劉鴻宇，蔣承雨，藍 琳，李春華

（中南林業(yè)科技大學(xué) 林學(xué)院，湖南 長沙 410004）

泡桐是一種生長速度快、用途廣泛的樹種。我國擁有上千年的泡桐栽培歷史，它在林業(yè)生產(chǎn)中占有重要地位[1]，研究土壤中的養(yǎng)分轉(zhuǎn)化為泡桐自身的生物量效率和影響因素對于泡桐營林實踐和可持續(xù)經(jīng)營具有現(xiàn)實參考意義。一直以來，植物養(yǎng)分利用效率（Nutrient use efficiency）受到了國內(nèi)外學(xué)者極大的關(guān)注，一般認為養(yǎng)分利用效率大小主要取決于植物種類和生長類型[2]，不同研究者從不同角度、針對不同品種類型對養(yǎng)分利用效率進行定義。Gerloff[3]認為植物利用每單位營養(yǎng)物質(zhì)能夠固定的二氧化碳量即為養(yǎng)分利用效率；Arets[4]對單個植株進行研究，提出養(yǎng)分利用效率可以表示為葉片最大凈光合量與某一養(yǎng)分元素（主要以N 和P 為主）的比值。Akinrinde 等[5]研究尼日利亞品種甜玉米在不同土壤下的生長狀況，認為養(yǎng)分利用效率可用每單位的甜玉米產(chǎn)量所需要的土壤養(yǎng)分量來表示；Hawkesford[2]認為養(yǎng)分利用效率是用來衡量植物對土壤中可利用的礦物質(zhì)營養(yǎng)元素吸收攝取的情況，從植物生理角度將養(yǎng)分利用效率定義為每單位營養(yǎng)素含量（或肥料）的產(chǎn)量（生物量），Nitschke 等[6]在對加拿大北方森林生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分利用效率的研究中，把養(yǎng)分利用效率描述為每單位的土壤養(yǎng)分含量（以N 和P 為主）能夠產(chǎn)生的生物量。國內(nèi)植物養(yǎng)分利用效率的研究大多沿用國外的方法。李韻珠等[7]認為植物的土壤養(yǎng)分利用效率是每單位的土壤養(yǎng)分消耗量所對應(yīng)獲得的經(jīng)濟產(chǎn)量；馬祥慶等[8]認為森林生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分利用效率是林木生產(chǎn)出的干物質(zhì)量所需要的養(yǎng)分含量；劉增文等[9]認為森林生態(tài)系統(tǒng)林木的養(yǎng)分利用效率表示為每一木材成熟后所需要從土壤中攝取的養(yǎng)分數(shù)量；盛煒彤等[10]定義杉木人工林養(yǎng)分利用效率為每單位被利用的養(yǎng)分所能夠生產(chǎn)的生物量；吳鵬飛等[11]從植物細胞水平層次以Ca+為胞內(nèi)信號研究人工林的養(yǎng)分利用效率，認為養(yǎng)分利用效率等于林木生物量/土壤養(yǎng)分含量；廖育林等[12]，將南方雙季稻的土壤養(yǎng)分（以N、P 為主）利用效率描述為（施肥條件下水稻籽粒產(chǎn)量-不施肥條件下的籽粒產(chǎn)量）/（施肥量）。在泡桐養(yǎng)分的研究文獻中，丁維新[13]利用對比分析法研究泡桐葉養(yǎng)分含量受土壤影響，結(jié)果表明泡桐葉中P、Fe 與K 之比和土壤中對應(yīng)的比值呈顯著正相關(guān)，盧琦等[14]的研究結(jié)果認為泡桐與小麥間作在一定程度上能積極影響泡桐的生長；朱志文等[15]通過設(shè)置對照組研究湖南省中部泡桐人工林與土壤養(yǎng)分的相關(guān)關(guān)系情況，結(jié)果表明西瓜、泡桐間作地的表層土壤養(yǎng)分含量更低，不利泡桐的養(yǎng)分吸收；Tu 等[16]利用最小數(shù)據(jù)集等方法對湖南省泡桐種植區(qū)的土壤質(zhì)量進行評價，結(jié)果顯示泡桐與杉木、橘樹、油茶間作會造成土壤質(zhì)量下降。

植物生長過程中對養(yǎng)分的吸收利用較為復(fù)雜，會受到諸多因素的影響，這也是國內(nèi)外研究關(guān)注的重要問題。20 世紀末，Arco 等[17]的研究表明植物葉片脫落時間能夠顯著影響其養(yǎng)分吸收利用效率，一般情況下，葉片凋落時間長的植物對應(yīng)較低的養(yǎng)分利用效率；有研究報道植物體內(nèi)次生代謝過程也會對養(yǎng)分利用效率產(chǎn)生影響，植物通過次生代謝產(chǎn)生其生命活動非必需的有機酸、纖維素、木質(zhì)素等產(chǎn)物，可為植物體內(nèi)一系列生化反應(yīng)提供物質(zhì)基礎(chǔ),但是這些次生代謝物會在一定程度上降低植物養(yǎng)分利用效率[18]；還有研究認為樹木的生長周期會影響其養(yǎng)分吸收，樹木年齡越大，其對應(yīng)的養(yǎng)分利用效率也就越高[19]；邢雪榮等[20]的研究指出土壤中有效養(yǎng)分濃度的大小會顯著影響植物的養(yǎng)分利用效率，這是因為植物盡管能夠從大氣當中獲得一部分養(yǎng)分元素（如N 與S），但其生命活動所需養(yǎng)分絕大部分還是得從土壤中獲??；Hawkesford[2]的研究指出植物的遺傳特性差異會顯著影響?zhàn)B分利用效率，可通過良種培育改進養(yǎng)分利用效率；同時，土壤養(yǎng)分條件也會對植物養(yǎng)分利用效率產(chǎn)生影響，他認為這是由于各個土壤養(yǎng)分之間存在物理化學(xué)屬性方面的差異，而且各個養(yǎng)分在植物中的功能也有所不同；此外，施肥時間和方法以及栽培方式也對養(yǎng)分利用效率產(chǎn)生顯著影響[21-23]，最后，Bridgeham、Aerts、Hawkesford 等研究認為環(huán)境因素光照、溫度、降水、土壤受污染程度也是影響植物養(yǎng)分利用效率的因素[2,4,24]。

綜上分析發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有研究主要從植物體養(yǎng)分元素或者生物量（產(chǎn)量）與土壤中各個養(yǎng)分元素比率對養(yǎng)分利用效率進行定義，然而，土壤中的養(yǎng)分元素與非養(yǎng)分元素存在密切的相互作用，土壤肥力是他們組成的養(yǎng)分因子決定的，肥力質(zhì)量決定了林木的生長狀況。因此，本研究中養(yǎng)分利用效率包含非養(yǎng)分元素利用效率，試圖利用擴展的養(yǎng)分效率模型評價亞熱帶泡桐人工林養(yǎng)分利用狀況，并且找出影響?zhàn)B分利用效率的關(guān)鍵因素。

1 材料與方法

1.1 樣地概況

研究地位于湖南省邵陽、攸縣、湘陰、茶陵、 瀏陽5縣市，111°23′06′′～113°51′59′′ E、26°52′22″～28°32′39″ N之間，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均日照時數(shù)為1 300～1 800 h、年平均氣溫在15～18 ℃之間，年平均降水量 1 200～1 700 mm，主要土壤類型為第四紀紅壤，富鋁化、偏酸性（圖1）。

圖1 研究區(qū)及樣地位置Fig.1 Study area and sample location

1.2 土壤采樣及指標測定

1.2.1 樣地土壤采樣

本研究中每個樣地設(shè)置9 個地塊，共計72 地塊；對每個地塊進行編號，其中編號為1～18 均位于湘陰，為泡桐與油菜間作地；編號為19～27位于攸縣，地塊編號28～36 位于邵陽、地塊37～45 位于茶陵，3 個樣地均為泡桐純林種植地；地塊46～54 位于茶陵，為泡桐、油茶間作地，地塊55～63 位于攸縣、為泡桐橘樹間作地；地塊64～72 位于瀏陽，為泡桐杉木間作地；土壤樣品在20 m×20 m 泡桐樣地，土層深度在0～20 cm并以“W”形路徑取得，每一種土壤樣品根據(jù)不同的泡桐種植間作類型重復(fù)進行9 次隨機采樣；為使得所取的土壤樣品更具有代表性，不在過濕、過干以及被嚴重壓實的土壤區(qū)采樣，采樣后把樣品帶回實驗室置于陰涼處風(fēng)干，將其研磨，并進行2、1、0.149 mm的過篩，最后將樣品存放在玻璃瓶中備用。

1.2.2 指標選擇及測定

樣地土壤考慮土壤的物理、營養(yǎng)、生理3 個方面的屬性，共計25 項，土壤及泡桐生長各項指標測定方法如下：1）物理指標：土壤容重（BD）、總孔隙率（TOP）使用環(huán)刀取土法[25]測定；坡向（Slope）由一個地理羅盤測出、坡地法[26]計算土壤厚度（ST）。2）營養(yǎng)指標:用凱氏定氮法[27]測定總氮含量（TN），用酸度計法[28]測土壤pH值,反射測量法[29]測定硝態(tài)氮（Nitrate-N）,消解法[30]測定全鉀含量（TK），全磷含量（TP）通過一個離散化學(xué)分析儀利用消解法[31]測出，速效鉀（AK）通過Mehlich3、焰色反應(yīng)法[31]測出，有機質(zhì)（SOM）用重鉻酸鹽濕法燃燒法和可見分光光度[32]測出，用鈉飽和法[33]測出陽離子交換量（CEC），有效硼（AB）用熱水提取法[34]測出，有效硫（AS）用磷酸鈣溶液法[34]測出，有效磷（mg/kg）、有效鎂（AMg）、有效銅（ACu）、有效鋅（AZn）、有效鐵（AFe）、有效鈣（ACa）都是利用Mehlich3 法，離散化學(xué)分析儀[35]測出。3）生理指標：脲酶（Urease）由氨釋放法[36]測出，β-葡萄糖苷（BG）、酸性磷酸酶（ACP）由硝基苯基葡糖苷釋放法[37]測出，脫氫酶（DH）由對硝基苯磷酸酯釋放法[38]測出。4）泡桐生長指標：包括泡桐的胸徑（DBH）和樹高（TH）；在立木平均密度為4 m×4 m 的標準地塊中通過激光測距法[39]測量泡桐的胸徑和樹高。

1.3 統(tǒng)計方法

1）土壤主要肥力要素的地域差異采用方差分析方法，使用SPSS22.0 實現(xiàn)；2）由于樣本指標數(shù)較多，采用主成分與數(shù)據(jù)包絡(luò)分析模型（DEA,Data envelopment analysis）結(jié)合方法[40]計算土壤養(yǎng)分利用效率；3）結(jié)構(gòu)方程模型（Structure equation models）是一種協(xié)方差結(jié)構(gòu)分析方法，可用于構(gòu)建和分析觀測變量和潛變量之間以及潛變量間相互關(guān)系[41]，采用該模型分析泡桐生長與肥力要素的關(guān)系，擬合矩陣類型為樣本的協(xié)方差矩陣，統(tǒng)計分析過程在LISREL8.8 中進行。

1.4 養(yǎng)分利用效率及計算

傳統(tǒng)的養(yǎng)分利用效率指植物器官養(yǎng)分元素的含量或者生長量與土壤中對應(yīng)元素的比例，這種定義簡單易于計算，但是只能分析單個元素的利用效率，同時也未能分析與養(yǎng)分利用密切關(guān)聯(lián)的土壤非養(yǎng)分元素對植物養(yǎng)分利用的影響?；诖?，本研究利用數(shù)據(jù)包絡(luò)模型方法，采用植物生長指標加權(quán)和與土壤養(yǎng)分和非養(yǎng)分元素加權(quán)和比例來計算植物養(yǎng)分利用效率，它顯示植物生長對土壤養(yǎng)分狀況的響應(yīng)程度，這種定義的顯著優(yōu)點是既能分析植物單要素養(yǎng)分的利用效率，也能計算各種養(yǎng)分元素與非養(yǎng)分元素的綜合效率，能克服傳統(tǒng)養(yǎng)分利用效率計算中生物量估算的難題。

2 結(jié)果和分析

2.1 泡桐林地土壤養(yǎng)分特性分析

用方差分析方法對不同泡桐人工林地的各個土壤特性指標進行單因素方差分析，顯示72 塊泡桐林地土壤的物理、營養(yǎng)和生理特征的差異（表1）。

表1 單因素方差分析結(jié)果Table1 One-way ANOVA results

表1顯示，土壤的營養(yǎng)指標中，顯著性取值大于0.05 的有總氮（TN）、全鉀（TK）、全磷含量（TP）、有效鎂（AMg）、有效銅（ACu）、硝態(tài)氮（Nitrate-N）、有效鈣（ACa），表明這些土壤養(yǎng)分要素在各個地塊間沒有顯著差異；但有效磷（AP）、有效鎂（AMg）、有效鐵（AFe）、有效硼（AB）、有效硫（AS）、有效銅（ACu）、有效鋅（AZn）、有效鐵（AFe）、有效鈣（ACa）、速效鉀（AK）、有機質(zhì)（SOM）的顯著性取值均小于0.05，表明以上土壤養(yǎng)分指標在地塊間存在顯著差異；生理指標中，脲酶（Urease）、β-葡萄糖苷（BG）、酸性磷酸酶（ACP）、脫氫酶（DH）和pH 值、陽離子交換量（CEC）的顯著性取值均小于0.05，表明各個泡桐林地的土壤生理指標存在差異；土壤的物理指標中，土壤容重（BD）、總孔隙率（TOP）的顯著性取值分別為0.001、0.002，小于0.05，表明72 個地塊的土壤容重和總孔隙率存在顯著差異；而土壤厚度（ST）、坡向（Slope）的顯著性取值分別為0.053、0.067，大于0.05，因此各泡桐林地的土壤厚度和坡向沒有顯著差異。

2.2 土壤主要養(yǎng)分要素分析

土壤質(zhì)量評價涉及眾多指標，出于突出主要信息和減小成本考慮，通常采用統(tǒng)計方法篩選關(guān)鍵指標構(gòu)成土壤肥力數(shù)據(jù)集，本研究利用SPSS22.0統(tǒng)計軟件分別對原始投入數(shù)據(jù)進行主成分分析，并根據(jù)累計方差大于85%的原則以及研究的實際需要，提取第一主成分中因子載荷系數(shù)大于0.8 的指標[42]；各指標的在第一成分中的因子載荷系數(shù)結(jié)果如表2所示。

由表2分析各個因子載荷系數(shù)可見，養(yǎng)分指標中，速效鉀（AK）載荷因子最大，為0.93，其次為土壤有機質(zhì)（SOM），其值為0.83；生理指標中因子載荷系數(shù)最大的是脫氫酶DH，為0.87，達到0.8 以上的有土壤pH 值（0.84）和陽離子交換量CEC（0.84）；物理指標中，因子載荷系數(shù)最大的是土壤容重（BD）,大小0.88。以上指標構(gòu)成了泡桐肥力因子的最小數(shù)據(jù)集，它們作為評價泡桐養(yǎng)分利用效率的投入指標集。

2.3 養(yǎng)分利用效率評價

將以上篩選出的土壤養(yǎng)分元素與非養(yǎng)分因子作為數(shù)據(jù)包絡(luò)模型的投入要素，其主要數(shù)據(jù)統(tǒng)計特征如表3，它們需要進行歸一化處理，對于泡桐生長有合適的范圍的適度指標，如pH 值，最佳適應(yīng)范圍在5.5～7.2 之間，其值過高或過低都會限制泡桐的生長；土壤容重BD(kg·m-3）的最優(yōu)范圍在0～1 之間，這類指標采用拋物線型隸屬度函數(shù)進行標準化，其它在一定范圍內(nèi)土壤肥力質(zhì)量隨測定值的增加而增加或者降低的指標，大于或者小于該值范圍后，土壤肥力達到最高水平且趨于穩(wěn)定，標準化借鑒土壤質(zhì)量評價速查表和Atanu M(2014)等的研究方法[43]，采用S 型隸屬度函數(shù)進行標準化?；跇藴驶涤嬎愕暮现饕萃┤斯ち滞寥鲤B(yǎng)分利用效率值及主要統(tǒng)計特征如表3。

利用以上數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)包絡(luò)模型計算的各樣地泡桐養(yǎng)分利用效率及其統(tǒng)計特征如表4和表5。

表2 土壤因素的因子載荷系數(shù)結(jié)果Table2 Factor loading results of soil factor

表3 投入產(chǎn)出指標及統(tǒng)計性特征Table3 Input-output index system

表4 各地塊泡桐養(yǎng)分利用效率得分值Table4 Nutrient use efficiency scores of Paulownia spot

表5 地域養(yǎng)分利用效率差異Table5 Nutrient use efficiencies in different sites

從表4、表5可得出以下結(jié)果：研究地72 樣地的土壤養(yǎng)分利用效率得分平均值為0.88，30 個地塊達到養(yǎng)分有效利用，百分比為42%，整體水平較高，表明研究地泡桐的土壤養(yǎng)分平均水平較好，整體上有利于泡桐對養(yǎng)分的吸收利用。各個樣地的效率得分平均值大小情況分別為：湘陰1 ＞茶陵2 ＞ 邵陽＞攸縣1 ＞湘陰2 ＞茶陵1 ＞攸縣2 ＞瀏陽，湘陰1 的效率得分平均值最高，DEA 有效百分比也達到100%，遠高于研究地的平均水平，這表明湘陰1 泡桐的養(yǎng)分利用效率最好，湘陰2 的平均得分值為0.92，也比平均水平高，而湘陰泡桐林為泡桐、油菜間作地，表明湘陰縣的土壤養(yǎng)分條件最利于泡桐的生長，且與油菜間作能夠有效提高泡桐對土壤養(yǎng)分的吸收利用。其次，邵陽、攸縣1 為泡桐純林種植地，效率得分平均值分別為0.94、0.93，均高于整個研究地平均水平，表明邵陽的土壤養(yǎng)分條件要優(yōu)于攸縣，且純林種植下的土壤養(yǎng)分環(huán)境有利于泡桐對土壤養(yǎng)分的吸收利用。茶陵2（泡桐、油茶間作）的效率得分平均值為0.962，有效百分比為66.67%；而茶陵1（泡桐純林）得分平均值為0.844，略低于研究區(qū)平均水平，經(jīng)過對此二地的比較，發(fā)現(xiàn)茶陵縣的土壤養(yǎng)分環(huán)境利于泡桐的生長，但是油茶間作下泡桐養(yǎng)分利用效率高于純林種植。 攸縣2（泡桐、橘樹間作）的效率得分平均值為0.79，低于研究地平均水平，表明橘樹與泡桐間作不利于泡桐對土壤中養(yǎng)分的吸收利用。瀏陽的效率得分平均值僅為0.601，僅1 塊子樣地達到DEA 有效，此處所有地塊均為杉木泡桐間作，表明瀏陽在所有研究地中土壤養(yǎng)分條件最差，且與杉木間作極不利于泡桐對養(yǎng)分的吸收。

綜上可知，所有研究地塊泡桐的養(yǎng)分利用效率平均水平較高（均值0.88）；湘陰縣的土壤養(yǎng)分條件最優(yōu)，其次為茶陵、邵陽、攸縣、瀏陽；泡桐與油菜、油茶間作或純林種植能夠提高其養(yǎng)分利用效率，但與杉木、橘樹間作不能促進泡桐對土壤養(yǎng)分的有效利用。

2.4 影響因素分析

2.4.1 模型構(gòu)建

將篩選的pH 值、土壤容重（BD）、速效鉀（AK）、土壤有機質(zhì)（SOM）、陽離子交換量（CEC）、脫氫酶（DH）6 項指標作為影響泡桐養(yǎng)分利用效率的因素，這些指標作為SEM 模型的觀測變量。泡桐林地土壤肥力狀況作為潛變量，此外，將泡桐的樹高和胸徑二者也作為潛變量，據(jù)此構(gòu)建泡桐養(yǎng)分利用和影響因素分析模型，選取線型結(jié)構(gòu)方程模型對影響泡桐養(yǎng)分利用效率的因子載荷程度進行分析驗證，同時，也對結(jié)構(gòu)方程模型的外生觀測變量進行誤差處理，即；設(shè)定土壤養(yǎng)分利用效率為外生潛變量，泡桐生長量為內(nèi)生潛變量，內(nèi)生觀測變量為泡桐樹高（Tree height）、胸徑（DBH）。構(gòu)建的結(jié)構(gòu)方程如圖2所示。

圖2 結(jié)構(gòu)方程模型Fig.2 Structure equation model

在圖2的結(jié)構(gòu)方程模型中，δi(i=1,2,…,6)為外生觀測變量的測量誤差，ε1、ε2為內(nèi)生觀測變量的測量誤差，ti(i=1,2,…,8)為路徑系數(shù)，ζ則為潛變量之間的隨機誤差。

2.4.2 模型評估和結(jié)果

結(jié)構(gòu)方程模型使用以下參數(shù)檢驗其總體擬合度：擬合優(yōu)度指數(shù)（GFI）、正態(tài)擬合指數(shù)（NFI）、可比擬合指數(shù)（CFI）、均方根誤差（RMSEA）、增量擬合指數(shù)（IFI）[38]。相應(yīng)的指數(shù)參考標準和擬合結(jié)果如表6所示，各擬合參數(shù)的結(jié)果均大于參考標準，顯示本研究結(jié)構(gòu)方程模型擬合程度較好，能夠較好地對各變量之間的關(guān)系進行度量。

表6 結(jié)構(gòu)方程模型結(jié)果Table6 Structure equation model results

分析表6發(fā)現(xiàn)：1）在測量模型中，泡桐土壤pH 值與肥力狀況負相關(guān)，標準化路徑系數(shù)大為0.36，誤差為0.75；綜合表6的pH 統(tǒng)計數(shù)據(jù)及土壤條件的最佳范圍，植物生長的土壤pH 最佳范圍是5.5～7.2，樣地的pH 值的平均值4.22，土壤呈酸性，這是由于土壤酸性大影響泡桐根際細菌的活性，從而不利于泡桐對土壤養(yǎng)分的利用。土壤容重（BD）對泡桐的土壤肥力影響為正，標準化路徑系數(shù)大小為0.50，測量誤差為0.75，表明土壤容重（BD）能夠促進泡桐對土壤養(yǎng)分的利用。速效鉀（AK）對土壤肥力的影響為正，標準化路徑系數(shù)為0.71，誤差為0.49。土壤有機質(zhì)與泡桐土壤肥力正相關(guān)，標準化路徑系數(shù)為0.55，誤差為0.69。陽離子交換量與土壤肥力正相關(guān)，標準化路徑系數(shù)為0.06，誤差為1。土壤脫氫酶（DH）也與土壤肥力正相關(guān)，標準化路徑系數(shù)為0.29，誤差為0.92。2）影響泡桐土壤肥力的6 個指標中，路徑系數(shù)最大的為速效鉀AK（0.71），其次為有機質(zhì)SOM（0.55）、土壤容重BD（0.50）、脫氫酶DH（0.29）、陽離子交換量CEC（0.06）、土壤pH 值，表明速效鉀（AK）對于泡桐土壤肥力的貢獻程度最大，有機質(zhì)以及土壤容重次之，意味著在泡桐的營林實踐中要注意土壤的保鉀情況；對于養(yǎng)分利用效率較低的地塊，施加適量鉀肥、有機肥可促進泡桐對養(yǎng)分的吸收利用，使其生長效果更好。在測量模型中，泡桐胸徑、樹高均正向地對其生物量產(chǎn)生影響，二者的路徑系數(shù)分別為1.16、0.64，測量誤差分別為0.34、0.59，表明本研究以樹高和胸徑作為衡量泡桐生物量的指標現(xiàn)實可行，研究結(jié)果具有一定的指導(dǎo)意義。

在結(jié)構(gòu)模型中，土壤肥力狀況顯著正向影響泡桐生物量，路徑系數(shù)大小為0.73，誤差項為0.46，這表明在泡桐生長的過程中，泡桐能夠有效地將土壤提供的養(yǎng)分條件充分利用轉(zhuǎn)化為自身的生物量，這也反映出本研究中將養(yǎng)分利用效率定義為每單位的土壤養(yǎng)分所能夠獲得的泡桐生物量具有可行性。

3 討 論

泡桐養(yǎng)分利用效率反映了它們生存策略的多樣性，本研究確定的泡桐林地土壤關(guān)鍵指標不再局限于氮和磷等大量元素，能夠很好地解釋泡桐養(yǎng)分利用問題，并能避免指標之間重復(fù)冗余問題[2,44]。應(yīng)用數(shù)據(jù)包絡(luò)模型從地塊尺度評價泡桐的土壤養(yǎng)分利用效率，其研究單元不再局限于Craig等、劉增文等、吳鵬飛等從生態(tài)系統(tǒng)或者是細胞分子水平尺度，為養(yǎng)分利用效率的研究提供了一個新的角度[6,9,11]；此外，本研究發(fā)現(xiàn)不同樣地下的土壤養(yǎng)分特性是影響泡桐養(yǎng)分利用效率的因素，這證實了Bridgeham、Aerts、Hawkesford 等人的研究結(jié)果[2,4,24]，并且本研究發(fā)現(xiàn)油菜與泡桐間作種植能夠有效地促進泡桐對土壤養(yǎng)分的吸收利用，這與Tu 等[16]人研究結(jié)果一致，表明在營林實踐中泡桐與油菜間作有利于其養(yǎng)分的吸收利用；最后，本研究通過構(gòu)建結(jié)構(gòu)方程模型擬合出各個土壤特性在泡桐養(yǎng)分吸收利用中的貢獻程度，其結(jié)果驗證了Hawkesford 的研究結(jié)論[2]。

但是，泡桐的養(yǎng)分利用效率是一個復(fù)雜的過程，根據(jù)植物生理學(xué)的觀點，養(yǎng)分利用效率分為植物從土壤獲取營養(yǎng)成分的效率、養(yǎng)分在植物體內(nèi)的傳輸效率以及植物將養(yǎng)分利用后同化為生物量的效率；因此其影響因素除土壤養(yǎng)分特性之外，泡桐品種遺傳特性、體內(nèi)次生代謝過程、根系特性、溫度、光照或者降水也會對其養(yǎng)分利用效率產(chǎn)生影響[2,4]。本研究只著重分析了土壤養(yǎng)分特性對泡桐養(yǎng)分利用效率的影響機制，沒有對泡桐養(yǎng)分吸收后的一系列生理過程進行分析，這必然導(dǎo)致研究結(jié)果的片面性。在應(yīng)用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析模型的過程中，由于各個養(yǎng)分指標參考范圍獲取的限制性，本研究采用絕大多數(shù)植物生長所需養(yǎng)分條件的適宜區(qū)間作為泡桐所需養(yǎng)分的最優(yōu)范圍，且只設(shè)置了土壤pH 值和容重（BD）的最優(yōu)上下限，這也造成了研究結(jié)果的局限性。

4 結(jié) 論

1）植物養(yǎng)分利用因素復(fù)雜多樣，本研究擴大傳統(tǒng)養(yǎng)分利用效率的外延，把土壤非養(yǎng)分元素納入養(yǎng)分利用效率的分析范疇，但是，眾多指標之間存在冗余信息，為了節(jié)省測試時間和經(jīng)濟成本，采用主成分分析方法對樣地土壤主要屬性指標進行篩選，用土壤容重（BD）、pH 值、速效鉀（AK）、陽離子交換量（CEC）、土壤有機質(zhì)（SOM）、脫氫酶（DH）這6 個對泡桐生長有顯著影響的指標組成評價泡桐養(yǎng)分利用效率的最小數(shù)據(jù)集。

2）利用主成分分析方法篩選主要土壤元素作為土壤-植被系統(tǒng)的投入，泡桐的樹高和胸徑等生長量指標作為產(chǎn)出，用數(shù)據(jù)包絡(luò)模型方法基于地塊尺度評價泡桐養(yǎng)分利用效率，發(fā)現(xiàn)湘陰縣所有地塊泡桐的養(yǎng)分利用效率均達到DEA 有效，表明湘陰縣的土壤養(yǎng)分條件最優(yōu)，其次為茶陵、邵陽、攸縣、瀏陽，表明地域差異會造成泡桐養(yǎng)分利用效率水平不一，同時泡桐與不同作物的間作類型對養(yǎng)分利用效率也產(chǎn)生顯著影響，分析過程顯示數(shù)據(jù)包絡(luò)模型評價泡桐養(yǎng)分利用效率不僅簡單易行，而且能分析多種要素的利用效率。

3）結(jié)構(gòu)方程模型綜合回歸分析、因子分析、路徑分析等多種方法的優(yōu)勢，在處理變量多重相互關(guān)系的同時，將變量關(guān)系的檢驗?zāi)芰奶剿餍苑治鲛D(zhuǎn)變?yōu)轵炞C性分析，在統(tǒng)計假設(shè)檢驗上給出強大的理論支撐，而且允許自變量和因變量存在測量誤差，為分析潛在變量之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系提供了可能，本研究引入該方法分析泡桐養(yǎng)分利用的影響因素，得出速效鉀（AK）對泡桐養(yǎng)分利用效率的影響最大，其次為土壤有機質(zhì)（SOM）、土壤容重（BD）、脫氫酶（DH）、陽離子交換量（CEC）和土壤pH，表明泡桐地塊土壤中各個養(yǎng)分特性由于存在物理與生理方面的差異，在泡桐生長過程中所發(fā)揮的作用各異，從而影響其養(yǎng)分利用效率，意味著在泡桐的營林實踐中對于養(yǎng)分利用較低的地塊可以適當使用鉀肥、有機肥，并且選擇與油菜或油茶間作能夠促進泡桐對土壤養(yǎng)分的吸收利用。