張福平,高 張,李肖娟,聶 碩,李 玲,劉潔遙

(陜西師范大學(xué)地理科學(xué)與旅游學(xué)院,陜西 西安 710062)

土壤質(zhì)量是土壤在生態(tài)系統(tǒng)邊界范圍內(nèi),維持作物生產(chǎn)能力,保持環(huán)境質(zhì)量及促進(jìn)動(dòng)植物健康的能力[1-2]。作為表征土壤條件動(dòng)態(tài)變化最敏感的指標(biāo),土壤質(zhì)量能反映土壤管理水平,對(duì)退化土地的恢復(fù)、區(qū)域土地資源管理和土地持續(xù)利用也具有重要意義[3]。對(duì)土壤質(zhì)量進(jìn)行系統(tǒng)評(píng)價(jià),定量分析作物生長(zhǎng)過程中的主要限制指標(biāo),可為調(diào)節(jié)作物生產(chǎn)和增產(chǎn)增收提供技術(shù)支持。然而,由于土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)目的和評(píng)價(jià)對(duì)象尺度不同,且評(píng)價(jià)工作復(fù)雜，易受外界因素干擾,國(guó)內(nèi)外對(duì)土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)并沒有建立統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)[4-5]。同時(shí),由于土壤利用方式的多變性、土壤性質(zhì)的時(shí)空變異性和數(shù)據(jù)獲取的高成本等因素,難以獲取所有能表征土壤性質(zhì)指標(biāo)的數(shù)據(jù)[6-7]。目前大多數(shù)研究是利用一些土壤指標(biāo),建立最小數(shù)據(jù)集(minimum data set,MDS)進(jìn)行分析[8-9],如GOVAERTS等[10]基于MDS評(píng)估墨西哥高原地區(qū)小麥和玉米農(nóng)田土壤質(zhì)量,RAHMANIPOUR等[11]基于MDS評(píng)估伊朗加茲溫省土壤質(zhì)量,VOLCHKO等[12]基于MDS評(píng)估生態(tài)恢復(fù)進(jìn)程中綠地區(qū)域土壤狀況。國(guó)內(nèi)學(xué)者也基于MDS評(píng)價(jià)南方地區(qū)[13]、黃河三角洲地區(qū)[14]和塔里木河流域[15]土壤質(zhì)量。李桂林等[16]對(duì)MDS進(jìn)行優(yōu)化,提出將要素在各主成分上的綜合載荷作為土壤指標(biāo)篩選依據(jù)。上述研究表明MDS可用于評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量,但目前對(duì)果園土壤鮮有涉及。

陜西省周至縣是全球最大的獼猴桃生產(chǎn)基地,生產(chǎn)的獼猴桃暢銷全國(guó)乃至海外,獼猴桃為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展和農(nóng)民增收做出了重要貢獻(xiàn),但土壤質(zhì)量一直是影響獼猴桃產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要因素之一。獼猴桃是一種多年生藤本植物,根部在吸收土壤養(yǎng)分的同時(shí)會(huì)不斷分泌化學(xué)物質(zhì),與土壤之間形成一種耦合關(guān)系,使土壤質(zhì)量處于動(dòng)態(tài)變化中。而獼猴桃對(duì)土壤質(zhì)量要求很高,當(dāng)土壤條件不適時(shí),往往會(huì)出現(xiàn)生理性病害,嚴(yán)重時(shí)甚至死苗。近年來,關(guān)于獼猴桃園地土壤質(zhì)量的研究主要集中在土壤養(yǎng)分分布狀況、養(yǎng)分空間變異性和污染等理化性質(zhì)方面[17-19],而對(duì)獼猴桃園地土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)研究較少。因此,筆者以不同年限獼猴桃園地為研究對(duì)象,測(cè)定18個(gè)土壤理化指標(biāo),基于MDS對(duì)研究區(qū)土壤質(zhì)量進(jìn)行定量評(píng)價(jià),揭示獼猴桃不同生長(zhǎng)年限對(duì)土壤理化指標(biāo)和土壤質(zhì)量的影響,以期為獼猴桃種植研究提供科學(xué)支撐,同時(shí)為產(chǎn)業(yè)調(diào)整和種植方式改良提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

周至縣獼猴桃產(chǎn)業(yè)帶位于34°06′～34°13′ N,108°00′～108°32′ E,地勢(shì)西南高、東北低,地形主要為平原、淺山和黃土原區(qū),海拔400～500 m(圖1),80%以上區(qū)域?yàn)榈[質(zhì)潮砂土(潮土),黑壚土、褐土和紅土分布區(qū)域較少。研究區(qū)屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū),年平均氣溫12～13.6 ℃,作物一年兩熟,年降水量600～800 mm,秋季多陰雨,日照少,降溫快。周至縣獼猴桃種植面積為266.67 km2,占全縣耕地總面積的80%以上,為全國(guó)提供60%的獼猴桃鮮果和80%的獼猴桃果干,是我國(guó)認(rèn)定的唯一一個(gè)獼猴桃標(biāo)準(zhǔn)化管理示范縣,素有“獼猴桃之鄉(xiāng)”的美稱。

圖1 周至縣獼猴桃產(chǎn)業(yè)帶及采樣點(diǎn)分布

1.2 樣品采集與處理

根據(jù)周至縣行政區(qū)劃圖和土地利用現(xiàn)狀圖,并結(jié)合實(shí)地調(diào)查,共設(shè)33個(gè)采樣點(diǎn),于2017年5月分別采用土鉆法和環(huán)刀法采集土樣,環(huán)刀尺寸為直徑50.46 mm×高50 mm,容積100 cm3。采樣深度30 cm,每10 cm 1個(gè)土層,每個(gè)土層2個(gè)土壤樣品,每個(gè)樣品約100 g,共計(jì)198個(gè)土壤樣品。樣品采集后封裝包好,移入實(shí)驗(yàn)室待測(cè)定。

根據(jù)獼猴桃生長(zhǎng)習(xí)性[20-21]選取18個(gè)土壤理化指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定:(1)土壤性質(zhì),選擇物理性黏粒(SCC)、容重(BD)、毛管孔隙度(CP)、總孔隙度(TPO)、非毛管孔隙度(NCP)、通氣度(CA)等指標(biāo)。(2)水分,選擇土壤含水量(SWC)。(3)pH,選擇土壤pH值。(4)養(yǎng)分,選擇有機(jī)質(zhì)(SOM)、全氮(TN)、全磷(TP)、全鉀(TK)、速效氮(AN)、速效磷(AP)和速效鉀(AK)含量等養(yǎng)分指標(biāo)。(5)鹽分,選擇土壤鹽分(SSC)。(6)微量元素,選擇Mg2+和SO42-含量。容重、含水量、孔隙度(毛管孔隙度、總孔隙度和非毛管孔隙度)和通氣度采用環(huán)刀法測(cè)定后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得到;物理性黏粒、土壤鹽分、pH值、有機(jī)質(zhì)含量和土壤養(yǎng)分(全氮、全磷、全鉀、速效氮、速效磷和速效鉀)含量分別采用Mastersizer 2000激光粒度分析儀、離子色譜法、PHSJ-4A型實(shí)驗(yàn)室pH計(jì)、重鉻酸鉀氧化-外加熱法和HTYF200型微電腦多功能養(yǎng)分速測(cè)儀測(cè)定。

1.3 研究方法

1.3.1MDS的構(gòu)建

對(duì)選取的指標(biāo)進(jìn)行主成分分析,計(jì)算各指標(biāo)所在主成分特征值大于1的載荷,并將在同一主成分載荷大于0.5的土壤指標(biāo)歸為1組;若某個(gè)指標(biāo)同時(shí)在2個(gè)主成分上的載荷都大于0.5,則將他歸入與其他指標(biāo)相關(guān)系數(shù)較低的那一組。同時(shí),計(jì)算各指標(biāo)在所在主成分上的綜合載荷Norm值,值越大說明該指標(biāo)解釋的土壤質(zhì)量信息就越大。選擇各組Norm值在最高總分值10%范圍內(nèi)的指標(biāo)[22],進(jìn)一步進(jìn)行相關(guān)分析,建立MDS。Norm值計(jì)算公式為

(1)

式(1)中,Nik為第i個(gè)指標(biāo)在特征值大于1的前k個(gè)主成分Norm值;uik為第i個(gè)指標(biāo)在第k個(gè)主成分上指標(biāo)載荷;ek為第k個(gè)主成分特征值。

1.3.2土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)方法

通過土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)指數(shù)進(jìn)行土壤質(zhì)量評(píng)價(jià),計(jì)算公式為

(2)

式(2)中,ISQ為土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)指數(shù);Wi為第i個(gè)指標(biāo)權(quán)重;Ni為第i個(gè)指標(biāo)隸屬度。

通過主成分分析法得到各土壤評(píng)價(jià)指標(biāo)公因子方差,各指標(biāo)權(quán)重為各指標(biāo)公因子方差占公因子方差總和的百分?jǐn)?shù)。隸屬度由土壤指標(biāo)所屬的隸屬度函數(shù)確定。隸屬度函數(shù)可以分為升型和降型兩種,計(jì)算公式為

(3)

(4)

式(3)～(4)中,f(x)為隸屬度;x為土壤指標(biāo)值;a和b分別為土壤指標(biāo)閾值,即指標(biāo)最小值和最大值。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤理化性質(zhì)

18個(gè)土壤指標(biāo)統(tǒng)計(jì)特征值見表1。

表1土壤指標(biāo)統(tǒng)計(jì)特征值

Table1Statisticalcharacteristicvalueofsoilindicators

指標(biāo)最小值最大值極差均值標(biāo)準(zhǔn)差變異系數(shù)/%偏度系數(shù)峰度系數(shù)正態(tài)分布 w(SCC)/%18.0362.5244.4939.4310.0025.36-0.26-0.47是 BD/(g·cm-3)0.981.660.681.380.128.91-0.060.40是 w(SWC)/%8.9435.3026.3618.113.3118.281.881.14是 CP/%33.0167.8134.8044.668.8919.900.890.08是 TPO/%35.0674.8839.8249.419.3718.970.870.09是 NCP/%0.1912.9412.744.802.5452.941.021.60是 CA/%4.1650.7346.5724.3510.9344.910.51-0.29是 pH值6.857.460.617.160.111.530.070.43是 w(SOM)/%0.334.454.122.490.8735.12-0.410.17是 w(SSC)/(g·kg-1)0.8726.6225.752.452.53103.070.180.61是 w(Mg2+)/(mg·kg-1)0.5092.0091.5055.000.3531.60-0.751.34是 w(SO42-)/(mg·kg-1)32.00817.50786.00374.002.3531.41-0.303.66是 w(TN)/(g·kg-1)0.012.932.920.680.5275.521.482.64是 w(TP)/(g·kg-1)0.593.342.751.320.5844.091.491.90是 w(TK)/(g·kg-1)24.3031.507.2027.701.806.400.46-0.52是 w(AN)/(mg·kg-1)11.80149.60137.8054.7726.5048.391.201.62是 w(AP)/(mg·kg-1)0.77138.20137.4344.4031.3070.490.880.50是 w(AK)/(mg·kg-1)4.07476.80472.73160.59105.7865.870.870.39是

SCC為物理性黏粒,BD為容重,SWC為含水量,CP為毛管孔隙度,TPO為總孔隙度,NCP為非毛管孔隙度,CA為通氣度,SOM為有機(jī)質(zhì),SSC為鹽分,TN為全氮,TP為全磷,TK為全鉀,AN為速效氮,AP為速效磷,AK為速效鉀。

K-S檢驗(yàn)結(jié)果表明18項(xiàng)理化指標(biāo)均呈正態(tài)分布,說明實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)科學(xué)合理。土壤物理性黏粒、毛管孔隙度、非毛管孔隙度和土壤通氣度分別為39.43%、44.66%、4.80%和24.35%;容重為1.38 g·cm-3,且大于1.4 g·cm-3的樣品數(shù)量占總數(shù)40%以上；總孔隙度為49.41%,小于50%,說明土壤緊實(shí)度高;含水量為18.11%,表明土壤濕潤(rùn)度適宜;pH值為7.16,土壤呈中性;w(有機(jī)質(zhì))為2.49%,有機(jī)質(zhì)含量偏高;w(鹽分)為2.45 g·kg-1,土壤呈現(xiàn)輕度鹽漬化;w(Mg2+)為55.00 mg·kg-1,w(Mg)適宜;w(SO42-)為374.00 mg·kg-1,S含量適宜;w(全氮)為0.68 g·kg-1，土壤全氮含量偏低;w(全磷)為1.32 g·kg-1,土壤全磷含量偏高;w(全鉀)為27.7 g·kg-1,土壤全鉀含量偏高;w(速效氮)為54.77 mg·kg-1,土壤速效氮含量偏低;w(速效磷)為44.40 mg·kg-1,土壤速效磷含量偏低;w(速效鉀)為160.59 mg·kg-1,土壤速效鉀含量偏高。容重、pH和全鉀3個(gè)指標(biāo)的變異系數(shù)小于10%,屬于弱變異性;物理性黏粒、含水量、毛管孔隙度、總孔隙度、非毛管孔隙度、土壤通氣度、有機(jī)質(zhì)、Mg2+、SO42-、全氮、全磷、速效氮、速效磷和速效鉀變異系數(shù)介于10%～100%之間,屬于中等變異性;鹽分變異系數(shù)最大,大于100%,為強(qiáng)變異性。變異性強(qiáng)弱反映土壤指標(biāo)值在空間分布上的離散程度與代表性。

2.2 不同種植年限和土層深度土壤特性的變化

不同種植年限園地土壤指標(biāo)平均值見表2。隨獼猴桃園地種植年限的增加,容重表現(xiàn)出先減小再增加的趨勢(shì),最小值出現(xiàn)在種植時(shí)間為>10～15 a時(shí)。毛管孔隙度、總孔隙度、非毛管孔隙度、通氣度和有機(jī)質(zhì)呈逐漸減小的趨勢(shì);而含水量、Mg2+、SO42-、全氮、全磷、全鉀、速效氮、速效磷和速效鉀呈逐漸增加的趨勢(shì)。單因子方差分析結(jié)果表明,除物理性黏粒與園地種植年限相關(guān)性不顯著外,其他指標(biāo)均與園地種植年限不同程度呈顯著相關(guān),其中pH、鹽分、Mg2+、SO42-、全磷、速效磷和速效鉀呈極顯著相關(guān)。

表2不同種植年限和土層深度土壤指標(biāo)平均值

Table2Theaveragesoilindexesindifferentyearsandwithdifferentdepthsofsoillayer

指標(biāo)種植年限/a0^5 >5^10>10^15>15^20 >20P顯著性 w(SCC)/%36.70±10.0740.12±9.7450.47±6.2544.99±8.2938.25±7.420.469不顯著 BD/(g·cm-3)1.40±0.111.36±0.141.34±0.091.41±0.101.43±0.120.099一般顯著 w(SWC)/%17.14±2.2817.87±4.3118.49±1.6418.57±2.7819.60±12.880.032顯著 CP/%44.87±8.7147.04±10.2743.84±6.3241.23±4.6943.90±9.560.087一般顯著 TPO/%50.56±9.2352.19±10.7847.86±5.6545.07±5.1048.10±9.870.090一般顯著 NCP/%5.69±2.785.15±2.644.39±2.373.84±1.714.21±2.220.047顯著 CA/%26.55±10.0527.96±12.1423.08±7.2019.62±6.7720.00±11.690.042顯著 pH值7.16±0.117.15±0.127.19±0.097.12±0.127.19±0.070.003極顯著 w(SOM)/%2.68±0.722.50±0.862.42±0.892.37±0.982.41±0.890.096一般顯著 w(SSC)/(g·kg-1)1.89±0.583.03±4.202.19±0.362.53±0.362.05±0.640.008極顯著 w(Mg2+)/(mg·kg-1)52.00±20.0054.00±17.0056.50±20.0056.50±16.0058.00±12.000.005極顯著 w(SO42-)/(mg·kg-1)333.00±135.50374.50±83.50372.00±58.50449.00±116.50337.00±144.500.007極顯著 w(TN)/(g·kg-1)0.64±0.480.63±0.460.99±0.760.55±0.410.79±0.410.044顯著 w(TP)/(g·kg-1)1.16±0.361.22±0.471.18±0.351.50±0.631.64±0.870.003極顯著 w(TK)/(g·kg-1)26.84±1.1828.07±1.8427.21±1.4227.58±1.8228.47±1.850.069一般顯著 w(AN)/(mg·kg-1)41.81±16.4155.21±25.0147.57±19.2053.57±27.3879.16±27.680.029顯著 w(AP)/(mg·kg-1)45.07±22.1842.53±29.7450.74±9.7352.53±35.1452.96±37.750.003極顯著 w(AK)/(mg·kg-1)120.76±73.00147.29±84.37141.35±114.34195.16±93.24219.52±145.890.001極顯著

SCC為物理性黏粒,BD為容重,SWC為含水量,CP為毛管孔隙度,TPO為總孔隙度,NCP為非毛管孔隙度,CA為通氣度,SOM為有機(jī)質(zhì),SSC為鹽分,TN為全氮,TP為全磷,TK為全鉀,AN為速效氮,AP為速效磷,AK為速效鉀。P≥0.1表示呈不顯著相關(guān);0.05≤P<0.1表示呈一般顯著相關(guān);0.01≤P<0.05表示呈顯著相關(guān);P<0.01表示呈極顯著相關(guān)。

2.3 MDS的指標(biāo)選擇

前7個(gè)主成分特征值大于1,累積貢獻(xiàn)率為72.27%,可將18個(gè)土壤指標(biāo)分為7組(表3)。研究區(qū)土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)的MDS為總孔隙度、全磷、速效氮、Mg2+、全鉀、有機(jī)質(zhì)、含水量、速效磷和物理性黏粒9個(gè)指標(biāo),且指標(biāo)間相關(guān)系數(shù)均小于0.5(表4)。這些指標(biāo)中,總孔隙度包含大孔隙和小空隙,大孔隙通水透氣,小空隙持水保水;全磷、速效氮、全鉀、有機(jī)質(zhì)和速效磷為獼猴桃生長(zhǎng)必需的養(yǎng)分;Mg2+為獼猴桃生長(zhǎng)所需的微量元素,同時(shí)能調(diào)節(jié)根部滲透作用;含水量直接影響土壤養(yǎng)分有效性、無機(jī)陰陽(yáng)離子吸收和各種物理化學(xué)反應(yīng)的順利進(jìn)行;物理性黏粒能夠防止土壤沙化,保持土壤活性。

表3主成分載荷矩陣與MDS的確定

Table3Principalcomponentloadmatrixandthedeterminationoftheminimumdataset

指標(biāo)主成分1234567Norm值公因子方差分組MDS SCC-0.14-0.110.160.430.110.090.771.030.867是 BD-0.660.03-0.170.030.16-0.180.041.310.531 SWC0.170.350.290.36-0.59-0.34-0.271.120.905是 CP0.83-0.350.190.120.20-0.14-0.121.710.931 TPO0.90-0.300.150.060.08-0.08-0.041.780.941是 NCP0.560.13-0.09-0.22-0.420.230.271.110.691 CA0.85-0.420.05-0.110.240.110.071.760.991 pH0.22-0.090.050.58-0.300.310.120.790.594 SOM0.240.410.31-0.56-0.30-0.060.121.130.754是 SSC-0.53-0.150.10-0.050.260.100.070.750.401 Mg2+0.290.21-0.72-0.030.210.15-0.211.310.763是 SO42--0.33-0.260.55-0.220.270.11-0.191.200.653 TN0.160.570.180.430.250.27-0.121.170.712 TP0.270.69-0.18-0.240.18-0.120.251.300.752是 TK0.240.30-0.800.050.100.100.001.380.813是 AN0.120.640.410.380.240.12-0.131.320.832是 AP0.210.180.010.040.25-0.770.211.020.786是 AK0.130.480.51-0.440.200.230.061.260.803 特征值3.562.422.281.391.191.151.02 貢獻(xiàn)率/%19.7713.4412.657.726.616.415.68 累計(jì)貢獻(xiàn)率/%19.7733.2145.8653.5860.1966.6072.28

SCC為物理性黏粒,BD為容重,SWC為含水量,CP為毛管孔隙度,TPO為總孔隙度,NCP為非毛管孔隙度,CA為通氣度,SOM為有機(jī)質(zhì),SSC為鹽分,TN為全氮,TP為全磷,TK為全鉀,AN為速效氮,AP為速效磷,AK為速效鉀。

表4主成分不同分組內(nèi)土壤指標(biāo)之間Pearson相關(guān)系數(shù)

Table4PrincipalcomponentsPearsoncorrelationcoefficientbetweensoilindicatorsindifferentgroups

分組指標(biāo)Pearson相關(guān)系數(shù)BDCPTPONCPCA1CP-0.14TPO-0.18 0.32??NCP0.00-0.07 0.28??CA-0.140.130.31??0.13SSC-0.12-0.21?0.030.160.08分組指標(biāo)Pearson相關(guān)系數(shù)TNTP2TP 0.73??AN-0.26??-0.11分組指標(biāo)Pearson相關(guān)系數(shù)Mg2+SO42-TK3SO42- 0.11TK-0.06-0.15AK-0.14-0.08-0.29??分組指標(biāo)Pearson相關(guān)系數(shù)pH4SOM 0.45??

BD為容重,CP為毛管孔隙度,TPO為總孔隙度,NCP為非毛管孔隙度,CA為通氣度,SOM為有機(jī)質(zhì),SSC為鹽分,TN為全氮,TP為全磷,TK為全鉀,AN為速效氮,AK為速效鉀。*表示P<0.05,**表示P<0.01。

2.4 土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)

MDS指標(biāo)權(quán)重見表5。有機(jī)質(zhì)、全氮、全鉀、速效氮和速效磷都反映土壤養(yǎng)分,在土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)中權(quán)重總占比達(dá)53%,說明養(yǎng)分是研究區(qū)土壤質(zhì)量的重要限制指標(biāo)。

表5MDS指標(biāo)權(quán)重

Table5Minimumfactorweightsofdatasets

MDS指標(biāo)公因子方差權(quán)重 SCC0.860.12 SWC0.900.12 TPO0.940.13 SOM0.750.10 Mg2+0.760.10 TP0.750.10 TK0.810.11 AN0.830.11 AP0.780.11

SCC為物理性黏粒,SWC為含水量,TPO為總孔隙度,SOM為有機(jī)質(zhì),TP為全磷,TK為全鉀,AN為速效氮,AP為速效磷。

速效鉀與全鉀呈極顯著相關(guān)(表4),說明研究區(qū)范圍內(nèi)全鉀能代表土壤鉀元素信息。周至縣獼猴桃果園土壤物理性黏粒、含水量、總孔隙度、微量元素和養(yǎng)分含量都略偏低,因此MDS指標(biāo)對(duì)土壤質(zhì)量均表現(xiàn)為正效應(yīng),屬于升型隸屬度函數(shù)。不同種植年限獼猴桃園地土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)指數(shù)隨種植年限增加而增加,大小依次為0.68(>20 a)、0.64(>15～20 a)、0.64(>10～15 a)、0.64(>5～10 a)和0.60(0～5 a),表明種植年限越高,園地土壤質(zhì)量越好。種植年限<10 a的園地土壤指標(biāo)值均有所提升,土壤質(zhì)量提升較快;種植年限>10～15 a的園地土壤孔隙度、通氣度和有機(jī)質(zhì)含量開始降低,而含水量、微量元素和養(yǎng)分持續(xù)增加,土壤質(zhì)量相對(duì)穩(wěn)定;種植年限>15～20 a園地土壤孔隙度、通氣度和有機(jī)質(zhì)保持穩(wěn)定,其他指標(biāo)增加明顯,土壤質(zhì)量再次提升。隨獼猴桃園地種植年限的增加,土壤質(zhì)量呈現(xiàn)先提升后穩(wěn)定再提升的趨勢(shì)。

2.5 MDS的檢驗(yàn)

如表6所示,MDS指標(biāo)與其他指標(biāo)均呈極顯著相關(guān)(P<0.01)或顯著相關(guān)(P<0.05),說明MDS指標(biāo)一定程度上可反映其他指標(biāo)代表的土壤質(zhì)量信息,采用MDS指標(biāo)評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量具有可行性。

表6MDS指標(biāo)與其他土壤指標(biāo)間的Pearson相關(guān)系數(shù)

Table6MinimumdatasetfactorandotherPearsoncorrelationcoefficientbetweensoilindexes

MDS指標(biāo)BDCPNCPCApHSSCSO42-TNAK SCC0.11-0.15-0.03-0.060.04-0.190.130.120.14 SWC0.100.20-0.02-0.15-0.06-0.19-0.20-0.29??-0.09 TPO-0.180.32??0.28??0.31??0.150.03-0.24?-0.35??0.39?? SOM-0.060.22?0.050.45??0.45??0.45??-0.010.18-0.17 Mg2+-0.060.010.11-0.060.080.42??0.11-0.06-0.14 TP-0.04-0.27??-0.14-0.21-0.08-0.060.66??0.73??-0.12 TK0.29??-0.16-0.11-0.31??-0.25?-0.16-0.150.18-0.29?? AN0.03-0.05-0.110.00-0.20-0.05-0.25?-0.26??0.10 AP-0.160.180.00-0.03-0.21?-0.21-0.22?-0.35??0.09

SCC為物理性黏粒,BD為容重,SWC為含水量,CP為毛管孔隙度,TPO為總孔隙度,NCP為非毛管孔隙度,CA為通氣度,SOM為有機(jī)質(zhì),SSC為鹽分,TN為全氮,TP為全磷,TK為全鉀,AN為速效氮,AP為速效磷,AK為速效鉀。*表示P<0.05,**表示P<0.01。

3 討論

采用主成分分析和相關(guān)分析等統(tǒng)計(jì)學(xué)方法定量分析不同種植年限獼猴桃園地對(duì)土壤因子的影響,并建立土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)最小數(shù)據(jù)集。主成分分析法被廣泛用于土壤質(zhì)量評(píng)價(jià),但是僅靠變量在單個(gè)主成分中的載荷值作為選入MDS的依據(jù),會(huì)剔除過多指標(biāo),而造成具有重要價(jià)值的土壤質(zhì)量信息缺失,筆者引入Norm值則可避免這一問題[1,13,23],提升評(píng)價(jià)結(jié)果準(zhǔn)確性。然而,土壤質(zhì)量還受到其他因素影響,該研究?jī)H依據(jù)測(cè)定的18項(xiàng)土壤理化性質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行分析,而未考慮土地利用方式、生態(tài)系統(tǒng)類型、地理區(qū)位等其他因素對(duì)土壤質(zhì)量的影響,這將是下一步研究工作的重點(diǎn)。

從不同種植年限獼猴桃園地土壤指標(biāo)的變化趨勢(shì)來看,隨種植年限增加,物理性黏粒先增加再減小,而容重先減小再增加,毛管孔隙度、總孔隙度、非毛管孔隙度、土壤通氣度和有機(jī)質(zhì)則逐漸減小。這說明隨種植年限增加,土壤逐漸形成板結(jié)。另外,制約土壤質(zhì)量的決定指標(biāo)是養(yǎng)分,養(yǎng)分在土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)中的總權(quán)重占比達(dá)53%,而研究區(qū)土壤養(yǎng)分含量總體偏低,因此提高獼猴桃產(chǎn)量與質(zhì)量,首先需要提高土壤養(yǎng)分質(zhì)量,改變耕作方式,改善土壤結(jié)構(gòu)。

4 結(jié)論

(1)適用于周至縣獼猴桃園地土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)的MDS指標(biāo)為土壤總孔隙度、全磷、速效氮、Mg2+、全鉀、有機(jī)質(zhì)、含水量、速效磷和物理性黏粒9個(gè)指標(biāo)。

(2)有機(jī)質(zhì)、全氮、全鉀、速效氮和速效磷等土壤養(yǎng)分指標(biāo)在土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)中總權(quán)重占比達(dá)53%,養(yǎng)分是研究區(qū)土壤質(zhì)量重要限制指標(biāo)。

(3)隨獼猴桃園地種植年限增加,土壤物理性黏粒、容重、毛管孔隙度、總孔隙度、非毛管孔隙度、土壤通氣度和有機(jī)質(zhì)等會(huì)發(fā)生改變,土壤逐漸形成板結(jié)。