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山核桃林地土壤主要肥力因子及其临界区间

袁紫倩 叶正钱 李皓 董建华 胡俊靖 赵伟明

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山核桃林地土壤主要肥力因子及其临界区间

    作者简介: 袁紫倩 E-mail:306536445@qq.com;
    通讯作者: 赵伟明, E-mail:1099367873@qq.com
  • 基金项目: 杭州市农业与社会发展科研主动设计项目(20172015A01);杭州市农业科研自主申报项目(20170432B13)。

Main soil fertility factors and their critical range for Chinese walnut (Carya cathayensis Sarg.) production

    Corresponding author: ZHAO Wei-ming, E-mail:1099367873@qq.com
  • 摘要: 【目的】土壤养分是植物生存的必要条件,探讨山核桃 (Carya cathayensis Sarg.) 主产区林地土壤化学性质之间的关系及其对土壤养分的影响,为山核桃的栽植和可持续发展、土壤培肥提供科学依据。【方法】在浙江省山核桃主产区,随机选择58个典型乡镇的山核桃林采集土样,测定了pH、有机质、碱解氮、有效磷、速效钾、有效钙、有效镁、有效铁、有效锰、有效铜、有效锌、有效硼等12个肥力因子水平,运用主成分分析和回归分析方法,分析了他们与山核桃生长、感病、产量的影响的重要性以及临界区间。【结果】主成分分析前五个因素 (PC1、PC2、PC3、PC4、PC5) 的累计贡献率达78.49%。PC1的主要荷载为土壤pH、有效钙和有效镁含量,PC2的主要荷载是微量元素和有效磷含量,PC3是有机质和碱解氮含量,PC4和PC5分别是有效钾和有效硼含量。林分生长性状中,生长势等级GVG与pH、速效钾、有效钙、镁、铜、锌显著负相关 (P < 0.01),干腐病感病等级CDG与pH、有效钙、镁显著负相关 (P < 0.01),产量等级YG与pH、有效钙、镁、磷、锌显著正相关 (P < 0.01)。回归模型分析得出土壤pH、速效钾和有效钙、镁、铜、锌是当前栽培措施水平下影响山核桃生长的关键土壤肥力因子。综合评价后,发现研究区正常山核桃林仅占31.4%,退化山核桃林占68.6%。现有约60%的林地土壤综合肥力低于平均水平。【结论】对山核桃林地土壤生产性能影响最大的因素是土壤pH,有效钙和有效镁含量,其次是微量元素和有效磷含量,有机质、有效钾和有效硼含量也有一定的影响。山核桃主产区的林地土壤关键指标丰缺范围:pH 5.19~5.7、有效钾87~129 mg/kg、交换性钙817~1374 mg/kg、交换性镁93~145 mg/kg、有效铜1.36~4.39 mg/kg、有效锌0.78~2.33 mg/kg。
  • 图 1  山核桃林地土壤生产性能SPI随土壤综合肥力指数的变化

    Figure 1.  Soil productivity index (SPI) dependent of soil comprehensive fertility index (F) in Chinese walnut woodland

    表 1  0—30 cm土壤pH和有效养分含量间的相关性

    Table 1.  Correlations between pH and available nutrient contents in 0-30 cm deep of soil

    项目ItemNPKpH有机质OMFeMnCuZnBCaMg
    N1
    P0.0971
    K0.1110.2581
    pH0.299*0.0560.2471
    OM0.792**0.2360.1600.1901
    Ca0.2360.0750.1520.858**0.149–0.0590.351**0.471**0.1860.2001
    Mg0.1640.0970.420**0.668**0.1390.0350.343**0.404**0.300*0.0720.690**1
    注(Note):*—P < 0.05;**—P < 0.01;n =58.
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    表 2  山核桃林地0—30 cm土层土壤肥力因子特征值及主成分方差贡献率

    Table 2.  Eigenvalues of soil fertility factors in 0-30 cm deep of Chinese walnut woodland and the variance contribution of principle components

    项目
    Item
    旋转主成份 Rotated principal component
    PC1PC2PC3PC4PC5
    有效钙Available Ca0.9170.0070.0870.183–0.010
    酸碱度pH0.907–0.1070.1650.0170.104
    有效镁Available Mg0.8130.1300.0230.0620.314
    有效铜Available Cu0.5940.5290.068–0.180–0.318
    有效铁Available Fe–0.1240.819–0.0190.090–0.092
    有效磷Available P–0.0260.6680.0970.0150.388
    有效锌Available Zn0.2090.6010.345–0.0510.111
    有机质Organic matter0.0630.1650.9380.0840.089
    碱解氮Available N0.1370.0390.8930.157–0.005
    有效硼Available B0.024–0.0740.2160.8850.027
    有效锰Available Mn0.3070.5370.0010.635–0.010
    速效钾Available K0.1940.0820.0660.0100.908
    特征值Eigenvalue3.7061.9251.5701.1331.085
    方差贡献率Variance contribution(%)30.88016.04413.0849.4409.042
    累计贡献率Total cumulative (%)30.88046.92360.00769.44778.490
    注(Note):*—P < 0.05;**—P < 0.01;n =58.
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    表 3  山核桃林地土壤生产性能、林分生长性状指标与土壤肥力因子间的相关性

    Table 3.  Correlations among soil productivity index,forest stand growth character indices and soil fertility factors in tested Chinese walnut woodlands

    项目Item干腐病感病等级CDG生长势等级GVG产量等级YG土壤生产性能指数SPI
    干腐病感病等级CDG1
    生长势等级GVG0.281*1
    产量等级YG–0.113–0.717**1
    土壤生产性能指数SPI–0.614**–0.903**0.805**1
    碱解氮 Available N–0.018–0.1320.1970.227
    有效磷 Available P–0.236–0.1650.374**0.349*
    速效钾 Available K–0.170–0.484**0.1780.418**
    酸碱度 pH–0.425**–0.648**0.381**0.668**
    有机质 Organic matter–0.076–0.1380.1540.231
    有效铁 Available Fe0.0350.0880.087–0.006
    有效锰 Available Mn–0.184–0.272*0.2300.309*
    有效铜 Available Cu–0.158–0.429**0.333*0.375**
    有效锌 Available Zn–0.134–0.362**0.399**0.422**
    有效硼 Available B–0.0170.015–0.039–0.039
    有效钙 Available Ca–0.410**–0.580**0.453**0.655**
    有效镁 Available Mg–0.346**–0.682**0.413**0.674**
    注(Note):CDG—Canker disease grade; GVG—Growth vigor grade; YG—Yield grade; SPI—Soil production index; *—P < 0.05; **—P < 0.01; 样本n = 58
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    表 4  SPI与各土壤关键肥力因子的模型关系

    Table 4.  The linear regression relationship between SPI and soil fertility factors

    肥力因子 Fertility factor回归模型 Regression model
    pHy = 475.358 – 1697.517/x,R2 = 0.575
    速效钾Avail. Ky = 86.022 + 0.711x,R2 = 0.284
    交换性钙Exch. Cay = 104.684 + 0.053x,R2 = 0.588
    交换性镁Exch. Mgy = 94.305 + 0.575x,R2 = 0.572
    有效铜 Avail. Cuy = 140.335 + 25.142ln(x),R2 = 0.329
    有效锌Avail. Zny = 154.78 + 26.868ln(x),R2 = 0.274
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    表 5  山核桃林地土壤关键养分丰缺范围

    Table 5.  Critical range of soil nutrient abundance and deficiency in Chinese walnut woodland

    范围Critical rangepHK (mg/kg)Ca (mg/kg)Mg (mg/kg)Cu (mg/kg)Zn (mg/kg)
    下限 Deficiency5.19 87 817 931.360.78
    上限Abundance5.7012913741454.392.33
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-01-28
  • 网络出版日期:  2019-11-14

山核桃林地土壤主要肥力因子及其临界区间

    作者简介:袁紫倩 E-mail:306536445@qq.com
    通讯作者: 赵伟明, 1099367873@qq.com
  • 1. 杭州市林业科学研究院,浙江杭州 310022
  • 2. 浙江农林大学环境与资源学院/浙江省土壤污染生物修复重点实验室,浙江临安 311300
  • 基金项目: 杭州市农业与社会发展科研主动设计项目(20172015A01);杭州市农业科研自主申报项目(20170432B13)。
  • 摘要: 【目的】土壤养分是植物生存的必要条件,探讨山核桃 (Carya cathayensis Sarg.) 主产区林地土壤化学性质之间的关系及其对土壤养分的影响,为山核桃的栽植和可持续发展、土壤培肥提供科学依据。【方法】在浙江省山核桃主产区,随机选择58个典型乡镇的山核桃林采集土样,测定了pH、有机质、碱解氮、有效磷、速效钾、有效钙、有效镁、有效铁、有效锰、有效铜、有效锌、有效硼等12个肥力因子水平,运用主成分分析和回归分析方法,分析了他们与山核桃生长、感病、产量的影响的重要性以及临界区间。【结果】主成分分析前五个因素 (PC1、PC2、PC3、PC4、PC5) 的累计贡献率达78.49%。PC1的主要荷载为土壤pH、有效钙和有效镁含量,PC2的主要荷载是微量元素和有效磷含量,PC3是有机质和碱解氮含量,PC4和PC5分别是有效钾和有效硼含量。林分生长性状中,生长势等级GVG与pH、速效钾、有效钙、镁、铜、锌显著负相关 (P < 0.01),干腐病感病等级CDG与pH、有效钙、镁显著负相关 (P < 0.01),产量等级YG与pH、有效钙、镁、磷、锌显著正相关 (P < 0.01)。回归模型分析得出土壤pH、速效钾和有效钙、镁、铜、锌是当前栽培措施水平下影响山核桃生长的关键土壤肥力因子。综合评价后,发现研究区正常山核桃林仅占31.4%,退化山核桃林占68.6%。现有约60%的林地土壤综合肥力低于平均水平。【结论】对山核桃林地土壤生产性能影响最大的因素是土壤pH,有效钙和有效镁含量,其次是微量元素和有效磷含量,有机质、有效钾和有效硼含量也有一定的影响。山核桃主产区的林地土壤关键指标丰缺范围:pH 5.19~5.7、有效钾87~129 mg/kg、交换性钙817~1374 mg/kg、交换性镁93~145 mg/kg、有效铜1.36~4.39 mg/kg、有效锌0.78~2.33 mg/kg。

    English Abstract

    • 山核桃 (Carya cathayensis Sarg.),属胡桃科山核桃属植物,为浙江省杭州市西部山区特有的木本油料植物和高档干果,主要分布于浙、皖交界的天目山区。全市现有山核桃栽培面积约90万亩,干籽年产量1.85–2.2万吨,其栽培面积和产量均达到全国的60%以上。主产区农户的山核桃收入占总收入70%以上,是天目山区农民脱贫致富的主要经济来源。

      山核桃分布区的母岩主要有灰岩、钙质页岩、砂岩、流纹岩、凝灰岩以及花岗岩、花岗闪长岩等。不同母岩发育形成不同类型的土壤,它们的理化性质往往也存在很大差异[1-2],从而影响植物的生长,继而影响果实的品质[3]

      土壤是植物生存的基础,其理化性质受气候、母质、地形、生物、人为等多种因素综合影响。在化学性质中,土壤有机质能直接影响土壤保肥性、保墒性、缓冲性、耕性、通气状况和土壤温度等,是土壤肥力的重要标志之一;土壤pH值是反映土壤酸碱性的指标,能直接影响土壤养分的存在状态、转化和有效性,从而影响植物的生长发育;而土壤矿物质营养的最基本来源是土壤矿物质风化所释放的养分,不同成土母岩的矿物组成不同,风化产物中释放的养分种类和数量也会不同,人工施肥与耕作也是土壤养分的重要来源[4]

      前人对山核桃林土壤肥力[5-11]、经营措施对山核桃林的影响[12-16]等均做了较全面的研究,但在土壤化学性质对山核桃生长、抗病、产量等方面的研究却甚少[15, 17-19]。本文研究了山核桃主产区的林地土壤化学性质,阐明它们之间与林地土壤生产性能间的关系,能为山核桃的栽植、土壤培肥和可持续发展提供有力的科学依据。

      • 研究区位于浙江省杭州市临安区的山核桃主产乡镇:岛石镇、湍口镇、清凉峰镇和龙岗镇。全区年平均气温为16.4℃,7月平均气温为29.1℃,1月平均最低气温为4.1℃,年平均降水量为1628.6 mm,年平均日照时数1847.3 h,无霜期235 d。山核桃林地多分布在海拔50~1200 m的丘陵山地,土壤主要为泥质灰岩土、粉砂质页岩土、钙质页岩土及流纹斑岩土等[6-8]

      • 为保证调查林分的均匀性和代表性,结合地质背景及1 km × 1 km网格地图中山核桃林分分布情况,于2016年3月至9月共选取58个林龄在20~30 a的山核桃林分作为调查对象。

        由于大面积的山核桃林地土壤性质空间差异较大,为排除土壤性质差异对植株生长的影响,本研究在每个山核桃林分内设置15 m × 15 m的小样地,样地内土壤性质、山核桃单株生长状况基本一致,于5月份和9月初山核桃成熟采收期调查记录山核桃树的生长情况、感病情况、产量等内容。采用定量与定性相结合的方法得出山核桃生长势等级GVG(growth vigor grade)、干腐病感病等级CDG(canker disease grade) 和产量等级YG(yield grade)。具体等级划分如下:

        GVG依据山核桃生长情况表现的不同划分为1~5个等级:1级—树木长势良好,叶片无黄叶、花叶现象;2级—部分叶片有黄化、花叶现象,主枝生长健康,树冠生长基本良好;3级—主枝出现由上至下死亡现象,死亡部分小于树木高度的1/3,树冠生长向内轻微回缩;4级—主枝死亡部分占树木高度的1/3~1/2,树冠生长向内回缩1/3以上;5级—主枝死亡部分占树木高度的1/2以上,树冠生长向内回缩1/2以上。

        干腐病是反映山核桃树木抗病性的典型病害。因此,CDG可作为山核桃树木的抗病性状指标。依据干腐病感病表现的不同划分为1~5个等级:1级—无病斑;2级—病斑数在10个以下,无块状病斑,在主杆上呈零星分布;3级—病斑数在10个以下但有块状病斑,或病斑数在10个以上但无块状病斑;4级—病斑数在10个以上且呈块状病斑,病斑分布相对密集;5级—主干密布病斑,块状病斑连接成片,小枝偶有发生。

        YG依据山核桃产量 (千克/公顷,含蒲壳) 表现的不同划分为1~4个等级:1级—低产 (≤ 3750);1.5级—低产至中产 (3750~5250);2级—中产 (5250~6750);2.5级—中产至高产 (6750~8250);3级——高产 (8250~9750);3.5级—高产至丰产 (9750~11250);4级—丰产 (≥ 11250)。

      • 同年3月中下旬,在样地内按照“S”型设5个采样点,分别采集5个点的混合土样 (0—30 cm),再采用四分法留取样品1 kg带回实验室。土样经风干后,分别过2 mm和0.149 mm筛,用于测定土壤主要化学性质 (pH、有机质、碱解氮、有效磷、速效钾、有效钙、有效镁、有效铁、有效锰、有效铜、有效锌、有效硼)。土壤养分按常规分析方法测定[20]

      • 对土壤主要化学性质与林地土壤生产性能的关系采用主成分分析法和回归分析法,相关系数采用Pearson相关分析,并进行显著性检验 (P < 0.01)。所有数据用Microsoft Office2007软件进行处理和绘表,用SPSS 19.0软件进行统计分析。

      • 将调查的58个林分样地的土壤主要化学性质数据进行相关分析 (表1),某一肥力指标与多数其它指标之间存在着不同程度的相关关系。pH与有效铜、钙、镁相关显著,碱解氮与有机质密切相关,pH与有效钙的相关系数最高为0.858(P < 0.01)。

        表 1  0—30 cm土壤pH和有效养分含量间的相关性

        Table 1.  Correlations between pH and available nutrient contents in 0-30 cm deep of soil

        项目ItemNPKpH有机质OMFeMnCuZnBCaMg
        N1
        P0.0971
        K0.1110.2581
        pH0.299*0.0560.2471
        OM0.792**0.2360.1600.1901
        Ca0.2360.0750.1520.858**0.149–0.0590.351**0.471**0.1860.2001
        Mg0.1640.0970.420**0.668**0.1390.0350.343**0.404**0.300*0.0720.690**1
        注(Note):*—P < 0.05;**—P < 0.01;n =58.

        通过对研究样本的各土壤化学性质指标进行主成分分析,共提取5个特征值大于1的主成分。所提取的5个主成分累积方差贡献率达78.49%(表2),能够较好的反映全部研究样本土壤肥力的主要信息。第一主成分 (PC1) 的贡献率达到了30.880%,其中,载荷较高的因子为pH、有效钙及有效镁,这与山核桃适生于钙、镁相对丰富的中性、微酸性或石灰性土壤一致[11-12],因此,PC1基本反映了山核桃生长的土壤主要适生条件。第二主成分 (PC2) 的贡献率达16.044%,以土壤有效铁、铜、锌、锰和有效磷的因子载荷最高,因此,磷和微量元素的有效性也是影响土壤生产力的重要因素。第三主成分 (PC3) 的贡献率为13.084%,因子载荷最高的是土壤有机质和碱解氮,两者反映的是土壤基础肥力,表明山核桃生长需要一定水平的土壤有机质和速效氮来保证。第四主成分 (PC4) 和第五主成分 (PC5) 的贡献率分别为9.440%和9.042%,有效硼和速效钾分别是各主成分载荷最高的因子,两者对提高山核桃抗逆性有重要作用,在其生殖生长中也不可或缺。主成分分析结果表明:影响山核桃林地土壤肥力的主导综合因子有4个,分别是适生肥力因子、微肥养分肥力因子、基础肥力因子和抗逆养分肥力因子;其中第一、第二因素的累计贡献率达到了46.92%,说明是影响山核桃土壤肥力最关键的两大因子。

        表 2  山核桃林地0—30 cm土层土壤肥力因子特征值及主成分方差贡献率

        Table 2.  Eigenvalues of soil fertility factors in 0-30 cm deep of Chinese walnut woodland and the variance contribution of principle components

        项目
        Item
        旋转主成份 Rotated principal component
        PC1PC2PC3PC4PC5
        有效钙Available Ca0.9170.0070.0870.183–0.010
        酸碱度pH0.907–0.1070.1650.0170.104
        有效镁Available Mg0.8130.1300.0230.0620.314
        有效铜Available Cu0.5940.5290.068–0.180–0.318
        有效铁Available Fe–0.1240.819–0.0190.090–0.092
        有效磷Available P–0.0260.6680.0970.0150.388
        有效锌Available Zn0.2090.6010.345–0.0510.111
        有机质Organic matter0.0630.1650.9380.0840.089
        碱解氮Available N0.1370.0390.8930.157–0.005
        有效硼Available B0.024–0.0740.2160.8850.027
        有效锰Available Mn0.3070.5370.0010.635–0.010
        速效钾Available K0.1940.0820.0660.0100.908
        特征值Eigenvalue3.7061.9251.5701.1331.085
        方差贡献率Variance contribution(%)30.88016.04413.0849.4409.042
        累计贡献率Total cumulative (%)30.88046.92360.00769.44778.490
        注(Note):*—P < 0.05;**—P < 0.01;n =58.

        根据主成分分析中的综合得分法,建立各主成分土壤肥力得分 (Y) 的数学模型${Y_{kj}} = \displaystyle\mathop \sum \nolimits_{i = 1}^{12} \left({{a_{kj}}{{x'}_{ij}}} \right)$,式中,Ykj表示5个主成分得分,${x^{'}}_{ij}$表示标准化后变量,akj表示相应的特征向量;再根据公式${F_j} = \displaystyle\mathop \sum \nolimits_{k = 1}^{\rm{k}} \left({{b_{ki}}{y_{kj}}} \right)$计算出土壤的综合肥力指数 (F),得分越低代表土壤综合肥力越差,反之则表明土壤综合肥力越高[21]。结合研究区样地的实际情况及土壤综合肥力指数F值,当F=0时代表样本土壤综合肥力处于平均水平,当F > 0或F < 0时,则分别表示高于或低于平均水平。调查的样地中,综合肥力指数F值为正值的样地数占总样地的43%,F为负值的占57%,说明研究区的林地土壤综合肥力已大多低于平均水平,不利于山核桃的丰产。

      • 生长势、抗病抗逆能力以及产量是衡量林分生产力的主要性状指标。这三项指标的权重系数大小均以满分100分来计,各山核桃林地土壤生产性能的量化指数SPI(soil productivity index) 可有下列公式计算:

        式中,SPI满分300分,GVG为生长势等级,CDG为干腐病感病等级,YG为产量等级。

        山核桃树主枝小部分死亡,主杆干腐病病斑明显增多,低产为山核桃林感病的主要判别依据。一般生长势等级2.5、干腐病感病等级2.5、产量等级1.5是正常山核桃林的林分生长性状临界参考值,依据该临界参考值计算得到正常林土壤生产性能临界参考指数为177.5。计算分析表明,供试山核桃林地土壤生产性能指数平均值为147.16,最高值为252.5,最低值为60。低于山核桃林地土壤生产性能指数平均值的样本占比为57%,而处于177.5以下的占比则多达68.63%,说明大部分山核桃林的林分生长状况已不容乐观。

        通过相关分析结果 (表3) 可得,生长势等级GVG与土壤pH、有效钙、镁、铜、锌、钾显著负相关 (P < 0.01);干腐病感病等级CDG与土壤pH、有效钙、镁显著负相关 (P < 0.01),即适生肥力因子与CDG密切相关;产量YG与土壤pH、有效钙、镁、磷、锌显著正相关 (P < 0.01),即适生肥力因子和微肥养分肥力因子与YG密切相关。说明适生肥力因子和微肥养分肥力因子是影响土壤生产性能最重要的两大综合因子,这与前述土壤肥力因子主成分分析的结果一致。

        表 3  山核桃林地土壤生产性能、林分生长性状指标与土壤肥力因子间的相关性

        Table 3.  Correlations among soil productivity index,forest stand growth character indices and soil fertility factors in tested Chinese walnut woodlands

        项目Item干腐病感病等级CDG生长势等级GVG产量等级YG土壤生产性能指数SPI
        干腐病感病等级CDG1
        生长势等级GVG0.281*1
        产量等级YG–0.113–0.717**1
        土壤生产性能指数SPI–0.614**–0.903**0.805**1
        碱解氮 Available N–0.018–0.1320.1970.227
        有效磷 Available P–0.236–0.1650.374**0.349*
        速效钾 Available K–0.170–0.484**0.1780.418**
        酸碱度 pH–0.425**–0.648**0.381**0.668**
        有机质 Organic matter–0.076–0.1380.1540.231
        有效铁 Available Fe0.0350.0880.087–0.006
        有效锰 Available Mn–0.184–0.272*0.2300.309*
        有效铜 Available Cu–0.158–0.429**0.333*0.375**
        有效锌 Available Zn–0.134–0.362**0.399**0.422**
        有效硼 Available B–0.0170.015–0.039–0.039
        有效钙 Available Ca–0.410**–0.580**0.453**0.655**
        有效镁 Available Mg–0.346**–0.682**0.413**0.674**
        注(Note):CDG—Canker disease grade; GVG—Growth vigor grade; YG—Yield grade; SPI—Soil production index; *—P < 0.05; **—P < 0.01; 样本n = 58

        反映土壤综合肥力的12项土壤化学性质指标中,SPI除了与碱解氮、有机质、有效铁、有效硼这四项指标相关度不高,与剩余的指标在P < 0.05或P < 0.01水平上都显著正相关,其中与土壤pH、速效钾以及中微量元素钙、镁、铜、锌呈极显著相关水平,而与有效磷、有效锰呈显著相关水平。表明土壤pH、速效钾和有效钙、镁、铜、锌是影响土壤生产性能的关键肥力因子。

        山核桃林地土壤生产性能指数 (SPI) 与土壤综合肥力指数 (F) 相关系数为0.623,相关达到显著水平 (P < 0.01)。SPI(Y) 与F(X) 的回归方程:y = 148.103 + 20.143x(图1),经F检验 (F = 31.138),显著性P < 0.05。根据模型,当X = 0时,Y = 148,此值约为SPI满分值的50%,与研究区平均SPI值147.16基本相符;当F < 0时,主要SPI在平均值以下波动;当F > 0时,主要SPI在平均值以上波动。表明土壤综合肥力趋势与土壤的生产性能基本一致。因此,研究区土壤综合肥力基本决定了山核桃林地的土壤生产性能。

        图  1  山核桃林地土壤生产性能SPI随土壤综合肥力指数的变化

        Figure 1.  Soil productivity index (SPI) dependent of soil comprehensive fertility index (F) in Chinese walnut woodland

      • 利用曲线估计拟合出山核桃林地土壤生产性能SPI (Y) 与土壤关键肥力因子 (X) 的回归模型。通过采用不同的曲线方程对化学指标的数据进行拟合可知,线性函数、对数曲线和逆函数曲线的判定系数相对较高且符合实际,显著性sig = 0.000。具体见表4

        表 4  SPI与各土壤关键肥力因子的模型关系

        Table 4.  The linear regression relationship between SPI and soil fertility factors

        肥力因子 Fertility factor回归模型 Regression model
        pHy = 475.358 – 1697.517/x,R2 = 0.575
        速效钾Avail. Ky = 86.022 + 0.711x,R2 = 0.284
        交换性钙Exch. Cay = 104.684 + 0.053x,R2 = 0.588
        交换性镁Exch. Mgy = 94.305 + 0.575x,R2 = 0.572
        有效铜 Avail. Cuy = 140.335 + 25.142ln(x),R2 = 0.329
        有效锌Avail. Zny = 154.78 + 26.868ln(x),R2 = 0.274

        结合林分调查实际情况,以研究区土壤生产性能指数的平均值为丰缺临界下限,正常山核桃林土壤生产性能临界参考指数为上限,两者间范围可作为山核桃林地土壤关键肥力因子丰富度的参数区间,即根据SPI与各土壤关键肥力因子的回归模型,可获得6个土壤关键肥力因子的丰缺临界范围 (表5)。

        表 5  山核桃林地土壤关键养分丰缺范围

        Table 5.  Critical range of soil nutrient abundance and deficiency in Chinese walnut woodland

        范围Critical rangepHK (mg/kg)Ca (mg/kg)Mg (mg/kg)Cu (mg/kg)Zn (mg/kg)
        下限 Deficiency5.19 87 817 931.360.78
        上限Abundance5.7012913741454.392.33
      • 从本研究结果来看,山核桃林地土壤养分状况丰缺程度不一,差异也较大。通过主成分分析提取到的影响山核桃林地土壤肥力的4个主导综合因子,能客观揭示研究区现有林地土壤的肥力特性。

        以土壤pH、有效钙和有效镁为代表的适生肥力因子是直接影响林地土壤肥力的首要综合因子。山核桃的土宜特性为适生于微酸性至中性或石灰性土壤[12, 22]。洪游游等[17]的研究表明,黑色石灰土的土壤水、肥、气、热比较协调,因而山核桃生长得好、产量最高,而在幼年石灰土和第四纪红壤上山核桃生长结果最差,是因为前者因石砾含量过高保水保肥性能差,后者因土壤粘性大、通气性差、钙、镁等盐基离子易缺乏。临安区现有山核桃林地土壤酸化严重,平均pH5.2,pH小于5.5的区域占75%[23],这一结果与本研究的林分调查结果基本一致。目前众多山核桃林的土壤适生条件严重偏离,土壤酸性强,主要原因一方面是由于长期单一、过量的施用以氮素为主的化学肥料,引发土壤酸化,钙、镁等盐基离子大量流失;另一方面是上世纪80年代后新造林栽培面积地急剧扩张,而这些是大多为宜肥、宜种性较差的酸性土壤[10-12]。现阶段,首要需改变林农对山核桃的施肥习惯,减少化肥用量,引导他们在肥料上选择更适合山核桃生长的专用有机无机复混肥。

        微肥养分肥力因子是影响山核桃林地土壤肥力的第二大综合因子。从本研究的山核桃林地土壤生产性能与土壤肥力因子的相关性结果可以看出微肥中的铜、锌元素是山核桃生长的敏感养分因子。微量元素在土壤中的丰富度主要受地质背景的影响,山核桃主要分布在寒武系地层以及奥陶系部分地层,其次是侏罗系地层。不同地质背景下山核桃林地土壤中铜、锌等微量元素含量差异显著,其丰富度依次为寒武系高于奥陶系高于侏罗系[24];徐小磊等[25]研究表明,Fe、Mn、Cu、Mo、Zn等元素在南华纪-寒武纪地层中表现出向土壤强烈富集的趋势,因此山核桃应选择在南沱组、兰田组、杨柳岗组、华严寺组、西阳山组等地层出露的地段种植才能产生好的经济效益。黎章矩[26]曾报道铜、锌、硼可以显著提高山核桃座果率,我们的研究也显示Zn、Cu等微肥配施能显著提高山核桃果实产量[16],这也与北美地区的学者发现长山核桃锌的需求规律、锌盐种类[27-28]以及对缺锌高度敏感[29]的研究结论一致。然而,长期以来,农户在施肥管理中忽视了对微肥的施用和补充[11, 15, 30],导致微量元素养分耗竭已成为当前山核桃林地土壤生产性能下降的重要原因之一。

        土壤基础肥力因子是土壤供肥能力和保肥能力的重要指标。本研究中,有机质和碱解氮与土壤生产性能不存在明显的相关性,其原因可能是当前山核桃林地土壤的有机质含量和氮养分普遍处于相对较高水平,因此基础肥力因子没有成为影响山核桃林地土壤生产性能的最主要的两大综合因子之一。以有机质积累和分解为根本的生物自肥模式是森林土壤最主要的养分循环途径[31]。传统经营模式下,山核桃林采用以林下劈草灌抚育、生物自肥的林间管理方式,最大程度的保持土壤基础肥力长久不衰,从而确保山核桃林的可持续经营。然而,近20年来,由于除草剂和化肥的盲目使用,水土流失加剧,致使以有机质的积累和分解为山核桃林地土壤主要养分循环的途径受阻,土壤有机质含量下降、氮素肥积累过高,土壤供肥保肥性能和缓冲性能下降,从而极易诱发土壤酸化、养分供应失衡、养分流失等[32]

        钾和硼是植物重要的抗逆养分肥力因子。研究结果中土壤速效钾与林分生长势等级呈极显著的负相关,表明速效钾含量高能显著提高山核桃生长的抗逆能力,从而提高林地土壤生产性能。在国外相关学者通过土壤滴灌增施碳酸钾来提高长山核桃树体的钾元素含量,从而增强其综合抗性,与本研究结论一致[33]。然而,目前临安山核桃主产区内土壤钾素供应不足现象严重,土壤速效钾平均为85.9 mg/kg,只有15%的林地土壤速效钾超过120 mg/kg,有51%的林地土壤速效钾不足80 mg/kg,甚至有20%林地土壤不足50 mg/kg[25]。造成上述现象的原因,一方面是由于施肥实践中长期存在重氮肥而轻钾肥的平衡供应,土壤逐渐酸化会加剧钾素养分的流失;另一方面,可能是因为主产区土壤普遍存在缺硼现象。缺硼时,会阻碍氮、磷、钾养分在植物体内的转移和吸收,从而导致植株抗逆能力的下降。因而在土壤酸性改良的基础上,增施有机肥和钾肥、补充微量元素的措施可以持续有效地改善退化山核桃的生长和提高山核桃产量[34]

        本研究中将低于土壤生产性能指数平均值的山核桃林视为退化林 (占比68.6%),高于正常林土壤生产性能临界参考指数的林分视为正常山核桃林 (占比仅31.4%),这一结果与目前山核桃主产区内山核桃林分退化的客观实际相符。作物的土壤生产性能是产区气候、土壤肥力和栽培措施共同作用的结果。土壤生产性能的高低与土壤综合肥力的高低基本一致,这可能与山核桃集中分布于浙皖交界地区,研究区气候条件差异相对较小,大多林农的田间管理技术水平相当以及现阶段新品种的选育应用程度低等原因有关。

      • 山核桃林地土壤综合肥力与土壤生产性能显著相关。pH、有效钙及有效镁为第一主成分,是影响浙江山核桃主产区林地土壤生产性能最重要的因素;微量元素和有效磷的作用仅次于第一因素;有机质和碱解氮以及有效钾和有效硼也有一定的作用。在现阶段的管理技术水平下,山核桃主产区的林地土壤关键养分范围:pH 5.19~5.7、有效钾87~129 mg/kg、有效钙817~1374 mg/kg、有效镁93~145 mg/kg、有效铜1.36~4.39 mg/kg、有效锌0.78~2.33 mg/kg。

    参考文献 (34)
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