间作对刺梨园土壤水稳性团聚体及有机碳含量的影响

王 华， 向仰州， 郭 颖， 何 季

(1.贵州省林业调查规划院， 贵州 贵阳 550003； 2.贵州师范学院 地理与资源学院， 贵州 贵阳 550018； 3.贵州大学 农学院， 贵州 贵阳 550025)

刺梨(RosaroxburghiiTratt)为蔷薇科多年生落叶小灌木，其果实富含维生素C及多种人体所需氨基酸，兼具药食功能，刺梨发展前景极其广阔[1]。目前有关刺梨研究主要集中在资源调查[2]、分子育种[3]、丰产栽培[4]、品质评价[5]、食品加工[6]及新药研发[7]等方面，而关于刺梨园间作农作物的报道甚少。因在刺梨盛产期前存在成本投入高而经济回报低的问题，不利于刺梨产业的可持续发展。因此，在刺梨园实施农作物间作，既可对果园起到“以耕代抚”的作用，又可在一定程度上缓解果农的经济压力，逐渐成为刺梨园地表管理手段之一。

果园适宜的间作模式可避免养分的竞争，提高土壤养分状况。土壤中的有机碳可以促进土壤结构的形成，改善土壤物理性质，刺激作物生长。在一定范围内土壤中有机碳含量的多少能反应土壤肥力的高低，因此，可通过测定土壤有机碳含量了解土壤肥力状况。土壤的团聚作用对有机碳起到物理保护作用，而有机碳能够促进团聚体的形成和稳定，尤其在很大程度上影响着土壤水稳性团粒结构的形成与稳定性。鉴于此，通过分析玉米、辣椒与刺梨间作对刺梨园土壤团聚体稳定性及有机碳含量的影响，从而筛选出有利于土壤改良的刺梨间作模式，以期为全面评价和推广适宜的刺梨间作模式提供科技支撑。

1材料与方法

1.1研究区概况

研究区位于贵州省龙里县(东经106°45′18"～107°15′01"，北纬26°10′19"～26°49′33")，属亚热带季风湿润气候，海拔多为1 280～1 500 m。年均温13.9℃，年无霜期280 d，年降雨量1 088 mm，年均日照 1 060～1 265 h。土壤类型以黄壤为主。

1.2试验材料

供试刺梨为贵农5号，4年生；玉米为本地常规种植的粘玉米，辣椒为本地常规种植菜椒。

1.3试验设计

选取4年生刺梨园为研究对象，刺梨贵农5号的株行距为2 m×3 m。设3种种植模式：刺梨清耕单作，于2016年4月、6月和8月及时对刺梨园作全园除草；刺梨-玉米间作，刺梨园行间种植玉米的行距为0.4 m、株距为0.3 m；刺梨-辣椒间作，刺梨园行间种植辣椒密度与玉米相同。每种模式设3个重复，小区面积均为225 m2。试验期间参照《刺梨培育技术规程》(LY/T 2838-2017)对所有小区进行统一施肥管理。

1.4试验方法

1.4.1样品采集与处理于2016年9月中旬，以梅花形布点法在各小区内设置5个采样点。在每个采样点选取1个80 cm×80 cm样方，清除地表杂物后，挖取长约60 cm、宽约60 cm、深约60 cm的土壤剖面，分别采集0～20 cm和20～40 cm土层原状土样约2 000 g，置于硬质塑料盒中，保持原状土壤结构运回实验室后，将采集的原状土样摊开于通风处，待土壤含水量达塑性极限时，沿土壤自然裂隙轻轻掰成10 mm左右的小土团，混合均匀后采用四分法采集各层次的混合样，剔除根系、石头等杂物，在阴凉处风干备用[8]。

1.4.2样品分析土壤水稳性团聚体采用湿筛法测定[9]。湿筛时将称好的土样200 g放于孔径为5 mm、2 mm、1 mm、0.5 mm和0.25 mm的套筛上并放入桶中，待土样浸润后顶部盖上筛盖，用振荡式机械筛分仪以30 r/min的频率震荡30 min后拿出套筛，收集套筛及桶中土样于铝盒中，在105℃下烘干后称量记录数据，并将烘干后的各级水稳性团聚体磨碎过100目筛。采用重铬酸钾氧化-外加热法测定土壤团聚体有机碳含量，用烘干法测定土壤吸湿水[10]。

ELT=(WT-WR0.25)/WT×100%

式中：Wi为第i粒级团聚体质量所占的百分含量(%)；di为i级团聚体的平均直径(mm)；dmax为团聚体的最大粒径(mm)；W(δ

1.5数据统计

采用Microsoft Excel 2016整理数据，运用DPS 16.05[18]对数据作方差分析和多重比较，并用LSD法进行显著性检验。

2结果与分析

2.1间作对刺梨园土壤水稳性团聚体组成及稳定性的影响

2.1.1组成由表1看出，0～20 cm土层，各处理土壤团聚体在粒级<0.25 mm的占比最高，均显著高于其他粒级；>5 mm粒级的占比最低。说明，>5 mm粒级的土壤抗水蚀能力、通气性、蓄水及养分的保存不理想。在粒级>5 mm、5～2 mm、2～1 mm及0.5～0.25 mm的团聚体占比均呈刺梨-玉米间作>刺梨-辣椒间作>刺梨清耕单作；在1～0.5 mm粒级呈刺梨-辣椒间作>刺梨-玉米间作>刺梨清耕单作；在<0.25 mm粒级呈刺梨清耕单作>刺梨-辣椒间作>刺梨-玉米间作。>5 mm、5～2 mm和2～1 mm粒级的间作处理均显著高于单作处理。说明，间作有利于提高土壤大团聚体的比例，从而提高土壤的抗侵蚀、通气、透水及保肥能力，进而改善土壤状况。

20～40 cm土层，3种种植模式团聚体占比在>5 mm粒级的最低，在<0.25 mm粒级的最高，即3种种植模式在>5 mm粒级的团聚体比重不大，即土壤通气性、蓄水、保肥及抗水蚀能力不好。在5～2 mm、2～1 mm、1～0.5 mm及0.5～0.25 mm粒级的土壤团聚体占比均呈刺梨-辣椒间作>刺梨-玉米间作>刺梨清耕单作，且刺梨-辣椒间作在5～2 mm、2～1 mm和1～0.5 mm粒级均显著高于刺梨-玉米间作和刺梨清耕单作；在>5 mm粒级为刺梨-玉米间作>刺梨-辣椒间作>刺梨清耕单作；在<0.25 mm粒级为刺梨清耕单作>刺梨-玉米间作>刺梨-辣椒间作，且刺梨-玉米间作和刺梨清耕单作显著高于刺梨-辣椒间作。说明，刺梨-辣椒间作的土壤大团聚体比重较大，土壤结构较好；刺梨清耕单作的土壤大团聚体占比最低。

表1间作下刺梨园土壤不同团聚体粒级的占比

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

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

注：同一土层中同一列不同小写字母表示差异显著(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稳定性从表2可看出3种种植模式下刺梨园土壤团聚体的稳定性指数变化情况。

1) 水稳性团聚体含量。0～20 cm和20～40 cm土层中，≥0.25 mm水稳性团聚体含量 (WR0.25)分别为35.59%～46.51%和24.89%～55.21%，间作均显著大于单作。在0～20 cm土层，刺梨-玉米间作的WR0.25较刺梨-辣椒间作高，但差异不显著；在20～40 cm土层，刺梨-辣椒间作的WR0.25显著高于刺梨-玉米间作。

2) 不稳定团粒指数。在0～20 cm和20～40 cm土层，2种间作模式的土壤不稳定团粒指数(ELT)均显著低于单作，其中，0～20 cm土层中2种间作的ELT较接近，20～40 cm土层中刺梨-辣椒间作的ELT显著小于刺梨-玉米间作的。

3) 平均质量直径。在0～20 cm土层，土壤团聚体平均质量直径(MWD)呈刺梨-玉米间作>刺梨-辣椒间作>刺梨清耕单作，且刺梨-玉米间作的MWD均显著高于刺梨-辣椒间作和清耕单作；在20～40 cm土层，MWD呈刺梨-辣椒间作>刺梨-玉米间作>刺梨清耕单作，且三者间两两存在显著差异。

4) 几何平均直径。在0～20 cm和20～40 cm土层，刺梨-玉米间作和刺梨-辣椒间作的几何平均直径(GMD)较清耕单作分别增加23.26%和13.95%与22.22%和61.11%，且两两间差异显著。

5) 分形维数。在0～20 cm土层，各处理的分形维数呈刺梨清耕单作>刺梨-玉米间作>刺梨-辣椒间作，两间作均显著低于单作，2种间作间差异不显著；在20～40 cm土层，各处理的分形维数呈刺梨清耕单作>刺梨-玉米间作>刺梨-辣椒间作，且3种模式两两间均存在显著差异。

表2 间作下刺梨园土壤团聚体的稳定性指数

2.2间作对刺梨园土壤团聚体有机碳含量的影响

从表3可知，在0～20 cm土层，刺梨-玉米间作与刺梨-辣椒间作的有机碳含量均在0.5～0.25 mm粒级最低，表明刺梨园在此粒级的土壤保肥能力较低，养分易流失。在>5 mm、5～2 mm和2～1 mm粒级处刺梨-玉米间作显著高于刺梨-辣椒间作和刺梨清耕单作，2种间作模式间差异显著；在1～0.5 mm、0.5～0.25 mm及<0.25 mm粒级中2种间作模式间差异不显著。各粒级团聚体的有机碳含量均呈刺梨-玉米间作>刺梨-辣椒间作>刺梨清耕单作。说明，间作有利于提高刺梨园土壤有机碳含量，从而提高土壤保肥能力进而改善刺梨品质及产量。

在20～40 cm土层，在5～2 mm、2～1 mm及1～0.5 mm粒级的土壤有机碳含量呈刺梨-辣椒间作>刺梨-玉米间作>刺梨清耕单作；在>5 mm、0.5～0.25 mm及<0.25 mm粒级中有机碳含量呈刺梨-玉米间作>刺梨-辣椒间作>刺梨清耕单作。表明，间作有利于促进刺梨园土壤有机碳的形成，从而提高土壤肥力，进而改善作物生长状况。土壤有机碳含量各模式的最大值刺梨-辣椒间作在5～2 mm粒级，刺梨-玉米间作在<0.25 mm粒级，刺梨清耕单作在5～2 mm粒级。表明，在大团聚体中刺梨-辣椒间作与刺梨清耕单作都能保持或提高土壤养分，而刺梨-玉米间作土壤保肥能力较差，土壤养分较易流失。

表3间作下刺梨园土壤水稳性团聚体不同粒级的有机碳含量

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

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

3结论与讨论

3.1结论

间作显著提高刺梨园土壤大团聚体的占比，在≥0.25 mm粒级中，大团聚体各粒级分布在0～20 cm为刺梨-玉米间作最佳，最大值在0.5～0.25 mm粒级，为11.52%；20～40 cm土层为刺梨-辣椒间作最好，最大值在1～0.5 mm粒级，为21.78%。在0～40 cm土层中，不同种植模式的土壤团聚体占比在<0.25 mm粒级的均显著高于其他粒级，均以>5 mm粒级的最低。间作提高了土壤大团聚体的占比，在不同土层各粒级分布不同。

与刺梨园清耕单作相比，2种间作模式均提高≥0.25 mm水稳性团聚体含量、平均质量直径和几何平均直径，降低不稳定团粒指数和分形维数。

2种间作模式较单作均显著提高刺梨园土壤有机碳含量。不同间作模式在不同土层中各粒级均大于刺梨清耕单作。在≥0.25 mm粒级中，0～20 cm土层为刺梨-玉米间作对土壤有机碳含量提高作用最大，最大值在>5 mm粒级，为31.20 g/kg，较刺梨-辣椒间作的高8.88 g/kg；20～40 cm土层为刺梨-辣椒间作作用效果较明显，最大值在5～2 mm粒级，为24.87 g/kg，较刺梨-玉米间作的高1.88 g/kg。

3.2讨论

3.2.1不同间作模式对刺梨园土壤团聚体分布的影响土壤团聚体是组成土壤结构基本单元及肥力的重要部分，具有力稳性、孔性和水稳性，其质量和数量对土壤理化性质及生物学特性都有极大影响，为果树生长发育所必需条件之一。试验得出，在不同土层深度下3种模式的土壤团聚体占比都有明显变化，且都在<0.25 mm粒级处显著高于其他粒级，在>5 mm粒级为最低，说明在此粒级土壤抗水蚀能力、通气性、蓄水及保肥能力较差。土壤大团聚体占比在0～20 cm土层多为刺梨-玉米间作>刺梨-辣椒间作>刺梨清耕单作；在20～40 cm土层多为刺梨-辣椒间作>刺梨-玉米间作>刺梨清耕单作。说明，间作可提高土壤中大团聚体的占比，从而使土壤具有良好的结构，改善土壤的通气及透水状况，保持并提高土壤肥力，使刺梨拥有良好的生长状况从而提高刺梨的品质及产量。

3.2.2不同间作模式对刺梨园土壤团聚体稳定性的影响研究发现，刺梨园间作显著增加≥0.25 mm的水稳性团聚体含量、团聚体平均质量直径、团聚体几何平均直径，显著降低不稳定团粒指数和团聚体分形维数，明显提高大团聚体的含量和稳定性[11]。究其原因：一是间作玉米、辣椒过程中施用的有机肥提高了土壤有机质含量，从而促进土壤大团聚体的形成；二是间作增加了新鲜有机物质的输入[19]，植物根系、土壤动物、微生物及其代谢产物，如总糖和有机酸等[20]，为团聚体的胶结提供了物质基础。

3.2.3不同间作模式对刺梨园土壤团聚体有机碳含量的影响试验得出，0～20 cm土层，各粒级的土壤团聚体有机碳含量均呈刺梨-玉米间作>刺梨-辣椒间作>刺梨清耕单作，且2种间作模式均显著高于刺梨清耕单作，表明，刺梨-玉米间作比刺梨-辣椒间作更能提高土壤肥力。20～40 cm土层，2种间作模式的土壤有机碳含量均高于单作，但趋势不统一。在上下土层中不同间作模式有机碳含量的不同可能是由于在不同土层中作物所吸收的有机碳含量不一，使有机碳含量在下层土壤中聚集或减少，也可能是腐殖质的数量不同导致。

刺梨园间作玉米、辣椒改善了土壤物理结构，增加了土壤有机碳含量，为刺梨生长提供了良好的土壤环境。因此，在科学的经营管理条件下，幼龄刺梨园间作玉米和辣椒值得推广。