楊麗揚(yáng),張永清①,田 靜,王思琦

(1.山西師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院,山西 臨汾 041000；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院/ 國(guó)家農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展研究院/ 教育部植物-土壤重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100193)

位于黃土高原南部丘陵區(qū)的山西吉縣，因光照充足，晝夜溫差較大而成為我國(guó)北方地區(qū)優(yōu)質(zhì)蘋(píng)果產(chǎn)地之一。吉縣蘋(píng)果不僅暢銷(xiāo)于全國(guó)各地，且出口國(guó)外[1]。目前，全縣蘋(píng)果種植面積已發(fā)展到187 km2，年產(chǎn)量為18萬(wàn)t。蘋(píng)果產(chǎn)業(yè)在土地面積、專(zhuān)業(yè)村、產(chǎn)值、果農(nóng)收入和從業(yè)人數(shù)占比上都達(dá)到80%，蘋(píng)果產(chǎn)業(yè)已成為吉縣第1大主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)[2]。蘋(píng)果的種植與管理已受到地方政府及果農(nóng)的廣泛重視。但是，筆者調(diào)查發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)毓r(nóng)在果園管理方面還存在著一些問(wèn)題，如果樹(shù)專(zhuān)用肥施用不普及，生草覆蓋等新技術(shù)的應(yīng)用認(rèn)可程度不高等，致使果園土壤肥力下降。因此，分析果園土壤肥力質(zhì)量現(xiàn)狀，探明不同管理措施對(duì)果園土壤的影響，對(duì)指導(dǎo)施肥、科學(xué)管理果園具有重要實(shí)踐意義[3]。

目前關(guān)于土壤肥力質(zhì)量的研究[4-5]已有很多，但有關(guān)蘋(píng)果園土壤質(zhì)量方面的研究相對(duì)較少[6],關(guān)于吉縣果園土壤肥力質(zhì)量的評(píng)價(jià)尚鮮見(jiàn)報(bào)道。為此，通過(guò)建立3種數(shù)據(jù)集對(duì)吉縣蘋(píng)果園土壤肥力質(zhì)量展開(kāi)研究。通過(guò)主成分分析方法得到的全體數(shù)據(jù)集(TDS)與最小數(shù)據(jù)集(MDS)之間具有較好的相關(guān)性，而主成分分析與灰色關(guān)聯(lián)度(GAR)分析的評(píng)價(jià)結(jié)果之間是否具有較好的相關(guān)性尚需進(jìn)一步分析。選擇適合評(píng)價(jià)土壤肥力質(zhì)量的指標(biāo)建立最小數(shù)據(jù)集，通過(guò)對(duì)全體數(shù)據(jù)集、最小數(shù)據(jù)集和灰色關(guān)聯(lián)度的評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行比較，旨在探究最小數(shù)據(jù)集方法的適用性，并明確不同生草覆蓋模式對(duì)研究區(qū)蘋(píng)果園土壤肥力質(zhì)量的影響，進(jìn)而為提升土壤質(zhì)量和緩解限產(chǎn)因素提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

吉縣位于山西省西南部，隸屬于山西省臨汾市。介于北緯36°10′～36°19′、東經(jīng)110°30′～110°43′之間，總面積為1 777 km2。吉縣三面環(huán)山，一面臨水，地勢(shì)東高西低。研究區(qū)屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫為10.2 ℃，年降水量為522.8 mm，季節(jié)分明，春季干旱多風(fēng)，夏季降雨集中，秋季多連陰雨，冬季寒冷干燥。吉縣光照充足，日照時(shí)數(shù)為2 538 h，大于10 ℃的有效積溫為3 361.5 ℃，年平均無(wú)霜期為172 d，非常適宜種植蘋(píng)果。

1.2 樣品采集

依據(jù)吉縣蘋(píng)果種植方式，選取果農(nóng)主要采用的清耕(QG)、人工草(RC)和自然生草(ZC)3種生草覆蓋模式樣地(試驗(yàn)期為3 a)采集土壤樣品。3種果園均為10年生紅富士果園，果樹(shù)行距為5 m× 5 m，透光性好，山地，土壤類(lèi)型為褐土，主要施用有機(jī)肥、復(fù)合肥、磷肥和鉀肥，除種植方式外，土壤類(lèi)型、澆水方式等種植條件均一致。其中，清耕模式為在雜草生長(zhǎng)期進(jìn)行人工耕除，人工草模式為在果樹(shù)行間種植三葉草，自然生草模式為在行間自然生長(zhǎng)狗尾草等淺根、矮桿雜草，當(dāng)草長(zhǎng)到高約30 cm時(shí)，進(jìn)行刈割覆于地面,割后草高約8 cm。

采樣時(shí)間為2018年5月，行間草正處于生長(zhǎng)狀態(tài)。每種覆草模式選擇2塊樣地，每塊樣地面積為2 666 m2，每塊樣地選取10個(gè)樣點(diǎn)，樣點(diǎn)距離為10 m× 20 m，共計(jì)60個(gè)樣點(diǎn)。每塊樣地根據(jù)S型布點(diǎn)采樣，采集0～20 cm表層土樣1.5 kg封裝在自封口塑料袋中帶回實(shí)驗(yàn)室。其中1 kg土樣在自然狀態(tài)下風(fēng)干，用于測(cè)定土壤理化性質(zhì)，0.5 kg土樣保存在4 ℃條件下，用于測(cè)定土壤酶活性。

1.3 樣品分析

土壤容重(BD)和含水率(WC)分別采用環(huán)刀法和烘干法進(jìn)行測(cè)定[7]；土壤總孔隙度(STP)和土壤有機(jī)質(zhì)(SOM)含量分別采用環(huán)刀法和重鉻酸鉀外加熱法進(jìn)行測(cè)定[8]；全氮(TN)含量采用半微量凱氏定氮法進(jìn)行測(cè)定[9]；全磷(TP)含量由硫酸和高氯酸消化后采用鉬銻抗比色法進(jìn)行測(cè)定[10]；速效磷(AP)含量由碳酸氫鈉浸提采用鉬銻抗比色法進(jìn)行測(cè)定，全鉀(TK)含量由濃硫酸和高氯酸消化后采用原子吸收分光光度計(jì)法進(jìn)行測(cè)定，速效鉀(AK)含量由乙酸銨浸提后采用火焰分光光度計(jì)法進(jìn)行測(cè)定，土壤pH值采用電位法進(jìn)行測(cè)定[11]。過(guò)氧化氫酶(CA)活性測(cè)定采用高錳酸鉀滴定法[12]，每克土壤消耗高錳酸鉀體積(mL)表示；多酚氧化酶(PO)活性測(cè)定采用鄰苯三酚比色法，以每克土壤中紅紫棓精質(zhì)量(mg)表示；脲酶(UR)活性測(cè)定采用苯酚鈉比色法，以每克土壤中銨態(tài)氮質(zhì)量(mg)表示；蔗糖酶(SU)活性測(cè)定采用3,5-二硝基水楊酸比色法，以每克土壤中葡萄糖質(zhì)量(mg)表示。

1.4 典型對(duì)應(yīng)分析(CCA)

典型對(duì)應(yīng)分析法將對(duì)應(yīng)分析與多元回歸相結(jié)合，是一種非線(xiàn)性多重直接梯度分析[13]，是分析土壤因子內(nèi)部關(guān)系的重要工具。CCA法要求2個(gè)數(shù)據(jù)矩陣，1個(gè)為酶活性數(shù)據(jù)矩陣(過(guò)氧化氫酶、多酚氧化酶、脲酶和蔗糖酶)，另1個(gè)為土壤環(huán)境數(shù)據(jù)矩陣(土壤容重、含水量、總孔隙度、pH以及土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全鉀、速效鉀、全磷和速效磷含量)。通過(guò)對(duì)酶活性數(shù)據(jù)進(jìn)行排序分析，將排序值與環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，分析結(jié)果既能反映酶活性的組成情況，又能反映其與環(huán)境之間的關(guān)系。

1.5 土壤肥力質(zhì)量評(píng)價(jià)方法

1.5.1最小數(shù)據(jù)集的建立

根據(jù)主成分分析，選擇特征值>1的主成分，選取因子載荷絕對(duì)值達(dá)到該主成分中最大因子載荷90%的指標(biāo)為主要因子，當(dāng)某主成分主要因子數(shù)為1時(shí)，則該因子進(jìn)入最小數(shù)據(jù)集。當(dāng)某主成分主要因子數(shù)>1時(shí)，對(duì)其分別做相關(guān)性分析，若因子間相關(guān)性較小(r<0.5)，則各因子均被選入最小數(shù)據(jù)集；若相關(guān)性較高(r≥0.5)，與其他因子相關(guān)系數(shù)之和最大的因子被選入最小數(shù)據(jù)集[14-15]。對(duì)理化性質(zhì)和酶活性進(jìn)行主成分分析，得到5個(gè)主成分。通過(guò)對(duì)每個(gè)主成分最大因子載荷90%的指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)分析，建立最小數(shù)據(jù)集。

1.5.2土壤評(píng)價(jià)指標(biāo)

采用主成分分析法確定評(píng)價(jià)因子的權(quán)重Wi，同時(shí)對(duì)各因子做無(wú)量綱化處理，計(jì)算各因子質(zhì)量得分。土壤各因子質(zhì)量得分計(jì)算公式[16]為

Qi=(Xi-Xi,min)/(Xi,max-Xi,min)。

(1)

式(1)中，Qi為因子質(zhì)量得分；Xi為第i項(xiàng)土壤因子值；Xi,min為第i項(xiàng)土壤因子最小值；Xi,max為第i項(xiàng)土壤因子最大值。

根據(jù)各指標(biāo)權(quán)重(Wi)和質(zhì)量得分計(jì)算土壤肥力質(zhì)量指數(shù)(SQI)[17]，其計(jì)算公式為

ISQ=∑WiQi。

(2)

式(2)中，ISQ為土壤肥力質(zhì)量指數(shù)，取值為0～1之間，其值越大，說(shuō)明土壤肥力質(zhì)量越好。

1.5.3灰色關(guān)聯(lián)度

將3種生草覆蓋模式下土壤的14項(xiàng)指標(biāo)作為1個(gè)灰色系統(tǒng)，以各指標(biāo)最優(yōu)值構(gòu)成理想的參考數(shù)列，將各指標(biāo)測(cè)定值通過(guò)無(wú)量綱化轉(zhuǎn)化為評(píng)價(jià)值，計(jì)算各指標(biāo)關(guān)聯(lián)系數(shù)ri和權(quán)重wi，最后計(jì)算加權(quán)關(guān)聯(lián)度IR[18]。關(guān)聯(lián)度越大，說(shuō)明越接近最優(yōu)參考列，即土壤肥力越好，反之說(shuō)明土壤肥力越差。

IR=∑wiri。

(3)

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤物理性狀分析

由圖1可知，生草覆蓋模式對(duì)土壤物理性質(zhì)影響與指標(biāo)有關(guān)。

QG、RC和ZC分別為清耕、人工草和自然生草覆蓋模式。同一分圖中，圖柱上方英文小寫(xiě)字母不同表示不同生草覆蓋模式間某指標(biāo)差異顯著(P<0.05)。

不同生草覆蓋模式下果園土壤容重和總孔隙度差異不顯著，而土壤含水量差異顯著，自然生草模式土壤含水量顯著高于人工草和清耕模式，而人工草與清耕模式土壤含水量之間差異不顯著。這表明人工干擾，不論是清耕還是人工草模式都有可能加劇土壤水分損失。

2.2 土壤化學(xué)性狀分析

由表1可知，人工草模式顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)含量和全量養(yǎng)分，同時(shí)降低土壤pH，使其更接近最適宜蘋(píng)果樹(shù)生長(zhǎng)的土壤pH值(5.7～6.7)，有利于蘋(píng)果生長(zhǎng)。人工草模式土壤w(SOM)和w(TN)比自然生草和清耕模式顯著提高。不同模式w(TK)由大到小依次為人工草、清耕和自然生草模式，且不同模式間差異顯著，這說(shuō)明與自然生草模式相比，清耕模式顯著降低土壤w(TK)，而人工草模式能顯著提高土壤w(TK)。3種覆草模式下土壤w(AK)差異不顯著。人工草模式土壤w(TP)比清耕和自然生草模式顯著提高，而清耕和自然生草模式間w(TP)差異不顯著。人工草和清耕模式w(AP)顯著高于自然生草模式。

表1 3種生草覆蓋模式土壤化學(xué)性質(zhì)比較

Table 1 Comparison of soil chemical properties of three grass cover patterns

覆草模式w(SOM)/%w(TN)/(g·kg-1)w(TK)/(g·kg-1)w(AK)/(mg·kg-1)w(TP)/(g·kg-1)w(AP)/(mg·kg-1)pH清耕(QG)1.50±0.45b1.14±0.33b4.93±0.66b203.90±12.14a1.58±0.38b34.89±9.27b8.21±0.15b人工草(RC)1.96±0.25a1.57±0.25a5.68±0.60a218.84±48.04a2.02±0.54a44.25±19.39a7.94±0.20c自然生草(ZC)1.66±0.22b1.18±0.16b4.31±0.49c202.29±11.36a1.42±0.26b21.70±12.05c8.53±0.18a平均值1.70±0.381.30±0.324.97±0.81208.34±30.281.67±0.4833.61±16.968.23±0.30

SOM為有機(jī)質(zhì)，TN為全氮，TK為全鉀，AK為速效鉀，TP為全磷，AP為速效磷。同一列數(shù)據(jù)后英文小寫(xiě)字母不同表示不同生草覆蓋模式間某指標(biāo)差異顯著(P<0.05)。

2.3 土壤酶活性分析

由表2可知，自然生草模式過(guò)氧化氫酶活性顯著高于清耕和人工草模式。而清耕和人工草模式多酚氧化酶活性顯著高于自然生草模式。人工草模式脲酶活性顯著高于自然生草模式。清耕和自然生草模式蔗糖酶活性顯著高于人工草模式。

表2 不同生草覆蓋模式對(duì)土壤酶活性的影響

Table 2 Effects of different grass cover patterns on soil enzyme activities

覆草模式過(guò)氧化氫酶/(mL·g -1)多酚氧化酶/(mg·g-1)脲酶/(mg·g-1)蔗糖酶/(mg·g-1)QG6.59±0.73b1.78±0.16a0.15±0.12ab61.65±18.16aRC6.81±1.84b1.78±0.13a0.18±0.10a55.91±11.41aZC8.51±0.70a1.56±0.12b0.11±0.05b29.26±9.49b平均值7.30±1.491.71±0.170.15±0.1048.94±19.56

QG、RC和ZC分別為清耕、人工草和自然生草覆蓋模式。同一列數(shù)據(jù)后英文小寫(xiě)字母不同表示不同生草覆蓋模式間某指標(biāo)差異顯著(P<0.05)。

由圖2可知，過(guò)氧化氫酶活性主要受土壤容重、總孔隙度、pH和w(AK)的影響；脲酶活性主要受土壤w(SOM)的影響；多酚氧化酶活性主要受w(TK)的影響；w(TN)和w(TP)主要影響土壤中多酚氧化酶和脲酶活性；蔗糖酶活性主要受w(AP)的影響。

2.4 土壤肥力質(zhì)量評(píng)價(jià)

2.4.1土壤肥力質(zhì)量評(píng)價(jià)

對(duì)土壤各指標(biāo)分析發(fā)現(xiàn)不同指標(biāo)在不同模式間的變化規(guī)律不一致，無(wú)法通過(guò)單一指標(biāo)來(lái)描述某模式是否有利于改良土壤。通過(guò)主成分分析(表3)，發(fā)現(xiàn)主成分1～4各有1個(gè)高載荷因子，主成分5有2個(gè)高載荷因子。有機(jī)質(zhì)和速效磷之間的相關(guān)系數(shù)<0.4，所以主成分5保留2個(gè)因子。最終選擇土壤容重、含水量、有機(jī)質(zhì)、速效鉀、全磷和脲酶建立最小數(shù)據(jù)集。

BD為容重，WC為含水量，STP為總孔隙度，SOM為有機(jī)質(zhì)，TN為全氮，TK為全鉀，AK為速效鉀，TP為全磷，AP為速效磷，CA為過(guò)氧化氫酶，PO為多酚氧化酶，UR為脲酶，SU為蔗糖酶。箭頭代表酶活性指標(biāo)，白三角代表化學(xué)指標(biāo)，黑三角代表物理指標(biāo)。箭頭長(zhǎng)度表示土壤因子間的相關(guān)程度，箭頭與三角形的線(xiàn)性距離表示酶活性指標(biāo)對(duì)指標(biāo)的影響，兩個(gè)箭頭間的角度表示酶活性指標(biāo)間的相關(guān)性。

由圖3可知，采用全體數(shù)據(jù)集(TDS)和最小數(shù)據(jù)集(MDS)方法得到的3種覆草模式土壤肥力質(zhì)量趨勢(shì)相同。人工草模式土壤肥力質(zhì)量顯著高于清耕和自然生草模式，這說(shuō)明人工種草能夠顯著提高土壤肥力質(zhì)量。這可能是由于人工種草可以選擇有利于蘋(píng)果園地土壤的草本植物，能夠提高土壤中某些養(yǎng)分的含量，如人工草模式土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著高于清耕模式(表1)。同時(shí)，自然生草可能會(huì)導(dǎo)致雜草過(guò)多，消耗土壤養(yǎng)分，所以人工草地模式土壤肥力質(zhì)量顯著高于自然生草。最小數(shù)據(jù)集中，3種覆草模式下全磷和有機(jī)質(zhì)指標(biāo)在土壤肥力質(zhì)量評(píng)價(jià)中占比較大，土壤容重、含水量和脲酶活性指標(biāo)的占比次之，速效鉀指標(biāo)占比最小。

由表4可知，采用灰色關(guān)聯(lián)度(GRA)方法的土壤肥力質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果中全氮、全鉀和全磷的權(quán)重較高，土壤含水量和速效鉀的權(quán)重較低。清耕、人工草和自然生草模式土壤肥力質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果分別為0.58、0.68和0.60，且人工草模式土壤肥力質(zhì)量顯著高于其他2種模式，而清耕與自然生草模式土壤肥力質(zhì)量差異不顯著。這與主成分分析方法得到的土壤肥力質(zhì)量評(píng)價(jià)趨勢(shì)相同，均表明人工草模式土壤肥力質(zhì)量最高，清耕模式土壤肥力質(zhì)量最低。

表3 土壤理化性質(zhì)與酶活性的主成分載荷矩陣

Table 3 Principal component load matrix of soil physicochemical properties and enzyme activity

指標(biāo)主成分12345容重(BD)0.330.86-0.25 0.21-0.14含水量(WC)-0.07-0.070.800.20-0.19總孔隙度(STP)-0.33-0.860.25-0.200.14有機(jī)質(zhì)(SOM)0.580.150.430.020.48全氮(TN)0.800.160.42-0.150.24全鉀(TK)0.760.01-0.03-0.21-0.33速效鉀(AK)0.370.110.19-0.010.49全磷(TP)0.740.100.22-0.33-0.18速效磷(AP)0.62-0.24-0.16-0.42-0.12pH-0.680.310.220.190.04過(guò)氧化氫酶(CA)-0.500.290.11-0.050.36多酚氧化酶(PO)0.57-0.32-0.210.650.13脲酶(UR)0.44-0.240.350.66-0.29蔗糖酶(SU)0.46-0.27-0.650.210.34

AK為速效鉀，SOM為有機(jī)質(zhì)，UR為脲酶，WC為含水量，BD為容重，TP為全磷。QG、RC和ZC分別為清耕、人工草和自然生草模式。同一分圖中，直方柱上方英文小寫(xiě)字母不同表示不同生草覆蓋模式間土壤肥力質(zhì)量差異顯著(P<0.05)。

表4 3種覆草模式下灰色關(guān)聯(lián)度的相關(guān)系數(shù)和權(quán)重

Table 4 Correlation coefficient and weight of GRA of three grass cover patterns

成分關(guān)聯(lián)系數(shù)清耕人工草自然生草權(quán)重容重(BD)0.750.780.740.04含水量(WC) 0.540.550.610.03總孔隙度(STP) 0.690.670.710.04有機(jī)質(zhì)(SOM) 0.590.760.620.07全氮(TN)0.540.710.540.12全鉀(TK)0.670.810.590.11速效鉀(AK)0.480.520.480.03全磷(TP) 0.510.640.480.10速效磷(AP) 0.420.480.370.07pH0.840.890.790.09過(guò)氧化氫酶(CA)0.610.670.840.05多酚氧化酶(PO)0.730.720.620.08脲酶(UR)0.410.410.370.05蔗糖酶(SU)0.610.540.400.06

由表5可知，對(duì)3種評(píng)價(jià)方法得到的土壤肥力質(zhì)量進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果表明采用最小數(shù)據(jù)集方法得到的土壤肥力質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果與采用主成分分析的全體數(shù)據(jù)集和GRA方法得到的結(jié)果顯著相關(guān)(P<0.01)，這說(shuō)明開(kāi)展土壤肥力質(zhì)量評(píng)價(jià)時(shí)，最小數(shù)據(jù)集方法可以替代全體數(shù)據(jù)集和GRA分析方法。

2.4.2確定蘋(píng)果限產(chǎn)因素

土壤肥力質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果最終要為作物產(chǎn)量服務(wù)。結(jié)合當(dāng)?shù)毓麍@實(shí)際蘋(píng)果產(chǎn)量，對(duì)各土壤指標(biāo)與3種生草覆蓋模式下蘋(píng)果產(chǎn)量進(jìn)行相關(guān)分析。表6表明，在土壤物理指標(biāo)中，含水量與蘋(píng)果產(chǎn)量相關(guān)顯著；而在化學(xué)指標(biāo)中，土壤有機(jī)質(zhì)和全氮與蘋(píng)果產(chǎn)量相關(guān)性達(dá)顯著水平。4種酶活性與蘋(píng)果產(chǎn)量均呈顯著相關(guān)，其中蔗糖酶相關(guān)系數(shù)最大。因此選擇物理和化學(xué)指標(biāo)以及酶活性中相關(guān)系數(shù)最大的土壤含水量、有機(jī)質(zhì)和蔗糖酶活性作為研究區(qū)蘋(píng)果限產(chǎn)因素。

表5 最小數(shù)據(jù)集、全體數(shù)據(jù)集與灰色關(guān)聯(lián)度的相關(guān)性

Table 5 Correlation comparison of minimum data set, total data sets and GRA

評(píng)價(jià)方法全體數(shù)據(jù)集最小數(shù)據(jù)集最小數(shù)據(jù)集0.58??灰色關(guān)聯(lián)度0.47??0.63??

*表示P<0.05，**表示P<0.01。

表6 各因素與蘋(píng)果產(chǎn)量的相關(guān)性

Table 6 Correlation between various affecting factors and apple yield

指標(biāo)相關(guān)系數(shù)指標(biāo)相關(guān)系數(shù)容重(BD)0.03全磷(TP)0.13含水量(WC)0.37??速效磷(AP)-0.05總孔隙度(STP)-0.03pH0.04有機(jī)質(zhì)(SOM)0.38??過(guò)氧化氫酶(CA)0.33??全氮(TN)0.34??多酚氧化酶(PO)-0.29?全鉀(TK)0.03脲酶(UR)-0.33??速效鉀(AK)0.10蔗糖酶(SU)-0.45??

*表示P<0.05，**表示P<0.01。

3 討論

土壤最小數(shù)據(jù)集指標(biāo)的選擇是土壤肥力質(zhì)量評(píng)價(jià)的重要環(huán)節(jié)[19]。鄧紹歡等[14]采用最小數(shù)據(jù)集方法研究南方地區(qū)冷浸田土壤肥力質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)最小數(shù)據(jù)集評(píng)價(jià)結(jié)果與全體數(shù)據(jù)集呈正相關(guān)，并能夠較好代替全體數(shù)據(jù)集。金慧芳等[20]采用最小數(shù)據(jù)集方法研究紅壤坡耕地耕層土壤肥力質(zhì)量，也發(fā)現(xiàn)最小數(shù)據(jù)集方法能夠代替全體數(shù)據(jù)集。在最小數(shù)據(jù)集和全體數(shù)據(jù)集的基礎(chǔ)上，筆者研究中加入灰色關(guān)聯(lián)度的比較，結(jié)果表明3種分析方法的評(píng)價(jià)結(jié)果具有顯著正相關(guān)性，這說(shuō)明最小數(shù)據(jù)集方法能夠較好代替全體數(shù)據(jù)集和灰色關(guān)聯(lián)度方法，這與前人研究結(jié)果一致。

土壤容重是反映土壤通透性的重要指標(biāo)，土壤容重為1.2～1.5 g·cm-3，表明處于為良好狀態(tài)[6]。ROSA等[21]表明種植生草能使土壤孔隙率降低，土壤容重增加。筆者研究中3種覆草方式土壤容重分別為1.36、1.43和1.38 g·cm-3，均處于良好狀態(tài)，且覆草模式土壤容重高于清耕模式，這與前人研究結(jié)果一致。但3種覆草模式土壤容重間沒(méi)有顯著差異，這可能與清耕和覆草年限有關(guān)。土壤含水量也是土壤肥力質(zhì)量的重要指標(biāo)，劉建新[22]發(fā)現(xiàn)果園覆草可以減緩?fù)寥浪终舭l(fā)，增加土壤有效含水量。孫霞等[23]也發(fā)現(xiàn)人工草可顯著提高蘋(píng)果園土壤含水量。筆者研究中，與清耕模式相比，人工草和自然生草模式均可以增加果園地表覆蓋度，加強(qiáng)表層土壤對(duì)降水的攔截，減少水分流失，降低果園土壤水分蒸散作用[24]，進(jìn)而提高蘋(píng)果園土壤含水量，這與前人研究結(jié)果一致。楊麗娜等[25]發(fā)現(xiàn)最適宜果樹(shù)生長(zhǎng)的土壤pH值為5.7～6.7。筆者研究中土壤pH值為8.23，土壤整體呈堿性，這可能是由于研究區(qū)內(nèi)土壤母質(zhì)為黃土母質(zhì)，其富含碳酸鹽，且該區(qū)為半干旱地區(qū)，年降水量少，母質(zhì)中碳酸鹽得不到充分淋溶所致。

土壤有機(jī)質(zhì)是土壤的基本組成部分，在維持土壤生產(chǎn)力方面發(fā)揮著重要作用[26]?；舴f等[27]研究了行間種草對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的影響，表明果園覆草可以增加土壤有機(jī)質(zhì)含量。筆者研究中人工草模式土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著高于清耕和自然生草模式，也表明覆草增加了土壤有機(jī)質(zhì)含量，且人工草模式優(yōu)于自然生草模式。這是由于果園覆草可以使大量有機(jī)質(zhì)進(jìn)入土壤，進(jìn)一步在土壤微生物腐殖化作用下增加土壤有機(jī)質(zhì)含量[26]。而自然生草與清耕模式土壤有機(jī)質(zhì)含量差異不顯著，這可能是由于自然生草模式下土壤生物量低，投入土壤的有機(jī)質(zhì)較少。

土壤酶在土壤物質(zhì)分解與轉(zhuǎn)化中起著重要作用。已有研究[28]表明森林生態(tài)系統(tǒng)中酶活性在物質(zhì)轉(zhuǎn)化和能量流動(dòng)中起關(guān)鍵作用，它與土壤理化性質(zhì)有關(guān)。筆者研究中通過(guò)CCA分析說(shuō)明酶活性和土壤理化性質(zhì)間有密切關(guān)系，如，脲酶與有機(jī)質(zhì)含量，蔗糖酶與AP含量。同時(shí)，脲酶作為重要因子被保留在土壤肥力質(zhì)量評(píng)價(jià)最小數(shù)據(jù)集中，4種酶活性與蘋(píng)果產(chǎn)量顯著相關(guān)，進(jìn)一步證明土壤酶的重要性。筆者研究中人工草模式脲酶活性顯著高于自然生草模式，這可能是由于人工草模式有機(jī)質(zhì)和全氮含量最高，而脲酶活性與有機(jī)質(zhì)含量相關(guān)性高[29]，并且脲酶參與轉(zhuǎn)化尿素中的氮[24]。筆者研究中清耕和人工草模式蔗糖酶活性高于自然生草模式，這可能是由于蔗糖酶與土壤碳氮轉(zhuǎn)化相關(guān)[30]。酶分泌原理表明，酶活性主要由營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)(即生物量效應(yīng))或營(yíng)養(yǎng)需求驅(qū)動(dòng)(即資源分配)[31]。清耕模式土壤有機(jī)質(zhì)和氮含量低于自然生草模式，碳、氮含量不足，營(yíng)養(yǎng)需求驅(qū)動(dòng)酶的生產(chǎn)，提高了蔗糖酶活性。人工草模式土壤有機(jī)質(zhì)和氮含量高于自然生草模式，養(yǎng)分充足，營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)驅(qū)動(dòng)酶生產(chǎn)，也提高了蔗糖酶活性。此外，筆者研究中CCA分析結(jié)果(圖2)表明速效磷也會(huì)影響蔗糖酶活性。清耕模式速效磷含量高于自然生草模式，這可能導(dǎo)致清耕模式蔗糖酶活性高于自然生草模式[29-30]。

已有關(guān)于不同生草覆蓋模式對(duì)蘋(píng)果園土壤肥力影響的研究結(jié)果[32]表明，與人工生草三葉草相比，自然生草植被覆蓋度高，在雨季可促進(jìn)土壤水分下滲，提高土層貯水量，渭北旱塬應(yīng)積極推廣果園自然生草。筆者研究結(jié)果表明，種植人工草可以顯著提高果園土壤有機(jī)質(zhì)和全量養(yǎng)分含量以及酶活性。因此，人工草模式土壤肥力質(zhì)量最高，而清耕模式會(huì)影響土壤中養(yǎng)分，導(dǎo)致土壤肥力質(zhì)量偏低。劉建新[22]的研究結(jié)果表明覆草后,蘋(píng)果單果重增加,與清耕相比，顯著提高了蘋(píng)果產(chǎn)量。筆者研究中，人工草和自然生草模式蘋(píng)果產(chǎn)量高于清耕模式，與前人研究結(jié)果一致。同時(shí)3種生草覆蓋模式土壤肥力質(zhì)量差異與蘋(píng)果產(chǎn)量差異一致。綜上，筆者研究結(jié)果表明，種植人工草綜合效果最好，應(yīng)在吉縣地區(qū)進(jìn)行推廣。同時(shí)，研究區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量偏低，土壤氮素與土壤有機(jī)質(zhì)顯著相關(guān)[33]，應(yīng)提高土壤氮肥的施用，并根據(jù)果樹(shù)生長(zhǎng)需要施用有機(jī)復(fù)合肥。

4 結(jié)論

(1)基于最小數(shù)據(jù)集的土壤肥力質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果與全體數(shù)據(jù)集和灰色關(guān)聯(lián)度的結(jié)果呈正相關(guān)關(guān)系，可以采用最小數(shù)據(jù)集方法代替全體數(shù)據(jù)集及灰色關(guān)聯(lián)度方法評(píng)價(jià)土壤肥力質(zhì)量。

(2)3種生草覆蓋模式下土壤肥力質(zhì)量評(píng)價(jià)由高到低依次為人工草、自然生草和清耕模式，這與3種覆草模式蘋(píng)果產(chǎn)量高低順序一致。

(3)人工草模式蘋(píng)果園土壤肥力質(zhì)量最好，蘋(píng)果產(chǎn)量最高，綜合效果最好，應(yīng)在吉縣地區(qū)推廣。