林下黃連種植土壤養(yǎng)分調(diào)查及評(píng)價(jià)

王麗珍　楊旭　趙玉清

摘要：林下種植黃連（Coptis chinensis Franch.）與搭棚栽連相比，林下栽連的人工投入和材料更少。對(duì)不同的林下種植黃連后土壤養(yǎng)分進(jìn)行調(diào)查，通過(guò)主要成分分析及聚類(lèi)分析驗(yàn)證，科學(xué)反映了各林下黃連地的土壤肥力水平，為科學(xué)施肥提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：林下黃連（Coptis chinensis Franch.）；土壤肥力；主要成分分析；聚類(lèi)分析

中圖分類(lèi)號(hào)：S567.5+2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2016）06-1395-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.06.009

黃連（Coptis chinensis Franch.）為毛茛科黃連屬多年生草本植物[1]，為重要中藥材，主要分布于鄂西恩施州、渝東石柱縣等海拔1 200～1 800 m的山區(qū)[2]，種植模式有傳統(tǒng)的搭棚和林下栽邊兩種。為了解不同林下種植模式種植黃連后土壤的肥力狀況，給藥農(nóng)提供科學(xué)施肥依據(jù)，特選取不同林下種植模式土壤作土壤肥力分析的評(píng)價(jià)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地選在恩施州新塘鄉(xiāng)太山廟黃連生產(chǎn)基地（N30°09′45′′，E109°48′63′′），海拔約1 780 m。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選取海拔、土壤、地形等立地條件相近的休耕地、日本柳杉林、厚樸林及黃柏林作為試驗(yàn)地，并選擇對(duì)照樣地（表1）。2011年10月在各試驗(yàn)地栽植2年生黃連苗，種植過(guò)程中的補(bǔ)苗、病害防治、除草、施肥等均按傳統(tǒng)種植方式統(tǒng)一進(jìn)行，對(duì)照樣地除不栽植黃連外，其他處理相同；2014年10月對(duì)各試驗(yàn)地進(jìn)行土樣采集，采用5點(diǎn)取樣法，采集深度為0～20 cm，重復(fù)取樣3次，土樣去雜、四分法混合后測(cè)定其土壤養(yǎng)分。有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀-容量法測(cè)定，全氮采用半微量凱氏定氮法測(cè)定；堿解氮采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定；全磷采用氫氧化鈉熔融-鉬銻抗比色法測(cè)定；速效磷采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測(cè)定；全鉀采用氫氧化鈉熔融一原子吸收分光光度法測(cè)定，速效鉀采用乙酸銨浸提-火焰光度法測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)的整理使用Excel WPS軟件，數(shù)據(jù)的計(jì)算與統(tǒng)計(jì)分析主要使用SPSS19.0軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同林下種植模式土壤肥力指標(biāo)測(cè)定

2.1.1 土壤肥力指標(biāo)測(cè)定結(jié)果 選取不同林下種植模式土壤pH、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、全氮、速效磷、速效鉀、全磷、全鉀共8個(gè)肥力因子作為土壤肥力分析的評(píng)價(jià)指標(biāo)。各處理pH 4.76～6.62、有機(jī)質(zhì)44.56～99.63 g/kg、堿解氮147.42～552.33 mg/kg、全氮0.95～2.76 g/kg、速效磷1.69～18.11 mg/kg、速效鉀116.67～222.33 mg/kg、全磷0.54～0.95 g/kg、全鉀4.17～14.98 g/kg，具體測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表2。

2.1.2 不同林下種植模式土壤養(yǎng)分含量 不同林下種植模式的土壤養(yǎng)分含量見(jiàn)表3。

2.2 不同林下種植模式土壤肥力主成分分析

2.2.1 土壤測(cè)定數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化 土壤肥力指標(biāo)具有不同的含義，因而在數(shù)量級(jí)和量綱上都不同，為保證其客觀性和科學(xué)性，需對(duì)原始數(shù)據(jù)矩陣進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，應(yīng)用SPSS19.0對(duì)表2測(cè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行Z標(biāo)準(zhǔn)化方法處理，每一變量值與其平均值之差除以該變量的標(biāo)準(zhǔn)差。無(wú)量綱化后各變量的平均值為0，標(biāo)準(zhǔn)差為1，從而消除量綱和數(shù)量級(jí)的影響，結(jié)果見(jiàn)表4。

對(duì)表2中各土壤肥力測(cè)定結(jié)果變量值的關(guān)聯(lián)度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)性描述，其數(shù)據(jù)間的特征值見(jiàn)表5。

2.2.2 各指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)矩陣 用相關(guān)系數(shù)公式計(jì)算土壤各肥力指標(biāo)之間的相關(guān)系數(shù)矩陣，結(jié)果見(jiàn)表6。土壤肥力指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)矩陣表主要顯示了各土壤肥力的相關(guān)性，由表6可知，XG與LSCK相關(guān)值最高，為0.926。其次，分析表中的XG與HP及LSCK與HP的相關(guān)值也較高，分別為0.885和0.883。

2.2.3 特征值和特征向量 表6為初始因子載荷矩陣，每一個(gè)載荷量表示主成分與對(duì)應(yīng)變量的相關(guān)系數(shù)。用表6（主成分載荷矩陣）中的數(shù)據(jù)除以主成分相對(duì)應(yīng)的特征值（表7）開(kāi)平方根便得到2個(gè)主成分中每個(gè)指標(biāo)所對(duì)應(yīng)的系數(shù)即特征向量A1、A2、A3。

由表6（初始因子載荷矩陣）可知，土壤肥力因子有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷、全氮、全磷在第1主成分上有較高載荷，pH、速效鉀在第2主成分上有較高載荷，全磷在第3主成分上有較高載荷。

2.2.4 貢獻(xiàn)率和累積貢獻(xiàn)率 根據(jù)累積貢獻(xiàn)率≥85%的原則取得主成分，據(jù)此提取了3個(gè)主成分，由表7可知，第1主成分對(duì)總方差的貢獻(xiàn)率是48.961%，第2主成分對(duì)總方差的貢獻(xiàn)率是19.503%，第3主成分對(duì)總方差的貢獻(xiàn)率是16.776%，三者之和達(dá)到85.240%，即前3個(gè)主成分能把土壤全部指標(biāo)提供信息的85.240%反映出來(lái)。因此，利用主成分分析林下不同種植模式土壤肥力質(zhì)量是可靠的。

2.2.5 主成分得分、綜合得分 主成分是原各指標(biāo)的線性組合，各指標(biāo)的權(quán)數(shù)為特征向量，它表示各單項(xiàng)指標(biāo)對(duì)于主成分的重要程度并決定了該主成分的實(shí)際意義。根據(jù)主成分計(jì)算公式，可得到3個(gè)主成分與原8項(xiàng)指標(biāo)特征向量進(jìn)行線性組合，再將標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)代入到線性組合公式中，可得到8個(gè)不同林分種植土壤分別在3個(gè)主成分上的得分；再根據(jù)F=∑biFj=b1F1+b2F2+…+bkFk得F=0.489 61F1+0.195 03F2+0.167 76F3，從而求得綜合得分F（表8）。

由表8可知，各處理土壤肥力由高到低依次為HPCK、HP、HBCK、HB、LS、LSCK、XG、XGCK；其中不栽植黃連苗的厚樸林肥力最高，其次是黃柏林的肥力比較高，柳杉林的肥力偏低，休耕地的土壤肥力最低；從肥力監(jiān)測(cè)情況可以看出，厚樸林和黃柏林因栽植黃連苗造成林下土壤肥力降低，相反栽植黃連苗的柳杉林和休耕林土壤肥力增高。

2.2.6 聚類(lèi)分析驗(yàn)證 用平方歐氏距離比較各處理肥力大小差異，以最短距離法針對(duì)各處理進(jìn)行系統(tǒng)聚類(lèi)，具體肥力水平分類(lèi)見(jiàn)圖1。根據(jù)聚類(lèi)分析（圖1）可將這8個(gè)處理的土壤肥力水平分為4個(gè)等級(jí)：肥力最高的一等地（HPCK）；其次為肥力中等偏上的二等地（HP）；肥力中等偏下的三等地（HBCK）；肥力最差的四等地（HB、LS、LSCK、XG、XGCK）。結(jié)果表明，聚類(lèi)分析與主成分分析結(jié)果基本一致[3-10]。

3 小結(jié)

自20世紀(jì)90年代以來(lái)，土壤肥力狀況的評(píng)價(jià)方法已有不少相關(guān)報(bào)道，但主要集中在某個(gè)或某些肥力指標(biāo)上的差異比較，而對(duì)各處理肥力綜合指標(biāo)的差異鮮有報(bào)道。本研究利用主成分分析法和聚類(lèi)分析法分析長(zhǎng)期定位試驗(yàn)土壤肥力水平，通過(guò)化學(xué)計(jì)量學(xué)原理進(jìn)行的主成分統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明，各處理土壤肥力高低依次為HPCK、HP、HBCK、HB、LS、LSCK、XG、XGCK，表明不同林下種植模式對(duì)土壤的肥力因子影響不同，各植物生長(zhǎng)對(duì)土壤肥力貢獻(xiàn)不同。通過(guò)主成分分析更能科學(xué)、全面地反映肥力水平，為科學(xué)施肥提供理論依據(jù)。

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