重庆花椒种植区主要类型土壤剖面的肥力特征

王 帅，赵敬坤，王 洋，冉文秀，冯 兴，李志琦，李忠意

1. 重庆市农业技术推广总站，重庆 401121； 2. 重庆市江津区农业技术推广中心，重庆 江津 402260； 3. 重庆市酉阳土家族苗族自治县农业农村委员会，重庆 酉阳 409800； 4. 重庆市潼南区农业技术推广中心，重庆 潼南 402660； 5. 西南大学 资源环境学院，重庆 400715

花椒Zanthoxylumbungeanum是芸香科花椒属植物，具有独特的食用、 药用价值和生态功能[1-2]．花椒品种众多，重庆地区目前主要栽培的品种为九叶青花椒，种植面积为5.33 万hm2，是重庆地区主要种植的生态经济型树种，为当地农业发展和农户增收做出了一定的贡献[3]．适宜的氮磷钾肥用量能提高花椒的产量和品质[4]．王璐等[5]发现衰老退化程度较轻的花椒林地土壤养分含量高于衰老退化严重的花椒林地．刘姣姣等[6]指出花椒多年连作会降低土壤有机质和氮磷钾的含量．杨林生等[7]在调查重庆花椒种植区施肥状况与花椒产量关系时发现，受施肥状况和土壤肥力等因素的影响，重庆地区的花椒产量范围在1.63～18.7 t/hm2之间，变化范围极大．可见，土壤肥力水平对花椒产量有着重要的影响．喻阳华等[8]和谢毓芬等[9]对贵州喀斯特山区和陕西花椒主产区椒园的土壤养分状况进行了评价．杨仕曦等[10]在对重庆九龙坡区花椒种植地土壤肥力进行调查时发现种植区土壤养分失衡，土壤酸化严重，建议施肥应注重养分平衡，增施有机肥，改善土壤理化性状．但重庆花椒种植面积较广，种植区内土壤类型较为丰富，仅九龙坡区的花椒种植地土壤肥力水平不能代表整个重庆花椒种植区土壤的肥力状况．因此，为更好地了解重庆花椒种植区的土壤肥力状况，本研究分别在酉阳、 潼南和江津3个花椒种植大区(县)采集花椒种植典型土壤的剖面样品进行室内理化分析，并结合模糊综合评价法对土壤肥力进行评价．

1 材料与方法

1.1 土壤剖面样品采集

于2019年在重庆花椒种植区采集主要土壤类型的剖面样品14个．土样的采集方式： 首先根据土壤发生分类学知识选择花椒种植区域内具有代表性的土壤样点； 然后在距离花椒树干30 cm处开挖土壤剖面； 剖面开挖好后按土壤的发生层次(耕作层A/心土层B/底土层C)进行土样采集(图1)，14个剖面中有7个剖面只有A-C层，另7个剖面具有A-B-C层结构特征； 土样采回室内风干过2 mm，1 mm和0.25 mm筛后备用．供试土壤剖面的基本信息如表1所示．土壤发生分类学命名依据重庆土壤分类标准(DB50/T 796-2016 重庆土壤分类与代码，http： //www.cqjnw.org/article.phy?id=12308)确定．本研究采集的14个土壤剖面中有11个紫色土，其中5个中性紫色土(灰粽紫泥土属和棕紫泥土属)、 6个石灰性紫色土(红棕紫泥土属)．紫色土的成土母质包括侏罗系蓬莱镇组(J3p)、 遂宁组(J3sn)和沙溪庙组(J2s)的紫色母岩．另有3个剖面土壤为寒武系(Θ)石灰岩发育的土壤，其中1个土壤的发育程度较浅，分类为石灰(岩)土(石灰黄泥土属)，2个为发育程度较深的黄壤(粗骨黄壤土属)．

图1 花椒地土壤剖面采集照片(以14号剖面为例)

表1 供试土壤剖面样品的基本信息

1.2 理化性质分析

共测定了土壤pH值和有机质等16种土壤肥力指标，各指标均采用土壤农化分析常规方法测定[11]．土壤pH值采用电位法测定(土水比1∶2.5)； 有机质采用重铬酸钾容量法-外加热法测定； 碱解氮采用碱解扩散法测定； 有效磷采用NaHCO3提取-钼锑抗比色法测定； 土壤全氮测定采用半微量凯氏定氮法； 全磷测定采用NaOH熔融-钼锑抗比色法； 全钾测定采用NaOH熔融-火焰光度法； 速效钾测定采用NH4Ac提取-火焰光度法； 有效铁、 锰、 铜、 锌的测定采用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)； 有效硼测定采用沸水提取-姜黄素比色法； 有效钼测定采用草酸/草酸铵浸提-等离子体发射光谱法(ICPOES，Optima 8000，美国铂金埃尔默)； 有效硫测定采用纯水提取-BaSO4比浊法； 阳离子交换量(CEC)测定采用NH4OAc交换-蒸馏法．

1.3 数据处理

采用Excel 2019对数据进行整理和绘图，采用SPSS 22.0对数据进行统计分析和相关性分析．

2 结果与分析

2.1 土壤养分含量水平

按照供试土壤的剖面层次对16种肥力指标进行统计分析(表2)．各剖面层次的土壤pH值变幅较大，均值从大到小依次为底土层、 心土层、 耕作层．受耕作和施肥的影响，有机质、 全氮、 全磷、 碱解氮、 有效磷和速效钾在剖面层次中的均值含量从大到小依次为耕作层、 心土层、 底土层．根据2005-2014年的测土配方施肥项目数据，全国耕层土壤有机质含量均值为24.65 g/kg，重庆为19.19 g/kg[12]．而本研究中花椒地剖面A-B-C层的有机质含量均值分别为17.3 g/kg，9.67 g/kg和8.10 g/kg，低于全国和重庆的平均值水平，重庆花椒种植区土壤的有机质含量水平整体偏低．个别耕层土样的碱解氮、 有效磷、 速效钾含量极高，且耕层土壤中碱解氮、 有效磷和速效钾的最高值分别为672 mg/kg，529 mg/kg和738 mg/kg，远高于通常认为的土壤碱解氮、 有效磷、 速效钾高含量的标准[13]．土壤全钾含量丰富，所有土样的全钾含量均大于20 g/kg．除土壤有效铜外，有效铁、 有效锰和有效锌的含量均值表现出耕层含量远大于非耕层，3种有效微量元素的含量表现出表聚性，其原因可能与耕层的农业耕作方式、 施肥等人类活动有关[14]．按照王淑英等[15]的评价标准，除有效锰在各土层中的含量较为丰富外，有效铜、 有效锌和有效铁在花椒地剖面中的含量整体偏低．有效钼在土壤各层次中的含量变幅较大，含量均值在3个剖面层次中为耕作层略高于心土层和底土层．有效硼在各剖面层次中的含量差异不明显．有效硫和CEC(阳离子交换量)在3个剖面层次无明显变化的规律，均值大小为心土层含量略大于耕作层和底土层．

表2 土壤肥力指标测定结果统计分析

2.2 土壤肥力综合评价

2.2.1 隶属度值的计算

要进一步了解土壤的肥力水平，需要结合多个土壤肥力指标对土壤肥力进行综合评价．采用模糊综合评价法对土壤肥力水平进行判断时，首先要确定所选各肥力指标的隶属度值，即以一个0.1～1.0的无量纲数值对每一个土样中的各个肥力指标进行评分．由于不同养分指标对作物生长的影响情况不同，根据肥力指标对作物生长的影响情况可分别采用抛物线型和S型函数计算各养分指标的隶属度值．本研究选用的16种肥力指标中，土壤pH值采用抛物线型函数计算隶属度值，其余肥力指标采用S型函数计算隶属度值．抛物线型函数的计算公式为：

(1)

式(1)中土壤pH值在抛物线函数中转折点取值：x1=4.5，x2=6.5，x3=7.5，x4=8.5[16]．S型函数的计算公式为：

(2)

各肥力指标在S型函数中转折点的取值，参考已发表的文献进行确定，具体数值如表3所示[17-18]．根据建立的隶属度函数式(1)和式(2)计算得到各土壤样品中每种肥力指标的隶属度值(表4)．

表3 S型隶属度函数曲线转折点的取值

表4 计算得到的各剖面层次不同肥力指标的隶属度均值

2.2.2 单项指标权重系数的确定

计算出每种肥力指标在土壤中的隶属度后，还需知道各肥力指标对土壤总体肥力的贡献程度，即在后续的土壤肥力评价中确定每个肥力指标的权重系数．为避免人为主观因素干扰，采用相关系数法确定每个肥力指标的权重系数： 采用SPSS统计分析软件获得不同肥力指标间的相关系数(表5)，然后计算得到某一肥力指标与其余肥力指标间相关系数绝对值之和的平均值，该平均值占所有肥力指标相关系数平均值总和的百分比即为该项肥力指标的权重系数．计算得到土壤各肥力指标的权重系数如表6所示．全氮、 有效铁相关系数绝对值的平均值最大，二者的权重系数也最大，分别为0.083和0.080．有效硼的权重系数最低，为0.038．

表5 土壤肥力指标间的相关系数矩阵

表6 各土壤肥力指标的相关系数平均值和权重系数

2.2.3 土壤肥力等级确定

确定每个土壤肥力指标的隶属度值和肥力指标的权重系数后，采用累加法获得每个土样的土壤肥力综合指数，然后根据土壤肥力综合指数的大小对土壤肥力进行判断．图2是供试14个花椒种植地土壤剖面样品各层次的土壤肥力综合指数．耕作层、 心土层和底土层土壤肥力综合指数的变化范围分别是0.40～0.93，0.30～0.73和0.28～0.64．

图2 各土壤样品的肥力综合指数

2.3 土壤剖面肥力特征

土壤肥力综合指数越大，土壤肥力水平越高．按土壤肥力综合指数大小可对土壤肥力状况进行评级，分别为高(>0.8)、 较高(0.6～0.8)、 中等(0.4～0.6)、 较低(0.2～0.4)和低(<0.2)[19]．按此分级方法，14个耕作层土样中，高肥力水平的有2个，较高肥力水平的有6个，5个土样的肥力水平为中等，仅1个耕层土壤肥力水平较低(表7)； 7个心土层样品中无高肥力水平样品，仅1个土样的肥力水平较高，其余6个土样各有3个中等肥力水平和较低肥力水平； 与心土层土样类似，14个底土层土样也无高肥力水平的样品，仅有1个较高肥力水平的土样，却有8个土样的肥力水平较低，剩余5个土样为中等肥力水平(表7)．总体而言，供试花椒种植地剖面样品耕层土壤肥力水平为中等偏上，但心土层和底土层的肥力水平较差，与耕作层的肥力水平差异具有统计学意义(p<0.05)(图3)．

表7 供试土壤剖面各土壤层次的肥力评价

a，b，c表示p<0.05水平差异具有统计学意义．图3 不同剖面层次的土壤肥力综合指数

图4 花椒种植区不同类型土壤的剖面肥力综合指数

3 结 论

重庆花椒种植区土壤剖面的肥力从大到小依次为耕作层、 心土层、 底土层，土壤养分在垂直方向具有“表聚”特征，在农业生产中要加强心土层的培肥管理．不同土壤间的养分元素含量变幅较大，但整体为钾素含量较为丰富，而有机质含量较为缺乏．花椒种植区不同土壤类型的土壤肥力水平从大到小依次为石灰黄泥、 粗骨黄壤、 灰粽紫泥、 棕紫泥、 红棕紫泥．石灰性紫色土pH值过高对土壤肥力水平产生了负面影响，可通过增施有机肥来增加土壤的有机质含量，改善土壤结构，调节土壤酸碱度和增加养分元素的有效性．