全 文 ：第 19 卷 第 3 期
Vol. 19 No. 3
草 地 学 报
ACTA AGRESTIA SINICA
2011 年 5 月
M ay. 2011
林地改种牧草对砖红壤物理质量性状的影响
赵庆辉1 , 祝 飞1 , 邓万刚1 , 漆智平2, 吴蔚东1*
( 1. 海南大学农学院, 海南 海口 570228; 2. 中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所, 海南 儋州 571737)
摘要: 选取海南 5 个牧草地样地, 以样地附近立地条件一致的林地为对照, 研究海南热带砖红壤林地改种牧草后土
壤物理性状变化。结果表明:林地改种牧草后土壤平均容重降低 3. 91% , 从 1. 33 g cm- 3下降到 1. 28 g cm- 3 ;
砂粒含量减少 15. 89% , 粘粒和粉粒含量分别增加 17. 08%和 18. 86% ; 微团聚体( 53~ 250 m)和粉粒与粘粒大小
的团聚体( < 53m)含量分别减少 57. 78%和 13. 29% ,大团聚体( > 250 m)含量增加 26. 28% ; 同时, 土壤渗透性
增加 77. 08% , 10 时渗透系数 K10 从平均 0. 96 上升到 1. 70。尽管未能达到显著水平, 但林地改种牧草后各种土
壤物理性状均有一定改善。
关键词: 林地改种牧草; 土壤物理质量性状;砖红壤; 海南
中图分类号: S152 文献标识码: A 文章编号: 1007-0435( 2011) 03-0478-04
Effects on Latosol Physical Properties ChangingWoodland to Grassland in Hainan
ZHAO Q ing-hui1 , ZHU Fei1 , DENG Wan-gang1 , Q I Zh-i ping2 , WU We-i dong1*
( 1. H ainan U nivers ity, College of Agriculture, H aikou, H ainan Province 570228, Chin a;
2. Tropical Crop Genetic Resource Ins titute of Chinese Academ y of T ropical Agricul tu re Science, Dan zhou, Hainan Pr ovin ce 571737, Ch ina )
Abstract: Physical proper ties o f 5 grassland plots and their co rresponding nearby w oodland contro ls w ere
invest ig ated to study the effect of replant ing grass in w oodland on latoso ls in Hainan. M ean soil bulk den-
sity decreased 3. 91% , fr om 1. 33 g cm- 3 to 1. 28 g cm- 3 after replant ing grass in w oodlands. M ean-
while, sand contents decreased 15. 89% in gr asslands. Clay and silt contents increased 17. 08% and
18 86% in gr assland, respect ively. Soil macr o-aggregate ( > 250 m) increased 6. 28%, w hereas soil
micro-aggregate ( 53~ 250 m) and aggregates o f sand and silt( < 53 m) decreased 57. 78% and 13. 29%,
respectively. So il permeability increased 77. 08%. M ean w ater permeability coeff icient ( K10) rose f rom
0 96 to 1. 7 at 10 . This study indicates that replanting grass in w oodlands improved all soil physical
propert ies.
Key words: Land use change f rom forest to gr assland; Soil physical quality property; Latoso l; Hainan
土壤的物理质量评价涉及众多属性,包括容重、
团聚体含量、渗透率、保水性和孔径分布、土壤质地
和结构,以及砾石含量 [ 1]。大量研究表明土地利用
方式改变后土壤物理质量会发生变化: 在半干旱的
黄土高原,退耕还草后土壤容重显著降低,团聚体含
量显著增加[ 2] ; 密苏里州草地与耕地的对比研究显
示草地容重改善,且草地土壤团聚体含量超过耕地
2倍 [ 3] ; A nde等[ 4]在尼日利亚西南部的研究结果显
示牧草地土壤砂粒含量显著低于次生林。目前, 随
着生活水平的提高,对牛羊肉及其奶制品的需求量
增加,很多经济价值不高的林地被改为牧草地发展
畜牧业。海南林地砍伐改为牧场后土壤物理质量的
变化尚无人研究, 因此,本研究以海南儋州、澄迈、琼
中的牧草地为研究对象, 探讨由橡胶林或次生林改
为牧草地之后土壤物理性状的变化, 为合理利用和
正确评价土地利用方式改变对海南砖红壤物理性状
的影响提供依据。
1 材料和方法
1. 1 供试土样
在前期调研的基础上, 选取 5个牧草地样地,具
收稿日期: 2010-10-27;修回日期: 2011- 03-19
基金项目:国家自然科学基金项目 海南热带球囊霉素相关土壤蛋白质及其对土壤结构影响 ( 40761024) ;海南大学 211工程项目 热带作
物遗传育种与生态保育资助
作者简介:赵庆辉( 1986- ) ,男,云南昆明市人,硕士,研究方向为热带土壤质量与管理, E-mail: zhao85986086@ 163. com; * 通讯作者 Au-
thor for correspondence, E-m ail: w dw u@ sohu. com
第 3期 赵庆辉等:林地改种牧草对砖红壤物理质量性状的影响
体情况见表 1。每块样地与对照样地内均按 S 型布
置 6个点,取土样时铲去地表植被或覆盖物, 取 0~
20 cm 土层, 并分别取环刀样, 土样用消毒的土袋装
好带回实验室,以风干样品测定土壤基本性状。
表 1 各样地基本信息
Table 1 Basic info rmation o f plots
编号
No.
地点
L ocat ion
坐标与海拔
Coordinates and alt it ude
地形
T errain
母质
Parent mater ial
土壤
Soil
植草情况
Planting conditions
管理情况
Management
Q Z 琼中种牛场 E 10958
N 1910
201. 80 m
丘陵坡地 花岗岩 砖红壤 2000次生林, 2000 2005年改为热研 2号
柱花草 ( S ty losanthes guianensis cv. Reyan
N o. 2) , 2005 年至今为热研 3号旗草( Bra-
chiaria decumbens cv . Reyan N o. 3)
200亩, 无灌溉,
施用牛粪, 尿素、
磷肥
CM 澄迈文儒镇 E 11003
N 1929
122. 70 m
台地 花岗岩 砖红壤 2003年以前种植橡胶 ( H evea brasi liensis
( Willd. ex A. Juss. ) Muell. A rg ) , 2003
年至今种植王草 ( Pennisetum purp ureum
K. Scbumacb P. ty phoideum Rich)
自然生长
DZ 儋州新盈农场 E 10933
N 1948
67. 90 m
台地 玄武岩 砖红壤 2002年以前种植橡胶, 2002 2005 年种植
荔枝( Li tchi chinensi s Sonn. lit chi) , 2005年
至今种植王草
自然生长
CM 2 澄迈桥头镇 E 11055
N 1930
142. 10 m
台地 花岗岩 砖红壤 荒地, 1999年开始种荔枝
2000年开始间作柱花草
自然生长
DZ2 儋州品资所 E 10930
N 1930
142. 10 m
台地 花岗岩 砖红壤 2004年以前种植橡胶
2004年至今种植雀稗
( Paspal um thunbergii )
无灌溉, 基肥尿
素、氯化钾、钙镁
磷肥
1. 2 测试项目与方法
土壤的容重、渗透性与质地采用常规方法测
定[ 5]。团聚体分组采用湿筛法 [ 6] : 用一组 2 个筛子
(筛孔大小分别为 250 m 和 53 m) ,将大团聚体
( > 250 m)、微团聚体( 53~ 250 m)和粉粒与粘粒
大小的团聚体( < 53 m)分开。将 100 g 土壤放在
250 m 土筛上室温下置于去离子水中 5 min, 在 2
min内以 3 cm 振幅上下移动土筛 50次使团聚体分
离, 2 min 后, 从土筛上将大团聚体轻轻洗入铝盘
中。通过该土筛的水连同土壤注入 53 m 土筛上,
重复上述过程。对< 53 m 的物质进行离心, 上清
液倒掉,将粉粒与粘粒组分洗入另一铝盘中。所有
的组分在 50C 下风干。
1. 3 数据分析
采用 Excel 2003 和 SAS 9. 2 进行计算和统计
分析,差异显著性检验均采用 T-测验法。
2 结果与分析
2. 1 种植牧草对土壤容重和渗透性的影响
种植牧草后土壤容重降低,平均值从 1. 33 g
cm
- 3下降到1. 28 g cm- 3 (表2) ;由 t测验结果可知,
种植牧草后, CM、DZ 和 CM2土壤容重降低,但与对
照相比差异不显著。QZ 处容重显著增加 ( P< 0.
05) ,增加了 25. 23% ,DZ2处基本没有变化。
种植牧草后, 土壤渗透性增强, 10 时渗透系数
K10从平均 0. 96上升到 1. 70(表 2) ; t测验结果显
示,除QZ 外,其余各样地在种植牧草后10 土壤渗
透系数 K10均有上升(表 2) , 但只有 DZ 处土壤渗
透性显著上升( P< 0. 05) ; QZ处渗透性降低 9 28%,
但与对照差异不显著。
2. 2 种植牧草对土壤质地的影响
种植牧草后, 土壤砂粒含量从 58. 15% 降到
50 80% ;粘粒含量从 30. 45%增加到 35. 65%; 同时
粉粒含量也从 11. 40%增加到 13. 55% (表 3)。由 t
测验结果可知, 砂粒含量在种植牧草后, 除 QZ 和
CM2外其余各地均降低, QZ 处砂粒含量增加
5 28% ,但与对照差异不显著(表 3)。种植牧草后
土壤砂粒含量虽然有降低, 但影响不显著。粘粒含
量在种植牧草后, 除 QZ 外其余各地均增加; QZ 处
粘粒含量降低 3. 45%。种植牧草对 CM、DZ、CM2
和 QZ 处土壤粘粒含量的影响不显著; DZ2处粘粒
含量显著增加( P < 0 05)。粉粒含量在种植牧草
后, QZ、CM 和 CM2处降低; DZ 和 DZ2粉粒含量分
别增加 63. 04%和 94. 59% ( P< 0. 05)。种植牧草
对 CM 和 CM 2处土壤粉粒含量的影响不显著; Q Z
处粉粒含量显著降低( P< 0. 05)。
2. 3 种植牧草对土壤团聚体的影响
种植牧草对土壤团聚体的改善作用非常明显,大
479
草 地 学 报 第 19卷
团聚体 ( > 250 m) 平均含量从 50. 76% 增加到
64 10%;微团聚体( 53~ 250 m) 平均含量从 30 20%
减少到19. 14%;粉粒与粘粒大小的团聚体( < 53 m)
平均含量从16. 96%减少到 14. 97%(表4)。
表 2 林地改种牧草后土壤容重和渗透性变化
Table 2 Soil bulk density and so il permeability after r eplant ing g rass in woodland
项目 I tem QZ CM DZ CM2 DZ2 均值 Mean
容重, g cm- 3 草( Grassland) 1. 35 0. 10a 1. 33 0. 08a 1. 06 0. 08a 1. 25 0. 05a 1. 48 0. 17a 1. 28 0. 17a
Bulk density 林( F orest) 1. 07 0. 08b 1. 39 0. 05a 1. 15 0. 13a 1. 31 0. 13a 1. 47 0. 05a 1. 33 0. 13a
土壤渗透性( K 10) 草( Grassland) 2. 91 0. 61a 0. 78 0. 48a 3. 08 0. 55a 1. 68 0. 50a 1. 26 0. 25a 1. 70 0. 39a
Soil permeability 林( F orest) 3. 18 0. 08a 0. 56 0. 23a 0. 96 0. 29b 1. 28 0. 55a 1. 05 0. 34a 0. 96 0. 30a
注: 表中数值均为平均值,不同字母表示两者在 0. 05 水平上差异显著,下同
Not e: All values in the table are mean va lues. Dif ferent small letters indicate signif icant diff erences at the 0. 05 leve1, the same as below
表 3 林地改种牧草后土壤质地变化
Table 3 So il t ex ture after replanting gr ass in w oodland
项目 I tem QZ CM DZ CM2 DZ2 均值 Mean
砂粒含量, % 草( Grassland) 71. 80 0. 76a 70. 80 1. 03a 30. 40 0. 28a 36. 80 1. 70a 65. 20 0. 35a 50. 80 2. 16a
Sand content 林( F orest) 68. 20 1. 92a 73. 40 0. 71a 36. 80 0. 65a 36. 40 0. 10a 86. 00 1. 45a 58. 15 1. 41a
粘粒含量, % 草( Grassland) 17. 40 1. 45a 24. 60 1. 95a 54. 60 1. 48a 43. 00 0. 83a 20. 40 1. 19a 35. 65 1. 00a
Clay content 林( F orest) 18. 00 0. 58a 21. 60 1. 39a 54. 00 0. 94a 39. 60 1. 18a 6. 60 0. 67b 30. 45 0. 70a
粉粒含量, % 草( Grassland) 10. 80 1. 64b 4. 60 0. 34a 15. 00 0. 24a 20. 20 0. 07a 14. 40 1. 67a 13. 55 0. 51a
Silt content 林( F orest) 13. 80 0. 79a 5. 00 0. 39a 9. 20 0. 90b 24. 00 1. 21a 7. 40 0. 34b 11. 40 0. 57a
t测验结果显示, 种植牧草后各样地土壤大团
聚体( > 250 m)含量增加(表 4) ,除 CM2显著增加
外( P< 0. 05) ,其余均未达到显著水平。种植牧草
后各样地微团聚体( 53~ 250 m)含量均显著减少
( P < 0 05) , 降幅从 CM 的 29. 83% 到 CM2 的
48 76%。粉粒与粘粒大小的团聚体( < 53 m)除
DZ2外其余各样地均减少。种植牧草对 CM、DZ 和
DZ2处土壤粉粒与粘粒大小的团聚体( < 53 m)含
量影响不显著; QZ 和 CM2处粉粒与粘粒大小的团
聚体( < 53 m)含量显著降低( P< 0. 05)。
表 4 林地改种牧草后土壤团聚体变化
Table 4 Soil agg r egates after r eplant ing g rass in woodland
项目 It em QZ CM DZ CM2 DZ2 均值M ean
大团聚体( > 250 m)含量, % 草( Grassland) 71. 78 1. 35a 57. 44 0. 58a 72. 05 0. 56a 80. 41 0. 62a 46. 51 1. 18a 64. 10 1. 09a
Large aggregat es ( > 250 m) 林( F orest) 59. 51 1. 93a 47. 39 1. 04a 55. 68 0. 73a 61. 16 1. 10b 38. 80 1. 27a 50. 76 0. 78a
content
微团聚体( 53~ 250 m)含量, % 草( Grassland) 15. 45 0. 82a 21. 50 1. 79a 17. 24 1. 47a 11. 78 1. 28b 26. 04 1. 31a 19. 14 1. 08a
Micro- aggrega tes ( 53~ 250 m) 林( F orest) 22. 27 0. 88b 30. 65 0. 88b 24. 72 0. 45b 22. 99 0. 85a 42. 44 1. 54b 30. 20 1. 80a
content
粉粒与粘粒大小的团聚体 草( Grassland) 11. 80 1. 42a 17. 56 0. 64a 10. 45 0. 71a 6. 25 1. 27a 25. 61 1. 09a 14. 97 0. 49a
( < 53 m)含量, % 林( F orest) 17. 54 0. 59b 18. 93 0. 94a 15. 72 1. 11a 14. 72 1. 25b 18. 48 1. 38a 16. 96 0. 06a
Silt and clay-sized agg regates
( < 53 m) content so il permeability
3 讨论与结论
3. 1 种植牧草能降低土壤容重
本研究中种植牧草后土壤的容重明显降低, 平
均从 1. 33 g cm- 3下降到 1. 28 g cm- 3 (表 2) , 这
是因为草本植物须根系埋藏浅且数量多[ 7] , 草根的
穿插能使土壤颗粒粉碎,土壤孔隙增多, 容重减小;
另一方面,草本植物的凋落物在土壤中易于形成土
壤有机质,直接降低了土壤容重。此外,土壤养分的
增加有利于各种微生物和土壤动物的生存,促进其
活动,增加土壤孔隙, 间接降低了上壤容重。Guo
等[ 2 ]的研究表明,随着牧草的生长,围封 5年后的草
地土壤容重平均从 1. 23 g cm- 3下降到 1. 09 g
cm- 3 ;邵新庆等 [ 8]对内蒙古典型草原群落去除放牧
践踏的干扰后土壤物理性状的研究表明,恢复 6年
和 10年的 0~ 5 cm 土层土壤容重分别为 1. 27 g
cm
- 3和 1. 25 g cm- 3 , 显著低于恢复初期的土壤容
重;韩永伟等 [ 9]对农牧研究交错带地区退耕还草对
480
第 3期 赵庆辉等:林地改种牧草对砖红壤物理质量性状的影响
土壤物理性状的影响研究表明, 种植牧草后 0~ 10
cm 和 10~ 20 cm 土层土壤容重分别降低 11 61%
~ 13. 91%和 8. 86%~ 12. 5%。孙国荣等 [ 10]的研究
发现随着星星草( Puccinel lia tenuif lor a ( Griseb. )
Scribn. )生长年限的增加,土壤容重逐渐降低, 土壤
物理结构越来越好; 秦嘉海等 [ 11]的研究表明河西走
廊荒漠化土壤灰棕漠土上种植苜蓿( Med icago sa-
tiv a)后土壤容重降低到 1. 09 g cm- 3 ; Evrendilek
等[ 12]研究发现在 0~ 20 cm 草地土壤容重比林地低
0. 06 g cm- 3 , 这些均与本研究结果一致。但与
Ande等 [ 4]在尼日利亚的研究发现次生林的土壤容
重比牧草地低 0. 06 g cm- 3不同,因为其研究中牧
草地由于牲畜践踏而压实土壤。也与 Abbasi等 [ 13]
和刘民国[ 14] 等的研究结果不同,因为他们的研究中
均是林地凋落物更丰富的样地。
本研究中 DZ2 处变化不明显, 容重增加了
0 68%(表 2) ,可能是由于样地砂粒含量较高, 种植
牧草也难以改变容重。QZ 处种植牧草容重不降反
而大幅增加 25. 72%, 原因可能是样地为花岗岩坡
地,砂粒含量较高, 牧草地土壤质地坚硬, 且为坡地
的中上部,而对照的次生林在坡底,由于常年雨水的
冲刷使细土粒积聚, 反而比牧草地的容重更高。
3. 2 种植牧草增加土壤团聚体含量
本研究中种植牧草后, 土壤中水稳性团粒的数
量明显增加,大团聚体( > 250 m)含量增加 26. 28%
(表 3)。说明草本植物通过根系的挤压、穿插和分
割作用,促进土块粉碎。同时,根系的分泌物及其死
亡分解后所形成的多糖和腐殖质又能团聚土粒, 使
其形成稳定的团粒结构。Guo 等 [ 2] 的研究显示, 种
植牧草使土壤水稳性团聚体含量增加 30. 60% ; 韩
永伟等 [ 9]对农牧研究交错带地区退耕还草的研究表
明,种植牧草后 0~ 30 cm 土层中> 0. 25 mm 的团
聚体总数平均为 64. 71% , 比小麦( T r it icum aest i-
vum )区大 9. 30%; 秦嘉海等[ 11] 的研究表明河西走
廊荒漠化土壤灰棕漠土上种植苜蓿草后> 0. 25 mm
团粒结构增加 32. 34% ;李会科等[ 15] 研究表明果园
持续种草对土壤团聚体形成有显著作用, 种草 5 年
后> 0. 25 mm 的水稳性团聚体增加 15. 40% ~
18 57%; 均与本研究结果类似,说明牧草以其发达
的根系和土壤微生物的共同活动可以促进土壤理化
性状的改善和土壤团粒结构的形成。但 Ande等 [ 4]
的研究中由于过度放牧导致次生林的土壤团聚体含
量比牧草地高 5. 07% , Billing s[ 16] 对北美地区草地/
林地变化的研究显示, 林地 212~ 2000 m 土壤团
聚体含量比草地高 22. 5%, 与本研究结果不同。
3. 3 牧草种植年限影响土壤物理性质
Guo 等 [ 2]、邵新庆等 [ 8]及孙国荣等[ 10] 的研究结
果均显示随着牧草的生长, 根量逐渐增多,同时凋落
物向表层土壤的输入, 增加了土壤的疏松性、通气性
及透水性,使土壤物理性状得以改善。而本研究中
林地改种牧草后各种土壤物理性状均有改善,但是
效果均未达显著水平。这可能是本研究中的牧草种
植年限较短,且海南属于热带高温高湿的气候, 土壤
有机质快速分解周转、强烈的风化淋溶和土壤侵蚀
引起的养分快速释放和淋失等特点, 使得海南种植
牧草对土壤物理性质的改善效果低于北方地区。
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(责任编辑 李美娟)
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