重慶花椒種植區(qū)主要類型土壤剖面的肥力特征

　　摘要：為掌握重慶市花椒種植區(qū)主要類型土壤的肥力特征，在重慶市江津、潼南和酉陽(yáng)3個(gè)花椒種植大縣共采集了14個(gè)花椒種植地典型土壤剖面，分析測(cè)定了pH 值和有機(jī)質(zhì)在內(nèi)的16種肥力指標(biāo)，并結(jié)合模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)供試土壤的肥力水平進(jìn)行了評(píng)價(jià).研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)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;不同土壤間的養(yǎng)分元素含量變幅較大，但總體表現(xiàn)出鉀素豐富，而有機(jī)質(zhì)較為缺乏;不同類型土壤的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.對(duì)于重慶花椒種植區(qū)的土壤，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中要加強(qiáng)非耕層土壤的培肥管理;通過(guò)增施有機(jī)肥來(lái)增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，提高養(yǎng)分元素的有效性.

　　關(guān) 鍵 詞：花椒;土壤剖面;土壤肥力;模糊綜合評(píng)價(jià)

　　王帥; 趙敬坤; 王洋; 冉文秀; 馮興; 李志琦; 李忠意， 西南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版) 發(fā)表時(shí)間：2021-11-08

　　花椒Zanthoxylumbungeanum 是蕓香科花椒屬植物，具有獨(dú)特的食用、藥用價(jià)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(wàn)hm2，是重慶地區(qū)主要種植的生態(tài)經(jīng)濟(jì)型樹(shù)種，為當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)展和農(nóng)戶增收做出了一定的貢獻(xiàn)[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(yán)重的花椒林地.劉姣姣等[6]指出花椒多年連作會(huì)降低土壤有機(jī)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(shí)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1.63～18.7t/hm2 之間，變化范圍極大.可見(jiàn)，土壤肥力水平對(duì)花椒產(chǎn)量有著重要的影響.喻陽(yáng)華等[8]和謝毓芬等[9]對(duì)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(jìn)行了評(píng)價(jià).楊仕曦等[10]在對(duì)重慶九龍坡區(qū)花椒種植地土壤肥力進(jìn)行調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn)種植區(qū)土壤養(yǎng)分失衡，土壤酸化嚴(yán)重，建議施肥應(yīng)注重養(yǎng)分平衡，增施有機(jī)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(gè)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(yáng)、潼南和江津3個(gè)花椒種植大區(qū)(縣)采集花椒種植典型土壤的剖面樣品進(jìn)行室內(nèi)理化分析，并結(jié)合模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)土壤肥力進(jìn)行評(píng)價(jià).

　　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(gè).土樣的采集方式：首先根據(jù)土壤發(fā)生分類學(xué)知識(shí)選擇花椒種植區(qū)域內(nèi)具有代表性的土壤樣點(diǎn);然后在距離花椒樹(shù)干30cm 處開(kāi)挖土壤剖面;剖面開(kāi)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(jìn)行土樣采集(圖1)，14個(gè)剖面中有7個(gè)剖面只 有 A-C 層，另 7 個(gè) 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(guò) 2 mm，1 mm 和0.25mm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(biāo)準(zhǔn)(DB50/T796-2016 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(gè)土壤剖面中有11個(gè)紫色土，其中5個(gè)中性紫色土(灰粽紫泥土屬和棕紫泥土屬)、6個(gè)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(gè)剖面土壤為寒武系(Θ)石灰?guī)r發(fā)育的土壤，其中1個(gè)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(gè)為發(fā)育程度較深的黃壤(粗骨黃壤土屬).

　　1.2 理化性質(zhì)分析

　　共測(cè)定了土壤pH 值和有機(jī)質(zhì)等16種土壤肥力指標(biāo)，各指標(biāo)均采用土壤農(nóng)化分析常規(guī)方法測(cè)定[11].土壤pH 值采用電位法測(cè)定(土水比1∶2.5);有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法 外加熱法測(cè)定;堿解氮采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定;有效磷采用 NaHCO3 提取 鉬銻抗比色法測(cè)定;土壤全氮測(cè)定采用半微量凱氏定氮法;全磷測(cè)定采用 NaOH 熔融 鉬銻抗比色法;全鉀測(cè)定采用 NaOH 熔融 火焰光度法;速效鉀測(cè)定采用 NH4Ac提取 火焰光度法;有效鐵、錳、銅、鋅的測(cè)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(cè)定采用沸水提取 姜黃素比色法;有效鉬測(cè)定采用草酸/草酸銨浸提等離子體發(fā)射光譜法(ICPOES，Optima8000，美國(guó)鉑金埃爾默);有效硫測(cè)定采用純水提取-BaSO4 比濁法;陽(yáng)離子交換量(CEC)測(cè)定采用 NH4OAc交換 蒸餾法.

　　1.3 數(shù)據(jù)處理

　　采用 Excel2019對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和繪圖，采用SPSS22.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)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(duì)16種肥力指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)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(jī)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(cè)土配方施肥項(xiàng)目數(shù)據(jù)，全國(guó)耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量均值為24.65g/kg，重慶為19.19g/kg[12].而本研究中花椒地剖面 A-B-C層的有機(jī)質(zhì)含量均值分別為17.3g/kg，9.67g/kg和8.10g/kg，低于全國(guó)和重慶的平均值水平，重慶花椒種植區(qū)土壤的有機(jī)質(zhì)含量水平整體偏低.個(gè)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672mg/kg，529mg/kg和738mg/kg，遠(yuǎn)高于通常認(rèn)為的土壤堿解氮、有效磷、速效鉀高含量的標(biāo)準(zhǔn)[13].土壤全鉀含量豐富，所有土樣的全鉀含量均大于20g/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(yuǎn)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(dòng)有關(guān)[14].按照王淑英等[15]的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，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(gè)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(yáng)離子交換量)在3個(gè)剖面層次無(wú)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.

　　2.2 土壤肥力綜合評(píng)價(jià)

　　2.2.1 隸屬度值的計(jì)算

　　要進(jìn)一步了解土壤的肥力水平，需要結(jié)合多個(gè)土壤肥力指標(biāo)對(duì)土壤肥力進(jìn)行綜合評(píng)價(jià).采用模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)土壤肥力水平進(jìn)行判斷時(shí)，首先要確定所選各肥力指標(biāo)的隸屬度值，即以一個(gè)0.1～1.0的無(wú)量綱數(shù)值對(duì)每一個(gè)土樣中的各個(gè)肥力指標(biāo)進(jìn)行評(píng)分.由于不同養(yǎng)分指標(biāo)對(duì)作物生長(zhǎng)的影響情況不同，根據(jù)肥力指標(biāo)對(duì)作物生長(zhǎng)的影響情況可分別采用拋物線型和S型函數(shù)計(jì)算各養(yǎng)分指標(biāo)的隸屬度值.本研究選用的16種肥力指標(biāo)中，土壤pH 值采用拋物線型函數(shù)計(jì)算隸屬度值，其余肥力指標(biāo)采用S型函數(shù)計(jì)算隸屬度值.拋物線型函數(shù)的計(jì)算公式為：式(1)中土壤pH 值在拋物線函數(shù)中轉(zhuǎn)折點(diǎn)取值：x1=4.5，x2=6.5，x3=7.5，x4=8.5[16].S型函數(shù)的計(jì)算公式為：

　　各肥力指標(biāo)在S型函數(shù)中轉(zhuǎn)折點(diǎn)的取值，參考已發(fā)表的文獻(xiàn)進(jìn)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(jì)算得到各土壤樣品中每種肥力指標(biāo)的隸屬度值(表4).

　　2.2.2 單項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重系數(shù)的確定

　　計(jì)算出每種肥力指標(biāo)在土壤中的隸屬度后，還需知道各肥力指標(biāo)對(duì)土壤總體肥力的貢獻(xiàn)程度，即在后續(xù)的土壤肥力評(píng)價(jià)中確定每個(gè)肥力指標(biāo)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(gè)肥力指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)：采用SPSS統(tǒng)計(jì)分析軟件獲得不同肥力指標(biāo)間的相關(guān)系數(shù)(表5)，然后計(jì)算得到某一肥力指標(biāo)與其余肥力指標(biāo)間相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值之和的平均值，該平均值占所有肥力指標(biāo)相關(guān)系數(shù)平均值總和的百分比即為該項(xiàng)肥力指標(biāo)的權(quán)重系數(shù).計(jì)算得到土壤各肥力指標(biāo)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(duì)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.

　　2.2.3 土壤肥力等級(jí)確定

　　確定每個(gè)土壤肥力指標(biāo)的隸屬度值和肥力指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)后，采用累加法獲得每個(gè)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(duì)土壤肥力進(jìn)行判斷.圖2是供試14個(gè)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.

　　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(duì)土壤肥力狀況進(jìn)行評(píng)級(jí)，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(jí)方法，14個(gè)耕作層土樣中，高肥力水平的有2個(gè)，較高肥力水平的有6個(gè)，5個(gè)土樣的肥力水平為中等，僅1個(gè)耕層土壤肥力水平較低(表7);7個(gè)心土層樣品中無(wú)高肥力水平樣品，僅1個(gè)土樣的肥力水平較高，其余6個(gè)土樣各有3個(gè)中等肥力水平和較低肥力水平;與心土層土樣類似，14個(gè)底土層土樣也無(wú)高肥力水平的樣品，僅有1個(gè)較高肥力水平的土樣，卻有8個(gè)土樣的肥力水平較低，剩余5個(gè)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(jì)學(xué)意義(p<0.05)(圖3).

　　進(jìn)一步對(duì)重慶花椒種植區(qū)域土壤剖面的肥力特征進(jìn)行分析，3個(gè)區(qū)縣的剖面肥力從大到小依次均為耕作層、心土層、底土層(圖3)，說(shuō)明土壤養(yǎng)分在垂直方向具有“表聚”特征[20].重慶九葉青花椒根系分布主要集中在5～40cm 厚度的土層[3].因此，心土層也有部分根系分布，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)注意心土層土壤培肥，多采用深施肥料等農(nóng)業(yè)施肥措施.不同土壤類型的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(圖4).值得注意的是，紅棕紫泥的土壤肥力水平最低，其原因可能在于紅棕紫泥發(fā)育于侏羅系遂寧組(J3sn)紫色泥頁(yè)巖，屬石灰性紫色土亞類.這類紫色土富含鈣質(zhì)，土壤pH 值呈強(qiáng)堿性，對(duì)土壤肥力存在一些負(fù)面影響.土壤高 pH值容易造成土壤 NH+4 揮發(fā)，使土壤堿解氮含量水平不高[21];同時(shí)土壤高pH 值容易造成磷的固定，土壤中的磷酸根離子易與土壤中的鈣離子生成磷酸多鈣的難溶物，使土壤磷的有效性較低[22];土壤高pH 值還使土壤中的鐵、錳、銅、鋅生成氫氧化物的沉淀態(tài)，降低這些微量金屬元素的生物有效性[23].在本研究的肥力評(píng)價(jià)指標(biāo)中，pH 值以及與pH 值關(guān)系密切的堿解氮、有效磷和有效鐵的權(quán)重系數(shù)最大.在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中要對(duì)石灰性紫色土高pH 值可能引起的土壤缺素癥狀引起重視，具體措施可通過(guò)增施有機(jī)肥來(lái)提高土壤的酸堿緩沖容量，降低土壤pH 值.施用有機(jī)肥除可增加土壤對(duì)有效養(yǎng)分的吸附容量外，還能增加土壤的有機(jī)質(zhì)含量，改善土壤結(jié)構(gòu).

　　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(qiáng)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(jī)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(guò)高對(duì)土壤肥力水平產(chǎn)生了負(fù)面影響，可通過(guò)增施有機(jī)肥來(lái)增加土壤的有機(jī)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.