攀枝花市成齡芒果園土壤肥力評價

劉斌 王松標 李鑫 蘇穆清 馬海洋 武紅霞 周毅剛 馬小衛

摘 ?要：為明確攀枝花市成齡芒果園土壤養分狀況，科學指導施肥，本研究對43個芒果園土壤（0～40 cm）進行采樣，測定分析了土壤pH、有機質、速效養分和微量養分的含量。結果表明：研究區內13種肥力指標變異系數在0.13～0.75之間，均屬于中等變異強度。經取樣數合理性統計分析，評價芒果園土壤肥力的43個樣本數能夠滿足90%置信水平下20%相對誤差的精度需求。采用主成分分析法和隸屬度函數法結合雷達圖評價單因素肥力指標在土壤中的狀況，結果表明，pH、堿解氮、速效磷、有效鐵和有效鋅是影響土壤肥力水平的限制性因子。研究區土壤肥力綜合指數（IFI）范圍為0.25～0.93，平均值為0.55，果園之間IFI的差異較大。

關鍵詞：芒果園;攀枝花市;土壤養分;肥力評價中圖分類號：S158??????文獻標識碼：A

Assessment of Soil Fertility in the Mango Orchards of Panzhihua，

Sichuan， China

LIU Bin¹， WANG Songbiao²， LI Xin³， SU Muqing²， MA Haiyang²， WU Hongxia²， ZHOU Yigang²，

MA Xiaowei^2*

1. Panzhihua Academy of Agricultural and Forestry Sciences， Panzhihua， Sichuan 617061， China; 2. Hainan Key Laboratory of Tropical Crops Nutrition?/?South Subtropical Crops Research Institute， Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences， Zhanjiang， Guangdong 524091， China; 3. Institute of Agricultural Resources and Regional Planning， Chinese Academy of Agricultural Sciences， Beijing 100081， China

Abstract： The soil fertility of the mango orchard in Panzhihua， Sichuan， China was evaluated to provide a scientific basis for the management of the fruit in the area. The soil samples in the depth 0-40 cm in 43 mango orchards were collected to determine the soil pH， contents of organic soil matter， available nutrients and micronutrients and analyze the data of the soil nutrients. The results showed that the variable coefficient of 13 nutrient contents was 0.13-0.75 in the region， and the variation was moderate. Statistical analysis revealed the soil fertility in the 43 orchards was sufficient to meet the required accuracy of 20% relative error under 90% confidence level. Principal component analysis， membership function and the radar plot were used to assess the single factor fertility. It showed that pH， available nitrogen， available phosphorus， available Fe and available Zn were the limiting factors for the soil fertility quality in the study area. The soil integrated fertility index in the study area was 0.25-0.93 with an average value of 0.55. But the difference of IFI among the orchards was significant.

Keywords： mango orchard; Panzhihua; soil fertility; fertility evaluation

DOI： 10.3969/j.issn.1000-2561.2020.01.001

芒果是我國重要的亞熱帶果樹，主要分布在海南、廣西右江河谷、四川和云南金沙江干熱河谷、云南元江流域、廣東雷州半島等地，2016年種植面積達2134多公頃（不包含臺灣省），產業規模居世界第二，僅次于印度^[1]。其中，四川省攀枝花市是我國芒果栽培效益最高的產區之一，該市地處金沙江干熱河谷地帶，光熱資源充足、晝夜溫差大，使之成為我國品質最優、成熟期最晚的商品芒果生產基地。截至2016年底，全市芒果種植面積約320.16 hm²，產量12.5萬t，芒果產業已成為支持攀枝花農村農業經濟發展和助農增收的支柱產業。雖然該區屬于芒果優生區，但由于普遍采用傳統的栽培管理模式，特別是施肥結構不合理、偏施化肥、肥料利用率低等問題，導致芒果的產量和品質不穩定，嚴重影響了種植效益^[2]。而科學指導芒果園合理施肥，提高產量和品質，首要問題是正確認識和科學評價該產區的土壤肥力狀況，明確影響土壤肥力質量的主要因素。本研究應用數理統計方法對攀枝花市芒果園土壤肥力進行綜合評價，為改善土壤肥力、提高芒果園生產力提供理論依據。

1??材料與方法

1.1材料

1.1.1 ?研究區概況??四川省攀枝花市位于中國西部“攀西大裂谷”川滇交界部，金沙江與雅礱江匯合處，101°08?～102°15?E、26°06?～27°21?N。從河谷到山頂，海拔為937～4195.5 m。年均氣溫20.3?℃，年降雨量為900～1300 mm，全年日照達2300～2700 h，≥10?℃年積溫6638～7359?℃，無霜期288～330 d。芒果種植區主要位于海拔1500?m以下干熱河谷區，該區域日照多，熱量充足，空氣濕度小，旱季明顯，全年無冬，年平均溫度20.3?℃，晝夜溫差14?℃，≥10?℃年積溫6600～7400?℃，年降雨量700～1200 mm。攀枝花市芒果園土壤類型多為紅壤土和黃棕壤土。

1.1.2 ?樣品及采集地點??2017年的10月下旬至11月上旬，果實已采摘，在攀枝花市芒果種植區的仁和區、鹽邊縣和米易縣，選擇生產管理和產量水平有代表性，樹齡在10～20?a生的芒果園43個，每個芒果園采混合土樣l個（由10個小樣組成），共計43個芒果園土樣。43個果園栽培品種主要為‘Keitt‘臺農1號和‘吉祿。

1.2方法

1.2.1 ?樣品采集和處理??每個芒果園采用隨機多點采集0～40 cm土樣10個，混勻后用四分法縮至500 g，風干磨細，過60目篩，裝入廣口瓶備用。

1.2.2 ?土壤樣品分析??土壤樣品屬性的測定參照鮑士旦^[3]的方法，pH：水浸提電位法;有機質：重鉻酸鉀容量法;全氮：半微量凱氏蒸餾法;堿解氮：堿解擴散法;速效磷：鉬銻抗比色法;速效鉀：醋酸銨浸提法;有效鈣、有效鎂：乙酸銨浸提-原子吸收法;有效銅、有效鐵、有效錳、有效鋅：二乙基三胺五乙酸浸提-原子吸收法;有效硼：熱水浸提-姜黃素比色法。

1.3數據處理

土壤取樣數合理性的確定參考王珂等^[4]的方法;利用主成分分析法結合計算變量的Norm值確定土壤肥力評價最小數據庫集（MDS）及因子權重，具體參照吳玉紅等^[5]的方法;參照葉回春等^[6]的方法，采用隸屬度函數法評價果園土壤各肥力指標;參考王建國等^[7]和許明祥等^[8]提出的計算方法，利用各肥力指標的權重和隸屬度函數值，計算土壤肥力綜合評價指數和權重加權求和指數。

利用Excel?2007軟件和SPSS 16.0軟件對數據進行分析處理。

2??結果與分析

2.1研究區土壤肥力描述性統計分析

對攀枝花市43份土壤統計分析表明：土壤pH、速效鉀（AK）、速效磷（AP）、堿解氮（AN）、有機質（OM）、全氮（TN）、交換性鈣（Ca）、交換性鎂（Mg）、有效性銅（Cu）、有效性鐵（Fe）、有效性鋅（Zn）、有效性硼（B）的平均值分別為6.60、72.24?mg/kg、11.98?mg/kg、57.841?mg/kg、1.05%、0.65%、143.60?mg/kg、9.85?mg/kg、1.25?mg/kg、26.39 mg/kg、2.27 mg/kg、46.89 mg/kg和350.35?mg/kg（表1），土壤各養分含量最大值和最小值存在明顯差異，這表明不同果園土壤養分含量存在本底差異。在土壤學研究中，通常變異系數（CV）≤0.1為弱變異，0.1?Cu>Zn=Mn>P>OM>Ca>AN>AK>?>TN>Mg>pH。

土壤各肥力指標變異系數越大，達到一定精度要求所需要的樣本數量也會增加（表2）。如Fe的變異系數最大，95%置信水平下20%的相對誤差取樣數為55個;pH的變異系數最小，滿足95%置信水平下20%的相對誤差條件，只需取2個樣就能基本反映攀枝花市芒果園土壤的酸堿水平。從表2還可看出，隨著對置信水平和相對誤差條件的降低，各評價指標所要求的取樣數都有較大幅度的降低。取樣數的降低有利于降低土壤取樣和分析的成本，但同時降低了對芒果園土壤空間特性變異的表達度和可信度，從而增加了以后精準施肥的誤差。因此，在確定合理取樣數時，允許的誤差值非常關鍵。本研究43個樣本數的各項肥力指標均能夠滿足90%置信水平條件下20%相對誤差取樣數的精度需求。因此，可以利用這43個樣點的土壤肥力評估攀枝花市芒果園整體的土壤肥力狀況。

2.2土壤單一肥力指標評價

對果園土壤肥力狀況進行評價，要從大量表征土壤肥力的土壤屬性中篩選出對土壤肥力質量敏感的參評指標組成最小數據庫集（minimum data set， MDS）。土壤肥力參評指標應選擇受人類耕作方式影響較大，而又能準確反應土壤肥力質量的養分指標^[9]。主成分分析法能夠較好地處理變量間的多重相關性，使彼此之間具有相互獨立性，是確定MDS最常用的方法。本研究對所測

定的13項土壤肥力指標進行了主成分分析（pri- ipal components analysis， PCA）（表3），其中前4個主成分特征值大于1，其特征值分別為3.068、2.998、1.529和1.316。這4個主成分的累積貢獻率達68.55%，說明這4個主成分可以基本反映全部指標的絕大部分信息。第1主成分的貢獻率達23.60%，與AN、TN顯著相關，載荷系數較大;第2主成分的貢獻率為23.06%，該主成分主要受Mn和B的支配;第3主成分的貢獻率為11.76%，主要受pH和Ca支配;第4主成分的貢獻率為10.12%，該主成分主要受AP影響。不同指標的公因子方差較大，有效Mn的公因子方差最大，為0.793，OM的公因子方差最小，為0.474。

為使評價指標集包含更多的信息，進一步計算各評價指標的矢量常模（Norm）值。Norm值的幾何意義為該變量在由主成分組成的多維空間中的Norm長度，長度越長，則表明該變量對所有主成分的綜合荷載越大，其解釋綜合信息的能力就越強。通過PCA分析，選擇特征值≥1的PC中載荷因子≥0.5的土壤參數作為一組，分組后入選MDS的原則依據吳玉紅等^[5]的方法，本研究所選的13項土壤肥力指標最終入選MDS的指標有pH、AN、AP、Fe和Zn。

隸屬度函數是建立評價指標值與評價結果值之間的函數關系，實現了評價指標量綱歸一化，使評價指標間具有可比性。經統計分析，5項參評的肥力指標隸屬度函數值如表4，可以看出pH的變異系數較小，而AP和有效Fe的變異系數較大。AP的平均隸屬度最小（0.45），AN和Fe次之，分別為0.53和0.64;而pH和Zn的平均隸屬度最高，達0.75。圖1為各肥力指標所對應的平均隸屬度雷達圖，根據雷達圖幾何意義，每個坐標軸上的點越向原點靠近，所反映的單一指標的肥力水平越低，反之離坐標原點越遠，所反映的單一指標的肥力水平越高。從圖1中可以看出，pH、AN、AP、Fe和Zn平均隸屬度函數值遠低于理想值，其中AP最差。

2.3土壤肥力指數評價

應用模糊數學中的綜合肥力指數評價模型及加權求和模型對攀枝花市43個芒果園的土壤肥力進行評價，從圖2可以看出，2種指數模型下研究區土壤肥力指數曲線變化趨勢基本一致。由綜合肥力評價模型得到的土壤肥力指數變化范圍在0.25～0.93，平均值為0.55，但果園之間綜合肥力評價指數的變異較大，5、6、22、24、27、28、30、41和43個果園土壤綜合肥力指數較低（IFI<0.4），而20、23、24和38個果園土壤綜合肥力指數相對較高（IFI>0.8）。

3??討論

土壤是農業生產的最基本資料，土壤質量的好壞直接關系到農業的投入和產出。土壤肥力是土壤物理、化學和生物學性質的綜合反應，是其作為農業生產資料的物質基礎^[10-11]。土壤養分是影響土壤肥力的主要因素，進行土壤養分綜合評價和單因素評價，能精準分析土壤肥力水平，科學指導施肥，降低化肥投入量和提高肥料利用效率^[12]。目前，關于基本農田土壤肥力評價的研究很多^[13-14]，而關于果園土壤肥力評價的研究相對較少。土壤肥力狀況評價的關鍵工作是評價指標體系的構建，這直接關系到評價結果的客觀性。為更加全面、更客觀地了解攀枝花成齡芒果園土壤肥力狀況，本研究將微量元素養分納入到土壤肥力質量評價指標體系。由于土壤肥力具有復雜的空間異質性，對區域土壤肥力質量進行評價時，在平衡取樣成本和保證一定精確度需求的前提下需考慮合理的取樣密度。本研究選擇的13項土壤肥力指標，能夠滿足90%置信水平下20%相對誤差取樣數量的需求。因此，本研究中43個樣本數估計攀枝花市芒果園土壤肥力狀況具有合理性。

以往基于主成分法篩選對土壤肥力質量敏感的參評指標時，僅依據某一變量在一個主成分上的因子載荷大小進行選取，這可能會導致變量在其他特征值≥1的主成分上的信息丟失。本研究基于主成分分析結合計算變量的Norm值，最終確定最小數據庫集。單因素肥力評價結果表明，pH、堿解氮、速效磷、有效鐵和有效鋅是攀枝花芒果園土壤肥力的限制因子。雷達圖常用于多項指標的全面分析，具有完整、清晰和直觀的優點，雷達圖坐標軸上各個點的值可以反映各指標的狀態^[6]。為進一步明確單項肥力指標對土壤肥力質量的貢獻，本文依據5項參評指標的隸屬度值制成雷達圖來反映各指標的狀態，結果表明攀枝花市芒果園土壤速效磷隸屬度函數值最小，堿解氮次之，而pH最高（0.75），各指標遠低于理想值。其中有效磷是該研究區土壤肥力的主要限制因子之一。根據本文研究結果，提高土壤有效磷含量，調節部分果園土壤pH應是今后攀枝花芒果園土壤改良的重要工作。土壤肥力綜合評價模型充分考慮了評價因素指標值、評價指標的權重和評價因素之間交互作用對土壤肥力質量的共同作用。根據土壤肥力綜合模型評價結果，本研究中43個芒果園土壤肥力質量指數為0.25～0.93，平均值為0.55，說明攀枝花芒果果園土壤肥力處于中等水平。因此，在果園施肥時應科學全面培肥，提高土壤肥力。本研究應用數理統計方法對攀枝花市成齡芒果園土壤肥力進行了評價，初步掌握該種植區土壤肥力現狀，該研究結果將為果園科學施肥提供理論依據。

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