稻草覆蓋對(duì)油茶幼林土壤理化性質(zhì)及油茶生長(zhǎng)的影響

王玉娟，陳永忠，王 瑞，王湘南，彭邵鋒，楊小胡，楊 楊

(1.湖南省林業(yè)科學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙410004；2.江西省林業(yè)科學(xué)院，江西 南昌330032)

油茶Camellia oleifera又叫茶子樹，是中國(guó)特有的食用油料樹種。油茶有2 300余年的栽培歷史。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國(guó)現(xiàn)有油茶林面積為300多萬hm2，分布于南方16個(gè)省(自治區(qū))1 100多個(gè)縣，年產(chǎn)茶油20萬t，占中國(guó)木本食用油料樹種栽培面積的80%以上。油茶經(jīng)濟(jì)價(jià)值高，用途廣，適應(yīng)性強(qiáng)，綜合開發(fā)利用價(jià)值潛力大，是南方丘陵崗地重要的經(jīng)濟(jì)林樹種，被稱為“鐵桿莊稼”“綠色油庫”[1－6]。作物秸稈進(jìn)入土壤并參與土壤生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)，是保持土壤肥力的重要因素。在中國(guó)農(nóng)業(yè)史上，施用有機(jī)物培肥地力至少可以追溯到2 400 a前。中國(guó)的秸稈資源相當(dāng)豐富，可作為改土培肥材料施入土壤的秸稈主要有玉米秸、稻草、麥秸等。自1933年Duley和Russel開始發(fā)展殘茬覆蓋耕作法以來，現(xiàn)在包括秸稈覆蓋在內(nèi)的殘茬覆蓋法幾乎在美國(guó)、加拿大和前蘇聯(lián)的所有氣候條件下都得到了推廣[7]。中國(guó)從20世紀(jì)70年代開始進(jìn)行秸稈覆蓋和免耕研究[8]，并在較多地區(qū)開始實(shí)行殘茬覆蓋減耕免耕、旱地秸稈覆蓋、秸稈覆蓋減耕、草肥覆蓋耕作法、旱地免耕整秸稈半覆蓋技術(shù)等；在南方地區(qū)主要有覆蓋少耕、覆蓋免耕、多熟作物覆蓋少耕技術(shù)等。近年來，通過耕作改制和少免耕及秸稈覆蓋技術(shù)的推廣實(shí)施，人們對(duì)秸稈覆蓋技術(shù)有了更深入的認(rèn)識(shí):秸稈覆蓋在改善生態(tài)環(huán)境，培肥地力，提高資源利用效率和增產(chǎn)增收方面發(fā)揮著重要的作用[9－12]。秸稈覆蓋免耕農(nóng)作是一項(xiàng)重要的農(nóng)業(yè)生態(tài)管理體系。長(zhǎng)期秸稈覆蓋免耕下土壤性質(zhì)的變化及作物產(chǎn)量可以反映這一系統(tǒng)的可持續(xù)性[8，12]。由于油茶主要栽植于南方低丘崗地，產(chǎn)區(qū)多是亞熱帶季風(fēng)氣候，其土壤黏重板結(jié)，土壤養(yǎng)分含量低，結(jié)構(gòu)不協(xié)調(diào)，通氣透水性差；春夏多雨，撫育經(jīng)營(yíng)會(huì)帶來水土流失，使土層變薄，土地生產(chǎn)力下降。這些都影響了油茶幼林的生長(zhǎng)。稻草覆蓋一方面改善了土壤結(jié)構(gòu)，使土壤疏松多孔，增強(qiáng)了土壤導(dǎo)水性，使降水下滲速度加快，能把水分儲(chǔ)存于土壤深層，從而有效減少土壤蒸發(fā)，保水保墑，另一方面阻擋了太陽光直接照射地面，具有降溫的作用，溫度的降低不僅能減少土壤水分的無效蒸發(fā)，達(dá)到保墑的目的，而且能為油茶生長(zhǎng)創(chuàng)造更適宜的土壤環(huán)境。因此，對(duì)油茶幼林實(shí)施稻草覆蓋具有重要的理論和實(shí)際意義。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于湖南省長(zhǎng)沙市南郊雨花區(qū)湖南省林業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)林場(chǎng)(28°06′40″N ，113°01′30″E)，屬低丘崗地地貌，最高海拔為50～108 m。試驗(yàn)地為山坡地，東北坡向，坡度25°。當(dāng)?shù)啬昶骄鶜鉁貫?7.5℃，1月平均氣溫4.6℃，7月平均氣溫28.6℃，極端最高氣溫42.7℃，極端最低氣溫－10.4℃，年平均降水量1 378 mm，年平均相對(duì)濕度81%，年日照時(shí)數(shù)1 815 h，全年無霜期275 d。屬亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候，氣候溫和，四季分明[13]。土壤系第四紀(jì)紅色黏土發(fā)育的酸性紅壤，土層較深厚，大多在1 m左右，但多石礫，pH 4.5～5.5。試驗(yàn)地面積約為14 hm2，2005年春采用撩壕方式造林。

1.2 試驗(yàn)材料

2年生油茶幼林，林分株行距2 m×3 m，密度為1 665株°hm－2，造林后采用正常的周年撫育施肥管理措施，試驗(yàn)施入肥料水平:復(fù)合肥165 kg°hm－2。覆蓋材料:稻草為當(dāng)年風(fēng)干后的未粉碎早稻秸稈。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)5個(gè)處理:處理A稻草覆蓋用量為3.0 t°hm－2；處理B稻草覆蓋用量為4.5 t°hm－2；處理C稻草覆蓋用量為6.0 t°hm－2；處理D稻草覆蓋用量為7.5 t°hm－2； 處理E無覆蓋稻草。稻草覆蓋時(shí)間為2007年11月，覆蓋后一直留在地表，讓其自然腐爛。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3次，各個(gè)小區(qū)面積均為80 m2。所選油茶在樹高、冠幅等方面基本一致。

1.4 試驗(yàn)方法

土壤樣品的采集:2008年3月開始采用多點(diǎn)取樣法對(duì)試驗(yàn)地按0～10，10～20，20～40 cm土層進(jìn)行分層取樣。土壤樣品的測(cè)定均按土壤常規(guī)理化方法測(cè)定[14]。其中土壤容重采用環(huán)刀法測(cè)定；土壤水分采用烘干稱重法測(cè)定；有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀-硫酸(K2Cr2O7-H2SO4)消煮，硫酸鐵容量法測(cè)定；全氮采用凱氏消化、蒸餾滴定法測(cè)定；全磷采用氫氧化鈉熔融，鉬藍(lán)比色法測(cè)定；水解氮采用擴(kuò)散吸收滴定法測(cè)定；速效磷采用氟化銨-鹽酸浸提，鉬藍(lán)比色法測(cè)定；速效鉀采用中性醋酸銨浸提，火焰光度法測(cè)定。土壤微生物測(cè)定采用稀釋平板測(cè)數(shù)法。

生長(zhǎng)量的測(cè)定包括樹高、冠幅、發(fā)梢數(shù)、稍長(zhǎng)及葉片數(shù)。實(shí)驗(yàn)開始后，隔1個(gè)月對(duì)幼林的樹高和冠幅進(jìn)行測(cè)量并記錄結(jié)果；隔10 d對(duì)幼林新稍發(fā)梢數(shù)、稍長(zhǎng)及葉片數(shù)進(jìn)行觀察并記錄。

1.5 數(shù)據(jù)處理

將所有測(cè)定數(shù)據(jù)利用Excel 03版和SPSS 12.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析及圖形處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 稻草覆蓋對(duì)油茶林地土壤水分的影響

0～20 cm土層油茶林地土壤水分含量的測(cè)定結(jié)果見圖1。從2008年3月到2008年11月，所有處理的土壤含水量變化的總趨勢(shì)是一致的，呈先升高后降低的趨勢(shì)，且分界線均在6月份。覆蓋地的土壤含水量均高于對(duì)照。在氣溫高、降水偏少而蒸發(fā)量大的7－9月間，覆蓋對(duì)油茶土壤的保墑效果更加明顯。處理D土壤含水量為17.59%，是對(duì)照的126.4%；處理C土壤含水量為15.94%，是對(duì)照的114.5%；處理B土壤含水量為15.36%，是對(duì)照的110.4%；處理A土壤含水量為14.88%，是對(duì)照的106.9%；可見土壤含水量的多少與覆草量有關(guān)，即隨著覆草量的增加土壤含水量也逐漸而增加。

表1為2008年3－11月各處理不同土層土壤水分的平均值。覆草對(duì)0～40 cm的土壤水分都有影響，但隨著土壤深度的增加，影響效果越來越小。0～10cm和10～20 cm土層，各覆草處理的土壤水分含量均顯著高于對(duì)照，土壤水分含量分別平均高出對(duì)照10個(gè)百分點(diǎn)和9個(gè)百分點(diǎn)； 20～40 cm土層，只有處理D和處理C的土壤水分含量均顯著高于對(duì)照，平均高出對(duì)照3個(gè)百分點(diǎn)以上。

圖1 0～20 cm土層土壤水分變化Figure 1 Changes in soil water in 0－20 cm of soil depth

2.2 稻草覆蓋對(duì)油茶林地土壤容重、總孔隙度的影響

2008年11月在覆草1 a對(duì)土壤耕層測(cè)定表明:稻草覆蓋后土壤總孔隙度有所增加，但不顯著；各覆草處理的土壤容重則顯著降低(表2)。與對(duì)照相比，0～10 cm土層，處理A，處理B，處理C和處理D的土壤容重分別下降了0.03，0.05，0.08和0.09 g°cm－3，平均降幅為4.7%；10～20 cm土層，處理A，處理B，處理C和處理D的土壤容重分別下降了0.01，0.01，0.03和0.04 g°cm－3，平均降幅為1.81%。可見，覆草對(duì)0～10 cm土層土壤容重的影響要大于10～20 cm土層。

土壤孔隙度與土壤容重呈負(fù)相關(guān)，即容重愈小，孔隙度愈大。試驗(yàn)得知，與對(duì)照處理相比較，0～10 cm土層，處理A，處理B，處理C和處理D的土壤總孔隙度分別提高了0.81%，1.67%，2.86%和3.09%； 10～20 cm土層，處理A，處理B，處理C和處理D的土壤總孔隙度分別提高了 0.47%，0.57%，1.10%和1.62%。

表1 不同處理的土壤含水量隨土壤深度的變化Table 1 Changes in soil water of different treatments with soil depth

表2 不同處理的土壤容重和孔隙度隨土壤深度的變化Table 2 Changes in soil bulk density and porosity of different treatments with soil depth

2.3 稻草覆蓋對(duì)油茶林地土壤肥力的影響

2.3.1 稻草覆蓋對(duì)林地土壤有機(jī)質(zhì)的影響 有機(jī)質(zhì)是土壤養(yǎng)分的重要來源。本研究的結(jié)果表明:覆草6.0 t°hm－2和7.5 t°hm－2均能顯著地提高土壤有機(jī)質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(表3)，提高幅度分別為45.45%和62.99%，而且隨著覆草量的增加，土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨之增加。處理A和處理B土壤有機(jī)質(zhì)也分別增加了20.97%和35.36%，但差異不顯著。

2.3.2 稻草覆蓋對(duì)林地土壤全氮、全磷的影響 試驗(yàn)結(jié)果表明(表3):油茶林地不同覆草量均能顯著提高林地土壤的全氮和全磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)(P＜0.05)，而且隨著覆草量的增加，土壤全氮、全磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)也隨之增加；與對(duì)照相比，處理 A，處理 B，處理 C，處理D的全氮、全磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別提高20.09%，32.38%，53.62%，67.24%和7.43%，22.30%，29.01%，39.55%。

2.3.3 稻草覆蓋對(duì)林地土壤速效養(yǎng)分的影響 土壤速效養(yǎng)分是植物可以從土壤中直接吸收利用的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)。表3的結(jié)果表明:不同覆草量均能顯著提高林地土壤的速效氮和速效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)，而且隨著覆草量的增加，土壤速效氮和速效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)也隨之增加；與對(duì)照相比，處理A，處理B，處理C，處理D的速效氮和速效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別提高8.25%，21.27%，33.50%，47.01%和57.95%，120.51%，169.23%，222.56%。處理C和處理D的速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著高于對(duì)照(P＜0.05)，分別比對(duì)照提高44.62%和58.45%。

表3 覆草對(duì)0～20 cm土層的土壤理化性質(zhì)的影響Table 3 Effects of mulching on physical and chemical properties in 0～20 cm of soil depth

2.4 稻草覆蓋對(duì)油茶林地土壤微生物數(shù)量的影響

2008年3－11月，每月取土樣測(cè)定土壤微生物的數(shù)量，試驗(yàn)結(jié)果顯示(表4):覆草后土壤微生物的數(shù)量顯著高于對(duì)照處理(P＜0.05)，而且土壤微生物的數(shù)量隨著覆草量的增加大體上呈上升趨勢(shì)。

對(duì)照處理0～20 cm土層的細(xì)菌數(shù)量(干土)僅為0.68×105個(gè)°g－1。與對(duì)照相比，處理A，處理B，處理C和處理D處理細(xì)菌數(shù)量分別增加了196.76%，222.18%，214.64%和402.82%，差異均達(dá)到顯著水平(P＜0.05)，真菌數(shù)量分別增加了29.58%，82.33%，114.33%和119.53%，差異均達(dá)到顯著水平(P＜0.05)，放線菌數(shù)量分別增加了57.56%，86.70%，109.20%和144.52%(P＜0.05)。

2.5 稻草覆蓋對(duì)油茶幼林生長(zhǎng)量的影響

覆草能改善土壤的水肥氣熱狀況，改良土壤結(jié)構(gòu)及理化性質(zhì)，增加土壤養(yǎng)分含量，改善根系的吸收狀況，從而為樹體生長(zhǎng)創(chuàng)造了良好的條件，有利于提高樹體的生長(zhǎng)量。

2.5.1 油茶幼林新稍的變化 從表5可以看出:各覆草處理的春梢、夏梢生長(zhǎng)量均顯著高于對(duì)照處理(P＜0.05)。其中:處理A，處理B，處理C，處理D的春梢長(zhǎng)分別比對(duì)照增加了37.15%，39.96%，61.06%和33.83%；夏梢長(zhǎng)分別比對(duì)照增加了10.73%，18.08%，26.94%和45.33%，可見隨著覆草量的增加，夏梢生長(zhǎng)量也隨之增加；除處理A外，處理B，處理C，處理D各處理的秋梢長(zhǎng)均顯著大于對(duì)照(P＜0.05)，分別比對(duì)照增加了9.84%，21.36%，33.86%和38.31%?？梢钥闯?隨著覆草量的增加夏梢和秋梢的生長(zhǎng)量也隨之增加，說明覆草量的多少對(duì)幼林新稍的影響程度有所不同，但春梢的生長(zhǎng)量表現(xiàn)為:處理C＞處理B＞處理A＞處理D＞處理E。處理D的新稍生長(zhǎng)量反而低于其他3個(gè)覆草處理，原因可能與稻草的腐熟程度有關(guān):春季由于處理D覆蓋的稻草過厚，腐熟進(jìn)度要慢于較薄的稻草；但隨著溫度的逐漸升高及土壤微生物活動(dòng)的加強(qiáng)，稻草得以完全分解，故覆蓋量大的處理D夏梢及秋梢生長(zhǎng)量好于其他覆草處理。

2.5.2 稻草覆蓋對(duì)油茶幼林樹高的影響 為期1 a的觀察結(jié)果顯示:不論是覆草還是不覆蓋，油茶幼林樹高凈生長(zhǎng)率的整體變化趨勢(shì)都基本一致(圖2)。油茶幼林樹高的年生長(zhǎng)發(fā)育中有4個(gè)生長(zhǎng)高峰期，分別出現(xiàn)在12月、4月、6月和9月，其中6月各處理的樹高凈生長(zhǎng)率都達(dá)到最大，分別為10.40%，8.70 %，21.00%，14.80%和12.80%。

表4 覆草對(duì)0～20 cm土層土壤微生物數(shù)量的影響Table 4 Effect of mulching on the soil actinomycetes numbers

表5 覆草處理對(duì)油茶新梢生長(zhǎng)的影響Table 5 Effect of mulching on the growth of new shoots of Camellia oleifera

從表6中可以看出:與對(duì)照相比，覆草能提高油茶幼林樹高的增長(zhǎng)幅度，但均不顯著，原因可能與油茶幼苗的年度高生長(zhǎng)規(guī)律有關(guān)，即3年生油茶可能受天氣等原因(2008年雪災(zāi))的影響使當(dāng)年的樹高生長(zhǎng)量低于正常水平，從而使覆草對(duì)樹高的影響效果也不夠明顯，這需要繼續(xù)進(jìn)行覆草試驗(yàn)并進(jìn)行深入的研究。處理A，處理B，處理C，處理D不同覆草量的樹高年增加幅度分別為40.00%，42.23%，46.11%，44.25%；對(duì)照為38.50%。

圖2 覆草對(duì)油茶樹高凈生長(zhǎng)率的影響Fagure 2 Effect of mulching on net growth rate of Camellia oleifera trees

表6 覆蓋稻草對(duì)樹高的影響Table 6 Effect of mulching on tree heights

3 討論

紅壤土質(zhì)黏，通氣透水性差，保水能力差，又受降水影響，0～20 cm表層土壤水分變化大，20～40 cm底土的水分變化較小，常易缺水干早。試驗(yàn)表明:①覆草能起到截留雨水、蓄水和減緩?fù)寥浪终舭l(fā)速度的作用，同時(shí)還可以避免水土沖刷流失和地面徑流流溝的形成。在試驗(yàn)期間，覆草處理的0～40 cm土壤含水量均高于對(duì)照，但隨著土壤深度的增加，影響效果越來越??；覆草林地0～20 cm土層的土壤含水量各月皆高于未覆草地，在氣溫高、降水偏少而蒸發(fā)量大的7－9月間，覆草對(duì)油茶土壤的保墑效果更加顯著。②稻草覆蓋后，油茶園土壤中肥力有所提高。0～40cm土層有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)及全氮、全磷、全鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)皆有不同程度的提高，且都隨覆草量的增加而升高。同時(shí)，各覆草處理中堿解氮、速效磷、速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)也明顯增加。有機(jī)物質(zhì)分解釋放出的氮、磷、鉀等礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)一方面供給果樹生長(zhǎng)需求，另一方面用于培肥土壤，提高土壤有效養(yǎng)分含量。③覆草在提高土壤養(yǎng)分的同時(shí)，土壤的物理性狀也得到了改善，這主要與土壤有機(jī)質(zhì)的膠體特性及在土壤水穩(wěn)性團(tuán)粒結(jié)構(gòu)形成中的作用有關(guān)。稻草覆蓋物經(jīng)土壤微生物分解后增加了土壤中腐殖質(zhì)，促進(jìn)了土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成，因而可以降低土壤容重，提高土壤孔隙度，有效地改善油茶園土壤結(jié)構(gòu)；同時(shí)覆蓋可減輕雨水對(duì)土表的沖濺而造成結(jié)構(gòu)的破壞，消除陽光暴曬而引起的表土硬結(jié)龜裂，也較長(zhǎng)時(shí)間地保持了土壤良好的結(jié)構(gòu)。④覆草改善了林地土壤溫度、水分、熱量及土壤結(jié)構(gòu)，為微生物的生長(zhǎng)與繁殖提供了環(huán)境條件，再加上稻草經(jīng)日曬雨淋，不斷腐爛、分解、礦化，提高了土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)，這些都有利于土壤微生物的繁殖與活動(dòng)。⑤通過1 a的跟蹤觀察，覆草對(duì)幼林的春梢長(zhǎng)、夏梢長(zhǎng)、秋梢長(zhǎng)和樹高都有提高作用，作用大小隨覆蓋量的增加而增加。

4 結(jié)論

稻草覆蓋量的多少會(huì)影響覆蓋的效果，過少不能很好地發(fā)揮稻草覆蓋的作用，達(dá)不到預(yù)期的種種效益。本試驗(yàn)證明稻草覆蓋量7.5 kg°hm－2對(duì)油茶林地土壤理化特性及幼林生長(zhǎng)量的效果最佳，但繼續(xù)增加稻草覆蓋量對(duì)林地的影響是正是負(fù)，還需要進(jìn)一步研究。

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