沈彥輝,劉文龍,2,王懷利,2,陳宏坤,2,3*, 付強(qiáng)強(qiáng)
(1.金正大生態(tài)工程集團(tuán)股份有限公司,山東臨沭 276700;2.養(yǎng)分資源高效開(kāi)發(fā)與綜合利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東臨沭 276700;3.金正大諾泰爾化學(xué)有限公司,貴州甕安 550400)
土壤養(yǎng)分豐缺以及供應(yīng)強(qiáng)度直接影響琯溪蜜柚的正常生長(zhǎng)發(fā)育,因此對(duì)優(yōu)質(zhì)蜜柚的產(chǎn)量和品質(zhì)產(chǎn)生不同程度的影響[1-3],土壤肥力是反映土壤肥沃程度的重要指標(biāo),為土壤提供作物生長(zhǎng)發(fā)育所需各種養(yǎng)分的能力,采用綜合評(píng)價(jià)土壤肥力的技術(shù)手段獲取土地質(zhì)量狀況信息,進(jìn)而科學(xué)有效地進(jìn)行農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)工作。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外科研工作者研究的熱點(diǎn)是科學(xué)、合理地對(duì)土壤肥料狀況做出評(píng)價(jià),進(jìn)而構(gòu)建系統(tǒng)的土壤肥力評(píng)價(jià)體系[4-6]。土壤肥力受很大內(nèi)在和外在因素的影響,土壤肥力狀況差異很大,對(duì)其進(jìn)行公正客觀的評(píng)價(jià)比較困難。依據(jù)經(jīng)驗(yàn)對(duì)養(yǎng)分形態(tài)進(jìn)行簡(jiǎn)單的描述是傳統(tǒng)意義上的土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)方法。近年來(lái),隨著各學(xué)科間的交叉融合,數(shù)學(xué)方法逐步應(yīng)用于土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)體系中,使土壤肥力評(píng)價(jià)向指標(biāo)化和定量化的方向發(fā)展。目前綜合評(píng)價(jià)土壤肥力狀況常用的方法主要有主成分分析法[7-8]、指數(shù)合法[9-11]、模糊綜合評(píng)價(jià)法[12]、聚類(lèi)分析法[13-14]、屬性識(shí)別模型[15]、灰色關(guān)聯(lián)分析法[16]、Fuzzy綜合分析法、基于GIS技術(shù)的評(píng)價(jià)方法[7,16]等。在具體的研究過(guò)程中,由于國(guó)際上沒(méi)有統(tǒng)一的土壤肥力評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)以及區(qū)域土壤的差異性,需要根據(jù)所研究地區(qū)的實(shí)際情況選取科學(xué)、適宜的評(píng)價(jià)方法。
原產(chǎn)于我國(guó)福建省漳州市平和縣琯溪河畔的琯溪蜜柚[Citrusgrandis(L.)Osbeck.cv.‘Guanximiyou’],栽培歷史悠久,種植面積大,目前平和縣已成為我國(guó)最大的柚類(lèi)生產(chǎn)基地縣和出口基地縣,享有“世界柚鄉(xiāng)”和“中國(guó)柚都”的美譽(yù)。前人針對(duì)平和縣蜜柚果園土壤養(yǎng)分的豐缺狀況做了一定的研究,取得了一定進(jìn)展[1-3]。土壤在空間上具有高度的異質(zhì)性,是時(shí)空連續(xù)變異體,且隨著肥料施用種類(lèi)、施用量的變化、種植年限的增加及生態(tài)系統(tǒng)因子的變化,土壤的養(yǎng)分狀況在一定程度上也會(huì)隨之發(fā)生相應(yīng)改變。因此,科學(xué)、準(zhǔn)確、系統(tǒng)地掌握當(dāng)前平和縣各蜜柚種植區(qū)土壤肥力狀況是琯溪蜜柚生產(chǎn)中科學(xué)施肥和營(yíng)養(yǎng)調(diào)控的關(guān)鍵。筆者從生產(chǎn)實(shí)際出發(fā),選取平和縣42個(gè)蜜柚果園土壤樣本,在土壤肥力指標(biāo)定量描述的基礎(chǔ)上,通過(guò)主成分分析和聚類(lèi)分析,對(duì)福建省漳州市和平縣蜜柚果園土壤養(yǎng)分狀況進(jìn)行系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià),對(duì)蜜柚種植區(qū)土壤肥力狀況進(jìn)行等級(jí)劃分,旨在為激活土地的潛在生產(chǎn)能力、科學(xué)平衡施肥、提高肥料利用率、土壤培肥管理、測(cè)土肥料配方設(shè)計(jì)和生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)蜜柚提供理論依據(jù)。
1.1試驗(yàn)地概況平和縣地處福建省閩南金三角的漳州市西南部,九龍江西上游,地跨116°54′~117°31′E、24°02′~24°35′N(xiāo),根據(jù)區(qū)域內(nèi)地形和氣候條件的差異,以大芹山脈為分界線將其分為東西兩半縣。東半縣地勢(shì)相對(duì)平坦,向北傾斜,海拔低,大部分在300 m以下,發(fā)育為丘陵河谷平原,農(nóng)業(yè)種植以種植琯溪蜜柚為主;西半縣地勢(shì)向西傾斜,海拔在300~400 m,發(fā)育為中低山地貌,農(nóng)業(yè)種植以種植水稻(OryzasativaL.)和“白芽奇蘭”茶(CamelliasinensisL.cv.‘Baiya-qilan’)等為主。地處南亞熱帶,屬南亞熱帶季風(fēng)氣候,全年平均氣溫17.5~21.3 ℃,日照和太陽(yáng)輻射時(shí)間中等,年平均霜期41.3 d,春秋冬溫差小,氣候溫暖,夏季較長(zhǎng),酷熱嚴(yán)寒少見(jiàn),雨季長(zhǎng)、雨量充沛,年平均降雨量1 600~2 000 mm,年平均蒸發(fā)量1 400 mm,但降雨不均衡,干濕季明顯,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)氣候條件優(yōu)異。土壤以水稻土、磚紅性紅壤、紅壤為主,面積分別為10.04%、24.01%和53.13%。
1.2土壤采集與測(cè)定根據(jù)福建省漳州市平和縣蜜柚的分布狀況,2016年實(shí)地調(diào)查了平和縣的小溪鎮(zhèn)、山格鎮(zhèn)、文峰鎮(zhèn)、南勝鎮(zhèn)、坂仔鎮(zhèn)、安厚鎮(zhèn)、大溪鎮(zhèn)、霞寨鎮(zhèn)、九峰鎮(zhèn)、蘆溪鎮(zhèn)、五寨鄉(xiāng)、國(guó)強(qiáng)鄉(xiāng)、崎嶺鄉(xiāng)、長(zhǎng)樂(lè)鄉(xiāng)等地區(qū)的42個(gè)規(guī)模種植的蜜柚果園。采樣點(diǎn)分布采用如下原則[17]:①果園代表性原則。取樣果園面積不小于3 300 m2;②分布均勻性原則。每個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)各選取一個(gè)沖積物發(fā)育的果園土壤、低海拔山地果園土壤、相對(duì)海拔較高的山地果園土壤。調(diào)查了解蜜柚的種植環(huán)境和近2年的施肥情況及田間管理等情況后,按田間統(tǒng)計(jì)方法分別采集各蜜柚果園代表性蜜柚土壤,取樣點(diǎn)地塊面積為0.05~0.67 hm2,采用定位系統(tǒng)精準(zhǔn)定位,采集土壤樣品時(shí),在蜜柚植株下離根莖40~60 cm處(避開(kāi)施肥區(qū))采樣,在已確定的采樣點(diǎn),清除土壤表面枯枝落葉,以反映采樣地點(diǎn)的真實(shí)養(yǎng)分狀況和供肥能力。采樣時(shí)使用人工土壤取土器按照“S”型取樣法采集9~12個(gè)土壤樣品,混合均勻后作為該點(diǎn)土樣(約1.5 kg),共采集42個(gè)。土樣經(jīng)編號(hào)登記、自然風(fēng)干、去雜磨細(xì)后,分別過(guò)2.0 mm和0.2 mm孔徑的尼龍篩裝袋備用。
土壤測(cè)定指標(biāo)包括:pH,土壤有機(jī)質(zhì)、土壤中的全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷、速效鉀、速效錳、速效鋅、速效硼、交換性鈣、交換性鎂13個(gè)指標(biāo),每個(gè)樣品重復(fù)3次。測(cè)定方法參考鮑士旦[18]《土壤農(nóng)化分析》。
2.1土壤養(yǎng)分基本狀況根據(jù)調(diào)查的42個(gè)土壤數(shù)據(jù)分析結(jié)果,平和縣蜜柚果園土壤大、中、微量養(yǎng)分含量狀況存在較大差異(表1)。其中差異最大的大量元素為速效鉀,其含量為32.01 ~ 976.54 mg/kg,相差30倍,標(biāo)準(zhǔn)差為205.96,變異系數(shù)高達(dá)97.19%;中量元素鈣、鎂含量差異較大的為交換性鈣,其含量為20.36~597.14 mg/kg,相差30倍,標(biāo)準(zhǔn)差為150.69,變異系數(shù)達(dá)69.43%;差異最大微量元素為速效鋅,其含量為0.14 ~12.74mg /kg,相差91倍,標(biāo)準(zhǔn)差為3.03,變異系數(shù)高達(dá)97.04%;琯溪蜜柚適宜生長(zhǎng)的pH為5.5~6.5,該次調(diào)查所取42個(gè)土壤pH平均值為4.65,大部分土壤pH在3.94~5.00,占總數(shù)的76.19%,不適合蜜柚的生長(zhǎng)。大量元素全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷、速效鉀含量的平均值為0.66 g/kg、0.84 g/kg、7.18 g/kg 、51.84 mg/kg、109.33 mg/kg、211.91 mg/kg;中量元素鈣鎂含量的平均值為217.26、61.12 mg/kg;微量元素速效錳、速效鋅、速效硼含量的平均值為18.26、3.12、0.10 mg/kg(表2);有機(jī)質(zhì)含量的平均值為13.71 g/kg??傮w來(lái)看,平和縣蜜柚果園土壤養(yǎng)分狀況為大量元素全磷和速效磷、微量元素速效鋅含量較為豐富,然而普遍存在缺大量元素氮、鉀、中量元素鈣、鎂和微量元素硼的情況。
表1 平和縣琯溪蜜柚果園土壤養(yǎng)分含量
2.2土壤養(yǎng)分間的相關(guān)性對(duì)土壤養(yǎng)分含量進(jìn)行主成分分析的前提條件是確定各土壤養(yǎng)分之間是否存在相關(guān)性,假如表征土壤間各養(yǎng)分含量相關(guān)性大小的相關(guān)性系數(shù)均小于0.3,且統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)未通過(guò),那么原有挑選的變量就不適于進(jìn)行因子(主成分)分析[20]。由表2可知,土壤中任一養(yǎng)分含量指標(biāo)與土壤中其他養(yǎng)分指標(biāo)存在不同程度的相關(guān)性?;谕寥鲤B(yǎng)分指標(biāo)間的相關(guān)性,直接根據(jù)各養(yǎng)分指標(biāo)之間的相關(guān)關(guān)系對(duì)土壤肥力狀況進(jìn)行系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)時(shí),由于潛在信息重疊的出現(xiàn),在一定程度上影響了評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性。為了使評(píng)價(jià)結(jié)果更加精準(zhǔn),將表 2 中不同養(yǎng)分含量之間的相關(guān)系統(tǒng)通過(guò)Bartlett球度進(jìn)行檢驗(yàn),結(jié)果表明,相伴概率為0.000,通常認(rèn)為,相伴概率小于0.05的顯著水平,均可作為因子進(jìn)行因子(主成分)分析。因此,該研究基于以上的分析結(jié)果認(rèn)為利用主成分分析法對(duì)該區(qū)域復(fù)雜的養(yǎng)分指標(biāo)體系進(jìn)行信息提取是可行的。
表2 琯溪蜜柚果園土壤養(yǎng)分間相關(guān)性分析
注:*為顯著水平,**為極顯著水平
Note:* stands for significant differences;** stands for very significant differences
2.3土壤主成分分析基于不同養(yǎng)分指標(biāo)間的兩兩相關(guān)矩陣關(guān)系,求出其特征值、特征值的貢獻(xiàn)率以及其累計(jì)貢獻(xiàn)率。一般當(dāng)特征值累計(jì)貢獻(xiàn)率≥85%時(shí),認(rèn)為該幾個(gè)特征值所代表的信息量已達(dá)到原始數(shù)據(jù)信息總量的絕大部分。由表3可知,前5個(gè)特征值的累計(jì)貢獻(xiàn)率已達(dá)到要求。表4為前5個(gè)特征值的特征向量。由表3、4可知,第1主成分是琯溪蜜柚果園土壤氮、磷、鉀、有機(jī)質(zhì)和速效鋅養(yǎng)分狀況的綜合反映;主成分2是琯溪蜜柚果園土壤pH和鈣、鎂及速效錳供應(yīng)狀況的綜合反映;主成分3是琯溪蜜柚果園土壤鉀和速效硼供應(yīng)狀況的綜合反映;主成分4是琯溪蜜柚果園土壤氮供應(yīng)狀況的綜合反映;主成分5是琯溪蜜柚果園土壤有機(jī)質(zhì)的綜合反映。
2.4聚類(lèi)分析根據(jù)不同土壤樣本綜合得分[21],以歐氏距離為衡量土壤樣本間差異大小的指標(biāo)。采用類(lèi)平均法進(jìn)行系統(tǒng)聚類(lèi),結(jié)果表明2個(gè)樣本分為5類(lèi),據(jù)此,將土壤樣本養(yǎng)分狀況分為5個(gè)等級(jí):第Ⅰ類(lèi)(2.8≤F≤4.08),該類(lèi)包括3個(gè)土樣,所占比例為7.14%;第Ⅱ類(lèi)(0.47≤F≤1.38),土樣數(shù)為6個(gè),所占比例為14.29%;第Ⅲ類(lèi)(-0.04≤F≤0.16),土樣數(shù)為7個(gè),所占比例為16.67%;第Ⅳ類(lèi)(-0.69≤F≤-0.19),土樣數(shù)為19個(gè),所占比例為45.24%,第Ⅴ(-1.4≤F≤-0.91),土樣數(shù)為7個(gè),所占比例為16.67%??傮w來(lái)看,琯溪蜜柚土壤養(yǎng)分類(lèi)型主要集中在Ⅳ類(lèi),所占比例為45.24%,主要集中在霞寨鎮(zhèn)、國(guó)強(qiáng)鄉(xiāng)、大溪鎮(zhèn)、安厚鎮(zhèn)、五寨鄉(xiāng)、九峰鎮(zhèn)等。第Ⅰ類(lèi)樣品比例最小,僅為7.14%。各等級(jí)比例情況見(jiàn)表5。
表3琯溪蜜柚果園土壤養(yǎng)分的特征值、方差貢獻(xiàn)率和累計(jì)貢獻(xiàn)率
Table3Eatures,variancecontributionrateandcumulativecontributionrateofguanxipomeloorchardsoilnutrients
主成分Principal components特征值Eigenvalue貢獻(xiàn)率Contribution rate%累計(jì)貢獻(xiàn)率Cumulative contribution rate∥%15.96145.85245.85222.40418.48964.34031.32210.16874.50840.8816.77481.28250.7455.73287.01460.4883.75390.76870.4213.24194.00980.3172.44196.45090.1851.42197.871100.1451.11598.986110.0830.63599.621120.0330.25699.877130.0160.123100
表4 前5個(gè)特征值對(duì)應(yīng)的特征向量akj
表5 蜜柚果園各等級(jí)養(yǎng)分狀況
由表6可知,第Ⅰ類(lèi)土壤具有較高的養(yǎng)分含量,除速效錳含量外,各養(yǎng)分含量均顯著高于其他4類(lèi);第Ⅱ類(lèi)土壤整體養(yǎng)分含量處于較高水平,除速效磷、有機(jī)質(zhì)和速效硼含量外,各養(yǎng)分含量均顯著高于其他3類(lèi),此外,速效錳含量顯著高于其他4類(lèi);分析表明,Ⅰ類(lèi)蜜柚果園土壤相對(duì)缺錳;Ⅱ類(lèi)蜜柚果園土壤相對(duì)缺磷和鉀;Ⅲ類(lèi)蜜柚果園土壤相對(duì)缺氮、磷和鉀;Ⅳ類(lèi)蜜柚果園土壤大、中、微量元素均相對(duì)缺乏。綜上所述,第Ⅰ類(lèi)蜜柚果園土壤類(lèi)型為養(yǎng)分極豐富型土壤;第Ⅱ類(lèi)為養(yǎng)分豐富型土壤;第Ⅲ類(lèi)為養(yǎng)分較豐富型,相對(duì)第Ⅱ類(lèi),土壤大量養(yǎng)分氮、磷和鉀含量相對(duì)不足;第Ⅳ類(lèi)土壤大、中、微量養(yǎng)分含量均缺乏,為養(yǎng)分缺乏型土壤;第Ⅴ類(lèi)各養(yǎng)分因子均遠(yuǎn)低于總體平均水平,為養(yǎng)分極缺乏型土壤。
表6 不同等級(jí)琯溪蜜柚果園土壤養(yǎng)分指標(biāo)
注:同列不同小寫(xiě)字母表示不同等級(jí)間差異顯著(P<0.05)
Note:Different lowercases in the same column stand for significant differences between different levels at 0.05 level
平和縣作為我國(guó)琯溪蜜柚的主產(chǎn)區(qū),其琯溪蜜柚果園土壤養(yǎng)分狀況一直都是科研工作者研究的重點(diǎn)。曾瑞琴[1]、章明清等[2]、黃育宗等[3]對(duì)琯溪蜜柚果園土壤養(yǎng)分狀況做了不少研究工作,取得了一定的進(jìn)展。但土壤是一個(gè)時(shí)空連續(xù)的變異體,在空間上具有高度的異質(zhì)性,且隨著生態(tài)因子的變化、肥料施用的調(diào)整以及種植年限的增長(zhǎng),其養(yǎng)分狀況隨之發(fā)生改變。因此,準(zhǔn)確掌握當(dāng)前和平縣琯溪蜜柚果園土壤養(yǎng)分狀況,發(fā)揮土地的生產(chǎn)潛力,指導(dǎo)果農(nóng)科學(xué)平衡施肥,提高肥料利用率,進(jìn)而提高琯溪蜜柚的產(chǎn)量和改善其品質(zhì)具有重要的指導(dǎo)意義。
建議平和縣琯溪蜜柚主產(chǎn)區(qū)的果園施肥遵循以下原則:①合理使用化肥,除盡量避免施用酸性肥料外,可以適量施用生理堿性肥料調(diào)節(jié)土壤,如碳酸氫銨、氨水、石灰氮、鈣鎂磷肥、磷礦石粉、草木灰等,中和酸性,以調(diào)節(jié)土壤pH。②應(yīng)適當(dāng)增施有機(jī)肥或者生物菌肥,通過(guò)增加土壤微生物的數(shù)量,提高土壤有機(jī)質(zhì)含量。③后期施磷肥應(yīng)注意開(kāi)溝集中施入或與有機(jī)肥以及生物菌肥混合施入;分層施磷肥,由于磷肥在土壤中移動(dòng)性小,因此,在底層和淺層都要施入磷肥;適量施磷肥,磷肥肥效長(zhǎng),基施一次可管2~3茬,因此不必每茬均施磷肥,同時(shí)還要根據(jù)目標(biāo)產(chǎn)量和土壤肥力計(jì)算適當(dāng)用量,考慮氮、磷、鉀的平衡。④優(yōu)先選用堿性鉀肥,由于蜜柚屬于忌氯果樹(shù),不建議施用氯化鉀,此時(shí),可通過(guò)施用草木灰,進(jìn)而提高蜜柚品質(zhì)和產(chǎn)量;采果后,可深埋草木灰,此時(shí),土壤溫度較高,施用草木灰不但可以補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng),還可以中和土壤酸性,有利于來(lái)年根系生長(zhǎng);由于長(zhǎng)春梢、開(kāi)花時(shí),環(huán)割處未愈合,根系無(wú)法從土壤吸收營(yíng)養(yǎng),春季采用葉面噴施鉀肥,可用多元葉面肥花前2~3次,花后1次,同時(shí)可配合農(nóng)藥一起使用。⑤施鈣、鎂肥,酸性土壤施用石灰,石灰可以降低土壤酸度,增加土壤交換鈣、鎂的含量;合理施肥,酸性土壤除施石灰外,應(yīng)多施有機(jī)肥,少施氮和鉀等酸性肥料,石灰不能與有機(jī)肥混施;葉面噴施鈣、鎂肥,新葉展開(kāi)期或生長(zhǎng)期,葉面噴施硝酸鈣、硝酸鎂;保持水土,坡地宜修水平梯地。⑥硼肥施入以土壤施肥為主,葉面噴施為輔,這是由于葉片對(duì)硼元素的吸收能力相對(duì)較差,單靠葉面肥噴施很難滿足琯溪蜜柚周年生長(zhǎng)對(duì)硼元素的需求。硼元素肥料施入應(yīng)遵循前期多施、后期少施的原則,除作為根外追肥外,剩下的可結(jié)合下春肥時(shí)混合施入,以確保春梢及幼果的正常生長(zhǎng)。