×十大功勞×黃豆模式（13．87 g/kg）和核桃×十大功勞×黃花梨模式（11．57 g/kg）（P＜0．05）（圖5）。

圖5 4種套種模式下土壤的全K含量Fig.5 Soil total K content of four interplanting models

2．4 土壤速效養分含量

土壤銨態N 含量在核桃×十大功勞×玉米模式下最高（11．64 mg/kg），其次為核桃×十大功勞×黃花梨模式（11．62 mg/kg），兩者間差異不顯著，均顯著高于其他兩種模式（P＜0．05）；核桃×十大功勞×黃豆模式（9．88 mg/kg）和核桃×十大功勞×黑豆模式（8．25 mg/kg）間差異顯著（P＜0．05）（圖6）。最高含量是最低含量的1．41倍。

圖6 4種套種模式下土壤的銨態N含量Fig.6 Soil ammonium N content of four interplanting models

不同套種模式間土壤硝態N 含量均差異顯著（P＜0．05）（圖7）。土壤硝態氮含量在核桃×十大功勞×玉米模式下最高（52．35 mg/kg）；其次為核桃×十大功勞×黑豆模式（32．53 mg/kg）和核桃×十大功勞×黃花梨模式（27．14 mg/kg）；核桃×十大功勞×黃豆模式下最低（20．49 mg/kg）。最高含量是最低含量的2．55 倍。

圖7 4種套種模式下土壤的硝態N含量Fig.7 Soil nitrate N content of four interplanting models

不同套種模式間土壤速效P 含量均差異顯著（P＜0．05）（圖8）。土壤速效P含量在核桃×十大功勞×黑豆模式下最高（102．36 mg/kg）；其次為核桃×十大功勞×玉米模式（49．90 mg/kg）和核桃×十大功勞×黃花梨模式（37．63 mg/kg）；核桃×十大功勞×黃豆模式下最低（18．59 mg/kg）。最高含量是最低含量的5．51倍。

土壤速效K含量在核桃×十大功勞×黑豆模式下最高（106．15 mg/kg），顯著高于其他模式（P＜0．05）；其次為核桃×十大功勞×玉米模式（77．11 mg/kg）和核桃×十大功勞×黃花梨模式（58．39 mg/kg），顯著高于核桃×十大功勞×黃豆模式（46．48 mg/kg）（P＜0．05）（圖9）。最高含量是最低含量的2．28 倍。

圖8 4種套種模式下土壤的速效P含量Fig.8 Soil available P content of four interplanting models

圖9 4種套種模式下土壤的速效K含量Fig.9 Soil available K content of four interplanting models

2．5 主成分分析

不同套種模式下土壤含量的變化趨勢不同，對9 個原始指標進行主成分分析，提取3 個主成分（表1）。第1主成分主要反映速效K、速效P、全P和全K含量，第2 主成分主要反映硝態N 含量，第3 主成分主要反映全N含量。

表1 主成分因子載荷矩陣、特征值及累計貢獻率Tab.1 Principle component loading matrix,eigenvalues and accumulative contribution rate

可以得出主成分表達式：

F1= 0．154ZX1- 0．368ZX2- 0．316ZX3+ 0．110ZX4- 0．338ZX5+0．388ZX6+ 0．401ZX7+0．378ZX8+0．401ZX9

F2=-0．572ZX1+0．001ZX2-0．007ZX3+0．649ZX4+0．366ZX5-0．048ZX6-0．016ZX7+0．324ZX8+0．102ZX9

F3= 0．352ZX1+ 0．425ZX2+ 0．560ZX3+ 0．181ZX4+ 0．259ZX5+0．347ZX6+0．296ZX7-0．039ZX8+0．269ZX9

以每個主成分對應的特征值占所提取主成分總特征值的比例作為權重，得出主成分綜合模型：

F綜= 0．016ZX1- 0．153ZX2- 0．101ZX3+ 0．248ZX4- 0．076ZX5+0．280ZX6+0．286ZX7-0．298ZX8+0．309ZX9

核桃×十大功勞×黑豆模式在第1主成分得分最高，核桃×十大功勞×玉米模式在第2 主成分得分最高，核桃×十大功勞×黃花梨模式在第3主成分得分最高（表2）。綜合主成分表現為核桃×十大功勞×黑豆模式＞核桃×十大功勞×玉米模式＞核桃×十大功勞×黃花梨模式＞核桃×十大功勞×黃豆模式。核桃×十大功勞×黑豆為最佳的套種模式。

表2 不同套種模式主成分得分Tab.2 Principal component scores of different interplanting models

3 結論與討論

土壤pH 值直接影響養分的存在狀態及生物有效性。本研究中，4 種套種模式下，土壤均為弱酸性，在黑豆、黃花梨和黃豆模式下較高，說明豆科植物的根瘤對土壤pH 值有一定調節作用，能平衡土壤的酸堿性，這與江麗娟等[8]的研究結果一致。土壤有機質是土壤中各營養元素特別是氮和磷的重要來源[9]。有機質通過吸附土壤中的離子，使土壤保肥，讓土壤結構變得疏松，改善其物理性狀；有機質含量是評判土壤肥力的重要指標[10]。本研究中，核桃×十大功勞×黃花梨模式下，土壤的有機質含量最高，可能是因為黃花梨種植時間較久，枯枝落葉等經過分解生成有機質，使土壤有機質含量增加，這與葛樂等[11]的研究結果相同。

核桃×十大功勞×黃花梨模式下，土壤的全氮含量最高，可能是因為全氮含量與土壤有機質的積累和分解強度有關[12]。核桃×十大功勞×玉米模式下，土壤的全磷和全鉀含量低于核桃×十大功勞×黑豆模式，其原因可能是玉米對于土壤中磷的需求較高，間作促進玉米吸收磷，導致土壤中磷的含量相對較低[13]。核桃×十大功勞×玉米模式下，土壤的硝態氮和銨態氮含量最高，可能是間作減少了玉米秸稈對氮的吸收與累積，這與葉優良等[14]的研究結果相同。

主成分分析結果顯示，4 種套種模式中，土壤肥力在核桃×十大功勞×黑豆模式下最好，核桃×十大功勞×玉米模式下次之，核桃×十大功勞×黃豆模式下最低。核桃×十大功勞×黑豆模式可作為鳳山縣主要的核桃林下套種模式進行推廣，可提高土地利用率，同時帶動當地經濟發展。

本研究僅分析了4種套種模式。在今后的研究中，可試驗更多的套種模式，尋找更具有生態和經濟效益的模式，并對其進行長期觀測，得到更全面的數據。