重慶花椒種植區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主要類型土壤的肥力特征，在重慶市江津、潼南和酉陽3個花椒種植大縣共采集了14個花椒種植地典型土壤剖面，分析測定了pH 值和有機質在內的16種肥力指標，并結合模糊綜合評價法對供試土壤的肥力水平進行了評價.研究結果發現重慶花椒種植區土壤剖面的肥力從大到小依次為耕作層、心土層、底土層，土壤養分在垂直方向具有“表聚”特征;不同土壤間的養分元素含量變幅較大，但總體表現出鉀素豐富，而有機質較為缺乏;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.對于重慶花椒種植區的土壤，在農業生產中要加強非耕層土壤的培肥管理;通過增施有機肥來增加土壤有機質含量，提高養分元素的有效性.

　　關 鍵 詞：花椒;土壤剖面;土壤肥力;模糊綜合評價

　　王帥; 趙敬坤; 王洋; 冉文秀; 馮興; 李志琦; 李忠意， 西南大學學報(自然科學版) 發表時間：2021-11-08

　　花椒Zanthoxylumbungeanum 是蕓香科花椒屬植物，具有獨特的食用、藥用價值和生態功能[1-2].花椒品種眾多，重慶地區目前主要栽培的品種為九葉青花椒，種植面積為5.33萬hm2，是重慶地區主要種植的生態經濟型樹種，為當地農業發展和農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量和品質[4].王璐等[5]發現衰老退化程度較輕的花椒林地土壤養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和氮磷鉀的含量.楊林生等[7]在調查重慶花椒種植區施肥狀況與花椒產量關系時發現，受施肥狀況和土壤肥力等因素的影響，重慶地區的花椒產量范圍在1.63～18.7t/hm2 之間，變化范圍極大.可見，土壤肥力水平對花椒產量有著重要的影響.喻陽華等[8]和謝毓芬等[9]對貴州喀斯特山區和陜西花椒主產區椒園的土壤養分狀況進行了評價.楊仕曦等[10]在對重慶九龍坡區花椒種植地土壤肥力進行調查時發現種植區土壤養分失衡，土壤酸化嚴重，建議施肥應注重養分平衡，增施有機肥，改善土壤理化性狀.但重慶花椒種植面積較廣，種植區內土壤類型較為豐富，僅九龍坡區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土壤的肥力狀況.因此，為更好地了解重慶花椒種植區的土壤肥力狀況，本研究分別在酉陽、潼南和江津3個花椒種植大區(縣)采集花椒種植典型土壤的剖面樣品進行室內理化分析，并結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：首先根據土壤發生分類學知識選擇花椒種植區域內具有代表性的土壤樣點;然后在距離花椒樹干30cm 處開挖土壤剖面;剖面開挖好后按土壤的發生層次(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 構 特 征;土 樣 采 回 室 內 風 干 過 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.土壤發生分類學命名依據重慶土壤分類標準(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).紫色土的成土母質包括侏羅系蓬萊鎮組(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)石灰巖發育的土壤，其中1個土壤的發育程度較淺，分類為石灰(巖)土(石灰黃泥土屬)，2個為發育程度較深的黃壤(粗骨黃壤土屬).

　　1.2 理化性質分析

　　共測定了土壤pH 值和有機質等16種土壤肥力指標，各指標均采用土壤農化分析常規方法測定[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射光譜法(ICPOES，Optima8000，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 數據處理

　　采用 Excel2019對數據進行整理和繪圖，采用SPSS22.0對數據進行統計分析和相關性分析.

　　2 結果與分析

　　2.1 土壤養分含量水平

　　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、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2005-2014年的測土配方施肥項目數據，全國耕層土壤有機質含量均值為24.65g/kg，重慶為19.19g/kg[12].而本研究中花椒地剖面 A-B-C層的有機質含量均值分別為17.3g/kg，9.67g/kg和8.10g/kg，低于全國和重慶的平均值水平，重慶花椒種植區土壤的有機質含量水平整體偏低.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672mg/kg，529mg/kg和738mg/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出耕層含量遠大于非耕層，3種有效微量元素的含量表現出表聚性，其原因可能與耕層的農業耕作方式、施肥等人類活動有關[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的無量綱數值對每一個土樣中的各個肥力指標進行評分.由于不同養分指標對作物生長的影響情況不同，根據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型函數計算各養分指標的隸屬度值.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計算隸屬度值，其余肥力指標采用S型函數計算隸屬度值.拋物線型函數的計算公式為：式(1)中土壤pH 值在拋物線函數中轉折點取值：x1=4.5，x2=6.5，x3=7.5，x4=8.5[16].S型函數的計算公式為：

　　各肥力指標在S型函數中轉折點的取值，參考已發表的文獻進行確定，具體數值如表3所示[17-18].根據建立的隸屬度函數式(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).

　　2.2.2 單項指標權重系數的確定

　　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，即在后續的土壤肥力評價中確定每個肥力指標的權重系數.為避免人為主觀因素干擾，采用相關系數法確定每個肥力指標的權重系數：采用SPSS統計分析軟件獲得不同肥力指標間的相關系數(表5)，然后計算得到某一肥力指標與其余肥力指標間相關系數絕對值之和的平均值，該平均值占所有肥力指標相關系數平均值總和的百分比即為該項肥力指標的權重系數.計算得到土壤各肥力指標的權重系數如表6所示.全氮、有效鐵相關系數絕對值的平均值最大，二者的權重系數也最大，分別為0.083和0.080.有效硼的權重系數最低，為0.038.

　　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重系數后，采用累加法獲得每個土樣的土壤肥力綜合指數，然后根據土壤肥力綜合指數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.耕作層、心土層和底土層土壤肥力綜合指數的變化范圍分別是 0.40～0.93，0.30～0.73和0.28～0.64.

　　2.3 土壤剖面肥力特征

　　土壤肥力綜合指數越大，土壤肥力水平越高.按土壤肥力綜合指數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計學意義(p<0.05)(圖3).

　　進一步對重慶花椒種植區域土壤剖面的肥力特征進行分析，3個區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)，說明土壤養分在垂直方向具有“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，在農業生產中應注意心土層土壤培肥，多采用深施肥料等農業施肥措施.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育于侏羅系遂寧組(J3sn)紫色泥頁巖，屬石灰性紫色土亞類.這類紫色土富含鈣質，土壤pH 值呈強堿性，對土壤肥力存在一些負面影響.土壤高 pH值容易造成土壤 NH+4 揮發，使土壤堿解氮含量水平不高[21];同時土壤高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，降低這些微量金屬元素的生物有效性[23].在本研究的肥力評價指標中，pH 值以及與pH 值關系密切的堿解氮、有效磷和有效鐵的權重系數最大.在農業生產中要對石灰性紫色土高pH 值可能引起的土壤缺素癥狀引起重視，具體措施可通過增施有機肥來提高土壤的酸堿緩沖容量，降低土壤pH 值.施用有機肥除可增加土壤對有效養分的吸附容量外，還能增加土壤的有機質含量，改善土壤結構.

　　3 結 論

　　重慶花椒種植區土壤剖面的肥力從大到小依次為耕作層、心土層、底土層，土壤養分在垂直方向具有“表聚”特征，在農業生產中要加強心土層的培肥管理.不同土壤間的養分元素含量變幅較大，但整體為鉀素含量較為豐富，而有機質含量較為缺乏.花椒種植區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生了負面影響，可通過增施有機肥來增加土壤的有機質含量，改善土壤結構，調節土壤酸堿度和增加養分元素的有效性.