1材料与方法
1.1试验地概况
广西国有七坡林场以丘陵地貌为主，海拔一般在200m以上，坡度20°～30°;属南亚热带气候，日照时间长，全年日照时数在1800h以上，年平均气温21.6℃，极端低温－1.5℃，极端高温38℃;全年降水量1200～1300mm，年蒸发量1600～1800mm，相对湿度为79%左右。
1.2模式设计
2009年4月营造试验林，桉树品种为‘广林9号’，在行间离桉树1m的地块套种牧草。设有桉树(2m×3m)+象草(A1)、桉树(2m×3m)+山毛豆(A2)、桉树(2m×3m)+柱花草(A3)、桉树(2m×6m)+象草(B1)、桉树(2m×6m)+山毛豆(B2)、桉树(2m×6m)+柱花草(B3)6种间种模式，设3次重复，每次重复设一个对照(CK)样地，各栽培种植技术等同于常规管理。
1.3研究内容
鉴于桉树人工林正常砍伐周期为5年，本试验分别于造林初期(2009年11月)、中期(2011年11月)、后期(2013年11月)，采用对角线取样方法采集上(0～20cm)、下(20～40cm)土样。每个样地取3个点挖掘土壤剖面，在3个土壤剖面上、下层用环刀分层采集土壤原状土壤，测定各林地土壤物理性质。每个点分上、下层分别取土大约1kg，带回实验室风干、研磨、过筛、混合分样、贮存，用于测定上壤pH值及养分等指标。
1.4土壤物理性质测定方法
土壤容重采用环刀法。用环刀取回原状土，用水浸泡一定时间，使其达到饱和，然后放置一段时间将士壤孔隙中多余的水排出，计算不同持水性能下的持水量。其中:土壤容重=烘干土重/容积，总孔隙度=非毛管孔隙度+毛管空隙度，毛管空隙度=毛管持水量×土壤容重/水的密度，土壤田间持水量采用室内测定法。
1.5土壤pH值及养分含量测定方法
土壤全氮含量用硫酸－双氧水消煮蒸馏定氮法测定;土壤全磷含量用硫酸－双氧水消煮钒钼黄比色法测定;土壤全钾含量用硫酸－双氧水消煮火焰光度计法测定;土壤速效氮含量用扩散法测定;土壤速效磷含量用碳酸氢钠浸提－钼锑抗比色法测定;土壤速效钾含量用火焰光度计法测定［4］。
1.6数据处理与分析
实验数据处理和图表绘制采用Excel软件;数据统计、相关性分采用SPSS19.0软件。运用灰色系统理论的原理与方法［5－6］，对不同模式土壤理化性质进行灰色关联分析及关联排序。
2结果与分析
2.1不同经营模式对林分土壤物理性质变化的影响根系可以改善土壤结构、孔隙度和通透性等物理形状，有助于土壤形成团粒结构［7］。土壤的孔隙度及土壤含水量反映了土壤持水量和供水能力，是土壤结构的重要指标，其值越大，土壤的涵养水源和保持水土的能力越强［8］。在相同时期，各模式0～20cm土层的土壤容重均小于20～40cm土层，0～20cm土层的土壤总孔隙度、毛管孔隙度及田间持水量均大于20～40cm土层。在相同时期相同土层，土壤容重、总孔隙度、毛管孔隙度和田间持水量在不同种植模式间的差异均达极显著水平(P＜0.01)。各模式的土壤容重在相同土层中均随种植时间的延续呈增长趋势，不同土层各模式间土壤容重大小顺序均为CK＞B3＞A3＞B1＞A1＞B2＞A2。各模式的土壤总孔隙度、土壤毛管孔隙度和田间持水量在相同土层中均随种植时间的延续呈减小趋势，模式间大小顺序基本表现为A2＞B2＞A1＞B1＞A3＞B3＞CK。这表明，土壤物理性状受间种牧草的种类影响较大，种植山毛豆的A2、B2模式在改良土壤结构，增加土壤持水能力方面，比种植象草和柱花草更有优势。
2.2不同经营模式下土壤养分含量的变化
2.2.1不同经营模式下土壤pH值和有机质含量的变化
土壤的酸碱度可影响土壤中的化学反应，使土壤元素有效性发生变化。从表2可见，相同土层不同模式间pH值存在着不同程度的差异;各模式土壤pH值大小均集中在4.08～4.43之间，不同模式间无明显差异。土壤有机质在土壤质量的构成因素中占首要位置，土壤有机质与养分供给、土壤物理性质的改善及防治土壤侵蚀有重要关系［9］。各模式的上层土壤有机质含量明显高于下层。在相同时期相同土层，土壤有机质含量在不同种植模式间的差异均达极显著水平(P＜0.01)。在0～20cm土层的土壤中，A1、A2、A3和CK模式中土壤有机质含量随造林年份的增加呈现先减后增趋势，B1、B2和B3模式为持续减少趋势;2009年造林初期各模式间土壤有机质含量大小表现为A2＞B2＞A1＞A3＞B1＞CK＞B3，随着间作牧草的生长，5年后各模式的土壤有机质含量大小顺序为B2＞A2＞A1＞B1＞A3＞B3＞CK。在20～40cm土层的土壤中，造林初期各模式间土壤有机质含量大小表现为A2＞B2＞A1＞A3＞CK＞B3＞B1，造林中期为B2＞B1＞A2＞B3＞A1＞A3＞CK，造林后期为A2＞A1＞B2＞B1＞B3＞A3＞CK。可见，桉树林下间作山毛豆的A2、B2模式土壤有机质含量较高，具有较好的保肥和供肥能力，这可能与豆科植物山毛豆的固氮作用有关;造林后期，各复合经营模式上、下层土壤有机质含量均高于CK模式，提高4.7%～55.1%，A2模式提高最大。
2.2.2不同经营模式下土壤全氮、全磷、全钾含量的变化
在相同时期，土层单位土壤体积中的全氮、全磷、全钾的含量在不同模式间存在着不同程度的差异。各模式0～20cm土层的全氮、速效氮、速效磷和速效钾含量均大于20～40cm土层，全磷和全钾含量的大小则在不同土层间不显著。在0～20cm的土层中，全氮含量，造林初期效果为A2＞B1＞A1＞A3＞B2＞CK＞B3，造林中期为B1＞A1(A2)＞B2＞A3＞CK＞B3，造林后期为B1＞B2＞A1＞A2＞CK＞A3＞B3;全磷含量，种植初期各模式全磷含量大小顺序为A2＞A1＞A3＞B2＞B1＞B3＞CK，在中期为A2＞A1＞B2＞A3＞B1＞CK＞B3，在后期为A2＞A1＞B2＞A3＞B1＞B3＞CK;全钾含量，种植初期各模式全钾含量表现为B2＞A2＞A3＞A1＞B1＞B3＞CK，中期为B2＞A2＞A1＞B1＞A3＞B3＞CK，后期为B2＞A2＞A1＞A3＞B1＞CK＞B3。A1和A2模式土壤全钾含量呈现先减小后增加，其他模式均为逐年减小趋势。在20～40cm的土层中，全氮含量，造林初期各模式间全氮含量大小顺序为A1(A3)＞A2＞B2＞B1＞B3＞CK，中期为A2＞B2＞A1＞B1＞A3＞CK＞B3，后期为A2＞A1(B2)＞A3＞B1＞B3＞CK;各模式全氮含量均表现为持续减小趋势。全磷含量，种植初期各模式全磷含量大小顺序为A1(A3)＞A2＞B2＞B1＞B3＞CK，中期为A2＞A1＞B2＞A3＞B1＞B3＞CK，后期为A2＞A1(B2)＞A3＞B3＞B1(CK);各模式全磷含量均表现为先减小后增加的趋势。全钾含量，种植初期各模式全钾含量表现为A2＞B2＞A1＞B3＞A3＞B1＞CK，中期为B2＞B1＞A2＞B3＞A1＞A3＞CK，后期为A2＞B2＞B1＞A1＞A3＞B3＞CK。综合以上不同种植模式不同土层的土壤全氮、磷和钾含量分析结果表明，A1、A2和B2模式提高土壤全量养分含量的效果较好。
2.2.3不同经营模式下土壤速效氮、速效磷、速效钾含量的变化
各模式0～20cm的土层速效养分含量均比20～40cm土层高，且相差均在3%以上，最大相差达66.7%。在0～20cm的土层，在相同时期速效氮、速效磷和速效钾的含量在不同种植模式间的差异均达极显著水平(P＜0.01)。速效氮含量，不同模式间的效果为:前期A1＞A2＞A3＞B1＞CK＞B2＞B3，中期A1＞A2＞B1＞A3＞B2＞CK＞B3，后期B1＞A1＞B2＞A2＞B3＞CK＞A3;各模式速效氮含量均表现为持续减小趋势。速效磷含量，造林初期A2＞B1＞B2(A3)＞A1＞B3＞CK，造林中期A2＞B2＞A1＞A3＞B1＞B3＞CK，造林后期A1(A2)＞B2(A3)＞B1＞B3＞CK，各模式速效磷含量动态变化差异较大。速效钾含量，各模式3年的测定分析结果基本一致，表现为A2＞A1(A3)＞B2＞B1＞B3＞CK，且各模式速效钾含量呈逐年减小趋势。
2.3不同经营模式土壤养分性质的灰色关联分析
不同种植模式相同土层各个指标的变化趋势与种植模式之间的对比相关性均存在不同程度的差异，为定量评价不同种植模式改善土壤物理性质和提高土壤养分含量的效果，运用灰色关联分析法进行量化处理分析。对土壤容重取倒数进行正相关处理后，选取相同土层中土壤容重倒数值、总孔隙度、毛管孔隙度、田间持水量、有机质、全氮、全磷、全钾、速效氮、速效磷、速效钾等11个指标中的最大值作为参考数列，以相同土层中各模式的3个时期测定的平均指标值作为比较数列，进行无量纲化处理。结合灰色理论及相关公式，计算出相同土层各模式的关联系数(K=0.5)及关联度，(表5)。关联度越大，表示比较数列与参考数列的变化趋势越接近，即表明该模式改善改善土壤物理性质，提高土壤养分含量效果更好。
3结论与讨论
3.1结论
(1)在相同造林时期，0～20cm土层的土壤总孔隙度、毛管孔隙度和田间持水量均大于20～40cm土层，各指标在不同模式间相同土层的大小排序均表现为桉树(2m×3m)+山毛豆＞桉树(2m×6m)+山毛豆B2＞桉树(2m×3m)+象草A1＞桉树(2m×6m)+象草B1＞桉树(2m×3m)+柱花草A3＞桉树(2m×6m)+柱花草B3＞桉树纯林，而上层土壤容重均小于下层，且不同模式间大小排序与土壤总孔隙度相反。在不同时期，各模式的土壤容重、毛管孔隙度和田间持水量在相同土层中呈增长趋势，均表现为初期＜中期＜后期，而土壤总孔隙度呈减小趋势。在相同时期相同土层，土壤容重、总孔隙度、毛管孔隙度和田间持水量在不同模式间均存在着不同程度的差异，与其他模式相比，桉树(2m×3m)+山毛豆模式在改良土壤物理性状方面效果最好。
(2)在相同土层中，土壤有机质、全氮、全磷、全钾、速效氮、速效磷、和速效钾的含量在不同模式间均存在着不同程度的差异。在同一造林时期，0～20cm土层的有机质、全氮、速效氮、速效磷和速效钾含量均大于20～40cm土层，而全磷和全钾含量的大小在上、下层均无显著排序。综合对比发现，间作山毛豆的A2模式在提高林地有机质及土壤养分含量方面效果最好。(3)灰色关联分析结果表明，不同种植模式改善土壤物理性质、提高土壤养分含量的排序在0～20cm土层为A2(0.9460)＞B2(0.7921)＞A1(0.7404)＞B1(0.6957)＞A3(0.6274)＞B3(0.5620)＞CK(0.5473);在20～40cm土层为A2(0.9578)＞A1(0.7382)＞B2(0.7223)＞B1(0.6242)＞A3(0.6019)＞B3(0.5581)＞CK(0.5151)。A2模式上、下层关联系数均为最大值，分别为0.9460和0.9578，进一步说明桉树(2m×3m)+山毛豆模式在改善土壤物理性质的同时，其提高土壤养分含量的效果也是最为显著的。
3.2讨论
有研究表明，农林复合模式土壤容重及孔隙度优于单一种植模式［10］，本试验中，土壤总孔隙度、毛管孔隙度及田间持水量在不同模式间相同土层的大小排序验证了这一结论。这是因为农林复合模式下植物根系分布比单一模式复杂，根系在土壤中穿插、挤压以及死亡形成通道，使得土壤变得疏松，土壤容重减小，孔隙增多，进而起到改良土壤结构的功效。本试验发现，各模式在不同时期的土壤有机质和养分含量变化趋势不同，并多数呈现持续减小和先减后增趋势。这可能也是人为经营管理过程干扰造成的，造林后的抚育施肥管理，迅速提高土壤的养分含量，随着抚育施肥工作的停止，各土壤养分含量将有所下降，而部分模式后期依靠植物自身养分循环，某些土壤养分含量也随之有所提高。比如，在0～20cm土层，各模式速效氮含量均表现为持续减小趋势，而在20～40cm土层，各模式全磷含量均表现为先减小后增加的趋势。农林复合经营土壤养分的变化动态具有多样化，受人为经营活动干扰较大，经营过程中的土壤养分含量合理分配，有待更进一步的深入研究。
作者：韦铄星 刘晓蔚 刘雄盛 张烨 黄荣林 蒋燚 单位：广西林业科学研究院
