養分管理措施對干熱河谷火龍果土壤肥力的影響

王忠云, 喻陽華, 王芊姿

(1.貴州師范大學地理與環境科學學院, 貴陽 550025; 2.貴州師范大學喀斯特研究院,貴州省喀斯特山地生態環境國家重點實驗室培育基地, 貴陽 550001)

火龍果(Hylocereusundulatus)主要分布在海南、廣東、貴州、廣西等地，是熱帶亞熱帶地區產業結構調整較為理想的水果之一[1]，是喀斯特典型石漠化地區發展第一產業的特色產品[2]。干熱河谷石漠化區土壤生產力在不同土地利用方式及施肥結構下響應不同[3-4]。Liu等[5]研究了不同養分管理制度下的土壤肥力特征，表明與農戶傳統管理相比，根據作物目標產量確定氮肥施用量的高效養分模式下，土壤有機碳(soil organic carbon，SOC)、全氮(total nitrogen，TN)、有效磷(available phosphorus，AP)、有效鉀(available potassium，AK)相對升高。陳歡等[6]通過研究不同施肥方式對土壤肥力的貢獻率，發現肥料結構是決定土壤肥力水平的關鍵因素。不同施肥處理對土壤基本理化性質、養分可持續性指數影響均不同[7-8]。合理的養分管理方式能夠實現土壤肥力改良，提高土壤養分供應潛力。化黨領等[9]研究了有機肥施用對石灰性土壤理化性質的長期影響，得出該種施肥處理能顯著提高SOC含量[10-11]。楊玉海等[12]研究表明,套種紫花苜蓿能增加土壤TN、全磷(total phosphorus，TP)含量，促進SOC的累積[13]。劉中良等[14]、孫薇等[15]研究表明,長期施用生物有機肥可提高土壤TN、TP與TK含量，對SOC含量增效顯著。楊萬勤等[16]研究表明,凋落物對SOC形成、養分供給影響顯著，在土壤生態過程中發揮重要作用[17]。農家肥、套種紫花苜蓿、生物有機肥、凋落物等的使用均有助于改善土壤肥力。

小學語文教學中很大的的困境就是學生主動性差，一直是小學語文老師灌輸性教學，學生被動接受，這樣的學習可想而知是很低效的。這是因為教師是以升學率為教學目標，一般更注重的是小學生對語文知識的學習和掌握，而不是以培養學生語文素養為目的的教學，所以內容一般枯燥乏味，不能有效的提起學生學習語文的積極性和主動性。

目前有關干熱河谷石漠化區火龍果地養分管理方式對養分積累方面的研究較少，石漠化區退化土壤生態系統恢復與特色水果可持續經營缺乏相關理論研究的科學支撐，限制了當地特色產業的發展。本文擬闡明不同養分管理方式下土壤礦質養分變化特征，揭示人為干預引起土壤質量演變的機理，旨在為火龍果地養分高效利用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究區位于貴州省安順市關嶺縣花江鎮峽谷村，區內地表起伏較大，地下水深埋，最高海拔1 050 m，最低海拔500 m。氣候類型主要為亞熱帶季風濕潤氣候，冬春溫暖干旱，夏秋濕熱，熱量充沛；年均溫18.4 ℃，年均極端最高氣溫32.4 ℃，年均極端最低氣溫6.6 ℃；年均降水量1 100 m，時空分布不均，5—10月降水量達全年降水量的83%。該地區裸露巖石面積達70%以上，碳酸鹽類巖占78%，土壤質量貧瘠、石漠化發育、生態環境脆弱，屬典型的喀斯特高原峽谷。研究區2007年以前以玉米種植為主，土壤養分狀況為pH 7.41、TN 0.16 g·kg-1、TP 0.28 g·kg-1、TK 3.47 g·kg-1[18]，后種植臺灣引入的大紅1號火龍果。主要養分管理方式為施用農家肥、套種綠肥、施用生物有機肥、凋落物覆蓋，年限均為2.5 a，面積均為4 hm2。

定義2 節點關系集合R={R1,R2}。其中R1，R2均為R的子集，分別表示同一視圖兩節點之間關系、跨視圖兩節點之間關系的集合。

1.2 試驗設置與樣品采集

pH 采用水土比2.5∶1提取，電極電位法[22]測定；SOC采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法[22]測定；TN采用半微量凱氏法和擴散法[22]測定；AN采用堿解-擴散法[22]測定；TP采用堿溶法[22]測定；AP采用碳酸氫鈉浸提-比色法[22]測定；TK采用堿溶法[22]測定；AK采用1 mol·L-1乙酸銨浸提；AB采用沸水浸提-甲亞胺比色法[22]提取；AZn、AMn、AFe、ACu含量的測定采用二乙三胺五乙酸(DTPA)浸提法[23]。

表1 樣地基本概況Table 1 Basic conditions of sample plots

采樣時間為火龍果樹盛果期后(2018年9月)，選擇樣地中作物長勢良好的地塊作為采樣點，除去土體表面枯枝落葉，使用鐵鏟采集表層0～20 cm的土樣，采用“S”形5點混合采樣，每個點取400 g左右土樣，每種類型取2 kg樣品混勻，挑出根系及石礫，裝入塑料密封袋帶回實驗室，自然風干，研磨，依次過2 mm和0.15 mm篩，備用。

1.3 指標選取與測定方法

2.3.1影響土壤肥力質量指標的主成分分析

共設置4種不同養分管理的樣地(表1)，大小為20 m×20 m，每種方式3次重復。4種養分管理方式為：(1)FM：每年4月中下旬在火龍果母株0～60 cm周圍均勻撒施由腐熟豬糞和油枯發酵制成的農家肥，每株用量2.5 kg；(2)AF：2016年4—6月雨后在距火龍果母株40～50 cm的周圍分四穴點播紫花苜蓿種子，深度為2～3 cm，待長至40～60 cm時進行采收，留茬5 cm左右；(3)BOF：每年4月中下旬在火龍果母株0～60 cm周圍均勻撒施有機肥(有機質≥40%，NPK≥4%，貴州省六枝特區)與腐熟豬糞和油枯發酵制成的農家肥混合而成的專用肥(質量比為1∶2)；(4)LC：選取區域內主要生態經濟樹種柚木的凋落物(SOC、TN、TP、TK含量依次為427.70、6.50、1.07、1.08 g·kg-1)，覆蓋于火龍果母株周圍，覆蓋量為900 kg·hm-2。

土壤質量綜合指數(IFI)計算方法如下。

排除標準： ①嚴重的全身性疾病，如未控制的高血壓、糖尿病、心臟病、血液病等；②嚴重吸煙嗜好者(吸煙量≥20支/d)；③妊娠期婦女。

1.4 數據處理

原始數據經Mircosoft Excel 2010軟件整理后，采用SPSS 20.0軟件對土壤肥力指標進行描述性統計分析；采用單因素方差分析(One-way ANOVA)對土壤肥力指標進行差異性檢驗，使用最小顯著性差數(least significant difference，LSD)法進行多重比較，采用Pearson相關系數分析土壤肥力指標間的相關性，采用主成分分析法(principal component analysis，PCA)對土壤質量綜合指數進行計算。利用Origin 8.6制圖。

2 結果與分析

2.1 不同養分管理方式對土壤肥力的影響

將標準化數據進行主成分分析得到因子載荷矩陣和各主成分貢獻率和特征值(表3)。按照特征值>1的原則，抽取了3個主成分，其特征值分別為7.81、3.03、1.77，對土壤肥力的貢獻依次為54.74%、24.20%、18.04%，累計貢獻率達96.98%，表明這3個主成分已提供了96.98%的原始數據信息量，能夠充分解釋原始數據。第1主成分與AP、AFe和ACu顯著相關，因子載荷系數均大于0.940；第2主成分在SOC、AZn上的負載較大，說明其是SOC、AZn等的綜合反應；第3主成分主要受TP含量支配,說明其在P含量上對火龍果地土壤養分的供給狀況中發揮重要作用。

教師要指導學生在課前瀏覽所要學習的內容，了解知識結構，畫出不理解的地方，以便在課上能集中注意力聽講，消化所學內容。學生要盡量消除畏懼心理，大膽發言。教師要指導后學生利用下課時間及時復習，將新舊知識聯系起來，形成一定的知識體系。在考前，教師要讓學生對照筆記上的重點難點內容進行記憶，以促進對知識更深層次的理解，要復習錯題，徹底弄懂知識存在的盲點、漏洞。

注：不同小寫字母表示差異在P<0.05水平具有統計學意義。注： Different small letters indicate significant difference at P<0.05 level.圖1 火龍果地不同養分管理方式下的土壤pHFig.1 Soil pH of pitaya land in different nutrient management methods

注：不同小寫字母表示差異在P<0.05水平具有統計學意義。注：Different small letters indicate significant difference at P<0.05 level.圖2 火龍果地不同養分管理方式下土壤大量元素含量Fig.2 Soil macroelements contents of pitaya land in different nutrient management methods

2.1.3微量元素 不同處理的微量元素檢測結果見圖3，可見，FM與LC對AZn含量的促增作用大于AF與BOF；AMn含量以LC最高，BOF最低；AFe和ACu含量變化趨勢均表現為AF>LC>BOF>FM，最大值分別為2.29 mg·kg-1和1.13 mg·kg-1；AB含量在BOF方式下顯著高于其他處理方式。總體看來，除AB以外，LC對其他微量元素含量提升效果較好。

式中，Wi為各主成分貢獻率，Fi為各養分管理方式主成分因子得分(主成分特征向量與標準化數據加權所得)，兩者加權得到不同養分管理方式的土壤肥力綜合質量指數[24]。

2.2 土壤肥力指標間的相關性分析

對土壤肥力指標間進行相關性分析，結果(表2)顯示，pH與AP、AMn、AFe，TN與AK、ACu，TK與AFe、ACu，AN與TK均呈現極顯著負相關；AN對AFe、ACu，AP對AMn、AFe、ACu，AMn對AFe表現為極顯著的增強效應；pH對SOC、AN、ACu，TN對AN、AFe，AN對TP，TK對AK、AMn，AP對TK，AZn對AB呈現顯著的抑制作用；pH與TK，SOC與AMn，AN與AK，AK與ACu，AMn與ACu呈現顯著正相關。總體上，土壤速效養分受到pH的影響較大，大量元素與微量元素多呈極顯著正相關關系，除AMn 以外，SOC對其他礦質養分的影響不顯著，TP對多數礦質養分無影響。

注：不同小寫字母表示差異在P<0.05水平具有統計學意義。注：Different small letters indicate significant difference at P<0.05 level.圖3 火龍果地不同養分管理方式下土壤微量元素含量Fig.3 Soil microelements contents of pitaya land in different nutrient management methods

表2 不同養分管理下土壤肥力指標間的相關系數矩陣Table 2 Correlation coefficients matrix among soil fertility indexes in different nutrient management methods

2.3 不同養分管理的土壤肥力質量評價

選取反映土壤理化性質、供肥能力、養分狀況等13項指標，包括pH、SOC、TN、TP、TK、有效氮(available nitrogen，AN)、AP、AK、有效硼(available boron，AB)、有效鋅(available zinc，AZn)、有效錳(available manganese，AMn)、有效鐵(available iron，AFe)、有效銅(available copper，ACu)。其中pH通過影響土壤有機質分解及元素的有效狀況，從而對土壤肥力產生作用[19]；SOC是衡量土壤肥力高低的一個重要指標，其含量與土壤理化性狀和保墑、保肥能力密切相關[20]；大量元素及微量元素與土壤結構、理化性狀聯系密切[21]。

2.1.2大量元素 不同處理的大量元素檢測結果見圖2，可見，在4種養分管理方式下，大量元素的變化規律不完全一致。SOC以LC最高(29.80 g·kg-1)、BOF最低(9.16 g·kg-1)；SOC、TN、AN、AP在4種方式之間均呈現顯著差異；LC和BOF方式下TP的積累顯著高于FM與AF；FM和BOF方式下TK的積累顯著高于AF與LC。總體看來，LC方式下SOC和AP含量最高，FM和BOF方式下SOC、有效態養分含量均較低，AF方式對AN、AK含量的積累促進作用最大，對SOC、TN含量提升效果較小。

2.1.1土壤pH 不同處理的土壤pH結果見圖1，可見，FM、AF、BOF、LC四種養分管理方式的pH值分別為7.36、7.11、7.55、6.89，均呈顯著差異。僅LC方式下的土壤pH低于7，呈弱酸性。

習近平強調：“人類只有遵循自然規律才能有效防止在開發利用自然上走彎路，人類對大自然的傷害最終會傷及人類自身，這是無法抗拒的規律[1]”。伴隨社會經濟的發展，生態環境對于人類發展的重要性日益凸顯。馬克思的眾多著作中閃爍著生態思想的光芒，相關生態思想對生態旅游建設有著重要的現實啟示。馬克思的生態實踐理論是解決當前生態問題和遵循現代實踐方法論的當代轉向，是在保證生態系統整體性的前提下對人的行為的內在制約，是強調人與自然和諧發展的物質性實踐思想。馬克思的生態實踐理論對當前如何正確處理人與自然的關系以及如何在“美麗中國”新時代背景下促進中俄界江生態旅游價值的實現具有重要的指引意義。

表3 因子載荷矩陣及主成分貢獻率Table 3 Component matrix and contribution rate of principal components

2.3.2不同養分管理的土壤肥力綜合質量指數

將主成分分析得到的各特征向量(表4)與標準化數據加權，得出不同養分管理方式各主成分因子得分，進一步將主成分因子得分與方差貢獻率加權得到土壤質量綜合指數(表5)。土壤質量綜合指數能直觀地表征土壤肥力質量[25]。從表5可以看出,不同養分管理方式的土壤質量綜合指數不同，從大到小為LC(1.793)>AF(0.949)>FM(-0.995)>BOF(-1.747)，表明火龍果地不同養分管理方式下LC的土壤肥力質量較好，AF、FM次之，BOF對土壤養分的積累效應最低。

建設現代化經濟體系離不開大數據的發展和應用。提高經濟發展質量，要加快產品質量大數據建設，充分利用好大數據，推動互聯網、大數據、人工智能同實體經濟深度融合。

表4 土壤肥力指標主成分特征向量Table 4 Eigenvector matrix of principle components of soil fertility indexes

表5 不同養分管理方式的因子得分及土壤質量綜合指數Table 5 Scores of principal components and soil quality index of different nutrient management methods

3 討論

3.1 不同養分管理方式的土壤性質變化規律

土壤理化性質的變化受諸多因子的影響，如土地利用方式、作物種類、成土母質、施肥結構與產量等[26-28]。本研究發現不同養分管理方式的火龍果地在土壤養分含量上存在顯著性差異。LC對SOC、TP、AP、AK及多數微量元素的含量增效顯著，表明凋落物覆蓋對土壤養分含量的積累有正效應，原因可能是凋落物覆蓋長期處于自然狀態下，人為干擾少，養分輸入量大于輸出量，加之柚木凋落葉儲量豐富，促進腐殖層積累，土壤生物及微生物活躍分解速率快，對土壤養分含量提高有較好的作用。AF方式下AN、AFe、ACu含量較高，而SOC、TN含量較低，這與馬其東等[29]研究結果不同，其主要原因可能是紫花苜蓿種植時間短，側根發育不完全，根土互作效應不明顯，固N能力弱，向土壤輸送養分較少[30]。FM處理下SOC、AN、AP含量提升效果不顯著，這與Melero等[31]、李江濤等[32]結論不一致，表明喀斯特地區土壤養分受成土母質、地形地質、風化程度的影響[33]。與有些研究[15,34]不同，本研究中BOF對土壤理化性質的改善作用相對較低，原因可能是施用生物有機肥顯著提高作物產量，土壤養分輸出較多，加之生物有機肥種類較多，投入量及原料導致土壤養分含量存在差異。

3.2 不同養分管理方式各指標之間的相關性分析

劉世梁等[35]提出pH、SOC、TN、TP、TK、AP、AK的高低是各指標相互影響的結果，且存在較大相關性，從眾多指標中篩選出具有代表性、獨立性、主導性的因子是定量準確評價土壤質量的關鍵。本研究中,AN、AP、AFe、ACu、AMn之間均呈極顯著正相關，說明這些指標變化規律一致，可以相互代表作為評價土壤肥力高低的指標。目前，有關土壤pH與養分指標含量間相關性的報道不一。祖超等[36]研究土壤pH與其他養分肥力指標的相關性發現,土壤pH與AK和AMn含量有顯著正相關關系，與SOC、AN、AP含量相關性不顯著；戴萬宏等[37]研究中國地帶性土壤有機碳含量與pH的關系，表明表層SOC含量隨pH的升高而顯著降低；甲卡拉鐵等[38]研究了土壤pH值與有效養分的相關性，發現土壤pH與SOC、AN、AK、ACu、AZn、AFe、AMn呈極顯著負相關，與AP、AB的相關性不顯著。本研究結果顯示，土壤pH與SOC、AN、ACu、AB之間呈顯著負相關關系，與AP、AMn、AFe呈極顯著負相關關系，表明pH對調節火龍果地土壤養分平衡具有重要作用。朱超等[39]研究了土壤微量元素的分布特征，得出Fe與N表現出極顯著負相關，與SOC呈顯著負相關，Zn與Mn、N表現出極顯著正相關；江葉楓等[40]通過分析土壤有效態微量元素含量空間變異特征得出,局部范圍內SOC增加對微量元素的增加具有促進作用，但大幅度提高SOC含量可能對微量元素有一定的負作用。與之研究結果不同，本研究顯示,不同養分管理方式下SOC與AMn間呈顯著相關關系；AN與AFe、ACu，AP與AMn、AFe、ACu間呈極顯著正相關關系，說明土壤大量元素對微量元素多具有協同促進作用。

3.3 喀斯特干熱河谷石漠化地區火龍果地養分管理對策

養分管理對土壤各肥力指標有不同的促增作用，對土壤肥力質量影響顯著[41-42]。本研究表明，火龍果地不同養分管理各指標含量存在差異，土壤肥力綜合質量指數呈現高低不同的狀態，應采取相應培肥措施，增加土壤養分含量，保持土壤養分平衡。Mikkelsen等[43]研究“4R”養分管理框架(即正確的來源、比例、時間、地點)得出適宜的施肥量是果樹優化養分管理的重要決策，是獲得環境生態效應的有效措施，根據養分帶走量預測施肥量具有一定的科學依據[44]。凋落物覆蓋因火龍果采收而帶走的土壤養分含量約為鈣(Ca)1.248 kg·hm-2、鎂(Mg)3.264 kg·hm-2、K 25.38 kg·hm-2、蛋白質140.4 kg·hm-2，而施用生物有機肥為Ca 2.6 kg·hm-2、Mg 6.8 kg·hm-2、K 52.87 kg·hm-2、蛋白質292.5 kg·hm-2；比較而言，施用生物有機肥后，土壤養分含量向植株轉運量較高，故土壤質量指數最低。結合土壤肥力和作物生長養分需求，可通過增加生物有機肥施用量及頻次，改善土壤養分供應狀況。下一步研究，可深入探討凋落物與其他肥料混合使用對養分積累的影響效應，并調控光照、溫度、濕度等生態因子，以創造更為適宜的栽培環境。套種紫花苜蓿時，其土壤質量主要受SOC、TN、TK等肥力指標影響，可適當增加種植年限或者施用有機肥，以培肥土壤。