山西黃連木不同種源地土壤肥力分析評(píng)價(jià)

楊延青，張彩紅，楊 飛，顧思思，安 榮，高 暢

(1.山西省林業(yè)和草原科學(xué)研究院，山西 太原 030012；2.山西省桑干河楊樹(shù)豐產(chǎn)林實(shí)驗(yàn)局，山西 大同 037000)

黃連木是生物質(zhì)能源樹(shù)種，具有較高的觀賞、綠化和藥用價(jià)值。在山西省晉城市陽(yáng)城、澤州，運(yùn)城市垣曲和陽(yáng)泉市平定等縣都存在黃連木天然分布[1]。土壤是植物生長(zhǎng)的基礎(chǔ)，其肥力大小對(duì)黃連木的引種栽培具有重要影響。筆者利用主成分分析法和聚類分析法[2]評(píng)價(jià)了山西黃連木不同種源地的土壤養(yǎng)分條件，可為黃連木的栽培管理提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

2020年9月，在山西黃連木10個(gè)分布區(qū)的典型地段采集土樣。包括陽(yáng)城縣駕嶺(陽(yáng)城1)、蟒河(陽(yáng)城2)，澤州縣南嶺上(澤州1)、南嶺(澤州2)，垣曲縣皋落(垣曲1)、英言(垣曲2)和平定縣7個(gè)天然分布區(qū)，以及垣曲縣同善(新栽植苗)、沁水縣(2008年造林地)和襄汾縣(2019年移栽苗)3個(gè)人工造林地。

1.2 測(cè)定方法

全氮采用半微量凱氏定氮法測(cè)定，有效磷采用鉬銻抗比色法測(cè)定，速效鉀采用火焰光度計(jì)法測(cè)定，有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法測(cè)定，pH值采用酸度計(jì)測(cè)定，有效態(tài)鐵、錳、銅、鋅采用DTPA浸提法測(cè)定，交換性鈣、鎂采用原子吸收分光光度法測(cè)定[3]。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

選擇與土壤營(yíng)養(yǎng)成分密切相關(guān)的11個(gè)指標(biāo)，包括全氮、有效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)、pH值、有效態(tài)鐵、有效態(tài)錳、有效態(tài)銅、有效態(tài)鋅、交換性鈣、交換性鎂，并分別用X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8、X9、X10、X11表示。用SPSS 22軟件對(duì)土壤營(yíng)養(yǎng)成分指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析、主成分分析和聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 黃連木不同種源地的土壤營(yíng)養(yǎng)成分指標(biāo)

黃連木不同種源地的土壤營(yíng)養(yǎng)成分指標(biāo)見(jiàn)表1。

由表1可知，山西黃連木自然分布地的土壤有機(jī)質(zhì)含量平均為60.31 g/kg，明顯高于人工造林地的22.40 g/kg。土壤pH值8.0左右，為弱堿性土壤。除交換性鈣含量外，自然分布區(qū)的土壤營(yíng)養(yǎng)成分指標(biāo)均高于人工造林地。

2.2 黃連木不同種源地土壤營(yíng)養(yǎng)成分相關(guān)性分析

黃連木不同種源地土壤營(yíng)養(yǎng)成分相關(guān)性分析見(jiàn)表2。

由表2可知，土壤養(yǎng)分中全氮含量與速效鉀、有機(jī)質(zhì)、有效態(tài)鐵、有效態(tài)錳、有效態(tài)鋅之間呈極顯著正相關(guān)，與交換性鎂之間呈顯著正相關(guān)，與pH值之間呈極顯著負(fù)相關(guān)；速效鉀含量與有機(jī)質(zhì)、有效態(tài)鐵、有效態(tài)錳、有效態(tài)鋅、交換性鎂之間呈極顯著正相關(guān)，與pH值之間呈顯著負(fù)相關(guān)；有機(jī)質(zhì)含量與有效態(tài)鐵、有效態(tài)錳、有效態(tài)鋅之間呈極顯著正相關(guān)，與pH值之間呈極顯著負(fù)相關(guān)；pH值與有效態(tài)鐵、有效態(tài)錳、有效態(tài)鋅之間呈極顯著負(fù)相關(guān)；有效態(tài)鐵含量與有效態(tài)錳、有效態(tài)鋅之間呈極顯著正相關(guān)；有效態(tài)錳含量與有效態(tài)鋅之間呈極顯著正相關(guān)；交換性鈣含量與交換性鎂之間呈極顯著負(fù)相關(guān)。各土壤營(yíng)養(yǎng)成分指標(biāo)間存在較為密切的關(guān)系，將其直接用于土壤肥力評(píng)價(jià)容易導(dǎo)致信息重疊，影響評(píng)價(jià)結(jié)果。

表1 黃連木不同種源地的土壤營(yíng)養(yǎng)成分指標(biāo)

表2 黃連木不同種源地土壤營(yíng)養(yǎng)成分相關(guān)性

2.3 黃連木不同種源地土壤營(yíng)養(yǎng)成分主成分分析

2.3.1 共同度

黃連木不同種源地土壤營(yíng)養(yǎng)成分指標(biāo)的公因子方差見(jiàn)第3頁(yè)表3。

由表3可知，全氮、有機(jī)質(zhì)、有效態(tài)鐵和有效態(tài)鋅的提取值最大，均超過(guò)0.900，pH值的提取值最小，損失率最大。

表3 公因子方差

2.3.2 方差貢獻(xiàn)率

黃連木不同種源地土壤營(yíng)養(yǎng)成分指標(biāo)的方差貢獻(xiàn)率見(jiàn)表4。

表4 不同種源地土壤營(yíng)養(yǎng)成分指標(biāo)的方差貢獻(xiàn)率

由表4可知，前3個(gè)主成分的累積方差貢獻(xiàn)率達(dá)92.044%。第1主成分的方差是6.047，第2主成分的方差是2.454，第3主成分的方差是1.624。因此，可將11個(gè)指標(biāo)減少為3個(gè)主成分。

2.3.3 主成分函數(shù)表達(dá)式

3個(gè)主成分中不同營(yíng)養(yǎng)成分指標(biāo)的特征向量見(jiàn)表5。

根據(jù)表5中不同營(yíng)養(yǎng)成分指標(biāo)的特征向量，得到3個(gè)主成分的函數(shù)表達(dá)式為：

Y1=0.148X1+0.009X2+0.115X3+0.161X4-0.123X5+0.203X6+0.215X7-0.013X8+0.164X9+0.107X10-0.039X11，

Y2=-0.092X1+0.422X2+0.149X3-0.108X4+0.191X5+0.087X6+0.084X7+0.409X8+0.069X9-0.017X10-0.053X11，

Y3=0.077X1-0.040X2+0.084X3+0.035X4-0.104X5-0.155X6-0.267X7+0.004X8+0.002X9-0.475X10+0.437X11。

表5 不同營(yíng)養(yǎng)成分指標(biāo)的特征向量

2.3.4 主成分綜合得分

黃連木不同種源地的主成分得分及排序見(jiàn)表6。

表6 黃連木不同種源地主成分得分及排序

由表6可以看出，黃連木7個(gè)自然分布區(qū)中，陽(yáng)城駕嶺排名第1，垣曲皋落排名第2，陽(yáng)城蟒河排名第3。3個(gè)人工造林地中，沁水排名較高，垣曲同善的排名最低。

2.4 黃連木不同種源地聚類分析

黃連木不同種源地聚類分析圖見(jiàn)第58頁(yè)圖1。

由圖1可知，距離為5時(shí)，可將黃連木不同種源地分為3類，第1類為澤州南嶺、襄汾、沁水和同善，第2類為垣曲皋落、平定和澤州南嶺上，第3類為陽(yáng)城蟒河、垣曲英言和陽(yáng)城駕嶺。聚類分析結(jié)果與主成分分析綜合排序結(jié)果相符，第3類和第2類種源地的土壤條件較好，均為黃連木的自然分布區(qū)。

3 結(jié)論與討論

本研究利用主成分分析法評(píng)價(jià)山西黃連木不同

圖1 黃連木不同種源地聚類分析圖

種源地的土壤營(yíng)養(yǎng)成分指標(biāo)，結(jié)果表明，澤州南嶺上、垣曲皋落、陽(yáng)城蟒河3個(gè)地區(qū)的排序最高，其土壤養(yǎng)分指標(biāo)可以作為黃連木栽培管理的參考條件。根據(jù)聚類分析結(jié)果可知，陽(yáng)城、垣曲和澤州部分地區(qū)的土壤條件適合黃連木生長(zhǎng)。因此，在選擇黃連木引種及造林地時(shí)，可以參考這些地區(qū)的土壤營(yíng)養(yǎng)條件。