重慶花椒種植區(qū)主要類型土壤剖面的肥力特征

王 帥，趙敬坤，王 洋，冉文秀，馮 興，李志琦，李忠意

1. 重慶市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站，重慶 401121； 2. 重慶市江津區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，重慶 江津 402260； 3. 重慶市酉陽土家族苗族自治縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村委員會，重慶 酉陽 409800； 4. 重慶市潼南區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，重慶 潼南 402660； 5. 西南大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，重慶 400715

花椒Zanthoxylumbungeanum是蕓香科花椒屬植物，具有獨特的食用、 藥用價值和生態(tài)功能[1-2]．花椒品種眾多，重慶地區(qū)目前主要栽培的品種為九葉青花椒，種植面積為5.33 萬hm2，是重慶地區(qū)主要種植的生態(tài)經(jīng)濟型樹種，為當?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)展和農(nóng)戶增收做出了一定的貢獻[3]．適宜的氮磷鉀肥用量能提高花椒的產(chǎn)量和品質(zhì)[4]．王璐等[5]發(fā)現(xiàn)衰老退化程度較輕的花椒林地土壤養(yǎng)分含量高于衰老退化嚴重的花椒林地．劉姣姣等[6]指出花椒多年連作會降低土壤有機質(zhì)和氮磷鉀的含量．楊林生等[7]在調(diào)查重慶花椒種植區(qū)施肥狀況與花椒產(chǎn)量關(guān)系時發(fā)現(xiàn)，受施肥狀況和土壤肥力等因素的影響，重慶地區(qū)的花椒產(chǎn)量范圍在1.63～18.7 t/hm2之間，變化范圍極大．可見，土壤肥力水平對花椒產(chǎn)量有著重要的影響．喻陽華等[8]和謝毓芬等[9]對貴州喀斯特山區(qū)和陜西花椒主產(chǎn)區(qū)椒園的土壤養(yǎng)分狀況進行了評價．楊仕曦等[10]在對重慶九龍坡區(qū)花椒種植地土壤肥力進行調(diào)查時發(fā)現(xiàn)種植區(qū)土壤養(yǎng)分失衡，土壤酸化嚴重，建議施肥應(yīng)注重養(yǎng)分平衡，增施有機肥，改善土壤理化性狀．但重慶花椒種植面積較廣，種植區(qū)內(nèi)土壤類型較為豐富，僅九龍坡區(qū)的花椒種植地土壤肥力水平不能代表整個重慶花椒種植區(qū)土壤的肥力狀況．因此，為更好地了解重慶花椒種植區(qū)的土壤肥力狀況，本研究分別在酉陽、 潼南和江津3個花椒種植大區(qū)(縣)采集花椒種植典型土壤的剖面樣品進行室內(nèi)理化分析，并結(jié)合模糊綜合評價法對土壤肥力進行評價．

1 材料與方法

1.1 土壤剖面樣品采集

于2019年在重慶花椒種植區(qū)采集主要土壤類型的剖面樣品14個．土樣的采集方式： 首先根據(jù)土壤發(fā)生分類學(xué)知識選擇花椒種植區(qū)域內(nèi)具有代表性的土壤樣點； 然后在距離花椒樹干30 cm處開挖土壤剖面； 剖面開挖好后按土壤的發(fā)生層次(耕作層A/心土層B/底土層C)進行土樣采集(圖1)，14個剖面中有7個剖面只有A-C層，另7個剖面具有A-B-C層結(jié)構(gòu)特征； 土樣采回室內(nèi)風(fēng)干過2 mm，1 mm和0.25 mm篩后備用．供試土壤剖面的基本信息如表1所示．土壤發(fā)生分類學(xué)命名依據(jù)重慶土壤分類標準(DB50/T 796-2016 重慶土壤分類與代碼，http： //www.cqjnw.org/article.phy?id=12308)確定．本研究采集的14個土壤剖面中有11個紫色土，其中5個中性紫色土(灰粽紫泥土屬和棕紫泥土屬)、 6個石灰性紫色土(紅棕紫泥土屬)．紫色土的成土母質(zhì)包括侏羅系蓬萊鎮(zhèn)組(J3p)、 遂寧組(J3sn)和沙溪廟組(J2s)的紫色母巖．另有3個剖面土壤為寒武系(Θ)石灰?guī)r發(fā)育的土壤，其中1個土壤的發(fā)育程度較淺，分類為石灰(巖)土(石灰黃泥土屬)，2個為發(fā)育程度較深的黃壤(粗骨黃壤土屬)．

圖1 花椒地土壤剖面采集照片(以14號剖面為例)

表1 供試土壤剖面樣品的基本信息

1.2 理化性質(zhì)分析

共測定了土壤pH值和有機質(zhì)等16種土壤肥力指標，各指標均采用土壤農(nóng)化分析常規(guī)方法測定[11]．土壤pH值采用電位法測定(土水比1∶2.5)； 有機質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測定； 堿解氮采用堿解擴散法測定； 有效磷采用NaHCO3提取-鉬銻抗比色法測定； 土壤全氮測定采用半微量凱氏定氮法； 全磷測定采用NaOH熔融-鉬銻抗比色法； 全鉀測定采用NaOH熔融-火焰光度法； 速效鉀測定采用NH4Ac提取-火焰光度法； 有效鐵、 錳、 銅、 鋅的測定采用DTPA(二乙三胺五乙酸)提取-原子吸收分光光度法(AAS，Z-5000，日本日立)； 有效硼測定采用沸水提取-姜黃素比色法； 有效鉬測定采用草酸/草酸銨浸提-等離子體發(fā)射光譜法(ICPOES，Optima 8000，美國鉑金埃爾默)； 有效硫測定采用純水提取-BaSO4比濁法； 陽離子交換量(CEC)測定采用NH4OAc交換-蒸餾法．

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2019對數(shù)據(jù)進行整理和繪圖，采用SPSS 22.0對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析和相關(guān)性分析．

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤養(yǎng)分含量水平

按照供試土壤的剖面層次對16種肥力指標進行統(tǒng)計分析(表2)．各剖面層次的土壤pH值變幅較大，均值從大到小依次為底土層、 心土層、 耕作層．受耕作和施肥的影響，有機質(zhì)、 全氮、 全磷、 堿解氮、 有效磷和速效鉀在剖面層次中的均值含量從大到小依次為耕作層、 心土層、 底土層．根據(jù)2005-2014年的測土配方施肥項目數(shù)據(jù)，全國耕層土壤有機質(zhì)含量均值為24.65 g/kg，重慶為19.19 g/kg[12]．而本研究中花椒地剖面A-B-C層的有機質(zhì)含量均值分別為17.3 g/kg，9.67 g/kg和8.10 g/kg，低于全國和重慶的平均值水平，重慶花椒種植區(qū)土壤的有機質(zhì)含量水平整體偏低．個別耕層土樣的堿解氮、 有效磷、 速效鉀含量極高，且耕層土壤中堿解氮、 有效磷和速效鉀的最高值分別為672 mg/kg，529 mg/kg和738 mg/kg，遠高于通常認為的土壤堿解氮、 有效磷、 速效鉀高含量的標準[13]．土壤全鉀含量豐富，所有土樣的全鉀含量均大于20 g/kg．除土壤有效銅外，有效鐵、 有效錳和有效鋅的含量均值表現(xiàn)出耕層含量遠大于非耕層，3種有效微量元素的含量表現(xiàn)出表聚性，其原因可能與耕層的農(nóng)業(yè)耕作方式、 施肥等人類活動有關(guān)[14]．按照王淑英等[15]的評價標準，除有效錳在各土層中的含量較為豐富外，有效銅、 有效鋅和有效鐵在花椒地剖面中的含量整體偏低．有效鉬在土壤各層次中的含量變幅較大，含量均值在3個剖面層次中為耕作層略高于心土層和底土層．有效硼在各剖面層次中的含量差異不明顯．有效硫和CEC(陽離子交換量)在3個剖面層次無明顯變化的規(guī)律，均值大小為心土層含量略大于耕作層和底土層．

表2 土壤肥力指標測定結(jié)果統(tǒng)計分析

2.2 土壤肥力綜合評價

2.2.1 隸屬度值的計算

要進一步了解土壤的肥力水平，需要結(jié)合多個土壤肥力指標對土壤肥力進行綜合評價．采用模糊綜合評價法對土壤肥力水平進行判斷時，首先要確定所選各肥力指標的隸屬度值，即以一個0.1～1.0的無量綱數(shù)值對每一個土樣中的各個肥力指標進行評分．由于不同養(yǎng)分指標對作物生長的影響情況不同，根據(jù)肥力指標對作物生長的影響情況可分別采用拋物線型和S型函數(shù)計算各養(yǎng)分指標的隸屬度值．本研究選用的16種肥力指標中，土壤pH值采用拋物線型函數(shù)計算隸屬度值，其余肥力指標采用S型函數(shù)計算隸屬度值．拋物線型函數(shù)的計算公式為：

(1)

式(1)中土壤pH值在拋物線函數(shù)中轉(zhuǎn)折點取值：x1=4.5，x2=6.5，x3=7.5，x4=8.5[16]．S型函數(shù)的計算公式為：

(2)

各肥力指標在S型函數(shù)中轉(zhuǎn)折點的取值，參考已發(fā)表的文獻進行確定，具體數(shù)值如表3所示[17-18]．根據(jù)建立的隸屬度函數(shù)式(1)和式(2)計算得到各土壤樣品中每種肥力指標的隸屬度值(表4)．

表3 S型隸屬度函數(shù)曲線轉(zhuǎn)折點的取值

表4 計算得到的各剖面層次不同肥力指標的隸屬度均值

2.2.2 單項指標權(quán)重系數(shù)的確定

計算出每種肥力指標在土壤中的隸屬度后，還需知道各肥力指標對土壤總體肥力的貢獻程度，即在后續(xù)的土壤肥力評價中確定每個肥力指標的權(quán)重系數(shù)．為避免人為主觀因素干擾，采用相關(guān)系數(shù)法確定每個肥力指標的權(quán)重系數(shù)： 采用SPSS統(tǒng)計分析軟件獲得不同肥力指標間的相關(guān)系數(shù)(表5)，然后計算得到某一肥力指標與其余肥力指標間相關(guān)系數(shù)絕對值之和的平均值，該平均值占所有肥力指標相關(guān)系數(shù)平均值總和的百分比即為該項肥力指標的權(quán)重系數(shù)．計算得到土壤各肥力指標的權(quán)重系數(shù)如表6所示．全氮、 有效鐵相關(guān)系數(shù)絕對值的平均值最大，二者的權(quán)重系數(shù)也最大，分別為0.083和0.080．有效硼的權(quán)重系數(shù)最低，為0.038．

表5 土壤肥力指標間的相關(guān)系數(shù)矩陣

表6 各土壤肥力指標的相關(guān)系數(shù)平均值和權(quán)重系數(shù)

2.2.3 土壤肥力等級確定

確定每個土壤肥力指標的隸屬度值和肥力指標的權(quán)重系數(shù)后，采用累加法獲得每個土樣的土壤肥力綜合指數(shù)，然后根據(jù)土壤肥力綜合指數(shù)的大小對土壤肥力進行判斷．圖2是供試14個花椒種植地土壤剖面樣品各層次的土壤肥力綜合指數(shù)．耕作層、 心土層和底土層土壤肥力綜合指數(shù)的變化范圍分別是0.40～0.93，0.30～0.73和0.28～0.64．

圖2 各土壤樣品的肥力綜合指數(shù)

2.3 土壤剖面肥力特征

土壤肥力綜合指數(shù)越大，土壤肥力水平越高．按土壤肥力綜合指數(shù)大小可對土壤肥力狀況進行評級，分別為高(>0.8)、 較高(0.6～0.8)、 中等(0.4～0.6)、 較低(0.2～0.4)和低(<0.2)[19]．按此分級方法，14個耕作層土樣中，高肥力水平的有2個，較高肥力水平的有6個，5個土樣的肥力水平為中等，僅1個耕層土壤肥力水平較低(表7)； 7個心土層樣品中無高肥力水平樣品，僅1個土樣的肥力水平較高，其余6個土樣各有3個中等肥力水平和較低肥力水平； 與心土層土樣類似，14個底土層土樣也無高肥力水平的樣品，僅有1個較高肥力水平的土樣，卻有8個土樣的肥力水平較低，剩余5個土樣為中等肥力水平(表7)．總體而言，供試花椒種植地剖面樣品耕層土壤肥力水平為中等偏上，但心土層和底土層的肥力水平較差，與耕作層的肥力水平差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(p<0.05)(圖3)．

表7 供試土壤剖面各土壤層次的肥力評價

a，b，c表示p<0.05水平差異具有統(tǒng)計學(xué)意義．圖3 不同剖面層次的土壤肥力綜合指數(shù)

圖4 花椒種植區(qū)不同類型土壤的剖面肥力綜合指數(shù)

3 結(jié) 論

重慶花椒種植區(qū)土壤剖面的肥力從大到小依次為耕作層、 心土層、 底土層，土壤養(yǎng)分在垂直方向具有“表聚”特征，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中要加強心土層的培肥管理．不同土壤間的養(yǎng)分元素含量變幅較大，但整體為鉀素含量較為豐富，而有機質(zhì)含量較為缺乏．花椒種植區(qū)不同土壤類型的土壤肥力水平從大到小依次為石灰黃泥、 粗骨黃壤、 灰粽紫泥、 棕紫泥、 紅棕紫泥．石灰性紫色土pH值過高對土壤肥力水平產(chǎn)生了負面影響，可通過增施有機肥來增加土壤的有機質(zhì)含量，改善土壤結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)土壤酸堿度和增加養(yǎng)分元素的有效性．