云南八角林地土壤養(yǎng)分診斷與綜合評價*

余興華，楊艷梅，李玉祥，滕娟，孟凡來，徐加翠，王春芳

(1.文山州農(nóng)業(yè)科學(xué)院，云南 文山 663099；2.云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 植物保護學(xué)院，云南 昆明 650201；3.文山州丘北縣曰者鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)綜合服務(wù)中心,云南 丘北 663201;4.曲靖市種子管理站，云南 曲靖 655000)

八角(Illiciumverum)別名八角茴香、大茴香、大料等，屬八角科(Illiciaceae)，是我國南亞熱帶地區(qū)的珍貴經(jīng)濟林樹種[1]，其主要產(chǎn)品八角果及八角茴油是優(yōu)良的調(diào)味香料和醫(yī)藥原料[2]。中國八角栽培利用歷史悠久，己有一千多年歷史[3]，主產(chǎn)于我國廣西、廣東和云南省[4-5]，云南省是僅次于廣西的我國第二大八角生產(chǎn)地，在文山、紅河、德宏、保山等濕熱地區(qū)均有種植，其面積最多的區(qū)域是文山壯族苗族自治州，所轄的縣(市)均有栽培，以富寧縣栽培最廣[6]。八角樹開一次花，有兩造果，分別是“春果” 和 “秋果”，產(chǎn)量以“秋果”為主，樹體從花芽分化至果實成熟期，幾乎同期存在，這導(dǎo)致了八角樹消耗較多的養(yǎng)分，因此需要持續(xù)從土壤中吸收養(yǎng)分才能供給樹體的正常生長發(fā)育[7]。同時，受市場價格波動影響，八角種植區(qū)普遍管理粗放，常年處于野生或半野生狀態(tài)，造成土壤肥力供應(yīng)嚴(yán)重不足，導(dǎo)致八角樹營養(yǎng)失調(diào)，易發(fā)生病蟲害，產(chǎn)量低、品質(zhì)差。土壤肥力是土壤各方面性質(zhì)的綜合反映[8]，土壤養(yǎng)分是土壤肥力的重要指標(biāo)，它受農(nóng)作物的生產(chǎn)量、肥料投入、耕種、自然環(huán)境等的影響，始終處于動態(tài)平衡[9]。不科學(xué)的經(jīng)營管理方式將會造成林地土壤養(yǎng)分失衡，土壤嚴(yán)重退化[10]。因此，要保證樹體的正常發(fā)育，首先需要對土壤養(yǎng)分的豐缺程度進行診斷與評價，才能科學(xué)的進行指導(dǎo)與管理。土壤養(yǎng)分評價常采用主成分分析法[11]、模糊數(shù)學(xué)分析法[12-13]、層次分析法[14]等方法進行研究。目前，有關(guān)云南八角林土壤綜合肥力的研究還未見報道，為了進一步評價八角種植區(qū)土壤養(yǎng)分的現(xiàn)狀，本研究采用模糊綜合法對文山州轄區(qū)內(nèi)的富寧縣、廣南縣、西疇縣、馬關(guān)縣、硯山縣、文山縣、麻栗坡縣土壤養(yǎng)分進行綜合評價，旨在為云南八角林地土壤的配方施肥，林地的高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、綠色食品生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 土壤樣品采集

2020年10月-2021年1月，在文山州八角主要種植區(qū)的7個縣按八角林分布區(qū)域設(shè)采樣點，選擇代表性的林地，共采集土樣45個。土壤樣品采集按S型法，5個分點等量混勻為1個樣品，使用四分法取樣重500 g，采樣深度為0～20 cm，土壤樣品經(jīng)自然干燥后用木錘敲碎，除去樣品中的植物碎片、巖屑、原生礦物顆粒等雜物，各樣地土壤均勻混合后三等分，過100目尼龍篩待測，詳細(xì)采樣信息見表1。

表1 云南八角林地土壤樣品采集信息Tab.1 Soil sample collection information of I.verum forest land in Yunnan

1.2 測定方法

參照食品產(chǎn)地環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)(NY/T391-2013)[15]，選取pH值、有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、有效磷、速效鉀為評價指標(biāo)。有機質(zhì)、土壤氮、全磷和全鉀的測定參照魯如坤[16]、有效磷、有效鉀和緩效鉀含量的測定參照鮑士旦[17]。

1.3 土壤養(yǎng)分豐缺標(biāo)準(zhǔn)及綜合評價方法

1.3.1 土壤養(yǎng)分評價標(biāo)準(zhǔn)

土壤養(yǎng)分豐缺度參照廣西八角林地土壤養(yǎng)分豐缺指標(biāo)[18]，將有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷、速效鉀含量劃分為豐富、中等、缺乏3個等級，具體劃分標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 八角林地土壤養(yǎng)分的豐缺指標(biāo)及隸屬度函數(shù)轉(zhuǎn)折點Tab.2 The abundance lack index of soil nutrient and turning point of membership function in I.verum forest land

1.3.2 土壤養(yǎng)分綜合評價法

利用模糊綜合評價法對土壤養(yǎng)分狀況進行綜合評價[19]，計算公式為：

式中：Wi為某一森林類型第i個土壤養(yǎng)分指標(biāo)權(quán)重，Ri為某一森林類型中第i個土壤養(yǎng)分指標(biāo)的隸屬度值。采用因子分析法確定權(quán)重，應(yīng)用S型隸屬度函數(shù)計算土壤有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、速效磷、速效鉀的隸屬度值，其計算公式為：

應(yīng)用拋物線型函數(shù)計算土壤pH的隸屬度值[20-21]，計算公式為:

式中：x為測定值，x1、x2、x3、x4為土壤質(zhì)量評價指標(biāo)在曲線中的轉(zhuǎn)折點，見表2。土壤肥力綜合等級參照王建宇等[19]的相關(guān)研究，土壤肥力劃分為5個等級，分別為很肥沃、肥沃、一般、較低、貧瘠，相應(yīng)的等級及指標(biāo)值見表3。

表3 土壤肥力綜合指標(biāo)值Tab.3 Comprehensive index value of soil fertility

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

利用Excel 2010進行變異系數(shù)、隸屬度值、綜合評價運算及雷達(dá)圖繪制。利用 SPSS 20.0進Person相關(guān)分析、主成分分析、不同樣地間各肥料指標(biāo)的方差分析，選擇Duncan(D)進行兩兩比較，α=0.05為顯著水平。

2 結(jié)果與分析

2.1 云南八角林地土壤養(yǎng)分基本特征

由八角林地土壤養(yǎng)分含量(表4)可知：八角林地土壤有機質(zhì)含量32.64～79.54 g/kg，平均含量大于50 g/kg；全氮含量1.82～4.22 g/kg，平均含量大于2.5 g/kg；全磷含量0.47～1.79 g/kg，平均含量小于1.0 g/kg；全鉀含量7.09～14.53 g/kg，平均含量小于15 g/kg；速效氮、磷、鉀含量分別為126.19～269.64 mg/kg、3.43～2.5.80 mg/kg、85.67～173.23 mg/kg，平均含量分別為162.96 mg/kg、11.41 mg/kg、117.56 mg/kg；各樣地土壤pH值4.47～4.81，呈酸性；八角林地土壤養(yǎng)分各指標(biāo)的變異系數(shù)18.85%～64.44%，其有效磷含量的變異系數(shù)最大。

表4 八角林地土壤養(yǎng)分基本特征統(tǒng)計與分析Tab.4 Statistics and analysis of basic characteristic of soil nutrient in I.verum forest land

2.2 云南八角林地土壤養(yǎng)分差異分析

不同八角林地土壤養(yǎng)分存在差異(表5)。文山縣、硯山縣、西疇縣、廣南縣八角林地土壤有機質(zhì)均為豐富，馬關(guān)縣、富寧縣、麻栗坡縣八角林地土壤有機質(zhì)含量為中等。

全氮以馬關(guān)縣、麻栗坡縣為中等，其余5個縣均為豐富，有機質(zhì)與全氮含量大小順序均為：文山縣>硯山縣>西疇縣>廣南縣>富寧縣>麻栗坡縣>馬關(guān)縣。文山縣全磷含量均顯著高于其它6個縣，全磷的含量除文山縣較高外，其余6個縣均小于1.0 g/kg，為缺乏等級，大小順序為：文山縣>富寧縣>馬關(guān)縣>廣南縣=麻栗坡縣>西疇縣>硯山縣。各縣全鉀含量均為缺乏等，大小順序為：硯山縣>麻栗坡縣>文山縣>馬關(guān)縣>廣南縣>西疇縣>富寧縣。堿解氮以文山縣含量最高，為豐富等級，馬關(guān)縣、硯山縣、麻栗坡縣的等級為中等，大小順序為：文山縣>富寧縣>廣南縣>西疇縣>麻栗坡縣>硯山縣>馬關(guān)縣。有效磷含量呈現(xiàn)出文山縣土壤顯著高于其它6個縣，西疇縣、廣南縣、文山縣、硯山縣有效磷含量為豐富等級，馬關(guān)縣為中等等級，富寧縣、麻栗坡縣為缺乏等級，大小順序為：文山縣>硯山縣>西疇縣>廣南縣>馬關(guān)縣>麻栗坡縣>富寧縣。硯山縣速效鉀含量最高，富寧縣含量最低，7個縣均為中等等級，大小順序為：硯山縣>文山縣>麻栗坡縣>廣南縣>馬關(guān)縣>西疇縣>富寧縣。

表5 不同八角林地土壤養(yǎng)分的顯著性分析Tab.5 Significance analysis of soil nutrient in I.verum forest land

2.3 云南八角林地土壤養(yǎng)分指標(biāo)相關(guān)性分析

土壤養(yǎng)分指標(biāo)相關(guān)性(表6)表明各土壤養(yǎng)分之間聯(lián)系緊密。有機質(zhì)與全氮、全磷、堿基氮、有效磷、速效鉀呈極顯著正相關(guān)，與速效鉀呈顯著正相關(guān)。全氮與全磷、堿基氮、有效磷呈極顯著正相關(guān)，與速效鉀呈顯著正相關(guān)。全磷與堿解氮、有效磷呈極顯著正相關(guān)，堿解氮與有效磷呈極顯著正相關(guān)，有效磷與速效鉀呈極顯著正相關(guān)。因此，在林地施肥過程中，需要考慮肥料的平衡性，才能保證八角產(chǎn)量穩(wěn)定。

表6 土壤養(yǎng)分指標(biāo)相關(guān)性分析Tab.6 Correlation analysis of soil nutrient index

2.4 土壤養(yǎng)分評價指標(biāo)權(quán)重確定

依據(jù)主成分分析得出特征值、方差貢獻率，按照特征值>1的原則將7個養(yǎng)分指標(biāo)抽取為3個主成分(表7)，第一主成分貢獻率為60.884%，有機質(zhì)、全氮、堿解氮、全磷、有效磷為主要成分；第二主成分貢獻率為21.669%，全鉀、速效鉀為主要成分；第三個主成分貢獻率為12.114%，pH為主要成分，3個成分的累積貢獻率為94.667%。權(quán)重的計算參照孫波等[20]因子分析法確定，由此計算得出有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、有效磷、速效鉀和pH的權(quán)重分別為：0.128、0.128、0.124、0.128、0.127、0.111、0.126和0.128。

表7 土壤養(yǎng)分主成分分析及權(quán)重Tab.7 The principal component analysis of soil nutrient and weight calculation

2.5 云南八角林地土壤養(yǎng)分綜合評價

利用S 型和拋物線型隸屬度函數(shù)分別計算各養(yǎng)分指標(biāo)隸屬度值，應(yīng)用此值繪制了雷達(dá)圖(圖1)，坐標(biāo)軸上各個點圍成的多邊形面積大小代表評價指標(biāo)所組成評價對象的整體質(zhì)量的狀態(tài)[22]。圖中有機質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷的隸屬度值分別為：0.87、0.90、0.88、0.65，處于豐富等級；速效鉀的隸屬度值為0.43，處于一般等級；全磷和全鉀的隸屬度值分別為0.17和0.10，處于貧瘠等級。通過各指標(biāo)在坐標(biāo)軸上的位置可知，云南八角林地土壤磷、鉀含量與理想值還存在較大差距。各種植區(qū)的加權(quán)求和指數(shù)綜合得分見表8，不同八角種植地綜合得分為：文山縣、硯山縣2個種植地的綜合得分0.6～0.8，依據(jù)土壤綜合指數(shù)(表3)判斷為Ⅱ級，其豐缺程度為肥沃；西疇縣、廣南縣、富寧縣、麻栗坡縣4個種植地的綜合得分0.40～0.60，為Ⅲ級，其豐缺程度為一般；馬關(guān)縣綜合得分0.20～0.40，為Ⅳ，其豐缺程度為較低。

圖1 各評價指標(biāo)隸屬度函數(shù)值的雷達(dá)圖Fig.1 Radar plot of membership degree values of different evaluation indicators

表8 八角林地土壤養(yǎng)分隸屬度值及綜合得分Tab.8 Membership value and comprehensive score of soil nutrient in I.verum forest land

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

3.1.1 云南八角林地土壤養(yǎng)分特征

土壤肥力綜合指標(biāo)包括土壤營養(yǎng)指標(biāo)、物理性狀指標(biāo)、生物學(xué)指標(biāo)、環(huán)境指標(biāo)，其養(yǎng)分指標(biāo)主要包含：有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、堿基氮、有效磷、有效鉀[20，23]，是極其重要的土壤肥力因子[24]。有機質(zhì)與土壤養(yǎng)分供給、物理特性及理化過程有著密切的關(guān)系，主要源于人工施肥和植物凋落物的分解。全氮為土壤氮素的容量指標(biāo)，其堿解氮反映土壤短期供應(yīng)氮素的能力，有效磷是土壤中可被植物吸收的磷組分，速效鉀可被植物直接吸收利用，反映土壤的供鉀能力[25]。本研究表明：云南八角林土壤有機質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷處于豐富等級；速效鉀處于一般等級；全磷和全鉀處于貧瘠等級。pH 4.47～4.81，其酸性環(huán)境的土壤利于八角的生長，這與農(nóng)必昌等[7]的研究結(jié)論相同，即八角在pH 4.0～5.5的土壤中生長最好。全磷、全鉀、速效鉀含量已成為影響云南八角林地土壤養(yǎng)分的限制因子，其在文山州不同八角種植地間存在差異。文山縣、硯山縣2個八角林地的土壤為肥沃水平；西疇縣、廣南縣、富寧縣、麻栗坡縣4個來源的林地土壤為一般水平，馬關(guān)縣的林地土壤為較低水平。富寧縣、廣南縣、西疇縣、馬關(guān)縣為云南省八角種植面積較大的地區(qū)，其土壤養(yǎng)分綜合評價為一般水平甚至很低，為保持其高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)，需要持續(xù)加大八角林地的管理與肥料投入。

3.1.2 八角樹體養(yǎng)分需求特點分析

八角是淺根性樹種，側(cè)根多，且集中分布在0～55 cm土層中，主根不發(fā)達(dá)，適宜生長在土層深厚、肥沃、疏松偏酸性的壤土或沙質(zhì)壤土中，這些地方土壤有機質(zhì)含量一般都比較高，若生長于缺肥的土壤中，將影響八角林地的豐產(chǎn)性[7]。K、B、N和P是影響八角幼林產(chǎn)量的主要營養(yǎng)元素[26]，P、K元素對成林的影響較大[27]。若葉片N含量低，會造成生長不良、樹勢較弱、嚴(yán)重影響樹冠的形成，不利于高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，在P、K含量低，不施肥或只施 N肥的地帶，葉片P、K含量普遍低，導(dǎo)致病蟲害發(fā)生嚴(yán)重、果小且發(fā)育不良[28]。八角在同一生長發(fā)育時期葉、花、果、枝等器官中N、P、K 等元素的含量存在較大的差異，花器官中N、P、K、Cu、Zn、Mg等元素的養(yǎng)分含量比同期的果實、枝、葉含量高，花器官中K元素含量是葉片的2.7倍，是果實的1.4倍，是枝條的3.5倍，Cu次之，再者是P、Zn和N 元素。果實K含量是葉片的1.9倍，是枝條的2.5倍，P、Cu的含量高于葉片，而N、Ca、Mg、Zn、B等元素的含量低于葉片，枝條中N、P、K、B的含量均是最低[18]。高騰[29]在研究八角開花及幼果期營養(yǎng)元素變化后指出，八角開花過程對K、Na、Mg和Zn元素的需求量大，果實膨大期對N、P、Mg和Zn元素的需求量大。由黃卓明[27]研究八角產(chǎn)出與肥料的投入可知，每生產(chǎn)100 kg的八角，植株需要從土壤中攝取氮1.2 kg、磷0.3 kg、鉀0.77 kg。八角樹主干枝條每年抽梢2次，春梢2月開始萌動發(fā)芽，3月進入展葉盛期，秋梢出現(xiàn)在8—9月間[18]，新生梢葉對營養(yǎng)元素的消耗量增多[30]。開花坐果集中在 6—10 月[31]，此期間開花量大，樹體營養(yǎng)需求進入高峰期，若土壤缺乏N、P、K 營養(yǎng)元素供給，會影響其授粉與受精，造成花器官敗育或者小幼果脫落[32]。果實發(fā)育呈現(xiàn)出11 月至翌年 3 月上旬為八角幼果的緩慢生長期，3 月中旬至7月為生長加速期[33]。因此，八角林要獲得豐產(chǎn)，施肥管理需根據(jù)樹體的養(yǎng)分及其需肥規(guī)律進行，在花果之前或花果初期及時適量地補施 K 肥，能起到?；?、保果、壯果和提高品質(zhì)的作用[34]。一般每年施肥2次，第一次在 1—3月，此時氣溫逐漸回升，新根和春梢即將萌發(fā)，及時施肥可促春梢生長及幼果發(fā)育。第二次在5—7月，此時正值果實迅速長大及花芽分化萌動期，施肥可加速果實長大，促進花芽形成[18]。本研究表明，云南八角林地速效鉀含量水平為一般，全磷和全鉀含量均是貧瘠等級，僅靠土壤在風(fēng)化過程中釋放出來的養(yǎng)分還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足其生長需求，依據(jù)八角樹體對養(yǎng)分的需求規(guī)律可知，在種植區(qū)域需要加強鉀肥與磷肥的管理，同時也需考慮其它營養(yǎng)元素的協(xié)調(diào)施入，以防止元素之間發(fā)生拮抗作用。

3.2 結(jié)論

云南八角林地土壤pH 4.47～4.81，呈酸性，土壤有機質(zhì)含量、全氮含量、速效氮含量、速效磷含量豐富；速效鉀含量為一般等級；全磷含量和全鉀含量處于貧瘠等級。磷元素和鉀元素是影響云南八角林地土壤養(yǎng)分的主要限制因子。不同種植林地土壤養(yǎng)分存在差異，文山縣和硯山縣八角林地的土壤養(yǎng)分綜合評價為肥沃水平；西疇縣、廣南縣、富寧縣、麻栗坡縣4個種植林地土壤養(yǎng)分為一般水平；馬關(guān)縣的種植林地土壤養(yǎng)分為低水平。主要種植八角區(qū)域的富寧縣、廣南縣、西疇縣、馬關(guān)縣土壤養(yǎng)分整體不理想，需要加大八角林地的常規(guī)管理與肥料的投入。