賀軍軍，姚艷麗，張華林，戴小紅，羅 萍

(中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院湛江實驗站/廣東省旱作節(jié)水農(nóng)業(yè)工程技術(shù)中心 廣東 湛江 524013)

【研究意義】橡膠園管理以改良土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤肥力，防止土壤沖刷，創(chuàng)造適于橡膠樹根系生長的群落環(huán)境，滿足對水分、養(yǎng)分和其他條件需求為目的，利于橡膠樹根系的正常發(fā)育，進而影響橡膠樹的生長和產(chǎn)量。在橡膠樹幼齡期原有的植物群體環(huán)境被破壞，新的群體環(huán)境尚未形成，對不良環(huán)境抵抗力較差。膠園覆蓋(特別是幼齡膠園)是膠園生態(tài)系統(tǒng)重要的生物調(diào)控措施之一[1-2]，既可抑制茅草和其它雜草，也可快速與膠樹形成新的群落環(huán)境，提高對不良環(huán)境抵抗力，形成對幼齡膠樹有利的生長環(huán)境。橡膠樹與覆蓋綠肥形成的群落環(huán)境可防止水土流失、改變土壤物理性質(zhì)、改變土壤肥力、提高酶活力和微生物活性、改變膠樹生長[3-13]?！厩叭搜芯窟M展】柱花草(StylosanthesguianensiasSW.)是多年生草本植物，株叢高60～120 cm，根系發(fā)達，適宜膠果園套種作飼料或綠肥用，是水土保持、改良土壤的優(yōu)良覆蓋作物，對保持生態(tài)平衡有很大的意義[14]。膠果園覆蓋柱花草研究顯示：由于光照、水分競爭和病害影響，中、成齡膠園不適宜覆蓋柱花草，僅在幼齡膠園適宜覆蓋[15-16]，幼齡膠園覆蓋柱花草使橡膠園經(jīng)濟效益增加11.71 %[17]，明顯改善火龍果果園土壤物理性狀，增加土壤有機質(zhì)、全氮和堿解氮含量等[18]。柱花草覆蓋對膠果園生態(tài)適應性、土壤理化性質(zhì)和效益等方面的研究多為短期覆蓋試驗結(jié)果，覆蓋柱花草多年的研究及對橡膠樹根系生長的影響報道較少?！颈狙芯壳腥朦c】本研究覆蓋柱花草6年后膠園土壤肥力、土壤酶活性和膠樹根系分布等進行調(diào)查，分析覆蓋柱花草多年后膠園土壤養(yǎng)分和根系分布特征，【擬解決的關鍵問題】為科學合理地建立膠園覆蓋柱花草復合系統(tǒng)奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗區(qū)建在廣東省南華農(nóng)場3隊2008年7月種植的橡膠園，膠園為平坦長方形狀，土壤是玄武巖發(fā)育的磚紅壤，橡膠樹種植品種為熱研7-33-97，種植規(guī)格為株距×行距=4 m×6 m，在距橡膠樹行1 m的行間覆蓋熱研5號柱花草。橡膠樹每年施肥3～4次，施肥位置在橡膠樹種植行的樹冠垂直投影到地面的位置，分別在植株2側(cè)輪換施肥，施肥坑為長×寬×深=50 cm×30 cm×40 cm；除柱花草覆蓋區(qū)，其余區(qū)域保持表面無雜草生長。

試驗區(qū)概況：廣東省南華農(nóng)場地處雷州半島南端的徐聞縣中部，地理坐標為北緯20°20′58″～20°28′47″、東經(jīng)110°08′32″～110°16′10″，屬于緩坡地形，海拔50～170 m；屬于南亞熱帶季風氣候，高溫多雨多風、雨季來臨較遲，冬春干旱季節(jié)長，雨量集中，干濕季分明；年平均氣溫22.7 ℃，5-8月為高溫期，平均溫度27.4 ℃，12月至翌年2月為低溫期，平均溫度16.4 ℃；平均降雨量1600 mm左右，年蒸發(fā)量1600 mm左右，常風2～3級，夏秋期間臺風頻繁。土壤絕大部分為玄武巖磚紅壤，風化程度深、土層厚、土質(zhì)黏重。從2008年試驗區(qū)建立后，覆蓋區(qū)與未覆蓋區(qū)在2012-2014年間土壤有機質(zhì)含量不斷提高、速效鉀含量極顯著升高(表1)。

覆蓋材料：熱研5號柱花草(Stylosanthesguianensiscv.Reyan No.5)，為多年生直立草本，適于我國熱帶、南亞熱帶地區(qū)種植，耐干旱、耐酸性貧瘠土；既可作為建植人工草地和改良天然草地的主要牧草品種，又可在林果園種植保持水土。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計 在當年種植的橡膠樹行間覆蓋柱花草(Z)、以保持干凈無雜草為對照(CK)；覆蓋柱花草距橡膠樹種植行1 m的距離不覆蓋；覆蓋柱花草種植后，保持柱花草自然生長與凋落。

1.2.2 樣品采集與指標分析 試驗區(qū)土壤樣品采集采用多點取樣法，挖坡面采集不同土層樣品，同層混合裝袋，帶回實驗室處理備用。根系采集采用挖掘法，取1 m3內(nèi)不同土層土壤中的根系，洗凈晾干表面水分備用。

土壤指標參照鮑士旦主編的《土壤農(nóng)業(yè)化學分析》中的相關方法測定[18]，土壤酶活性參照李振高等主編的《土壤與環(huán)境微生物研究法》中的相關方法測定[19]。根系采用Microtek ScanMaker i800進行掃描，根系分析系統(tǒng)CXY-A進行根系分析。

表1 2012-2014年試驗區(qū)土壤肥力狀況

1.2.3 數(shù)據(jù)分析 試驗數(shù)據(jù)應用Excel 2016軟件進行整理分析、作圖和方差分析，應用SPSS Statistics 17.0軟件進行相關性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 覆蓋柱花草后土壤環(huán)境與肥力狀況

2.1.1 土壤水分與容重 由圖1可以看出，不覆蓋的膠園土壤含水量基本隨著土層的加深在提高，表層土壤水分含量最低；覆蓋柱花草后土壤含水量在10～20 cm土層最低，0～10 cm土層土壤含水量升高，比不覆蓋的高1.36 %、增幅6.13 %，其余土層覆蓋與不覆蓋水分含量基本一致。這是由于土壤調(diào)查時處于雨季，降雨量比較多、且光照強、蒸發(fā)量大，覆蓋柱花草減少了地表蒸發(fā)，保持了土壤表層水分。

由圖2可以看出，不覆蓋的膠園0～10 cm土層土壤容重低于其它深層土壤容重，其余3個層次的土壤容重為1.14 g·cm-3。覆蓋柱花草膠園從表層到深層先升高后下降，10～20 、20～30 cm土層土壤容重高于0～10 、30～40 cm土層的；覆蓋柱花草對10～20 、20～30 cm土層土壤容重比30～40 cm(與不覆蓋深層容重一致為1.14 g·cm-3)分別提高了4.58 %和7.54 %。與不覆蓋相比，覆蓋柱花草對0～10、10～20、20～30 cm和30～40 cm土層土壤容重分別提高了6.74 %、5.58 %、7.72 %和0.35 %，在20～30 cm土層達到顯著差異。

2.1.2 土壤酶活性 土壤轉(zhuǎn)化酶存在于所有土壤中，能酶促蔗糖分子中果糖殘基內(nèi)的β-葡萄糖苷碳原子處的鍵裂解，使蔗糖水解成還原己糖。由圖3可以看出，土壤轉(zhuǎn)化酶活性隨著土層的加深而降低，覆蓋柱花草比不覆蓋的降低幅度小，覆蓋與不覆蓋柱花草0～10 cm土層土壤酶活性分別是10～20、20～30、30～40 cm土層的1.83、2.70、3.44倍與2.31、3.16、5.18倍。覆蓋柱花草提高了土壤轉(zhuǎn)化酶活性，差異不顯著，0～10、10～20、20～30和30～40 cm土層提高幅度分別為84 %、131 %、114 %和177 %。土壤轉(zhuǎn)化酶活性增強，表征土壤熟化程度和肥力水平的提高。由此可以看出，隨著土壤層次的加深、土壤熟化程度在降低；覆蓋柱花草促進了土壤的熟化，對加速深層土壤的熟化作用意義更大。

圖1 覆蓋柱花草不同土層土壤水分含量Fig.1 Soil water content in different layers covering with Stylosanthes

土壤脲酶活性隨著土層的加深而降低，覆蓋柱花草與不覆蓋的降低的幅度基本一致，0～10 cm土層土壤酶活性分別是10～20、20～30、30～40 cm土層的1.18、1.29、1.50倍與1.13、1.20、1.25倍。覆蓋柱花草提高了不同土層土壤轉(zhuǎn)脲酶活性，10～20和20～30 cm土層顯著提升，0～10、10～20、20～30和30～40 cm土層提高幅度分別為84 %、131 %、114 %和177 %。土壤脲酶是一種高度專一的酶，酶促尿素的水解。因此，覆蓋柱花草提高了土壤脲酶活性、加速了N素的轉(zhuǎn)化與利用。

土壤酸性磷酸酶活性隨著土層的加深而降低，20～30、30～40 cm土層酶活性相差很小，覆蓋柱花草比不覆蓋的降低幅度小， 0～10 cm土層土壤酸性磷酸酶活性分別是10～20、20～30、30～40 cm土層的3.09、4.68、4.63倍與2.40、4.57、5.00倍。覆蓋柱花草提高了不同土層土壤酸性磷酸酶活性，10～20 cm土層顯著提升，0～10、10～20、20～30和30～40 cm土層提高幅度分別為63 %、108 %、66 %和50 %。土壤磷酸酶活性能促進有機磷化合物的水解，促進磷的轉(zhuǎn)化與利用。因此，覆蓋柱花草提高了土壤酸性磷酸酶活性，促進土壤磷的轉(zhuǎn)化與利用。

2.1.3 土壤肥力 從表2可以看出，土壤有機質(zhì)含量隨著土層的加深而降低，不覆蓋柱花草的0～10、10～20 cm土層的有機質(zhì)含量一致、各層次相差不大，覆蓋柱花草0～10 cm土層土壤有機質(zhì)含量遠高于其他土層；覆蓋與不覆蓋柱花草0～10 cm土層土壤有機質(zhì)分別是10～20、20～30、30～40 cm土層的1.26、1.38、1.72倍與1.00、1.25、1.42倍。覆蓋柱花草提高了不同土層土壤有機質(zhì)含量、0～10 cm土層極顯著提升、10～20 cm土層顯著提高，0～10、10～20、20～30和30～40 cm土層提高幅度分別為46 %、17 %、33 %和21 %。

圖2 覆蓋柱花草不同土層土壤容重Fig.2 Soil bulk density in different soil layers covering with Stylosanthes

圖3 覆蓋柱花草不同層次土壤酶活性Fig.3 Soil enzyme activities in different soil layers covering with Stylosanthes

土壤全氮和堿解氮含量隨著土層的加深而降低。覆蓋柱花草提高了不同土層土壤全氮和堿解氮含量、未達到顯著水平(除10～20 cm土層堿解氮含量顯著提高、30～40 cm土層堿解氮含量降低外)，0～10、10～20、20～30、30～40 cm土層全氮和堿解氮含量提高幅度分別為8 %、17 %、16 %、5 %與14 %、21 %、13 %、-3 %。

土壤有效磷含量隨著土層的加深而降低(不覆蓋0～10 cm比10～20 cm土層含量低除外)，覆蓋與不覆蓋柱花草0～10 cm土層土壤有效磷含量分別是10～20、20～30、30～40 cm土層的1.23、2.03、5.13倍與0.92、1.81、4.13倍。覆蓋柱花草提高了0～10 cm土層土壤有效磷含量、降低了10～20 cm土層土壤有效磷含量，差異不顯著，對20～30、30～40 cm土層土壤影響較小。

土壤速效鉀含量隨著土層的加深而降低，不覆蓋比覆蓋柱花草的下降幅度大，覆蓋與不覆蓋柱花草0～10 cm土層土壤速效鉀含量分別是10～20、20～30、30～40 cm土層的1.64、2.00、2.26倍與2.08、2.73、2.97倍。覆蓋柱花草提高了10～20、20～30、30～40 cm土層土壤速效鉀含量、差異不顯著， 0～10 cm土層土壤速效鉀含量與不覆蓋一致。

土壤pH值在0～30 cm土層中隨著深度加深而降低，覆蓋柱花草提高了0～10、10～20、20～30 cm土層土壤pH值0.01、0.06、0.04，差異不顯著；不覆蓋30～40 cm土壤pH值最高、覆蓋柱花草pH值比不覆蓋低0.05。從中可以看出，覆蓋柱花草改變了膠園土壤pH值。

表2 覆蓋柱花草不同層次土層土壤肥力狀況

圖4 覆蓋柱花草不同土層橡膠樹根系鮮重Fig.4 Fresh root weight of rubber tree in different soil layer covering with Stylosanthes

2.2 覆蓋柱花草橡膠樹根系生長

2.2.1 根系生物量 從不同層次土壤根系分布來看，在0～40 cm土層中，根系主要分布在0～20 cm土層土壤中，不覆蓋0～20 cm土層中根系鮮重和干重分別占79.48 %和79.53 %、覆蓋的占77.07 %和81.75 %；從根系干重占鮮重比例分析，淺層土壤所占比例小，深層土壤所占比例大，覆蓋與不覆蓋柱花草0～10、10～20、20～30、30～40 cm土層中根系干重占鮮重比例分別為38.44 %、4.12 %、50.25 %、61.54 %與34.08 %、44.62 %、47.45 %、49.53 %，由此可推斷出淺層土壤根系含水量大、木質(zhì)化低，根系活力強。

覆蓋柱花草改變了不同層次土壤中根系的分布與構(gòu)成，同時也增加了根系總量。由圖4可以看出，覆蓋柱花草后根系由不覆蓋的10～20 cm分布為主變?yōu)?～10 cm分布為主，不覆蓋的0～10、10～20 cm土層土壤中根系鮮重和干重分別占0～40 cm總量的22.74 %、56.74 %和20.31 %、54.22 %，覆蓋柱花草的0～10、10～20 cm土層土壤中根系鮮重和干重分別占0～40 cm總量的64.73 %、17.02 %和57.34 %、19.73 %；覆蓋柱花草后0～40 cm土層根系總量增加，鮮重和干重總量分別比不覆蓋的增加了98.07 %和77.11 %；且從干重占鮮重比例分析，覆蓋柱花草后根系干重所占比例小于50 %，比不覆蓋的大幅降低(30～40 cm土層中為61.54 %)，可以推斷得出覆蓋柱花草增加了細根(吸收根)數(shù)量、增強了根系活力，改變了土壤根系結(jié)構(gòu)。

圖5 覆蓋柱花草不同土層橡膠樹根系干重Fig.5 Dry root weight of rubber tree in different soil layer covering with Stylosanthes

2.2.2 根系長度、表面積和直徑等 覆蓋柱花草改變了橡膠樹根系在土壤的空間分布，顯著提高了0～10 cm土層土壤根系的分布，增加了根系長度、表面積和體積，降低了根系平均直徑；顯著降低了10～20 cm土層的根系分布，降低了根系長度、表面積和體積，提高了根系平均直徑(表3)。

2.3 根系分布和酶活性與土壤養(yǎng)分的相關性分析

通過對土壤酶活性、根系分布與土壤養(yǎng)分相關分析發(fā)現(xiàn)：土壤酶活性與土壤有機質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷和速效鉀含量極顯著正相關。橡膠樹根系生物量、表面積和體積與土壤有機質(zhì)、全氮、堿解氮和有效磷含量極顯著正相關，根系直徑大小僅與氮極顯著正相關。由此可以看出，土壤轉(zhuǎn)化酶、脲酶和酸性磷酸酶活性對土壤有機質(zhì)、氮、磷和鉀的轉(zhuǎn)化與利用起著積極作用，可以作為表征土壤肥力狀況的重要因子。增施有機肥、氮、磷和鉀肥可以提高酶活性，增加土壤酶活性；增施有機肥、氮肥和磷肥可促進橡膠樹根系生物量的增加，氮肥促進根系的增粗，鉀肥可促進橡膠樹根系長度和表面積的增加(表4)。

3 討論與小結(jié)

3.1 土壤養(yǎng)分與活性

橡膠園是人為營造的經(jīng)濟林。人為活動極明顯的影響著膠園環(huán)境和土壤肥力狀況，對膠園植物群落的更替起著巨大的作用，而植物群落的更替直接影響膠園生態(tài)環(huán)境、土壤生物群落和肥力的變化。因此，結(jié)合橡膠樹種植區(qū)的優(yōu)越氣候條件和生物循環(huán)特征(即一方面生物的生長和繁殖很快，有機質(zhì)累計的過程長、累積量大，另一方面有機物的腐解速度快，土壤形成的生物小循環(huán)極為迅速，是土壤肥力形成很重要的有利因素)，建立適宜的膠園復合生態(tài)系統(tǒng)，利用覆蓋物生物量的不斷積累和有機物的更新，保持膠園土壤表層有未徹底分解的有機質(zhì)，發(fā)揮應有的保水保肥作用，減少膠園水土流失，防止土壤侵蝕和調(diào)節(jié)膠園生態(tài)與土壤環(huán)境。膠園覆草構(gòu)建的復合膠林生態(tài)系統(tǒng)利用，不斷積累的生物量與凋落物的腐解，提高土壤有機質(zhì)和加速礦質(zhì)元素的轉(zhuǎn)化與利用。吳志祥等[9]在2齡膠園行間覆蓋葛藤1年內(nèi)提高了土壤有機質(zhì)、全氮、速效磷和速效鉀含量和脲酶、磷酸酶活性和多酚氧化酶等活性；趙春霞等[10]在14割齡膠園覆蓋不同綠肥1年不同程度地提高膠園土壤有機質(zhì)、全氮和速效磷等含量，提升了土壤肥力。本研究表明：覆蓋柱花草提高了膠園土壤有機質(zhì)、全氮和堿解氮含量，提高了土壤轉(zhuǎn)化酶、脲酶和酸性磷酸酶活性；并通過相關分析表明：土壤酶活性的提高與土壤有機質(zhì)和氮含量的提高極顯著正相關，而土壤酶活性的提高加速了土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化與利用，熟化了膠園土壤(特別是0～10 cm土層土壤)，更好地為橡膠樹根系生長發(fā)育奠定基礎。

表3 覆蓋柱花草不同層次根系分布狀況

表4 根系特征、土壤酶活性與主要養(yǎng)分含量相關系數(shù)

注：**表示在0.01水平顯著；*在0.05水平顯著。

Note: ** means a highly significant difference at 0.01 level; * means a significant difference at 0.05 level.

3.2 橡膠樹根系

橡膠樹根系具有較強的可塑性，根系環(huán)境因素的輕微變化就會使根系產(chǎn)生較明顯的反應，尤其是根系的生長及其生理功能。可塑性使橡膠樹根系對環(huán)境敏感，易受土壤環(huán)境左右，但也使它更易受技術(shù)措施調(diào)控。橡膠園管理正是基于橡膠樹根系的可塑性和根系土壤環(huán)境的可調(diào)整性展開的。各種增強根系生長的環(huán)境因子和栽培技術(shù)都會促進根系的生長，從而促進整個樹體的生長；這為膠園管理提供了內(nèi)在條件和依據(jù)。1958-1959年華南亞熱帶作物科學研究所橡膠系栽培生態(tài)組研究發(fā)現(xiàn)：表層土壤的物理化學性質(zhì)均比下層土壤的較好，更適合橡膠樹根系的生長，且橡膠樹根系受水肥作用的影響，具有趨肥性[20]。因此，橡膠幼樹根系主要分布在10～30 cm的土層，與成林膠樹根系活力分布情況一致。本研究表明，橡膠園覆蓋柱花草復合系統(tǒng)改變了膠園不同層次土壤的肥力和活性，提高了表層土壤有機質(zhì)和氮含量和酶活性；從而誘導調(diào)節(jié)了橡膠樹根系分布和活性的變化，促進了橡膠樹根系的生長發(fā)育、改變了空間分布、提高了根系活性，根系干重和鮮重分別增加了98.07 %和77.11 %，根系分布從10～20 cm為主變?yōu)?～10 cm為主，根系水分含量大于50 %、細根增加、木質(zhì)化程度降低。這在根系分布指標與土壤養(yǎng)分指標相關分析中得到證實，橡膠樹根系生物量、表面積和體積與土壤有機質(zhì)、全氮、堿解氮和有效磷含量極顯著正相關，與交換性鎂含量顯著相關。

綜上所述，膠園覆蓋柱花草復合系統(tǒng)提高了膠園土壤有機質(zhì)、全氮和堿解氮含量，以及土壤轉(zhuǎn)化酶、脲酶和酸性磷酸酶活性，熟化了膠園土壤，為橡膠樹根系生長奠定了基礎。膠園覆蓋柱花草復合系統(tǒng)促進了橡膠樹根系的生長，改變了根系的分布，提高了根系活性，提高了對土壤養(yǎng)分的吸收與利用。