游浩宇，陳大剛，徐開未，彭丹丹，肖蘇杰，羅中魏，王祖華，陳遠(yuǎn)學(xué)

（1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源學(xué)院，成都 611130；2.四川華勝農(nóng)業(yè)股份有限公司，四川 綿竹 618200）

獼猴桃營養(yǎng)豐富，富含Vc，被譽(yù)為“水果之王”，是世界消費(fèi)量最大的水果之一[1-2]。中國、新西蘭、意大利、智利、法國和希臘是世界獼猴桃主產(chǎn)國，產(chǎn)量占世界的90%[3]，據(jù)FAO數(shù)據(jù)統(tǒng)計，截至2019年，中國獼猴桃種植面積和產(chǎn)量穩(wěn)居世界第一。四川是中國獼猴桃第二大主產(chǎn)區(qū)，種植帶多分布在盆周山區(qū)及龍門山斷裂帶的山丘區(qū)[4]，在綿竹、都江堰、蒲江和彭山等地的平壩區(qū)也有較大面積種植。獼猴桃為肉質(zhì)根系，喜水怕澇，根和葉呼吸能力強(qiáng)，蒸騰作用大，對土壤的通氣透水性能要求較高[5]；獼猴桃適宜生長在pH 5.5～6.5、腐殖質(zhì)含量高、團(tuán)粒結(jié)構(gòu)好、土壤持水力強(qiáng)以及通氣性好的土壤上[6]。而據(jù)調(diào)查，四川獼猴桃約60%種植在質(zhì)地黏重的紫色大土、老沖積黃壤和潴育型水稻土等土壤上。黏質(zhì)土壤的結(jié)構(gòu)性差，緊實板結(jié)、土壤容重大，通氣透水性能弱、持水量大；加上四川盆地及盆周山地的降雨量大，在黏質(zhì)土壤和地形排水不暢等因素加持下，獼猴桃園常產(chǎn)生滯水澇害，影響獼猴桃根系下扎和生長，進(jìn)而影響地上部的生長，嚴(yán)重影響產(chǎn)量和品質(zhì)。有研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)獼猴桃淹水時間超過3 d，樹體就會受到不可逆的損傷[7]。因此，獼猴桃園的黏重土質(zhì)已是生產(chǎn)上的痛點，已引起產(chǎn)業(yè)界的重視；對黏重獼猴桃園土壤進(jìn)行改良，改善土壤結(jié)構(gòu)和物理性能，增強(qiáng)土壤透水通氣性和養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化釋放，提高根系生長活性，促進(jìn)獼猴桃健康生長是現(xiàn)今獼猴桃產(chǎn)業(yè)的重要研究事項。

黏質(zhì)土壤的改良方法很多，效果各異。早期有使用廢砂進(jìn)行改土，發(fā)現(xiàn)廢砂改善了黏土的物理性狀，使土壤疏松，促進(jìn)根系生長，實現(xiàn)作物增產(chǎn)[8]；在黏性堿化鹽土中摻入20%沙子后，其土壤容重下降0.15 g/cm3，土壤通氣孔隙度增加9.60%[9]。摻砂能有效提高土壤的滲透性，滲透系數(shù)隨著容重的增加而明顯降低，并隨著摻砂比例增加淋洗脫鹽速率增加，摻砂比例達(dá)40%時脫鹽效果最好[10-11]。利用硅輕石對獼猴桃園進(jìn)行改良，能提升土壤透氣性，降低土壤黏重性[12]。也有研究表明，使用2～7 mm粒徑的“泡沫砂”對黏重土壤進(jìn)行改良時，土壤的通氣孔隙能達(dá)到適宜作物生長的最適宜范圍[13]。除摻砂措施外，施有機(jī)肥或秸稈還田也是黏質(zhì)土壤改良的重要途徑；施用有機(jī)物料不僅可以提高獼猴桃品質(zhì)，還能改善土壤質(zhì)量。S.M.Aggelides和P.A.Londra在2000年的研究表明，使用城市垃圾、污泥和木屑混合制成的有機(jī)肥對黏土進(jìn)行改善，土壤的物理性狀都可以得到很好的改善，且改善程度與堆肥的施用量成正比[14]。另有研究發(fā)現(xiàn)，通過增施有機(jī)肥或微生物菌劑，能夠提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，降低土壤pH，改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，促進(jìn)微生物繁殖，活化土壤養(yǎng)分，減少化肥的使用量，提高獼猴桃產(chǎn)量[15-16]。秸稈還田能改變土壤理化性質(zhì)，促進(jìn)根系對養(yǎng)分的吸收[17]；長期秸稈還田并配施氮磷鉀肥，能提升土壤肥力[18]；有機(jī)與無機(jī)肥配合施用，增加土壤養(yǎng)分，促進(jìn)紅陽獼猴桃的生長發(fā)育，提高果實產(chǎn)量和品質(zhì)[19]。

本研究采用池栽試驗，設(shè)置不同比例的摻河砂、蚯蚓糞和獼猴桃修剪枝條等物料，研究不同土壤改良措施下獼猴桃園黏重土壤物理、化學(xué)性質(zhì)的變化，并利用主成分分析法對土壤理化性質(zhì)進(jìn)行綜合評價，從而篩選適宜的土壤改良配方，為全國獼猴桃園黏質(zhì)土壤改良和獼猴桃優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)提供理論依據(jù)和技術(shù)途徑參考。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗地點位于四川省綿竹市華勝農(nóng)業(yè)遵九獼猴桃種植基地（31°23'N，104°7'E，海拔730 m），氣候?qū)賮啛釒駶櫦撅L(fēng)氣候，年均氣溫15℃，年均降雨量1 196.7 mm，且降雨主要集中在7—9月份。試驗期間降水量和氣溫如圖1所示。

圖1 2021年綿竹遵九基地氣候情況Figure 1 The climate condition of Mianzhu Zunjiu base in 2021

1.2 試驗材料

1.2.1 供試土壤

本研究采用池栽試驗，池中供試土壤采自于華勝農(nóng)業(yè)公司遵九獼猴桃基地果園（此園原來常年種植水稻，于2014年建園種獼猴桃），土壤類型為水稻土，土壤質(zhì)地為黏質(zhì)重壤土，土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)為pH 6.58、有機(jī)質(zhì)29.57 g/kg、全氮0.53 g/kg、全磷（P2O5）0.97 g/kg、全鉀（K2O）11.44 g/kg、堿解氮68.23 mg/kg、有效磷13.95 mg/kg以及速效鉀116.52 mg/kg。

1.2.2 土壤改良材料

選用河砂、蚯蚓糞和獼猴桃枝條等3種材料用于土壤改良。河砂選用粒徑<3 mm的中砂，購于當(dāng)?shù)亟ú氖袌?；蚯蚓糞購于深圳市眾翔蚯蚓養(yǎng)殖專業(yè)合作社；獼猴桃枝條取自公司基地獼猴桃冬季修剪枝條，枝條粉碎成2～3 cm小段，經(jīng)堆漚腐熟后備用。各供試材料的基礎(chǔ)養(yǎng)分及pH見表1。

表1 土壤改良材料基礎(chǔ)性質(zhì)Table 1 Basic chemical properties of the test materials

1.3 試驗設(shè)計

1.3.1 試驗池規(guī)格

試驗以池栽方式進(jìn)行，試驗池為人工修砌的磚池。池子規(guī)格為長1 m、寬1 m和高1 m，容積1 m3。池子正面用兩塊長80 cm和寬50 cm的木板拼接而成，池子內(nèi)部三面用水泥抹光做防滲水處理，底部不做任何處理，為自然地面，能向下滲水。池子底部安裝2根排水管。共修砌池子21個。

1.3.2 試驗處理

試驗共設(shè)7個處理。處理1：基地原土（CK）；處理2：基地原土基礎(chǔ)上摻砂184 kg/池，相當(dāng)于砂土質(zhì)量比20%（S20）；處理 3：基地原土基礎(chǔ)上摻砂368 kg/池，相當(dāng)于砂土質(zhì)量比40%（S40）；處理4：基地原土基礎(chǔ)上摻混獼猴桃枝條3 kg/池（B3）；處理5：基地原土基礎(chǔ)上摻混蚯蚓糞10 kg/池（W10）；處理6：基地原土基礎(chǔ)上摻混獼猴桃枝條3 kg和蚯蚓糞10 kg/池（B3+W10）；處理7：基地原土基礎(chǔ)上摻混蚯蚓糞20 kg/池（W20）。每個處理重復(fù)3次，隨機(jī)區(qū)組排列。

試驗前用微挖機(jī)在果園基地起土60 cm，然后混勻備用，裝池前土壤過孔徑7 mm的篩。先在每個池子底部鋪墊基地原土，邊鋪邊輕輕壓實，填至20 cm深，作為池子中的底層土壤。然后再在上面裝填不同處理的改良土壤，邊鋪邊輕輕壓實，填至深度80 cm，即裝填改良土壤深60 cm（對照處理以基地原土裝填）。

為方便采樣，事先用300目尼龍網(wǎng)制作30 cm×30 cm×35 cm的尼龍網(wǎng)袋，在每個池子的一角挖出30 cm×30 cm×35 cm的土體，將土裝于尼龍網(wǎng)袋內(nèi)，再將裝土的尼龍網(wǎng)袋填于坑中，周圍撫平壓實，使土面平整。于2021年3月16日裝完土壤，隨后每網(wǎng)袋內(nèi)栽植一株獼猴桃幼苗，獼猴桃幼苗經(jīng)過嚴(yán)格選擇，基部莖粗、株高和根系大小基本一致。池栽試驗露天雨養(yǎng)管理，只在特別干旱時一致澆水。于2021年11月14日試驗結(jié)束，采集尼龍網(wǎng)袋內(nèi)土壤樣品，同時收獲獼猴桃植株。本文只報道土壤理化性質(zhì)的變化，關(guān)于獼猴桃植株數(shù)據(jù)另文報道。

1.4 項目測定與方法

1.4.1 土壤物理指標(biāo)測定

用土壤緊實度儀（YT-JSD）在土面垂直下扎20 cm左右，讀取土壤緊實度數(shù)據(jù)，均勻布點4次作為平行測定。再剝?nèi)ケ韺铀赏?～5 cm后打環(huán)刀測土壤容重，每個處理做3次平行。實驗室進(jìn)行飽和含水量、田間持水量和土壤孔隙度的測定[20-21]。相關(guān)計算公式如下：

土壤容重(g?cm-3)=(W4-W0)/V;

土壤總孔隙度(%)=(W2-W4)/V×100%;

土壤毛管孔隙度(%)=(W3-W4)/V×100%;

土壤非毛管孔隙度(%)=(W2-W3)/V×100%;

土壤毛管孔隙度(%)=總孔隙度-非毛管孔隙度;

土壤飽和含水量(%)=(W2-W0)/(W4-W0)×100%;

土壤田間持水量(%)=(W3-W0)/(W4-W0)×100%。

上式中，W0為環(huán)刀質(zhì)量，W2為水飽和土+環(huán)刀的質(zhì)量，W3為水飽和再疊放靜置8 h后土+環(huán)刀的質(zhì)量，W4為烘干后土+環(huán)刀的質(zhì)量，V為環(huán)刀的體積（100 cm3）。

1.4.2 土壤化學(xué)指標(biāo)測定

采0～20 cm表層混合土壤，測定全氮（凱氏定氮法）、堿解氮（堿解擴(kuò)散法）、有效磷（0.5 mol/L NaHCO3浸提，鉬銻抗比色法）、速效鉀（NH4OAC浸提，火焰光度法）、緩效鉀（1 mol/L熱HNO3浸提，火焰光度法）、有機(jī)質(zhì)（重鉻酸鉀容量法-外加熱法）、pH（電位法）和陽離子交換量（1 mol/L乙酸銨交換法）等化學(xué)指標(biāo)[21]。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2010軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行初步統(tǒng)計與分析，用SPSS 22.0軟件進(jìn)行單因素方差分析（one-way analysis of variance，ANOVA），用LSD法對數(shù)據(jù)平均值進(jìn)行顯著性檢驗（P=0.05）；使用SPSS 22.0軟件最大方差法進(jìn)行因子旋轉(zhuǎn)，對土壤理化性質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同改良措施對土壤物理性質(zhì)的影響

2.1.1 土壤容重

土壤容重能反應(yīng)土壤的密實程度和土質(zhì)情況，直接影響著土壤孔隙狀況、結(jié)構(gòu)等土壤物理特性，土壤容重越大，土壤的密實程度越大。如圖2（A）所示，在施入不同土壤改良劑后，各處理的土壤容重發(fā)生了明顯變化（P<0.05），土壤容重大小表現(xiàn)為：S40>CK>S20>B3>W10>B3+W10>W20。摻砂40%處理（S40）的土壤容重比對照處理（CK）顯著增加（P<0.05），增加幅度為3.99%；而摻混蚯蚓糞各處理（W10、B3+W10、W20）的土壤容重比CK顯著降低（P<0.05），降低幅度分別為4.9%、5.0%、6.5%；S20、B3與CK的土壤容重?zé)o明顯差異（P>0.05）。說明大量摻砂增大土壤容重，摻混少量砂子和枝條對土壤容重影響不大，摻混一定量蚯蚓糞對土壤容重有明顯的降低效果。

2.1.2 土壤表面緊實度

土壤緊實度反映出土壤抵御外力壓實的能力，一定程度上反映了土壤的通氣性和透水性。從圖2（B）可知，各處理的土壤表面（0～20 cm）緊實度與CK差異顯著（P<0.05），表現(xiàn)為：CK>S20>W10>W20>B3>B3+W10>S40。S20、W10、W20、B3、B3+W10和 S40處理的土壤緊實度都比CK顯著降低，降低幅度分別為31.8%、34.8%、39.0%、43.9%、48.0%和53.9%。說明黏重土壤中摻混砂子、蚯蚓糞和修剪枝條都能有效降低土壤緊實度，從而增加土壤的通氣透水性，有利于獼猴桃幼苗根系的下扎（圖2B）。

圖2 不同土壤改良措施對土壤容重(A)和土壤表面緊實度(B)的影響Figure 2 Effect of different soil improvement measures on the soil bulk density(A)and the soil surface compactness(B)

2.1.3 土壤持水量

土壤持水性反映土壤保持水分的能力。土壤田間持水量是土壤懸著水的最大量，是大多數(shù)植物可利用的土壤水上限。從圖3可看出，各處理土壤田間持水量大小表現(xiàn)為：W20>W10>B3+W10>CK>B3>S20>S40。W20處理的土壤田間持水量最高，其次是W10和B3+W10，說明摻混蚯蚓糞有機(jī)肥能明顯增加土壤田間持水量，提高土壤的保水能力，但黏質(zhì)土壤中施入蚯蚓糞有機(jī)肥并不能增強(qiáng)土壤的透水通氣性。S20和S40處理土壤田間持水量較CK顯著降低，降低幅度分別為17.61%和37.01%，說明摻砂增強(qiáng)了土壤透水，不利于土壤保水，降低了土壤的持水能力，這在一定程度上能促進(jìn)黏質(zhì)土壤的透水通氣性，但摻砂過多也可能造成漏水嚴(yán)重，可能引起干旱。

土壤飽和含水量包括毛管孔隙和非毛管空隙中的水量，代表了土壤最大的容水能力。各處理的土壤飽和含水量大小表現(xiàn)為：W20>B3+W10>W10>CK>B3>S20>S40。摻砂使土壤飽和含水量降低，摻砂越多土壤飽和含水量越低，其中S40處理與CK間差異顯著（P<0.05），S20處理與CK差異不顯著（P>0.05）。摻混蚯蚓糞有機(jī)肥的處理（W20、W10、B3+W10）相比CK土壤飽和含水量有增加趨勢，但差異不顯著（P>0.05）（圖3）。說明摻砂是降低土壤飽和持水的主要措施，而摻混蚯蚓糞能提高土壤保水蓄水能力，不能降低黏質(zhì)土壤的含水量。

圖3 不同土壤改良措施對土壤持水性能的影響Figure 3 Effects of different soil improvement measures on soil water holding capacity

2.1.4 土壤孔隙度

土壤孔隙度能反應(yīng)土壤緊實狀況，土壤孔隙度組成主要影響土壤通氣透水性和根系穿插的難易程度。毛管孔隙利于持水保水，非毛管孔隙利于透水通氣。如圖4所示，CK的土壤總孔隙度為47.93%，毛管孔隙度、非毛管孔隙度分別為27.80%、20.13%。而S40處理的土壤總孔隙度為43.61%，比CK降低了9.01%（P<0.05），其中毛管孔隙度為17.43%，比CK降低37.31%（P<0.05），非毛管孔隙度為26.18%，比CK增加了30.10%（P<0.05）；隨著摻砂比例提高（CK→S20→S40），土壤總孔隙度、毛管孔隙度及其占比都隨之減小，而非毛管孔隙度及占比隨之增大。說明摻砂會明顯降低土壤總孔隙度和毛管孔隙度，不利于土壤持水和保水，但能明顯增加非毛管孔隙度，對于黏質(zhì)土壤有利于透水通氣。與CK相比，摻混有機(jī)物料（枝條和蚯蚓糞）且隨著用量的增大（CK→B3→W10→B3+W10→W20），土壤總孔隙度、毛管孔隙度及其占比有增大的趨勢，而非毛管孔隙度及占比有降低的趨勢；W20處理土壤總孔隙度（48.58%）比CK增加1.35%，其中毛管孔隙度（31.79%）比 CK增加 14.34%，非毛管孔隙度（16.79%）比CK降低16.60%；但處理之間差異都不顯著（P>0.05）。說明對于黏質(zhì)土壤來說，摻混有機(jī)物料對土壤的持水保水有提升作用，而不利于透水通氣；有機(jī)物料如果量不是特別大的話，影響作用是有限的。綜上說明摻混蚯蚓糞能增大土壤總孔隙度和毛管孔隙度，增強(qiáng)土壤的保水持水能力；摻砂能提高土壤大孔隙（非毛管孔隙），隨著摻砂量的增加，土壤毛管孔隙度和總孔隙度降低，而非毛管孔隙度逐漸增加，適量摻砂有利于土壤通氣透水，改善土壤結(jié)構(gòu)，但如果過量摻砂就會過多增加通氣孔隙，不僅降低土壤保水保肥能力，還造成漏水漏肥。

圖4 不同土壤改良措施對土壤孔隙度的影響Figure 4 Effects of different soil improvement measures on soil porosity

2.2 不同土壤改良措施對土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

土壤對作物的養(yǎng)分供應(yīng)狀況，主要以土壤有機(jī)質(zhì)和速效養(yǎng)分來體現(xiàn)。土壤有機(jī)質(zhì)是一種穩(wěn)定且長效的碳源供應(yīng)物質(zhì)，幾乎包含作物所需的各種營養(yǎng)元素，是衡量土壤肥力的重要指標(biāo)[22]。而速效養(yǎng)分是指能為當(dāng)季作物提供養(yǎng)分的土壤養(yǎng)分，對作物的生長發(fā)育具有重要作用。不同改良措施下土壤化學(xué)性質(zhì)變化列于表2。

表2 不同改良措施對收獲期土壤肥力的影響Table 2 Effects of different improvement measures on soil fertility during harvest

2.2.1 pH

在原土pH為6.43（微酸性）的條件下，摻砂和摻混有機(jī)物料（枝條和蚯蚓糞）都增大了土壤pH，S40處理的pH增至7.03（中性），提升了0.6個單位（P<0.05）；B3、W10和S20處理土壤pH分別增至6.63、6.77和6.90（中性），分別提升了0.2、0.34和0.47個單位（P<0.05）。即摻砂和摻混有機(jī)物料（枝條和蚯蚓糞）都使土壤從微酸性向中性轉(zhuǎn)變。

2.2.2 全氮和堿解氮

摻砂有降低土壤全氮和堿解氮的趨勢。從CK→S40，土壤全氮從0.79 g/kg降至0.65 g/kg，土壤堿解氮從61.03 mg/kg降至40.88 mg/kg，但處理間差異不達(dá)顯著性水平（P>0.05）。摻混修剪枝條對土壤全氮和堿解氮無明顯影響（P>0.05）。摻混蚯蚓糞顯著提高土壤全氮和堿解氮含量（P<0.05），且隨蚯蚓糞施入量的增加而提高，與CK相比，W10、W20處理土壤全氮分別提高34.2%、81.0%（P<0.05），W10、W20處理土壤堿解氮分別提高87.9%、134.9%（P<0.05）。說明摻砂降低土壤氮素含量，摻混蚯蚓糞明顯提高土壤氮素含量。

2.2.3 有效磷

摻砂顯著降低土壤有效磷含量（P<0.05），從CK→S20→S40，土 壤 有 效 磷 從 7.75 mg/kg降 至7.08 mg/kg再降至5.28 mg/kg，降低幅度分別為8.65%、31.87%；摻混修剪枝條對土壤有效磷無明顯影響（P>0.05）。摻混蚯蚓糞顯著提高土壤有效磷含量（P<0.05），且隨蚯蚓糞施入量的增加而提高，與CK相比，W10、W20處理土壤有效磷分別提高32.9%、136.7%（P<0.05）。說明摻砂明顯降低土壤磷素含量，摻混蚯蚓糞明顯提高土壤磷素含量。

2.2.4 速效鉀

土壤速效鉀在W20處理最大（142.54 mg/kg），在S40處理最?。?02.8 mg/kg），但總體上看，摻砂和摻混有機(jī)物料（枝條和蚯蚓糞）對土壤速效鉀含量影響不明顯，各處理之間差異不顯著（P>0.05）。在趨勢上，摻砂40%處理（S40）相比CK土壤速效鉀含量降低8.82%；而摻混枝條和蚯蚓糞增加了土壤速效鉀含量，B3、W10、B3+W10和W20處理相比CK分別增加13.22%、16.15%、19.09%和26.43%。

2.2.5 有機(jī)質(zhì)

摻砂顯著降低土壤有機(jī)質(zhì)含量（P<0.05），從CK→S20→S40，土壤有機(jī)質(zhì)從28.27 g/kg降至23.2 g/kg再降至20.89 g/kg，降低幅度分別為17.93%、26.11%。摻混修剪枝條和蚯蚓糞顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)含量（P<0.05），且隨摻混量的增加而提高，與CK相比，B3、W10、B3+W10和W20處理土壤有機(jī)質(zhì)分別提高13.9%、24.23%、52.95%和82.23%。說明摻砂明顯降低土壤有機(jī)質(zhì)，摻混枝條和蚯蚓糞明顯提高土壤有機(jī)質(zhì)含量。

2.2.6 CEC

摻砂顯著降低土壤陽離子交換量（P<0.05），從CK→S20→S40，CEC從22.28 cmol/kg降至17.84 cmol/kg再降至11.86 cmol/kg，降低幅度分別為19.93%、46.77%。但摻混枝條和蚯蚓糞對土壤陽離子交換量影響不明顯（P>0.05）。

3 不同改良措施下土壤物理化學(xué)性質(zhì)變化的主成分分析

主成分分析（principal component analysis，PCA）通過數(shù)據(jù)降維，能將多個相關(guān)變量轉(zhuǎn)化為少數(shù)不相關(guān)的新變量，新變量成為主成分，可以用較少的變量解釋原始變量的絕大部分信息。經(jīng)對不同改良措施下土壤理化指標(biāo)進(jìn)行SPSS 22.0檢驗，計算得出KMO（Kaiser-Meyer-Olkin）值 為 0.673（>0.500），Bartlett球形檢驗呈極顯著（P<0.01），因此適宜進(jìn)行主成分分析[23]。對土壤質(zhì)量含水量（WC）、土壤容重（SBD）、土壤緊實度（SD）、土壤飽和含水率（SWC）、田間持水量（FC）、總孔隙度（TP）、毛管孔隙度（CP）、非毛管孔隙度（NCP）、全氮（TN）、堿解氮（AN）、有效磷（AP）、速效鉀（AK）、pH、有機(jī)質(zhì)（OM）和陽離子交換量（CEC）等變量進(jìn)行主成分分析，得到主成分方差貢獻(xiàn)、主成分載荷矩陣和特征向量，結(jié)果列于表3和表4。特征值為每個主成分方差，特征值越大，方差百分比越大，意味著該主成分對原始變量解釋度越大，包含的信息越多。根據(jù)累計貢獻(xiàn)率不低于80%的原則[24]，如表3所示，前4個主成分的累積貢獻(xiàn)率為80.006%，因此提取前4個主成分，表示代表不同土壤改良措施下土壤理化性質(zhì)指標(biāo)總信息的80.006%。

表3 不同改良措施下土壤理化指標(biāo)的主成分方差貢獻(xiàn)Table 3 Principal component variance contributions of soil physical and chemical indexes under different improvement measures

載荷表示指標(biāo)在各個成分上的權(quán)數(shù)，其絕對值越大，表示該指標(biāo)與主成分相關(guān)性越大。由表4主成分載荷矩陣可知，第一主成分（PC1）主要提取了有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和全氮；第二主成分（PC2）主要提取了土壤總孔隙度、土壤質(zhì)量含水量、土壤飽和含水率、田間持水量、土壤緊實度和土壤毛管孔隙度；第三主成分（PC3）主要提取了土壤陽離子交換量、速效鉀；第四主成分（PC4）主要提取了土壤pH。

表4 不同改良措施下土壤理化指標(biāo)的主成分載荷矩陣、特征向量Table 4 Principal component loading matrix and eigenvector of soil physical and chemical indexes under different improvement measures

根據(jù)主成分特征向量，構(gòu)建不同土壤改良措施下PC1、PC2、PC3以及PC4與獼猴桃果園土壤物理、化學(xué)指標(biāo)之間的線性關(guān)系式如下：

根據(jù)各主成分與獼猴桃果園土壤物理、化學(xué)指標(biāo)之間的線性關(guān)系式，計算每個主成分的得分，再結(jié)合每個主成分貢獻(xiàn)率，通過評價公式y(tǒng)=0.514 36PC1+0.120 11PC2+0.095 82PC3+0.069 77PC4計算不同土壤改良處理對獼猴桃果園土壤物理、化學(xué)指標(biāo)的綜合得分，結(jié)果見表5?？芍煌寥栏牧即胧ΛJ猴桃果園土壤理化性質(zhì)的影響效果表現(xiàn)為 ：W20（3.346）>B3+W10（1.655）>W10（1.529）>B3（-0.705）>S20（-0.712）>CK（-2.489）>S40（-2.624）。說明在本試驗條件下對土壤物理化學(xué)性質(zhì)影響的綜合得分以摻混蚯蚓糞20 kg/池為最好，其次是摻混蚯蚓糞10 kg+摻混枝條3 kg/池，再次是摻混蚯蚓糞10 kg/池，從次是摻混枝條3 kg/池和摻砂20%，而摻砂40%相比對照有負(fù)面影響。

表5 不同土壤改良措施下土壤理化性質(zhì)指標(biāo)評價結(jié)果Table 5 Evaluation results of soil physical and chemical properties indexes under different soil improvement measures

4 討論

4.1 不同土壤改良措施對土壤物理性質(zhì)的影響

土壤物理性質(zhì)包括土壤顆粒組成、容重、緊實度、孔隙大小及其比例、通氣性、結(jié)構(gòu)性以及耕性等，對作物生長有很重要的影響。植物根系與土壤之間有很大的接觸面，彼此可以進(jìn)行頻繁的物質(zhì)交換，應(yīng)用土壤改良劑對不良土壤物理性狀進(jìn)行改良可顯著改善土壤物理結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，提高土壤肥力，促進(jìn)植物生長，但不同土壤改良措施對土壤物理性質(zhì)的影響不同[25]。土壤容重與土壤緊實度和土壤孔隙度密切相關(guān)，并在一定程度上影響土壤水肥氣熱的分布，直接影響作物的生長發(fā)育[26]。研究表明，隨著摻砂比例的增加，土壤容重總體呈增加趨勢，但土壤容重與摻砂量并不完全呈線性變化關(guān)系[27]。本研究中，隨著摻砂比例增大（CK→S20→S40），土壤容重先減小后增大，這可能由于摻砂使通氣孔隙增多，土壤毛管孔隙度和總孔隙度下降，使得S20處理土壤容重較CK有所下降[28]，而隨著摻砂量進(jìn)一步增大，由于砂的容重（1.758 g/cm3）遠(yuǎn)大于原土容重（1.237 g/cm3），所以S40處理的土壤容重又較CK上升。這與前人[9,27]的研究結(jié)果一致。有研究表明，連續(xù)秸稈還田能改善土壤物理性質(zhì)和養(yǎng)分含量，對降低土壤容重、增加土壤孔隙度都有積極作用，土壤容重隨著秸稈還田深度的增加呈先降低后增加的趨勢[29]。本研究中，B3處理土壤容重較CK下降，但未達(dá)到顯著差異，可能與枝條還田量及還田深度有關(guān)，1 m2面積60 cm深度而整個土體的枝條還田量只有3 kg，用量偏少，加上還田深度較深，因此還田枝條處理對土壤容重的影響較小。蚯蚓糞是腐熟有機(jī)物料，有利于土壤團(tuán)聚體的形成和保持[30]，對于改善土壤物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)具有重要意義。土壤中添加蚯蚓糞有機(jī)肥能有效降低土壤容重，且隨著蚯蚓糞施用量的增加，土壤容重逐漸下降[31]。本研究的結(jié)果一致，隨著蚯蚓糞和枝條施入量的增加，土壤容重顯著下降（W20

土壤緊實度是衡量土壤中三相物質(zhì)存在狀態(tài)和容積比例的重要指標(biāo)，對土壤水肥氣熱及其理化生過程具有調(diào)控作用[32]。本研究中，摻混河砂、獼猴桃枝條和蚯蚓糞3種物料均能顯著降低土壤緊實度（降低幅度31.8%～53.9%），其中S40處理土壤緊實度最低，且與其余處理均差異顯著（P<0.05）?？赡苁怯捎诎促|(zhì)量比摻砂40%后，土壤砂粒組成增多，通氣孔隙增多，土壤通透性增強(qiáng)，因此緊實度更低。大量摻砂使土壤總孔隙度發(fā)生變化。有研究表明，隨著摻砂量的增大，土壤總孔隙度呈下降趨勢[33]。本研究中，土壤為黏質(zhì)重壤土，土壤總孔隙度較大，達(dá)到47.93%，但多為非活性孔隙和毛管孔隙，通氣孔隙少，摻砂增多土壤通氣孔隙，而毛管孔隙和非活性孔隙相應(yīng)減少，土壤總孔隙度也減少（從CK→S20→S40，總孔隙度從47.93%降至47.30%再降至43.61%；毛管孔隙度從27.80%降至23.31%再降至17.43%，非毛管孔隙度從20.13%增到23.99%再增至26.18%）。土壤非毛管孔隙與毛管孔隙的組合適宜，則水氣協(xié)調(diào)，有利于作物生長[34]。但在過量摻砂情況下，土壤大孔隙過多，而大孔隙中的水可在重力作用下較快速地排出，成為水和空氣的通道，所以土壤中過多的大孔隙又會造成土壤保水保肥能力變差，不利于作物的生長[35-36]。有研究發(fā)現(xiàn)，秸稈和蚯蚓糞施入土壤能增大土壤孔隙度并能顯著降低土壤緊實度[37-38]。本研究中，隨著枝條和蚯蚓糞的施入（CK→B3→B3+W10），土壤緊實度降低了43.93%和48.01%，總孔隙度從47.93%增至48.99%。隨著蚯蚓糞施入量增加（CK→W10→W20），土壤緊實度降低了34.1%和38.96%，總孔隙度從47.93%增至48.58%。說明在本試驗條件下，蚯蚓糞和枝條還田均能顯著降低土壤緊實度，隨著施用量增加土壤孔隙度增大。

有研究發(fā)現(xiàn)，隨著摻砂量的增加摻砂層土壤導(dǎo)水率增大，飽和含水率減小，土壤更易達(dá)到飽和[39]。本研究中摻砂處理顯著降低了土壤持水能力，降低了土壤飽和含水量和田間持水量，提高了土壤非毛管孔隙的占比，土壤的通氣性、排水性增強(qiáng)。這與馬彥霞等[40]的研究結(jié)果相似。且隨著摻砂量的增加（CK→S20→S40），土壤飽和含水率和田間持水量下降（土壤飽和含水率從40.35%降至39.03%再降至36.77%，分別下降3.27%和8.81%；田間持水量從23.40%降至19.28%再降至14.74%，分別下降17.61%和37.01%）。潘金華等[41]研究發(fā)現(xiàn)，土壤飽和含水量和田間持水量均隨土壤結(jié)構(gòu)改良劑添加量的增加而增加。本研究中，各蚯蚓糞處理（W10、B3+W10、W20）增加了土壤保水持水能力，W20處理顯著提高土壤田間持水量。枝條還田處理（B3）對土壤持水能力變化不顯著，但B3處理與B3+W10處理的飽和含水率差異顯著（P<0.05），這可能是因為蚯蚓糞富含多糖，能使不同粒級的團(tuán)聚體趨向合理，有利于增加團(tuán)聚度，從而影響土壤水分特征，增強(qiáng)土壤保水能力[42-43]。

4.2 不同土壤改良措施對土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

不同土壤改良劑的施入可顯著提高土壤肥力。本研究顯示，土壤中摻入河砂、枝條和蚯蚓糞后，土壤pH、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)和陽離子交換量均有所變化。

土壤pH值直接影響著土壤中養(yǎng)分存在的狀態(tài)、轉(zhuǎn)化和有效性，與土壤肥力關(guān)系密切[44]。有研究表明，蚯蚓糞有較大的酸堿緩沖容量，使土壤pH最終趨于中性，為作物生長提供更好的微域環(huán)境[45]。本研究發(fā)現(xiàn)，各處理pH與CK呈顯著差異，摻蚯蚓糞處理使土壤pH變化幅度較大，W10處理和B3+W10處理的pH值提升0.34個單位，W20處理提升0.47個單位，說明施入蚯蚓糞能增加土壤對酸堿的緩沖能力，調(diào)節(jié)土壤pH；河砂的pH為8.5，所以土壤摻砂后pH升高。有研究表明，秸稈還田對土壤pH的變化受還田之前原始土壤pH的影響很大[46]，獼猴桃枝條還田土壤pH提高了0.2個單位，可能是因為供試土壤pH為6.43（微酸性），所以枝條還田后pH值提升至6.63，說明獼猴桃修剪枝條還田后可提高土壤pH。土壤有機(jī)質(zhì)能增強(qiáng)土壤保肥供肥能力，提高土壤養(yǎng)分有效性。在本研究中，摻砂使土壤養(yǎng)分下降，且隨著摻砂增多，土壤養(yǎng)分下降越多，但總體差異不顯著。土壤有機(jī)質(zhì)含量隨摻砂增多而呈下降趨勢。有研究表明[47]，施用蚯蚓糞可以促進(jìn)養(yǎng)分活化，保持速效養(yǎng)分供應(yīng)平衡，提高土壤供肥能力。從本研究結(jié)果看，土壤中施入蚯蚓糞對土壤全氮、堿解氮和有機(jī)質(zhì)有顯著提升。這與前人[48-49]的研究結(jié)果一致。這可能是由于蚯蚓糞養(yǎng)分全面并富含豐富有機(jī)質(zhì)，土壤中施入蚯蚓糞可以將大量有機(jī)質(zhì)帶到土壤，經(jīng)分解后形成有機(jī)酸，在酸溶作用下，使礦物風(fēng)化和養(yǎng)分釋放能力增強(qiáng)，平衡速效養(yǎng)分供應(yīng)，從而使土壤肥力得到改善。本試驗中，獼猴桃枝條還田促進(jìn)了土壤有機(jī)質(zhì)的增加，但未達(dá)到顯著差異（P>0.05），這可能和枝條的還田量和還田深度有關(guān)。土壤陽離子交換量代表了土壤保肥性能的高低，一定程度上與有機(jī)質(zhì)、黏粒含量呈正相關(guān)。有研究表明，土壤中秸稈分解，有機(jī)氮銨化形成NH4+，阻礙交換性K+的固定[50]，可有效提升土壤交換性K+含量[51]。本研究中，B3處理陽離子交換量最大，B3+W10處理其次，說明土壤中摻枝條和蚯蚓糞能提高土壤中陽離子交換量，但未達(dá)到顯著差異。摻砂降低了土壤中陽離子交換量，且隨摻砂量的增大而減少，S40處理土壤陽離子交換量顯著下降。

綜上，本試驗得出土壤摻河砂（S20、S40）、獼猴桃修剪枝條（B3）和蚯蚓糞（W10、B3+W10、W20）均能顯著提高土壤pH值，使之趨于中性。摻砂處理（S20、S40）降低了土壤養(yǎng)分，且摻砂量越大養(yǎng)分降低越多，摻砂達(dá)40%時土壤有效磷和陽離子交換量顯著下降。蚯蚓糞有機(jī)肥處理（W10、B3+W10、W20）提高了土壤整體養(yǎng)分，顯著提升土壤全氮、堿解氮和有機(jī)質(zhì)含量。枝條還田處理（B3、B3+W10）一定程度提高土壤養(yǎng)分，但因枝條還田量小以及還田較深等原因，單施枝條處理（B3）對土壤養(yǎng)分提升效果不顯著。

土壤改良是一個周期長見效緩慢的過程[52-54]，本研究中不同物料改良處理間土壤理化性質(zhì)雖具有明顯差異，但因試驗周期尚短，未能反映土壤改良的穩(wěn)定效果。因此，應(yīng)繼續(xù)監(jiān)測土壤物理化學(xué)性質(zhì)，評估土壤改良措施對土壤肥力的長期影響效果。本文只報道了不同改良措施對土壤理化性質(zhì)的影響結(jié)果，關(guān)于獼猴桃幼苗生長及養(yǎng)分結(jié)果將另文刊發(fā)，應(yīng)結(jié)合土壤理化性質(zhì)數(shù)據(jù)及植株生長發(fā)育數(shù)據(jù)，綜合評價不同土壤改良措施的實際應(yīng)用效果。

5 結(jié)論

摻混不同物料及用量對土壤理化性質(zhì)影響較大。在物理性質(zhì)方面，摻砂（S20、S40）能降低土壤容重、土壤緊實度和土壤持水量，增大土壤非毛管孔隙度。枝條還田（B3）能顯著降低土壤緊實度，但對土壤容重、土壤持水量和土壤孔隙度的改善效果不明顯。施入蚯蚓糞(W10、B3+W10、W20)能顯著降低土壤容重和土壤緊實度，且隨著蚯蚓糞施用量的增加，土壤容重下降，土壤孔隙度增大，增加了土壤持水能力；在化學(xué)性質(zhì)方面，摻砂（S20、S40）造成土壤養(yǎng)分下降，大量摻砂（S40）更易造成土壤保水能力下降，肥力降低，因此建議摻砂時要加強(qiáng)相應(yīng)的水肥管理；枝條還田能一定程度促進(jìn)土壤陽離子交換量的提高，但不顯著；施入蚯蚓糞顯著提高了土壤全氮、堿解氮和有機(jī)質(zhì)含量，提高了土壤養(yǎng)分。主成分分析結(jié)果表明，本試驗條件下對土壤物理化學(xué)性質(zhì)影響的綜合效果以摻混蚯蚓糞20 kg/池為最好，其次是摻混蚯蚓糞10 kg+獼猴桃修剪枝條3 kg/池，再次是摻混蚯蚓糞10 kg/池以及摻砂20%。綜合認(rèn)為，針對獼猴桃園黏重土壤而言，比較科學(xué)合理的土壤改良措施是摻砂20%并添加蚯蚓糞有機(jī)肥20 kg/0.6 m3（混合深度為60 cm）。