九龍坡花椒種植區(qū)地形、土壤肥力與花椒產(chǎn)量的關(guān)系*

楊仕曦, 呂廣斌, 黃 云**, 向華輝, 王正銀

九龍坡花椒種植區(qū)地形、土壤肥力與花椒產(chǎn)量的關(guān)系*

楊仕曦1, 呂廣斌1, 黃 云1**, 向華輝2, 王正銀1

(1. 西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院 重慶 400716; 2. 重慶市九龍坡區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心 重慶 400039)

為了解九龍坡花椒種植區(qū)土壤養(yǎng)分狀況及該區(qū)地形因子、土壤肥力因子與花椒產(chǎn)量的關(guān)系, 為科學(xué)合理制定花椒高效施肥措施提供理論依據(jù), 本研究采用田間調(diào)查研究和室內(nèi)分析的方法, 研究了九龍坡花椒種植區(qū)低、中、高產(chǎn)區(qū)的海拔、坡度及土壤pH、有機(jī)質(zhì)、大量微量元素含量和交換性能的變化特征, 及其與花椒產(chǎn)量的關(guān)系。研究結(jié)果表明: 九龍坡花椒普遍種植于200~500 m海拔范圍, 高產(chǎn)區(qū)集中在300 m左右的海拔;從低產(chǎn)區(qū)到高產(chǎn)區(qū)坡度略有增加, 但未達(dá)顯著水平。土壤均屬酸性土, pH<6.5。土壤肥力總體屬高水平范圍, 但各養(yǎng)分因子差異很大, 其中土壤陽離子交換量(CEC)、有效磷、有效鈣、有效鎂、有效鐵、有效錳、有效銅、有效鋅含量豐富,分別為27.2 cmol(+)?kg-1、35.2 mg?kg-1、3 289.8 mg?kg-1、271.8 mg?kg-1、48.6 mg?kg-1、62.1 mg?kg-1、1.5 mg?kg-1、4.5 mg?kg-1; 有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效鉀、交換性酸屬適中水平,分別為19.1 mg?kg-1、114.9 mg?kg-1、107.0 mg?kg-1、8.1 cmol(+)?kg-1; 水溶性硼缺乏,為0.28 mg?kg-1。相關(guān)分析表明花椒產(chǎn)量與有效鈣、CEC、pH、有效錳、水溶性硼呈顯著正相關(guān); 通徑分析結(jié)果表明有效鈣、CEC、交換性酸、有效銅、有效鐵、有效鋅是影響花椒產(chǎn)量的主要因子,逐步回歸分析構(gòu)建了有效鈣(6)與花椒產(chǎn)量()的最優(yōu)回歸線性方程:=11.693+0.0036。綜上所述, 九龍坡花椒種植區(qū)土壤養(yǎng)分失衡較為嚴(yán)重,施肥應(yīng)注重養(yǎng)分的平衡,增施有機(jī)肥,改善土壤理化性狀,治理土壤酸化。

花椒; 地形; 土壤肥力; 產(chǎn)量; 養(yǎng)分平衡

花椒()為蕓香科(Rutaceae)花椒屬植物, 在我國已有兩千多年的栽培歷史; 花椒是我國特有的食用香辛料樹種, 廣泛種植于四川、重慶、甘肅、陜西等省(市), 其中以四川、重慶的花椒最為著名[1-2]。花椒根系發(fā)達(dá), 耐寒、耐干旱瘠薄[3], 是我國極力推廣的一種生態(tài)經(jīng)濟(jì)型樹種, 在促進(jìn)山區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具有重要作用[4]。近年來, 隨著花椒產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展, 農(nóng)戶為提高產(chǎn)量, 化學(xué)肥料用量不斷增加, 有機(jī)肥用量不足, 造成土壤養(yǎng)分失調(diào)、土壤酸化、土壤肥力下降的現(xiàn)象日益嚴(yán)重[5]。

地形和土壤肥力是影響作物產(chǎn)量的兩個重要因素[6-7]。研究表明, 土壤養(yǎng)分含量的分布往往與地形的空間變異性有關(guān), 且獨(dú)特地形形成的小氣候也能對作物產(chǎn)量造成影響。土壤是最重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料, 它不僅提供了作物吸收養(yǎng)分的環(huán)境條件, 同時(shí)也是產(chǎn)量的制約因素之一[8]。土壤的養(yǎng)分豐缺程度和分布情況直接影響到作物生長及營養(yǎng)特征, 了解土壤肥力狀況及其不同區(qū)域的分布差異, 對充分利用土地資源, 制定合理施肥措施, 實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)和構(gòu)建生態(tài)經(jīng)濟(jì)型農(nóng)業(yè)有重要意義[9]。目前, 關(guān)于花椒的研究主要集中在花椒營養(yǎng)需求、品種選育、苗期管理、化感作用等方面, 但關(guān)于地形因子、土壤肥力與花椒產(chǎn)量的關(guān)系研究尚鮮見相關(guān)報(bào)導(dǎo)。本研究對九龍坡花椒種植區(qū)地形因子差異、土壤養(yǎng)分分布特征及其與花椒產(chǎn)量的關(guān)系進(jìn)行了研究分析, 確定土壤肥力是產(chǎn)量的主要限制因子, 旨在掌握九龍坡花椒種植區(qū)土壤養(yǎng)分豐缺狀況, 為科學(xué)、合理地制定花椒高效施肥措施提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)域概況與研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

本研究區(qū)選擇在重慶市九龍坡花椒生產(chǎn)區(qū)西彭鎮(zhèn)和陶家鎮(zhèn)(29°20′N, 106°19′E), 屬于中亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候, 年平均氣溫19.2 ℃, 年平均降水量1 204 mm, 無霜期347 d。土壤類型以沙溪廟組發(fā)育的灰棕紫泥土和遂寧組發(fā)育的紅棕紫泥土為主。地貌類型以丘陵、山地為主。供試花椒品種為當(dāng)?shù)刂鲗?dǎo)品種‘九葉青’。

1.2 樣品采集與測定方法

通過大量實(shí)地調(diào)查, 根據(jù)研究區(qū)域地貌特點(diǎn)、土壤類型以及農(nóng)戶花椒種植情況, 結(jié)合農(nóng)戶多年種植經(jīng)驗(yàn), 將研究區(qū)劃分為高產(chǎn)區(qū)(產(chǎn)量>25 kg?株-1)、中產(chǎn)區(qū)(產(chǎn)量為15~25 kg?株-1)、低產(chǎn)區(qū)(產(chǎn)量<15 kg?株-1)。2017年3月, 經(jīng)過實(shí)地走訪調(diào)查, 隨機(jī)選擇花椒種植連片、種植規(guī)模相當(dāng)、花椒樹齡、種植模式、田間管理基本一致的30戶有代表性的農(nóng)戶作為采樣點(diǎn)。用GPS記錄該點(diǎn)的海拔, 同時(shí)測定坡度。采集的土壤為春季花期尚未施肥的基礎(chǔ)土壤, 選擇長勢基本一致的5棵花椒樹, 環(huán)繞每棵樹采集距離樹根15~25 cm處0~20 cm土層的土壤(不破壞花椒主根), 同時(shí)作采樣標(biāo)志。將采集的土壤樣品混合, 在自然條件下風(fēng)干、研磨, 過0.25 mm篩備用, 測定土壤理化性質(zhì)。在選擇這30個采樣點(diǎn)的同時(shí), 詳細(xì)調(diào)查每個農(nóng)戶近幾年花椒產(chǎn)量情況, 結(jié)合本次產(chǎn)量劃分出高、中、低產(chǎn)量水平各10戶。2017年8月, 選擇有采樣標(biāo)記的花椒樹, 收獲花椒, 除去莖、葉, 并測定花椒鮮重, 計(jì)算每棵花椒樹的平均產(chǎn)量。

采集的土壤經(jīng)風(fēng)干、研磨、過篩后, 進(jìn)行養(yǎng)分含量測定。測定方法pH采用玻璃電極法[10], 有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法[10], 堿解氮采用堿解擴(kuò)散法[10], 有效磷采用NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法[10], 有效鉀采用乙酸銨浸提-火焰光度法[10], 陽離子交換量采用乙酸銨交換-原子吸收分光光度法[10], 土壤交換性酸采用氯化鋇-三乙醇胺法[10], 土壤有效鈣、有效鎂采用KCl浸提-原子吸收分光光度法[10], 有效鐵、有效錳、有效銅、有效鋅采用DTPA浸提-原子吸收分光光度法[10], 土壤水溶性硼采用姜黃素比色法[10]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2010和SPSS 20.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析, 采用描述性統(tǒng)計(jì)分析, ANOVA方差分析, LSD法進(jìn)行多重比較, Pearson相關(guān)分析法、通徑分析法和逐步回歸分析法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同產(chǎn)區(qū)的花椒產(chǎn)量水平狀況

由表1可以看出, 不同產(chǎn)區(qū)的花椒產(chǎn)量差異達(dá)顯著水平(<0.05); 不同產(chǎn)區(qū)產(chǎn)量變幅為中產(chǎn)區(qū)≈高產(chǎn)區(qū)>低產(chǎn)區(qū)。從變異系數(shù)來看, 3個產(chǎn)區(qū)均屬中等變異, 變異系數(shù)最大的為中產(chǎn)區(qū), 其次為低產(chǎn)區(qū), 高產(chǎn)區(qū)最小, 表明花椒高產(chǎn)區(qū)產(chǎn)量整齊度優(yōu)于中低產(chǎn)區(qū)。

表1 不同產(chǎn)區(qū)花椒產(chǎn)量水平

產(chǎn)量表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差, 同列不同小寫字母表示不同產(chǎn)區(qū)間差異顯著(<0.05)。Yield was expressed as mean ± S.D., and different lowercase letters in the same column indicate significant differences at 0.05 level among different yield areas.

2.2 花椒不同產(chǎn)區(qū)地形因子狀況

由圖1可以看出, 花椒不同產(chǎn)區(qū)海拔高度的變化幅度為低產(chǎn)區(qū)>中產(chǎn)區(qū)>高產(chǎn)區(qū), 低產(chǎn)區(qū)集中分布在海拔240~300 m, 中產(chǎn)區(qū)集中分布在海拔230~340 m, 高產(chǎn)區(qū)集中分布在海拔290~320 m。不同產(chǎn)區(qū)之間的海拔差異不顯著, 從3個產(chǎn)區(qū)海拔高度來看, 九龍坡花椒生產(chǎn)區(qū)的海拔普遍在200~500 m, 而高產(chǎn)區(qū)主要集中于300 m左右的海拔高度?；ń凡煌a(chǎn)區(qū)地面坡度差異不大, 在0°~15°均有分布, 且集中分布在3°~14°, 其中低產(chǎn)區(qū)平均坡度為7.7°, 中產(chǎn)區(qū)平均坡度為8.6°, 高產(chǎn)區(qū)平均坡度為10.4°(如箱圖中黑點(diǎn)所示), 隨著產(chǎn)量提高, 坡度略有增加, 但未達(dá)顯著差異。

2.3 花椒不同產(chǎn)區(qū)土壤肥力特征

2.3.1 pH

由表2可見, 九龍坡花椒種植區(qū)土壤為酸性土, pH均在6.5以下。其中pH<5.5的強(qiáng)酸性土占66.7%, pH<4.5的極強(qiáng)酸性土占23.3%。從平均pH來看, 全產(chǎn)區(qū)的平均pH為5.1, 各產(chǎn)區(qū)平均pH表現(xiàn)為高產(chǎn)區(qū)>中產(chǎn)區(qū)>低產(chǎn)區(qū), 高產(chǎn)區(qū)與低產(chǎn)區(qū)之間差異顯著, 中產(chǎn)區(qū)與低、高產(chǎn)區(qū)的pH差異不顯著。3個產(chǎn)區(qū)pH變化幅度為低產(chǎn)區(qū)>中產(chǎn)區(qū)>高產(chǎn)區(qū)。從變異系數(shù)來看, 高產(chǎn)區(qū)變異系數(shù)最大, 低產(chǎn)區(qū)次之, 中產(chǎn)區(qū)最小, 且均屬中等變異。

2.3.2 有機(jī)質(zhì)

土壤有機(jī)質(zhì)在維持土壤肥力、土壤環(huán)境質(zhì)量、作物產(chǎn)量上有著重要的作用[11-12]。根據(jù)全國第2次土壤普查養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)(下同), 九龍坡花椒種植區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量處于中低等水平(表2), 其中<10 g?kg-1的土壤占10%, 10~20 g?kg-1的土壤占43.3%, 20~30 g?kg-1的土壤占36.7%, >30 g?kg-1的土壤占10%。全產(chǎn)區(qū)有機(jī)質(zhì)平均含量為19.1 g?kg-1, 各產(chǎn)區(qū)平均含量表現(xiàn)為中產(chǎn)區(qū)>高產(chǎn)區(qū)>低產(chǎn)區(qū), 3個產(chǎn)區(qū)之間差異不顯著, 低產(chǎn)區(qū)有機(jī)質(zhì)平均含量較低, 僅為16.6 g?kg-1,表明花椒低產(chǎn)地區(qū)應(yīng)適當(dāng)增加有機(jī)肥的施用。不同產(chǎn)區(qū)有機(jī)質(zhì)含量變化幅度為中產(chǎn)區(qū)>高產(chǎn)區(qū)>低產(chǎn)區(qū); 從變異系數(shù)來看, 低產(chǎn)區(qū)變異系數(shù)最大, 高產(chǎn)區(qū)次之, 中產(chǎn)區(qū)最小, 且均屬中等變異。

圖1 不同花椒產(chǎn)區(qū)海拔與坡度因子分布狀況

不同字母表示不同產(chǎn)區(qū)間差異顯著(<0.05)。Different lowercase letters indicate significant differences at 0.05 level among different yield areas.

表2 花椒不同產(chǎn)區(qū)土壤肥力特征

同行不同小寫字母表示不同產(chǎn)區(qū)間差異顯著(<0.05)。Different lowercase letters in the same line indicate significant differences at 0.05 level among different yield areas.

2.3.3 大量元素

九龍坡花椒產(chǎn)區(qū)大量元素含量水平變幅較大(表2)。其中堿解氮缺乏的土壤(<90 mg?kg-1)占36.7%, 堿解氮適中的土壤(90~120 mg?kg-1)占23.3%, 堿解氮豐富的土壤(>120 mg?kg-1)占40.0%。全產(chǎn)區(qū)堿解氮平均含量為114.9 mg?kg-1。從不同產(chǎn)區(qū)看, 堿解氮平均含量為低產(chǎn)區(qū)>中產(chǎn)區(qū)>高產(chǎn)區(qū), 但各產(chǎn)區(qū)之間堿解氮含量未達(dá)顯著差異。不同產(chǎn)區(qū)堿解氮變化幅度為高產(chǎn)區(qū)>中產(chǎn)區(qū)>低產(chǎn)區(qū), 變異系數(shù)為低產(chǎn)區(qū)>中產(chǎn)區(qū)>高產(chǎn)區(qū), 且均屬于中等變異。由此可見, 九龍坡花椒種植區(qū)土壤堿解氮缺乏的地區(qū)應(yīng)注意氮肥的施用, 而堿解氮含量豐富的區(qū)域應(yīng)該注意氮肥減量施用。

九龍坡花椒種植區(qū)有效磷平均含量屬于豐富水平, 但變幅很大, 變異系數(shù)屬于強(qiáng)變異。有效磷極度缺乏的區(qū)域(<5 mg?kg-1)占10.0%, 有效磷缺乏的區(qū)域(5~10 mg?kg-1)占16.7%, 有效磷適中的區(qū)域(10~20 mg?kg-1)占20.0%, 有效磷含量豐富的區(qū)域(>20 mg?kg-1)占53.3%。從不同產(chǎn)區(qū)看, 有效磷平均含量為高產(chǎn)區(qū)最大, 中產(chǎn)區(qū)次之, 低產(chǎn)區(qū)最小, 但各產(chǎn)區(qū)之間差異不顯著。3個產(chǎn)區(qū)有效磷含量變化幅度為中產(chǎn)區(qū)>高產(chǎn)區(qū)>低產(chǎn)區(qū), 且變異系數(shù)均屬于強(qiáng)變異。

花椒種植區(qū)速效鉀平均含量屬于適中水平, 但變幅較大, 其中約20%的土壤速效鉀含量屬于極缺乏水平(<50 mg?kg-1), 36.7%的土壤速效鉀屬缺乏水平, 23.3%的土壤速效鉀含量適中, 土壤速效鉀豐富的土壤約占20%。從不同產(chǎn)區(qū)來看, 速效鉀平均含量為中產(chǎn)區(qū)>高產(chǎn)區(qū)>低產(chǎn)區(qū), 中產(chǎn)區(qū)與低產(chǎn)區(qū)之間差異顯著, 而高產(chǎn)區(qū)與中、低產(chǎn)區(qū)之間差異均不顯著。不同產(chǎn)區(qū)變幅為高產(chǎn)區(qū)>中產(chǎn)區(qū)>低產(chǎn)區(qū), 從變異系數(shù)看, 3個產(chǎn)區(qū)均屬強(qiáng)變異。可見, 在速效鉀平均含量缺乏的低產(chǎn)區(qū), 應(yīng)注重鉀肥的合理施用。

九龍坡花椒種植區(qū)土壤有效鈣平均含量屬于豐富水平, 其中, 有效鈣含量豐富的土壤(>1 200 mg?kg-1)約占90%, 變異系數(shù)屬強(qiáng)變異。從不同產(chǎn)區(qū)看, 土壤有效鈣平均含量為高產(chǎn)區(qū)>中產(chǎn)區(qū)>低產(chǎn)區(qū), 高產(chǎn)區(qū)與中、低產(chǎn)區(qū)之間差異顯著, 中、低產(chǎn)區(qū)之間差異不顯著。3個產(chǎn)區(qū)的平均有效鈣含量均屬豐富水平, 變幅為高產(chǎn)區(qū)>低產(chǎn)區(qū)>中產(chǎn)區(qū); 變異系數(shù)高產(chǎn)區(qū)>低產(chǎn)區(qū)>中產(chǎn)區(qū), 且均屬于中等變異。由此可見, 九龍坡花椒種植區(qū)土壤有效鈣含量豐富, 可以滿足作物對鈣的需求。

花椒種植區(qū)土壤有效鎂平均含量屬豐富水平, 有效鎂含量豐富的土壤(>180 mg?kg-1)占90%, 變異系數(shù)為中等變異。從不同產(chǎn)區(qū)看, 從高產(chǎn)區(qū)到低產(chǎn)區(qū)土壤有效鎂平均含量呈逐步降低趨勢, 且高產(chǎn)區(qū)與低產(chǎn)區(qū)之間差異顯著, 而中產(chǎn)區(qū)與其他兩個產(chǎn)區(qū)差異均不顯著。不同產(chǎn)區(qū)的有效鎂含量變幅為中產(chǎn)區(qū)>低產(chǎn)區(qū)>高產(chǎn)區(qū); 3個產(chǎn)區(qū)的變異系數(shù)均屬中等變異。可見, 花椒種植區(qū)土壤有效鎂含量豐富, 可滿足作物對鎂的需求。

2.3.4 土壤交換性能

土壤陽離子交換量(CEC)是土壤的基本特性和重要肥力因素之一, 它反映了土壤保蓄、供應(yīng)和緩沖陽離子養(yǎng)分的能力[13]。九龍坡花椒種植區(qū)土壤平均CEC處于高水平范圍, CEC>20 cmol(+)?kg-1的土壤占80%, 變異系數(shù)為中等變異(表2)。從不同產(chǎn)區(qū)來看, 從高產(chǎn)區(qū)到低產(chǎn)區(qū)土壤的CEC呈逐漸降低趨勢, 其中高產(chǎn)區(qū)與中、低產(chǎn)區(qū)差異顯著, 中、低產(chǎn)區(qū)之間差異不顯著。土壤CEC變幅高產(chǎn)區(qū)>低產(chǎn)區(qū)>中產(chǎn)區(qū); 從變異系數(shù)看, 高產(chǎn)區(qū)最大, 其次為低產(chǎn)區(qū), 中產(chǎn)區(qū)最小。可見, 花椒種植區(qū)CEC處于高水平, 土壤的保肥能力較好, 但中低產(chǎn)區(qū)中有一部分土壤CEC較低, 這一部分土壤應(yīng)該注重優(yōu)化施肥, 防止土壤酸化現(xiàn)象加重。

土壤交換性酸主要由土壤膠體吸附的H+和Al3+構(gòu)成[14], 花椒種植區(qū)平均土壤交換性酸總量為8.1 cmol(+)?kg-1, 從全產(chǎn)區(qū)來看, <5 cmol(+)?kg-1的土壤占16.7%, 5~10 cmol(+)?kg-1的土壤占56.6%, >10 cmol(+)?kg-1的土壤占26.7%; 交換性酸變化幅度為1.52~13.71, 變異系數(shù)為中等變異。從不同產(chǎn)區(qū)看, 交換性酸總量低產(chǎn)區(qū)>中產(chǎn)區(qū)>高產(chǎn)區(qū), 3個產(chǎn)區(qū)之間差異均不顯著; 變幅最大的是低產(chǎn)區(qū), 中產(chǎn)區(qū)次之, 最小的是高產(chǎn)區(qū)。變異系數(shù)低產(chǎn)區(qū)>高產(chǎn)區(qū)>中產(chǎn)區(qū), 且均為中等變異。由此可見, 花椒種植區(qū)土壤交換性酸總量為適中水平, 土壤交換性酸與pH之間存在極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系, 在pH較低的強(qiáng)酸性土壤, 交換性酸由交換鋁主導(dǎo), Al3+對作物根系有毒害作用, 因此, 在這一部分區(qū)域應(yīng)該注重土壤的酸性改良, 提高土壤pH。

2.3.5 微量元素

九龍坡花椒種植區(qū)有效鐵平均含量豐富, 變幅很大, 屬強(qiáng)變異(表2)。從有效鐵分布頻率來看, >10 mg?kg-1的土壤占46.7%, 4.5~10 mg?kg-1的土壤占16.6%, <4.5 mg?kg-1的土壤占36.6%。土壤有效鐵平均含量以低產(chǎn)區(qū)最高, 中產(chǎn)區(qū)次之, 高產(chǎn)區(qū)最低, 其中高產(chǎn)區(qū)與中、低產(chǎn)區(qū)之間差異均顯著, 中、低產(chǎn)區(qū)之間差異不顯著。3個產(chǎn)區(qū)變幅順序?yàn)榈彤a(chǎn)區(qū)>中產(chǎn)區(qū)>高產(chǎn)區(qū), 且變異系數(shù)均屬于強(qiáng)變異?？梢? 中低產(chǎn)區(qū)的有效鐵含量極其豐富。

花椒種植區(qū)有效錳平均含量豐富, 變異系數(shù)屬強(qiáng)變異, 從分布頻率看, >30 mg?kg-1的土壤占83.3%, 15~30 mg?kg-1的土壤占10.0%, <15 mg?kg-1的土壤占6.7%。土壤有效錳平均含量以高產(chǎn)區(qū)最高, 中產(chǎn)區(qū)次之, 低產(chǎn)區(qū)最低, 其中高、低產(chǎn)區(qū)之間差異顯著, 中產(chǎn)區(qū)與高、低產(chǎn)區(qū)差異均不顯著。3個產(chǎn)區(qū)有效錳含量變異幅度中產(chǎn)區(qū)>高產(chǎn)區(qū)>低產(chǎn)區(qū), 中產(chǎn)區(qū)變異系數(shù)屬中等變異, 高、低產(chǎn)區(qū)變異系數(shù)均屬強(qiáng)變異。

九龍坡花椒種植區(qū)有效銅平均含量屬于較豐富水平, 變幅較大, 變異系數(shù)屬強(qiáng)變異。從分布頻率來看, <1.0 mg?kg-1的土壤占43.3%, 1.0~2.0 mg?kg-1的土壤占33.4%, >2.0 mg?kg-1的土壤占23.3%。3個產(chǎn)區(qū)有效銅平均含量以低產(chǎn)區(qū)最高, 中產(chǎn)區(qū)次之, 高產(chǎn)區(qū)最低, 3個產(chǎn)區(qū)之間差異均不顯著; 其變化幅度低產(chǎn)區(qū)>中產(chǎn)區(qū)>高產(chǎn)區(qū), 從變異系數(shù)看, 均屬于強(qiáng)變異。

九龍坡花椒種植區(qū)有效鋅平均含量為4.5 mg?kg-1, 屬于含量豐富范圍, 變異系數(shù)屬強(qiáng)變異。從有效鋅分布頻率來看, >3.0 mg?kg-1的土壤占全區(qū)的66.7%, 1.0~3.0 mg?kg-1的土壤占26.6%, <1.0 mg?kg-1的土壤占6.7%。土壤有效鋅平均含量最高的是中產(chǎn)區(qū), 高產(chǎn)區(qū)次之, 低產(chǎn)區(qū)最低, 3個產(chǎn)區(qū)之間差異不顯著。土壤有效鋅變幅中產(chǎn)區(qū)>低產(chǎn)區(qū)>高產(chǎn)區(qū); 中產(chǎn)區(qū)的變異系數(shù)屬中等變異, 低、高產(chǎn)區(qū)為強(qiáng)變異。

花椒種植區(qū)水溶性硼平均含量屬于缺乏水平, 變異系數(shù)為中等變異。從分布頻率來看, <0.3 mg?kg-1的土壤占56.7%, 0.3~0.5 mg?kg-1的土壤占40.0%, 0.5~1.0 mg?kg-1的土壤占3.3%。土壤水溶性硼平均含量從低產(chǎn)區(qū)到高產(chǎn)區(qū)呈逐漸升高趨勢, 高產(chǎn)區(qū)與低產(chǎn)區(qū)之間差異顯著, 而中產(chǎn)區(qū)與其他兩個產(chǎn)區(qū)均差異不顯著。土壤水溶性硼變幅高產(chǎn)區(qū)>中產(chǎn)區(qū)>低產(chǎn)區(qū), 3個產(chǎn)區(qū)的變異系數(shù)均屬強(qiáng)變異?？梢? 九龍坡區(qū)土壤水溶性硼含量缺乏, 施肥時(shí)應(yīng)注意硼肥的施用。

2.4 地形因子和土壤肥力對花椒產(chǎn)量的影響

2.4.1 地形因子、土壤肥力因子間及其與產(chǎn)量的相關(guān)分析

由表3可知, 花椒產(chǎn)量與土壤有效鈣和陽離子交換量(CEC)呈極顯著正相關(guān), 與pH、有效錳和水溶性硼呈顯著正相關(guān)。海拔、坡度因子與花椒產(chǎn)量及其他土壤肥力因子的相關(guān)性均不顯著。從土壤肥力因子間相互關(guān)系來看, 土壤pH與土壤有效鈣、有效鎂、有效錳呈顯著正相關(guān), 而與交換性酸、有效鐵、有效銅呈顯著負(fù)相關(guān); 土壤有機(jī)質(zhì)與堿解氮、速效鉀、有效鋅呈顯著正相關(guān); 土壤堿解氮與有效鋅呈顯著負(fù)相關(guān); 土壤有效磷與速效鉀、交換性酸呈顯著正相關(guān); 土壤速效鉀與有效鋅呈顯著正相關(guān), 而與有效鐵、有效銅呈顯著負(fù)相關(guān); 土壤有效鈣與有效鎂、陽離子交換量、有效錳呈顯著正相關(guān), 而與有效鐵、有效銅呈顯著負(fù)相關(guān); 土壤有效鎂與陽離子交換量、有效錳呈顯著正相關(guān); 土壤陽離子交換量與有效錳呈顯著正相關(guān), 而與有效鐵呈顯著負(fù)相關(guān); 土壤交換性酸與有效鋅呈顯著正相關(guān); 土壤有效鐵與有效銅呈顯著正相關(guān)?？梢? 地形因子與產(chǎn)量及其他因子相關(guān)性不大, 可以先行排除; 而各土壤肥力因子之間存在著錯綜復(fù)雜的關(guān)系, 各因子相互影響、相互制約, 且通過彼此間的相互作用間接對花椒產(chǎn)量造成影響。因此, 不能簡單地看產(chǎn)量與各因子的相關(guān)性, 忽視各因子間的相互作用。

2.4.2 土壤肥力與花椒產(chǎn)量的通徑分析

為進(jìn)一步了解土壤肥力因子對花椒產(chǎn)量的影響, 以花椒產(chǎn)量()為因變量, 各土壤肥力因子(X)為自變量, 利用通徑分析[15], 將各因子(X)與產(chǎn)量()間的相關(guān)系數(shù)(r)分解為直接作用和間接作用, 計(jì)算每個因子對產(chǎn)量()的直接通徑系數(shù)(b)和間接通徑系數(shù)(rb), 評估每個因子對花椒產(chǎn)量的作用及因子間的相互影響(表4)。從直接通徑系數(shù)看, 各土壤肥力因子對花椒產(chǎn)量的直接作用有效鈣>CEC>交換性酸>有效銅>有效鐵>有效鋅>速效鉀>有效磷>有效鎂>有效錳>pH>水溶性硼>有機(jī)質(zhì)>堿解氮。表明在九龍坡花椒種植區(qū)各土壤肥力因子中, 有效鈣、CEC、交換性酸、有效銅、有效鐵、有效鋅是影響產(chǎn)量的主要因子。其中有效鈣、交換性酸、有效鐵、有效鋅對花椒產(chǎn)量的直接作用為正, CEC、有效銅對花椒產(chǎn)量直接作用為負(fù)。有效鈣的直接作用最大, 對產(chǎn)量的影響也最顯著。但從間接通徑系數(shù)來看, 有效鈣通過其他因子間接作用于花椒產(chǎn)量時(shí), 其間接通徑系數(shù)大多為負(fù), 表明在各因子的相互作用中, 有效鈣對產(chǎn)量的效應(yīng)有一部分被抑制了, 其中CEC、交換性酸、有效鐵、有效錳對有效鈣抑制作用最強(qiáng)烈, 這可能是因?yàn)樵撗芯繀^(qū)土壤有效鈣含量過于豐富, 從而導(dǎo)致部分有效鈣的效果沒有發(fā)揮作用, 造成鈣素的浪費(fèi); 同時(shí), 有效鈣的直接通徑系數(shù)大于其間接通徑系數(shù)之和, 表明有效鈣的作用是通過直接作用來體現(xiàn)。另一方面, pH、有效磷、速效鉀、有效鎂、CEC、有效錳、水溶性硼通過有效鈣間接作用于花椒產(chǎn)量時(shí), 使得這些因子的效應(yīng)得到增強(qiáng)。CEC對產(chǎn)量的直接通徑系數(shù)為負(fù), 但相關(guān)分析表明, CEC與產(chǎn)量之間有顯著的正相關(guān)關(guān)系, 原因是當(dāng)CEC通過pH、有效鈣、交換性酸、有效銅、有效鋅、水溶性硼間接作用于產(chǎn)量時(shí), CEC對產(chǎn)量的作用得到增強(qiáng), 且間接通徑系數(shù)之和大于直接通徑系數(shù), 說明CEC對產(chǎn)量的影響主要由間接作用體現(xiàn)。由此可見, 各土壤肥力因子之間的相互關(guān)系復(fù)雜, 施肥時(shí)應(yīng)注重優(yōu)化施肥, 改善土壤理化性狀, 調(diào)節(jié)各元素之間的平衡。

表3 花椒產(chǎn)量與地形因子、土壤肥力因子的相關(guān)矩陣(r值)

Y: 產(chǎn)量; Ele: 海拔; Slo: 坡度; OM: 有機(jī)質(zhì); AN: 堿解氮; AP: 有效磷; AK: 速效鉀; ACa: 有效鈣; AMg: 有效鎂; CEC: 陽離子交換量; EA: 交換性酸; AFe: 有效鐵; AMn: 有效錳; ACu: 有效銅; AZn: 有效鋅; WB: 水溶性硼。*表示在0.05水平上顯著相關(guān)(<0.05); **表示在0.01水平上顯著相關(guān)(<0.01)。Y: yield; Ele: elevation; Slo: slope; OM: organic matter; AN: alkali-hydrolysis nitrogen; AP: available phosphorus; AK: available potassium; ACa: available calcium; AMg: available magnesium; CEC: cation exchange capacity; EA: exchangeable acid; AFe: effective iron; AMn: effective manganese; ACu: effective copper; AZn: effective zinc; WB: water-soluble boron. * indicates a significant correlation at 0.05 level; ** indicates a significant correlation at 0.01 level.

表4 土壤肥力因子對花椒產(chǎn)量(Y)的通徑系數(shù)

1: pH;2: 有機(jī)質(zhì);3: 堿解氮;4: 有效磷;5: 速效鉀;6: 有效鈣;7: 有效鎂;8: 陽離子交換量;9: 交換性酸;10: 有效鐵;11: 有效錳;12: 有效銅;13: 有效鋅;14: 水溶性硼。1: pH;2: organic matter;3: alkali-hydrolysis nitrogen;4: available phosphorus;5: available potassium;6: available calcium;7: available magnesium;8: cation exchange capacity;9: exchangeable acid;10: available iron;11: available manganese;12: available copper;13: available zinc;14: water soluble boron.

2.4.3 土壤肥力因子與花椒產(chǎn)量的逐步回歸分析

為進(jìn)一步明確土壤肥力因子與花椒產(chǎn)量的數(shù)量關(guān)系, 在相關(guān)分析和通徑分析的基礎(chǔ)上, 利用逐步回歸分析方法, 剔除不顯著變量, 建立了有效鈣(6)與花椒產(chǎn)量()的最優(yōu)回歸方程:=11.693+0.0036(表5、表6); 經(jīng)檢驗(yàn),2=0.344,=14.712,<0.01, 回歸方程達(dá)極顯著水平; 回歸方程系數(shù)經(jīng)檢驗(yàn)也達(dá)到顯著水平, 說明回歸方程具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。表明在九龍坡花椒種植區(qū), 土壤有效鈣含量與花椒產(chǎn)量有顯著正效應(yīng), 可以根據(jù)土壤有效鈣含量預(yù)測花椒產(chǎn)量水平。

表5 花椒產(chǎn)量與土壤有效鈣的逐步回歸分析模型匯總

表6 花椒產(chǎn)量與土壤有效鈣的逐步回歸方程系數(shù)及檢驗(yàn)

a: 預(yù)測變量(常量);6: 有效鈣。a: predictor (constant);6: available calcium.

3 討論

地形的差異往往導(dǎo)致土壤養(yǎng)分的空間變異[16-17], 獨(dú)特地形條件產(chǎn)生的“小氣候”對作物生長也有影響[18]。本研究中, 花椒種植區(qū)普遍處于200~500 m海拔范圍內(nèi), 且高產(chǎn)區(qū)的海拔集中分布于300 m左右。相關(guān)分析表明, 海拔因子與土壤肥力、花椒產(chǎn)量的相關(guān)性不顯著, 這可能是九龍坡花椒種植區(qū)地貌類型為丘陵山地, 海拔差異不大。相關(guān)分析表明, 坡度因子與花椒產(chǎn)量關(guān)系更密切, 從低產(chǎn)區(qū)到高產(chǎn)區(qū), 坡度逐漸增大, 但未達(dá)顯著差異。地形因子與土壤肥力因子的相關(guān)關(guān)系不顯著, 這可能是該研究區(qū)范圍較小, 且地形地貌類型差異不大的原因。

土壤養(yǎng)分主要由土壤pH、有機(jī)質(zhì)、有效養(yǎng)分和交換性能構(gòu)成, 與作物產(chǎn)量具有顯著的相關(guān)性[19-23]。本研究中, 花椒種植區(qū)土壤pH均<6.5, 從低產(chǎn)區(qū)到高產(chǎn)區(qū), pH逐漸增大; 相關(guān)分析表明, 土壤pH與花椒產(chǎn)量有顯著相關(guān)關(guān)系。土壤pH能影響作物營養(yǎng)成分的吸收利用, 適宜的pH能減少作物缺素癥和不良元素的毒害作用[24-25]。通徑分析表明, 適宜的土壤pH能增強(qiáng)有效鈣對花椒產(chǎn)量的促進(jìn)作用, 同時(shí)抑制交換性酸、有效銅的不良作用。花椒更合適在pH較高的土壤上生長, 在pH較低的花椒低產(chǎn)區(qū), 應(yīng)注重有機(jī)肥和堿性肥料的施用。本研究中通徑分析表明, 有機(jī)質(zhì)對產(chǎn)量的間接通徑系數(shù)之和大于直接通徑系數(shù), 表明有機(jī)質(zhì)主要通過間接作用影響產(chǎn)量; 但九龍坡花椒種植區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量屬中低量水平, 特別是低產(chǎn)區(qū), 土壤有機(jī)質(zhì)水平低下, 因此應(yīng)注意有機(jī)肥的施用, 提高土壤理化性狀。

土壤有效養(yǎng)分含量是土壤對作物養(yǎng)分供應(yīng)能力的體現(xiàn), 是評價(jià)土壤肥力的重要標(biāo)準(zhǔn)[26]。本研究中, 九龍坡花椒不同產(chǎn)區(qū)養(yǎng)分豐缺情況不同, 但總體來說高產(chǎn)區(qū)肥力水平最高, 中產(chǎn)區(qū)次之, 低產(chǎn)區(qū)最差。相關(guān)分析表明, 土壤有效鈣、有效錳、水溶性硼對花椒產(chǎn)量有極顯著的正效應(yīng)。鈣能增強(qiáng)植物運(yùn)輸能力和光合效率, 且能提高細(xì)胞壁的穩(wěn)定性[27-28]。通徑分析表明, 有效鈣對花椒產(chǎn)量的直接作用最大, 但豐富的鈣離子富集于花椒根系, 可能會使其他離子難以被根系吸收。錳是植物必需的微量營養(yǎng)元素, 對光合作用、維持細(xì)胞器正常結(jié)構(gòu)有重要作用[29]。九龍坡花椒種植區(qū)錳含量豐富, 能滿足作物對錳的需求, 從低產(chǎn)區(qū)到高產(chǎn)區(qū)錳含量逐漸升高。硼是作物必需的微量營養(yǎng)元素之一, 硼在穩(wěn)定細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)、維持細(xì)胞生命活動中有重要意義[30]?；ń贩N植區(qū)土壤水溶性硼屬缺乏水平, 硼對花椒產(chǎn)量有顯著的正效應(yīng), 九龍坡花椒種植區(qū)硼含量缺乏, 施肥時(shí)應(yīng)該注意硼肥的施用。

九龍坡花椒CEC屬于高水平范圍, 從低產(chǎn)區(qū)到高產(chǎn)區(qū)CEC逐漸增加。相關(guān)分析表明, CEC不僅與花椒產(chǎn)量存在顯著正相關(guān)性, 且與有效鈣、有效鎂、有效鐵、有效錳也存在顯著相關(guān)性, 說明CEC在土壤中與多個土壤養(yǎng)分因子有相互作用, 關(guān)系錯綜復(fù)雜。通徑分析表明, CEC對產(chǎn)量的直接作用為負(fù), 但CEC的直接通徑系數(shù)小于間接通徑系數(shù)之和, 因此, CEC對產(chǎn)量的作用主要由間接作用體現(xiàn)。交換性酸含量高的土壤中鋁、錳和重金屬的活性較強(qiáng), 容易導(dǎo)致作物缺素和元素毒害, 影響作物正常生長[31-33]。本研究中, 從低產(chǎn)區(qū)到高產(chǎn)區(qū)土壤交換性酸含量逐漸下降; 交換性酸與pH存在極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系, 酸度越高的土壤, 交換性酸含量越高; 且花椒產(chǎn)量與交換性酸也存在負(fù)相關(guān)效應(yīng), 通徑分析進(jìn)一步表明, 交換性酸通過其他因子對花椒產(chǎn)量產(chǎn)生作用時(shí), 其間接通徑系數(shù)為負(fù), 且間接通徑系數(shù)之和大于直接通徑系數(shù), 表明交換性酸以間接作用體現(xiàn), 且對花椒產(chǎn)量的影響為負(fù)效應(yīng)。說明在土壤酸化嚴(yán)重的地區(qū), 應(yīng)該注重施用堿性肥料, 如石灰、硅鈣鉀鎂肥等, 調(diào)節(jié)土壤pH, 防止土壤酸化程度進(jìn)一步加深, 同時(shí)配施有機(jī)肥, 調(diào)理土壤理化性狀, 改良土壤質(zhì)量。

4 結(jié)論

九龍坡花椒種植區(qū)高產(chǎn)區(qū)海拔集中在300 m左右, 坡度隨產(chǎn)量提高略有增加, 但未達(dá)顯著水平; 總的來說, 地形因子對花椒產(chǎn)量影響不顯著。九龍坡花椒種植區(qū)土壤均屬酸性土, 土壤肥力屬中高水平范圍, 土壤變異幅度較大, 高產(chǎn)區(qū)土壤肥力最高, 中產(chǎn)區(qū)次之, 低產(chǎn)區(qū)最差?；ń樊a(chǎn)量與土壤pH、有效鈣、CEC、有效錳、水溶性硼有顯著的正相關(guān)效應(yīng), 其中與有效鈣的顯著性最強(qiáng)。土壤肥力因子之間的相互作用復(fù)雜, 通徑分析表明, 有效鈣的直接作用最大, 但豐富的有效鈣含量會減弱其他土壤肥力因子對花椒產(chǎn)量的作用, 逐步回歸分析構(gòu)建了有效鈣與花椒產(chǎn)量的最優(yōu)回歸方程:=11.693+0.0036。綜上所述, 九龍坡花椒種植區(qū)施肥應(yīng)該注重土壤養(yǎng)分之間的平衡, 低產(chǎn)區(qū)應(yīng)該注重土壤酸化的改良, 合理使用堿性肥料(如石灰、硅鈣鉀鎂肥等), 配施有機(jī)肥, 調(diào)理土壤理化性狀。

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Relationships ofyield with topography and soil fertility in Jiulongpo area*

YANG Shixi1, LYU Guangbin1, HUANG Yun1**, XIANG Huahui2, WANG Zhengyin1

(1. College of Resources and Environmental Sciences, Southwest University, Chongqing 400716, China; 2. Extension Centre of Agricultural Techniques of Jiulongpo District in Chongqing, Chongqing 400039, China)

The relationships of soil nutrient conditions and topography with production in Jiulongpoplanting areas was studied through a field investigation-based research and lab analysis to provide a theoretical basis for scientific and effective fertilization practices. The characteristics of altitude and slope, and soil pH, organic matter content, macro- and micro-elements content, cation exchange capacity (CEC) and exchange acidity as well asyeild in low-, medium and high-yield areas ofwere investigated. The results showed thatwas generally planted at altitudes between 200 and 500 meters in Jiulongpo, and the altitude of the high-yield area was approximately 300 meters. The slope from low- to high-yield areas appeared to be slight increase but not obvious. The soil was acidic, with a pH < 6.5; and soil fertility was high, with large differences in nutrient factors. CEC and available phosphorus, calcium, magnesium, iron, manganese, copper, and zinc were abundant at 27.2 cmol(+)?kg-1, 35.2 mg?kg-1, 3 289.8 mg?kg-1, 271.8 mg?kg-1, 48.6 mg?kg-1, 62.1 mg?kg-1, 1.5 mg?kg-1, and 4.5 mg?kg-1, respectively. Organic matter and available nitrogen, potassium and exchange acid were at a moderate levels of 19.1 mg?kg-1, 114.9 mg?kg-1, 107.0 mg?kg-1and 8.1 cmol(+)?kg-1, respectively. The content of water-soluble boron was a relatively low 0.28 mg?kg-1.yield exhibited a positive correlation with available calcium, CEC, pH, available manganese, and water-soluble boron. Available calcium, CEC, exchange acidity, and available copper, iron, and zinc were the main influencing factors on yield. An optimal linear regression equation of available calcium (6) and yield () was established based on stepwise regression analysis (= 11.693 + 0.0036). In conclusion, soil nutrient in Jiulongpoarea was imbalanced seriously, more attention should be paid to balancing fertilization, increasing organic fertilizer, improving the physical and chemical properties of soil, and relieving soil acidification.

; Topography; Soil fertility; Yield; Nutrient balance

S158.3

2096-6237(2019)12-1823-10

10.13930/j.cnki.cjea.190127

* 國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(41530855)和國際植物營養(yǎng)研究所(IPNI)項(xiàng)目(2013-Chongqing-02)資助

黃云, 主要研究方向?yàn)橹参餇I養(yǎng)與施肥。E-mail: huangyun1622@126.com

楊仕曦, 研究方向?yàn)橹参餇I養(yǎng)與土壤酸化改良技術(shù)。E-mail: 751743470@qq.com

2019-02-21

2019-07-20

* This study was supported by the National Natural Science Foundation of China (41530855) and the International Plant Nutrition Institute (IPNI) Funded Project (2013-Chongqing-02).

, E-mail: huangyun1622@126.com

Feb. 21, 2019;

Jul. 20, 2019

楊仕曦, 呂廣斌, 黃云, 向華輝, 王正銀. 九龍坡花椒種植區(qū)地形、土壤肥力與花椒產(chǎn)量的關(guān)系[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)(中英文), 2019, 27(12): 1823-1832

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