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杜英（Elaeocarpus decipiens Hemsl.）是杜英科杜英属常绿乔木，南方常用的景观生态公益林树种，常生于海拔 400 m 以下的山谷林缘等地。多花黄精（PolygonatumcyrtonemaHua.）是百合科黄精属的多年生宿根草本植物，是《中国药典》（2020 年版）收载的黄精药材基源植物之一。适宜生长于林下、灌丛及山坡阴处，是传统药食两用的植物[1-2]，已有 2000 多年的药用历史，黄精性平、味甘，入脾、肾、肺经，具有补肾益精、滋阴润燥的功效[3]。
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近些年随着社会经济的发展，我国人工林面积逐渐增多，总面积达到了 6933 万 hm2[4]。人工林发挥了不可替代的经济作用，然而，由于林分结构单一也导致了生物多样性水平降低、地力衰退、生产力下降以及生态环境恶化等诸多问题[5]。如何改善森林生态系统面临的问题是当前林业关注的焦点[6-7]。同时，当前木材价格低迷，林下套种药材等复合经营成为提升森林经济效益的重要途径。根据以往研究来看，林下套种草本药材可以显著增加林分的物种多样性，对改善林地生态环境、提高林地经济效益等方面具有积极作用[8-9]。雷康等[10]研究表明，在核桃林下套种十大功劳及黑豆可以有效提高土壤全磷和全钾含量，增强土壤肥力。向珊珊等[11]通过对板栗林套种苍术、套种天麻和板栗纯林 3 种林分的土壤理化性质的研究，发现板栗林套种苍术有较好的生态效益。
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目前关于林药复合经营的研究主要集中在林地环境对药材生长及有效成分的影响、林下药材种植对周围环境及林木生长等方面的影响[12-14]；林下套种多花黄精一般集中在生物学特性、有效成分、药理药效等方面的研究[15-16]，而杜英林下套种多花黄精对土壤理化性质的研究未见报道。本研究主要对杜英多花黄精套种林和杜英纯林两种模式的土壤物理性质和土壤养分间的差异进行分析，为林下套种中药材提供理论参考。
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1 材料与方法
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1.1 试验地概况
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试验地位于江西省安福县武功山林场，地处 114°00′～114°28′E、27°21′～27°24′N 之间，平均海拔 136 m。属亚热带季风湿润气候，年均降水量 1552 mm，年平均气温 17.7℃，年日照时数 1649 h，无霜期 279 d，土壤为酸性红壤，质地较密。
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杜英林为 1998 年造林，株行距 3 m×4 m，平均胸径约 21 cm，郁闭度约 0.75，林分生长状况良好。多花黄精于 2017 年 11 月在杜英林下根茎栽植，按照 30 cm×35 cm 的株行距起垄栽植，垄面宽约 1.5 m，沟宽 30 cm，以套种纯土地面积计，每公顷约用种茎 4125 kg，套种面积为 1.33 hm2。套种多花黄精后每年进行 2 次除草，冬季覆土等常规管护。
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1.2 样品采集
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分别于 2018、2019 年 9 月连续两年采集土样，采用“S”形采样法随机选择 3 个样点（间距 2 m 以上），去除地被物及地表枯落物后，每个样点挖剖面深度 20 cm 以上，用环刀在剖面上分别取 5～10、15～20 cm 两层原状土，用于土壤物理性质的测定。另外，在林下随机选择 5 个样点（间距 2 m 以上），同样方法采集土壤样品，将 5 个采样点所采集到的土壤样品充分混合，用于土壤养分的测定。
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1.3 土壤理化性质测定方法
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土壤饱和持水量、田间持水量、含水量和容重等物理性质采用环刀法进行测定，取原状土后，用水浸泡 12 h，使其达到水饱和，取出立即称量，计算出最大持水量，然后放置铺有干砂的平地盘中 2 h，取出立即称量，计算出毛管持水量，继续放置铺有干砂的平底盘中 2～3 昼夜，取出立即称量，计算出最小持水量，最后再计算土壤含水量、容重等。具体方法参见 LY/T1215-1999《森林土壤水分物理性质的测定》。采用重铬酸氧化-外加热法测定土壤有机质、元素分析仪测定土壤全氮、酸溶-钼锑抗比色法测定土壤全磷、碱溶-火焰光度法测定土壤全钾、碱解扩散法测定碱解氮、盐酸-硫酸浸提法测定有效磷、乙酸铵浸提-火焰光度法测定速效钾、电位法测定土壤 pH 值。
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1.4 统计分析
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采用 Excel2010 进行数据整理与作图，SPSS 22.0 进行统计分析，采用 t 检验比较不同林分土壤理化性质间的差异，显著性水平设置为 0.05。
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2 结果与分析
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2.1 杜英纯林与套种多花黄精林土壤物理性质比较
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2018 年，杜英纯林与套种林的土壤饱和持水量、毛管持水量和田间持水量存在显著差异 （P<0.05），而 2019 年套种与纯林间土壤持水量、含水量差值逐渐缩小，除田间持水量外，其他持水量指标均无显著差异（P>0.05）（图1a，b，c，d）。 2018 年 5～10 cm 土层，套种林的土壤饱和持水量、毛管持水量、田间持水量和含水量比纯林分别小 87.57、102.62、89.81、43.39 g/kg，而 2019 年套种林各含水量较纯林分别小 5.93、24.90、33.12、 22.54 g/kg。在 15～20 cm 土层，2018 年套种林各含水量显著低于纯林（P<0.05），2019 年套种林略高于纯林，分别高 14.65、91.74、4.98、6.84 g/kg（ 图1a，b，c，d）。2018 和 2019 年套种林两个土层的土壤容重均显著低于纯林（P<0.05） （图1e）。
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2.2 杜英纯林与套种多花黄精林土壤养分比较
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在 2018 和 2019 年，两个林分土壤有机质含量在 5～10 cm 土层差异较小，在 15～20 cm 土层纯林有机质含量增加幅度大于套种林（图2a），增量为 11.76 g/kg；全氮、全磷、全钾含量在 2018 和 2019 年两林分间均无明显变化（图2b，c，d）；纯林碱解氮含量在 15～20 cm 土层 2018 到 2019 年增加明显高于套种林（图2e），增量为 31.72 mg/kg； 从 2018 到 2019 年套种林的有效磷和速效钾含量均有明显增加，增量分别为 1.27～7.99 和 15.03～23.86 mg/kg，而杜英纯林变化幅度较小（图2f，g）；pH 值在不同土层深度随年份增长分别增加了 0.03～0.16 和 0.09～0.11 （图2h）。
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2.3 多花黄精和杜英生长情况比较
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2.3.1 多花黄精生长量的比较
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由图3 所示，套种林 2018 到 2019 年多花黄精根茎鲜重平均增加量约为 19.2 g，其中 2018 年根茎鲜重平均增加量约为 15.3 g，2019 年根茎平均增加量约为 23.0 g，2019 年多花黄精生长量高于 2018 年，且二者有显著差异（P<0.05）。
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2.3.2 杜英纯林与套种多花黄精林杜英胸径的比较
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由图4 所示，杜英套种林 2018 到 2019 年平均胸径增长量为 0.7 cm，而杜英纯林增长量为 0.38 cm，套种林平均胸径增长量约是杜英纯林的 1.85 倍，套种林杜英胸径生长量明显高于纯林，且有显著差异（P<0.05）。
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图1 不同林分类型的土壤物理性质比较
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注：不同字母表示相同土层相同年份套种林与纯林间的差异显著（P<0.05）。下同。
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图2 不同林分类型的土壤养分含量比较
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图3 套种多花黄精根茎生长量的比较
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注：不同字母表示相同年份套种林与纯林间黄精根茎生长量的差异显著（P<0.05）。
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图4 不同林分类型的杜英胸径比较
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注：不同字母表示 2018～2019 年套种林与纯林间的杜英胸径增长量差异显著（P<0.05）。
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3 讨论
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3.1 套种多花黄精对土壤物理性质的影响
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在土壤物理性质特征中，土壤含水量、容重等是衡量土壤透水性、透气性、反映土壤紧实度的重要指标。本研究中，2019 年两个样地的土壤持水量、含水量间的差值均低于 2018 年两个样地间的差值（图1a、b、c、d），这不仅与套种有关，也与人工耕地、除草等田间管理有很大关系。通过分析两个样地间土壤含水量的变化发现，套种林土壤持水量、含水量等指标变化率均高于纯林，主要是因为多花黄精根茎及根系分布于表层土壤，提高了浅层土壤的保水效果，此外，不同年份年降水量也是影响因素之一。
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土壤容重是土壤的重要物理性状之一，其大小影响土壤水分、养分等的转化以及耕作阻力大小等土壤理化性质，是衡量土壤松紧状况的指标，土壤容重越大，含水量越低，而紧实度越高[17]。陈杰[18]研究套种对杉木林的影响，结果表明，套种林土壤容重有所降低，改善了土壤物理性质。另有研究表明，套种对土壤养分含量产生积极影响的主要原因是套种能改善土壤物理性状[19]。本研究中，套种林土壤容重低于纯林，表明套种可以有效降低土壤紧实度，改善土壤结构，为林木生长提供良好的土壤条件。
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3.2 套种多花黄精对土壤养分的影响
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土壤养分是土壤重要的组成部分，土壤有机质是评价土壤肥力的重要指标之一，是土壤中氮和磷等营养元素的重要来源[20-21]。本研究中套种林中有效磷和速效钾的增加量均远大于纯林，表明套种有利于土壤中这两种养分的积累，同时在南方土壤普遍受到磷限制的情况下[22]，杜英多花黄精套种模式可以有效改善这一问题，在林地土壤改良方面值得推广应用。随土层深度的增加，土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾等含量呈下降趋势，表明土壤有“表聚”现象[23]，在本研究中，杜英多花黄精套种林表现更明显。一方面套种多花黄精导致杜英林中枯落物的量增加，表层土壤腐殖质增加，对表层土壤肥力有明显的促进作用；另一方面，与纯林相比，套种林地上枯落物的非加和效应使得其分解和转化速率加快，明显增强了土壤容蓄能力，对套种林植物的生长和土壤养分循环有积极作用[24]。
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研究发现，套种林能有效提高土壤 pH，对土壤改良有积极影响[25]，雷波等[26]认为套种可以通过提升土壤 pH 值从而抑制土壤铝的有效性，进而有效缓解植物铝毒效应。从柴旭光[27]的研究可知，土壤 pH 值与酚酸类含量有关，与纯林相比，套种林植物根系相互作用降低了根系分泌物的酚酸类物质含量，这些都对林地土壤的改良有积极的促进作用。本研究中多花黄精为浅根系植物，主要生长在表层土壤中，且套种林 5～10 cm 土层土壤 pH 值明显高于纯林，这表明杜英林套种多花黄精可以有效改良土壤酸性。
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4 结论
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土壤物理性质及养分含量是评价土壤优劣的重要指标，对药用植物生长及品质有直接影响。本研究通过对两种林分土壤理化性质的研究表明，杜英林下套种多花黄精可以有效改善土壤结构，提高土壤养分含量，改良土壤酸碱性等，对提高林分自身生长效率及套种植物的产量均有积极影响，有利于杜英林可持续生产和发展。因此，杜英多花黄精复合模式适合在人工林改造中推广应用。当然，套种林与纯林土壤性质还受到套种植物栽培密度、林分密度及年降水量等因素的影响，因此，值得深入研究。
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摘要
为明确林下套种多花黄精（Polygonatum cyrtonema Hua.）对杜英（Elaeocarpus decipiens Hemsl.）林土壤物理性质及肥力的作用，选取杜英套种多花黄精复合林和杜英纯林两种林分类型为研究对象，通过采集 2018 和 2019 年各林分土壤剖面样品检测，分析 5 ～ 10 和 15 ～ 20 cm 土层土壤理化性质及其林分生长差异。结果表明，与 2018 年比，2019 年杜英多花黄精复合林与杜英纯林间不同土层饱和持水量、田间持水量、含水量变化的差值均逐渐缩小，分别缩小 81.66 ～ 124.48、56.69 ～ 143.45、10.29 ～ 26.17 g/kg；与杜英纯林相比，杜英多花黄精复合林可有效提高 5 ～ 10 cm 土层全磷、速效钾含量以及 pH 值，分别提高 0.001 ～ 0.042 g/kg、19.992 ～ 23.655 mg/ kg、0.09 ～ 0.13。杜英林下套种多花黄精对土壤物理性质及养分有显著影响，可以改善土壤结构和性质，有利于提高林地生态和经济效益。
Abstract
In order to clarify the effect of soil physical properties and fertility of Elaeocarpus decipiens plantation by interplanting Polygonatum cyrtonema，two stands（pure plantation of Elaeocarpus decipiens and mixed plantation with Elaeocarpus decipiens and Polygonatum cyrtonema）were selected．By collecting soil profile samples of each stand in 2018 and 2019，soil physical and chemical properties of 5 ～ 10 and 15 ～ 20 cm layers and their differences in stand growth were analyzed．The results showed that，compared with 2018，the differences of soil saturated water holding capacity，field capacity，water content in different soil layers between mixed plantation and pure plantation decreased gradually in 2019， decreased by 81.66 ～ 124.48，56.69 ～ 143.45，10.29 ～ 26.17 g/kg，respectively．Compared with pure plantation of Elaeocarpus decipiens，mixed plantation with Elaeocarpus decipiens and Polygonatum cyrtonema can effectively improve the total phosphorus，available potassium and pH in 5 ～ 10 cm soil layer，raising by 0.001 ～ 0.042 g/kg，19.992 ～ 23.655 mg/kg and 0.09 ～ 0.13，respectively．The interplant has significant effects on soil physical properties and nutrients and can improve soil structure and properties．It is beneficial to improve the ecological and economic benefits of the plantation.