不同母巖發(fā)育山核桃林地土壤性質(zhì)及葉片營養(yǎng)元素分析

陳世權(quán)，黃堅欽，黃興召，樓 中，呂健全，夏國華，吳家森

（1.南京林業(yè)大學 森林資源與環(huán)境學院，江蘇 南京210037；2.浙江農(nóng)林大學 林業(yè)與生物技術(shù)學院，浙江 臨安311300；3.浙江省臨安市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，浙江 臨安 311300）

山核桃Carya cathayensis為中國特有的高檔干果和木本油料植物。2007年浙江省山核桃面積達5.2萬hm2，產(chǎn)量約1.7萬t，分別占全國的58.5%和61.4%［1］。在山核桃主產(chǎn)區(qū)，農(nóng)戶的山核桃收入占總收入的70%以上，是天目山區(qū)農(nóng)民致富奔小康的主要經(jīng)濟樹種之一。山核桃分布區(qū)的母巖主要有石灰質(zhì)板巖、砂頁巖、千枚巖和花崗巖等。不同母巖發(fā)育形成不同類型的土壤，它們的物理、化學性質(zhì)往往存在較大的差異［2－3］，從而影響植物的生長，繼而對葉片營養(yǎng)及果實品質(zhì)產(chǎn)生一定的影響［4］。葉片養(yǎng)分狀況不僅能反映林分營養(yǎng)狀況，而且能反映土壤營養(yǎng)變化，是人工林營養(yǎng)管理的重要依據(jù)。前人已對山核桃林地土壤肥力、果實品質(zhì)、葉果提取物的生理活性等進行了研究［5-12］，但很少涉及不同母巖發(fā)育土壤性質(zhì)及葉片營養(yǎng)。筆者研究了4種不同母巖發(fā)育山核桃林地土壤性質(zhì)及葉片營養(yǎng)元素質(zhì)量分數(shù)，旨在了解不同母巖發(fā)育土壤對山核桃營養(yǎng)元素的供給狀況，為山核桃林的科學施肥及養(yǎng)分管理提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)設(shè)于浙江省臨安市，是山核桃的中心產(chǎn)區(qū)。該區(qū)屬亞熱帶季風氣候，年平均氣溫為16.0℃，極端最高氣溫41.7℃，極端最低氣溫－13.3℃，年平均有效積溫5 774.0℃，年平均降水量1 350～1 500 mm，年平均日照時數(shù)1 774 h，無霜期235 d。海拔高度為140～1 037 m。

1.2 樣品采集與制樣

根據(jù)臨安市山核桃產(chǎn)區(qū)土壤母巖的分布特點及其形成的土壤類型的分布情況，在對板巖、花崗巖、千枚巖和砂頁巖等4種土壤母巖進行調(diào)研的基礎(chǔ)上，于2008年7月14－24日采集這些母巖上發(fā)育的代表性土壤樣品各10個。不同采樣點海拔介于400～600 m之間，坡度為20°左右的山核桃（樹齡30～40 a）純林中。人為經(jīng)營措施相似，即每年3月中旬、9月上旬各施復合肥（N∶P2O5∶K2O=15∶15∶15）225 kg·hm－2，果實采收前割刈林下雜灌，以利于山核桃采摘。采集方法如下：在選定的代表性地塊上，按“S”型布點，分別采集5個點的表層（0～30 cm）土樣，混合，然后采用四分法分取樣品1.0 kg左右，帶回室內(nèi)風干，待用。同時在樣地中隨機選擇山核桃優(yōu)勢木5株，在樹冠中部于東西南北4個方向，選取1年生正常葉8片·株-1，混合后，用四分法選取10片，洗凈，105℃殺青30 min，70～80℃烘24 h，葉片冷卻后粉碎研磨，儲于磨口玻璃瓶中待測。

1.3 分析方法

土壤理化性質(zhì)測定方法：土壤pH值用酸度計法（水土比為2.5∶1.0）；有機質(zhì)用硫酸重鉻酸鉀外加熱法；堿解氮采用堿解擴散法；有效磷用鹽酸氟化銨浸提-分光光度法；速效鉀用乙酸銨浸提-火焰光度法；有效硫采用硫酸鋇比濁法；有效硼采用沸水浸提-甲亞胺比色法；交換性鈣和交換性鎂采用乙酸銨浸提-原子吸收分光光度計法；有效鐵、有效錳、有效鋅采用稀酸浸提-原子吸收分光光度計法。植物樣品用硫酸-過氧化氫（H2SO4-H2O2）消化后，氮用凱氏定氮蒸餾法，磷用鉬銻抗比色法，鉀用火焰光度法，鈣、鎂、鐵、錳、鋅用日本島津AA6650原子吸收分光光度計測定［13］。對分析結(jié)果采用DPS等分析軟件進行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析［14］。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤理化性質(zhì)差異性分析

2.1.1 土壤pH值 土壤pH值是影響土壤肥力的重要因素之一，它直接影響土壤養(yǎng)分的存在狀態(tài)、轉(zhuǎn)化和有效性，從而直接影響植物的生長發(fā)育。影響土壤pH值的主要因素有氣候、生物、母質(zhì)類型等，另外，施肥也會促進土壤酸度增大［15］。不同母巖發(fā)育山核桃林地土壤pH值存在較大的差異（表1），山核桃經(jīng)營過程中大量肥料的使用，使林地土壤酸化，4種母巖形成的土壤平均pH值均低于6.0，但土壤pH值對母巖有較大的繼承性，各種母巖形成的土壤pH值從高到低依次是板巖（5.99），砂頁巖（5.76），千枚巖（5.11）和花崗巖（4.72）。有關(guān)研究表明，最有利于山核桃生長的土壤pH值為5.5～6.5［5，7］，因此，如何阻止山核桃林地土壤進一步酸化顯得尤為重要，在花崗巖和千枚巖發(fā)育的林地土壤中增施石灰，以便改良土壤，從而更適合山核桃的豐產(chǎn)。

表1 不同母巖發(fā)育山核桃林地土壤性質(zhì)Table 1 Status of soil in Carya cathayensis forest from different rocks

2.1.2 土壤有機質(zhì) 土壤有機質(zhì)是土壤的重要組成部分，它包括動植物及微生物殘體和它們的分解產(chǎn)物以及土壤中特殊的有機物——腐殖質(zhì)，它含有各種養(yǎng)分，并能改善土壤結(jié)構(gòu)和其他物理性狀，是土壤肥力的重要標志之一。不同母巖發(fā)育山核桃林地土壤有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)見表1。從表中可以看出，不同母巖發(fā)育形成的不同土壤，其有機質(zhì)存在明顯差異，其中花崗巖發(fā)育的土壤有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)最高（43.11 g·kg－1），明顯高于板巖、千枚巖和砂頁巖。在山核桃生產(chǎn)經(jīng)營過程，在板巖、千枚巖和砂頁巖為母巖的林地應(yīng)多施有機肥，以增加土壤有機質(zhì)。

2.1.3 土壤速效養(yǎng)分 土壤礦物質(zhì)營養(yǎng)的最基本來源是土壤礦物質(zhì)風化所釋放的養(yǎng)分，不同成土母巖的礦物組成不同，所以，風化產(chǎn)物中釋放的養(yǎng)分種類和數(shù)量也不同，人工施肥是耕作土壤養(yǎng)分的重要來源［16］。因此，山核桃林地土壤養(yǎng)分同時受母巖和人為施肥的影響。近年來，山核桃經(jīng)營中肥料的施用，林地土壤養(yǎng)分質(zhì)量分數(shù)與1997年相比［17］有不同程度的升高。不同母巖山核桃林地土壤有效養(yǎng)分質(zhì)量分數(shù)見表1和表2。從表1中可知，不同母巖發(fā)育土壤堿解氮、速效鉀沒有顯著差異，林地堿解氮、速效鉀質(zhì)量分數(shù)分別大于150和100 mg·kg－1，能很好地供應(yīng)山核桃生長。土壤速效磷質(zhì)量分數(shù)是衡量土壤磷素供應(yīng)狀況的較好指標。不同母巖發(fā)育山核桃林地土壤有效磷存在著顯著差異，從大到小依次為千枚巖（7.29 mg·kg－1），砂頁巖（4.91 mg·kg－1），花崗巖（3.73 mg·kg－1）和板巖（1.23 mg·kg－1）。不同母巖發(fā)育的土壤中有效硫質(zhì)量分數(shù)存在顯著差異。從表1可知，從大到小依次為花崗巖（38.73 mg·kg－1），千枚巖（24.59 mg·kg－1），砂頁巖（16.16 mg·kg－1）和板巖（14.58 mg·kg－1）。土壤中鈣質(zhì)量分數(shù)與母質(zhì)母巖類型有關(guān)。從表2可知，由花崗巖發(fā)育的山核桃林地土壤交換性鈣質(zhì)量分數(shù)為5.22 mg·kg－1，明顯低于其他3種母巖發(fā)育的土壤。不同母巖發(fā)育山核桃林地土壤交換性鎂、有效硼質(zhì)量分數(shù)差異均不顯著，土壤交換性鎂質(zhì)量分數(shù)為0.90～1.56 mg·kg－1，有效硼為1.27～1.54 mg·kg－1。土壤有效鐵、有效錳和有效鋅質(zhì)量分數(shù)由于不同母巖發(fā)育而存在一定差異。從表2可知，有效鐵和有效錳質(zhì)量分數(shù)以千枚巖發(fā)育的土壤最高，分別是31.24和67.49 mg·kg－1，明顯高于砂頁巖、花崗巖和板巖。而有效鋅則表現(xiàn)為板巖和千枚巖發(fā)育的土壤明顯高于砂頁巖和花崗巖。

表2 不同母巖發(fā)育山核桃林地土壤微量元素Table 2 Trace element of soil in Carya cathayensis forest from different rocks

2.2 葉片營養(yǎng)元素差異性分析

葉是光合作用的重要器官，生命活動最為活躍，營養(yǎng)元素在葉中質(zhì)量分數(shù)明顯高于其他部位［18］。測定葉片養(yǎng)分質(zhì)量分數(shù)常常作為果樹養(yǎng)分診斷的主要手段，不同母巖發(fā)育山核桃葉片營養(yǎng)元素分析結(jié)果見表3。從表3中可以看出，不同母巖發(fā)育的土壤上的山核桃葉片中各營養(yǎng)元素質(zhì)量分數(shù)各不相同，但總體的變化規(guī)律是相似的：其中以氮的質(zhì)量分數(shù)最高，其次是鈣和鉀，然后是鎂和磷，而微量元素中以錳為最高，其次是鐵，最低的是鋅。

山核桃葉片氮質(zhì)量分數(shù)以花崗巖發(fā)育的土壤上的為最高，達18.12 g·kg－1，明顯高于其他3種土壤；而磷質(zhì)量分數(shù)則以千枚巖的最高（1.81 g·kg－1），其中又以花崗巖發(fā)育的土壤的葉片中磷質(zhì)量分數(shù)最低；葉片中鉀質(zhì)量分數(shù)相對穩(wěn)定，不同母巖發(fā)育的土壤之間差異不大。

從表3可知，山核桃葉片中鈣、鎂質(zhì)量分數(shù)均以生長在花崗巖發(fā)育的土壤上的為最高，分別為13.71和 4.66 g·kg－1，明顯高于其他 3種母巖。

葉片中錳質(zhì)量分數(shù)在4種母巖發(fā)育的土壤中不存在顯著差異，在0.92～1.19 g·kg－1；鋅質(zhì)量分數(shù)在4種母巖發(fā)育的土壤中差異顯著，大小順序表現(xiàn)為花崗巖、砂頁巖、板巖和千枚巖；鐵質(zhì)量分數(shù)在4種母巖發(fā)育的土壤中也存在顯著差異，大小順序表現(xiàn)為砂頁巖、千枚巖、板巖和花崗巖。

表3 不同母巖發(fā)育山核桃葉片營養(yǎng)元素Table 3 Nutrient content in Carya cathayensis leavese from different rocks

2.3 營養(yǎng)元素之間的相關(guān)分析

為了解不同母巖發(fā)育土壤養(yǎng)分之間、土壤與葉片營養(yǎng)元素之間的相關(guān)性，將4種母巖發(fā)育的土壤養(yǎng)分、葉片營養(yǎng)元素等進行相關(guān)分析，結(jié)果如表4和表5。

2.3.1 山核桃林地土壤pH值、有機質(zhì)及有效元素之間的相關(guān)性 土壤酸堿度影響著大多數(shù)元素的吸收，如柑橘園pH值與土壤交換性鈣和鎂為極顯著正相關(guān)［19］，隨pH值提高，土壤交換性鈣和交換性鎂明顯增加［20］。從表4可知，隨著pH值升高，山核桃林地土壤交換性鎂、有效鋅質(zhì)量分數(shù)顯著提高，而有效硫、有效鐵質(zhì)量分數(shù)極顯著降低；土壤pH值與堿解氮、有效磷、速效鉀呈負相關(guān)關(guān)系，即由于大量肥料的施用，使林地土壤有效養(yǎng)分提高的同時，也使土壤酸化。pH值與交換性鈣、有效錳、有效硼質(zhì)量分數(shù)呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。土壤有機質(zhì)與堿解氮、有效磷、速效鉀、有效硫、有效錳和有效鋅等存在著顯著或極顯著正相關(guān)，說明有機質(zhì)豐富的土壤，在礦化過程中能釋放大量的營養(yǎng)元素為植物生長提供養(yǎng)分。

表4 山核桃林地土壤pH、有機質(zhì)及有效元素之間的相關(guān)性分析Table 4 Correlation between soil pH，organic matter and available nutrients in Carya cathayensis forest

2.3.2 山核桃林地土壤與葉片中營養(yǎng)元素之間的相關(guān)性 土壤是果樹生長的基礎(chǔ)，葉片是土壤營養(yǎng)水平的具體表現(xiàn)形式與確切反映。所以葉片與土壤礦質(zhì)元素質(zhì)量分數(shù)之間存在著密切的相關(guān)性，是指導山核桃施肥的重要理論依據(jù)［21］。如表5所示，葉片中的氮、鉀、鈣、鎂、鋅、錳質(zhì)量分數(shù)與土壤的pH值呈現(xiàn)負相關(guān)，這與郭傳友等［22］研究結(jié)果相似，即山核桃果實中鈣元素與土壤pH值呈極顯著負相關(guān)，鎂元素也與土壤pH值間具有較強的負相關(guān)關(guān)系。錢新標等［4］研究也表明果仁中鈣質(zhì)量分數(shù)以pH值低的非石灰性土壤上的山核桃為高。土壤交換性鈣與葉片全鈣、全鎂為顯著負相關(guān)，土壤交換性鎂與葉片全鉀、全鎂為顯著負相關(guān)，而與葉片鐵為顯著正相關(guān)。這與黃玉溢等［17］對柑橘Citrus的研究結(jié)果相反，這是由于不同植物對元素的吸收特性不同造成的。土壤堿解氮、有機質(zhì)與葉片中全氮之間存在著極顯著正相關(guān)，而土壤速效磷、有效鐵、錳、鋅與葉片中全磷、鐵、錳、鋅為負相關(guān)關(guān)系，說明元素吸收機理的復雜性，盲目施肥并不一定帶來增產(chǎn)效果。

表5 山核桃林地土壤與葉片中營養(yǎng)元素之間的相關(guān)關(guān)系Table 5 Correlation between nutrition elements in Carya cathayensis leaves and soil

3 結(jié)論

土壤pH值對母巖有較大的繼承性，各種母巖形成的土壤pH值從高到低依次是板巖（5.99）、砂頁巖（5.76）、千枚巖（5.11）和花崗巖（4.72）。不同母巖發(fā)育形成的土壤的有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)存在顯著差異，其中花崗巖發(fā)育的土壤有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)最高（43.11 g·kg－1），明顯高于板巖、千枚巖和砂頁巖。不同母巖發(fā)育山核桃林地土壤堿解氮、速效鉀、交換性鎂和有效硼質(zhì)量分數(shù)差異均不顯著，土壤速效磷質(zhì)量分數(shù)大小順序表現(xiàn)為千枚巖、砂頁巖、花崗巖和板巖。有效硫質(zhì)量分數(shù)大小順序為花崗巖（38.73 mg·kg－1）、 千枚巖（24.59 mg·kg－1），砂頁巖（16.16 mg·kg－1）和板巖（14.58 mg·kg－1）?；◢弾r發(fā)育的山核桃林地土壤交換性鈣質(zhì)量分數(shù)為5.22 mg·kg－1，明顯低于其他3種母巖發(fā)育的土壤。有效鐵、有效錳質(zhì)量分數(shù)以千枚巖發(fā)育的土壤最高，分別是31.24和67.49 mg·kg－1，明顯高于砂頁巖、花崗巖，同時也明顯高于板巖。而有效鋅則表現(xiàn)為板巖和千枚巖發(fā)育的土壤明顯高于砂頁巖和花崗巖。

山核桃葉片中各營養(yǎng)元素質(zhì)量分數(shù)的大小順序表現(xiàn)為氮＞鈣＞鉀＞鎂＞磷＞錳＞鐵＞鋅。葉片氮質(zhì)量分數(shù)以花崗巖發(fā)育的土壤上的為最高，達18.12 g·kg－1，明顯高于其他3種土壤；而磷質(zhì)量分數(shù)則以千枚巖的最大（1.81 g·kg－1），明顯高于其他3種土壤，其中又以花崗巖發(fā)育的土壤的葉片中磷質(zhì)量分數(shù)最低；葉片中鈣、鎂質(zhì)量分數(shù)均以生長在花崗巖發(fā)育的土壤上的為最高，分別為13.71和4.66 g·kg－1，明顯高于其他3種母巖。鋅質(zhì)量分數(shù)在4種母巖發(fā)育的土壤中差異顯著，大小順序表現(xiàn)為花崗巖、砂頁巖、板巖和千枚巖；鐵含量在4種母巖發(fā)育的土壤中也存在顯著差異，大小順序表現(xiàn)為砂頁巖、千枚巖、板巖、花崗巖。葉片中鉀、錳質(zhì)量分數(shù)相對穩(wěn)定，不同母巖發(fā)育的土壤之間差異不大。

隨著pH值升高，山核桃林地土壤交換性鎂、有效鋅質(zhì)量分數(shù)顯著提高，而有效硫、有效鐵極顯著降低；土壤有機質(zhì)與堿解氮、有效磷、速效鉀、有效硫、有效錳和有效鋅等存在著顯著、極顯著正相關(guān)。土壤交換性鈣與葉片全鈣、鎂為顯著負相關(guān)，土壤交換性鎂與葉片全鉀、鎂為顯著負相關(guān)，而與葉片鐵為顯著正相關(guān)，土壤堿解氮、有機質(zhì)與葉片中全氮之間存在著極顯著正相關(guān)。

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