劉斌 王松標(biāo) 李鑫 蘇穆清 馬海洋 武紅霞 周毅剛 馬小衛(wèi)

摘 ?要：為明確攀枝花市成齡芒果園土壤養(yǎng)分狀況，科學(xué)指導(dǎo)施肥，本研究對(duì)43個(gè)芒果園土壤（0～40 cm）進(jìn)行采樣，測(cè)定分析了土壤pH、有機(jī)質(zhì)、速效養(yǎng)分和微量養(yǎng)分的含量。結(jié)果表明：研究區(qū)內(nèi)13種肥力指標(biāo)變異系數(shù)在0.13～0.75之間，均屬于中等變異強(qiáng)度。經(jīng)取樣數(shù)合理性統(tǒng)計(jì)分析，評(píng)價(jià)芒果園土壤肥力的43個(gè)樣本數(shù)能夠滿足90%置信水平下20%相對(duì)誤差的精度需求。采用主成分分析法和隸屬度函數(shù)法結(jié)合雷達(dá)圖評(píng)價(jià)單因素肥力指標(biāo)在土壤中的狀況，結(jié)果表明，pH、堿解氮、速效磷、有效鐵和有效鋅是影響土壤肥力水平的限制性因子。研究區(qū)土壤肥力綜合指數(shù)（IFI）范圍為0.25～0.93，平均值為0.55，果園之間IFI的差異較大。

關(guān)鍵詞：芒果園;攀枝花市;土壤養(yǎng)分;肥力評(píng)價(jià)中圖分類(lèi)號(hào)：S158??????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Assessment of Soil Fertility in the Mango Orchards of Panzhihua，

Sichuan， China

LIU Bin¹， WANG Songbiao²， LI Xin³， SU Muqing²， MA Haiyang²， WU Hongxia²， ZHOU Yigang²，

MA Xiaowei^2*

1. Panzhihua Academy of Agricultural and Forestry Sciences， Panzhihua， Sichuan 617061， China; 2. Hainan Key Laboratory of Tropical Crops Nutrition?/?South Subtropical Crops Research Institute， Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences， Zhanjiang， Guangdong 524091， China; 3. Institute of Agricultural Resources and Regional Planning， Chinese Academy of Agricultural Sciences， Beijing 100081， China

Abstract： The soil fertility of the mango orchard in Panzhihua， Sichuan， China was evaluated to provide a scientific basis for the management of the fruit in the area. The soil samples in the depth 0-40 cm in 43 mango orchards were collected to determine the soil pH， contents of organic soil matter， available nutrients and micronutrients and analyze the data of the soil nutrients. The results showed that the variable coefficient of 13 nutrient contents was 0.13-0.75 in the region， and the variation was moderate. Statistical analysis revealed the soil fertility in the 43 orchards was sufficient to meet the required accuracy of 20% relative error under 90% confidence level. Principal component analysis， membership function and the radar plot were used to assess the single factor fertility. It showed that pH， available nitrogen， available phosphorus， available Fe and available Zn were the limiting factors for the soil fertility quality in the study area. The soil integrated fertility index in the study area was 0.25-0.93 with an average value of 0.55. But the difference of IFI among the orchards was significant.

Keywords： mango orchard; Panzhihua; soil fertility; fertility evaluation

DOI： 10.3969/j.issn.1000-2561.2020.01.001

芒果是我國(guó)重要的亞熱帶果樹(shù)，主要分布在海南、廣西右江河谷、四川和云南金沙江干熱河谷、云南元江流域、廣東雷州半島等地，2016年種植面積達(dá)2134多公頃（不包含臺(tái)灣?。?，產(chǎn)業(yè)規(guī)模居世界第二，僅次于印度^[1]。其中，四川省攀枝花市是我國(guó)芒果栽培效益最高的產(chǎn)區(qū)之一，該市地處金沙江干熱河谷地帶，光熱資源充足、晝夜溫差大，使之成為我國(guó)品質(zhì)最優(yōu)、成熟期最晚的商品芒果生產(chǎn)基地。截至2016年底，全市芒果種植面積約320.16 hm²，產(chǎn)量12.5萬(wàn)t，芒果產(chǎn)業(yè)已成為支持攀枝花農(nóng)村農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和助農(nóng)增收的支柱產(chǎn)業(yè)。雖然該區(qū)屬于芒果優(yōu)生區(qū)，但由于普遍采用傳統(tǒng)的栽培管理模式，特別是施肥結(jié)構(gòu)不合理、偏施化肥、肥料利用率低等問(wèn)題，導(dǎo)致芒果的產(chǎn)量和品質(zhì)不穩(wěn)定，嚴(yán)重影響了種植效益^[2]。而科學(xué)指導(dǎo)芒果園合理施肥，提高產(chǎn)量和品質(zhì)，首要問(wèn)題是正確認(rèn)識(shí)和科學(xué)評(píng)價(jià)該產(chǎn)區(qū)的土壤肥力狀況，明確影響土壤肥力質(zhì)量的主要因素。本研究應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法對(duì)攀枝花市芒果園土壤肥力進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，為改善土壤肥力、提高芒果園生產(chǎn)力提供理論依據(jù)。

1??材料與方法

1.1材料

1.1.1 ?研究區(qū)概況??四川省攀枝花市位于中國(guó)西部“攀西大裂谷”川滇交界部，金沙江與雅礱江匯合處，101°08?～102°15?E、26°06?～27°21?N。從河谷到山頂，海拔為937～4195.5 m。年均氣溫20.3?℃，年降雨量為900～1300 mm，全年日照達(dá)2300～2700 h，≥10?℃年積溫6638～7359?℃，無(wú)霜期288～330 d。芒果種植區(qū)主要位于海拔1500?m以下干熱河谷區(qū)，該區(qū)域日照多，熱量充足，空氣濕度小，旱季明顯，全年無(wú)冬，年平均溫度20.3?℃，晝夜溫差14?℃，≥10?℃年積溫6600～7400?℃，年降雨量700～1200 mm。攀枝花市芒果園土壤類(lèi)型多為紅壤土和黃棕壤土。

1.1.2 ?樣品及采集地點(diǎn)??2017年的10月下旬至11月上旬，果實(shí)已采摘，在攀枝花市芒果種植區(qū)的仁和區(qū)、鹽邊縣和米易縣，選擇生產(chǎn)管理和產(chǎn)量水平有代表性，樹(shù)齡在10～20?a生的芒果園43個(gè)，每個(gè)芒果園采混合土樣l個(gè)（由10個(gè)小樣組成），共計(jì)43個(gè)芒果園土樣。43個(gè)果園栽培品種主要為‘Keitt‘臺(tái)農(nóng)1號(hào)和‘吉祿。

1.2方法

1.2.1 ?樣品采集和處理??每個(gè)芒果園采用隨機(jī)多點(diǎn)采集0～40 cm土樣10個(gè)，混勻后用四分法縮至500 g，風(fēng)干磨細(xì)，過(guò)60目篩，裝入廣口瓶備用。

1.2.2 ?土壤樣品分析??土壤樣品屬性的測(cè)定參照鮑士旦^[3]的方法，pH：水浸提電位法;有機(jī)質(zhì)：重鉻酸鉀容量法;全氮：半微量凱氏蒸餾法;堿解氮：堿解擴(kuò)散法;速效磷：鉬銻抗比色法;速效鉀：醋酸銨浸提法;有效鈣、有效鎂：乙酸銨浸提-原子吸收法;有效銅、有效鐵、有效錳、有效鋅：二乙基三胺五乙酸浸提-原子吸收法;有效硼：熱水浸提-姜黃素比色法。

1.3數(shù)據(jù)處理

土壤取樣數(shù)合理性的確定參考王珂等^[4]的方法;利用主成分分析法結(jié)合計(jì)算變量的Norm值確定土壤肥力評(píng)價(jià)最小數(shù)據(jù)庫(kù)集（MDS）及因子權(quán)重，具體參照吳玉紅等^[5]的方法;參照葉回春等^[6]的方法，采用隸屬度函數(shù)法評(píng)價(jià)果園土壤各肥力指標(biāo);參考王建國(guó)等^[7]和許明祥等^[8]提出的計(jì)算方法，利用各肥力指標(biāo)的權(quán)重和隸屬度函數(shù)值，計(jì)算土壤肥力綜合評(píng)價(jià)指數(shù)和權(quán)重加權(quán)求和指數(shù)。

利用Excel?2007軟件和SPSS 16.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。

2??結(jié)果與分析

2.1研究區(qū)土壤肥力描述性統(tǒng)計(jì)分析

對(duì)攀枝花市43份土壤統(tǒng)計(jì)分析表明：土壤pH、速效鉀（AK）、速效磷（AP）、堿解氮（AN）、有機(jī)質(zhì)（OM）、全氮（TN）、交換性鈣（Ca）、交換性鎂（Mg）、有效性銅（Cu）、有效性鐵（Fe）、有效性鋅（Zn）、有效性硼（B）的平均值分別為6.60、72.24?mg/kg、11.98?mg/kg、57.841?mg/kg、1.05%、0.65%、143.60?mg/kg、9.85?mg/kg、1.25?mg/kg、26.39 mg/kg、2.27 mg/kg、46.89 mg/kg和350.35?mg/kg（表1），土壤各養(yǎng)分含量最大值和最小值存在明顯差異，這表明不同果園土壤養(yǎng)分含量存在本底差異。在土壤學(xué)研究中，通常變異系數(shù)（CV）≤0.1為弱變異，0.1?Cu>Zn=Mn>P>OM>Ca>AN>AK>?>TN>Mg>pH。

土壤各肥力指標(biāo)變異系數(shù)越大，達(dá)到一定精度要求所需要的樣本數(shù)量也會(huì)增加（表2）。如Fe的變異系數(shù)最大，95%置信水平下20%的相對(duì)誤差取樣數(shù)為55個(gè);pH的變異系數(shù)最小，滿足95%置信水平下20%的相對(duì)誤差條件，只需取2個(gè)樣就能基本反映攀枝花市芒果園土壤的酸堿水平。從表2還可看出，隨著對(duì)置信水平和相對(duì)誤差條件的降低，各評(píng)價(jià)指標(biāo)所要求的取樣數(shù)都有較大幅度的降低。取樣數(shù)的降低有利于降低土壤取樣和分析的成本，但同時(shí)降低了對(duì)芒果園土壤空間特性變異的表達(dá)度和可信度，從而增加了以后精準(zhǔn)施肥的誤差。因此，在確定合理取樣數(shù)時(shí)，允許的誤差值非常關(guān)鍵。本研究43個(gè)樣本數(shù)的各項(xiàng)肥力指標(biāo)均能夠滿足90%置信水平條件下20%相對(duì)誤差取樣數(shù)的精度需求。因此，可以利用這43個(gè)樣點(diǎn)的土壤肥力評(píng)估攀枝花市芒果園整體的土壤肥力狀況。

2.2土壤單一肥力指標(biāo)評(píng)價(jià)

對(duì)果園土壤肥力狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，要從大量表征土壤肥力的土壤屬性中篩選出對(duì)土壤肥力質(zhì)量敏感的參評(píng)指標(biāo)組成最小數(shù)據(jù)庫(kù)集（minimum data set， MDS）。土壤肥力參評(píng)指標(biāo)應(yīng)選擇受人類(lèi)耕作方式影響較大，而又能準(zhǔn)確反應(yīng)土壤肥力質(zhì)量的養(yǎng)分指標(biāo)^[9]。主成分分析法能夠較好地處理變量間的多重相關(guān)性，使彼此之間具有相互獨(dú)立性，是確定MDS最常用的方法。本研究對(duì)所測(cè)

定的13項(xiàng)土壤肥力指標(biāo)進(jìn)行了主成分分析（pri- ipal components analysis， PCA）（表3），其中前4個(gè)主成分特征值大于1，其特征值分別為3.068、2.998、1.529和1.316。這4個(gè)主成分的累積貢獻(xiàn)率達(dá)68.55%，說(shuō)明這4個(gè)主成分可以基本反映全部指標(biāo)的絕大部分信息。第1主成分的貢獻(xiàn)率達(dá)23.60%，與AN、TN顯著相關(guān)，載荷系數(shù)較大;第2主成分的貢獻(xiàn)率為23.06%，該主成分主要受Mn和B的支配;第3主成分的貢獻(xiàn)率為11.76%，主要受pH和Ca支配;第4主成分的貢獻(xiàn)率為10.12%，該主成分主要受AP影響。不同指標(biāo)的公因子方差較大，有效Mn的公因子方差最大，為0.793，OM的公因子方差最小，為0.474。

為使評(píng)價(jià)指標(biāo)集包含更多的信息，進(jìn)一步計(jì)算各評(píng)價(jià)指標(biāo)的矢量常模（Norm）值。Norm值的幾何意義為該變量在由主成分組成的多維空間中的Norm長(zhǎng)度，長(zhǎng)度越長(zhǎng)，則表明該變量對(duì)所有主成分的綜合荷載越大，其解釋綜合信息的能力就越強(qiáng)。通過(guò)PCA分析，選擇特征值≥1的PC中載荷因子≥0.5的土壤參數(shù)作為一組，分組后入選MDS的原則依據(jù)吳玉紅等^[5]的方法，本研究所選的13項(xiàng)土壤肥力指標(biāo)最終入選MDS的指標(biāo)有pH、AN、AP、Fe和Zn。

隸屬度函數(shù)是建立評(píng)價(jià)指標(biāo)值與評(píng)價(jià)結(jié)果值之間的函數(shù)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了評(píng)價(jià)指標(biāo)量綱歸一化，使評(píng)價(jià)指標(biāo)間具有可比性。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，5項(xiàng)參評(píng)的肥力指標(biāo)隸屬度函數(shù)值如表4，可以看出pH的變異系數(shù)較小，而AP和有效Fe的變異系數(shù)較大。AP的平均隸屬度最?。?.45），AN和Fe次之，分別為0.53和0.64;而pH和Zn的平均隸屬度最高，達(dá)0.75。圖1為各肥力指標(biāo)所對(duì)應(yīng)的平均隸屬度雷達(dá)圖，根據(jù)雷達(dá)圖幾何意義，每個(gè)坐標(biāo)軸上的點(diǎn)越向原點(diǎn)靠近，所反映的單一指標(biāo)的肥力水平越低，反之離坐標(biāo)原點(diǎn)越遠(yuǎn)，所反映的單一指標(biāo)的肥力水平越高。從圖1中可以看出，pH、AN、AP、Fe和Zn平均隸屬度函數(shù)值遠(yuǎn)低于理想值，其中AP最差。

2.3土壤肥力指數(shù)評(píng)價(jià)

應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)中的綜合肥力指數(shù)評(píng)價(jià)模型及加權(quán)求和模型對(duì)攀枝花市43個(gè)芒果園的土壤肥力進(jìn)行評(píng)價(jià)，從圖2可以看出，2種指數(shù)模型下研究區(qū)土壤肥力指數(shù)曲線變化趨勢(shì)基本一致。由綜合肥力評(píng)價(jià)模型得到的土壤肥力指數(shù)變化范圍在0.25～0.93，平均值為0.55，但果園之間綜合肥力評(píng)價(jià)指數(shù)的變異較大，5、6、22、24、27、28、30、41和43個(gè)果園土壤綜合肥力指數(shù)較低（IFI<0.4），而20、23、24和38個(gè)果園土壤綜合肥力指數(shù)相對(duì)較高（IFI>0.8）。

3??討論

土壤是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的最基本資料，土壤質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到農(nóng)業(yè)的投入和產(chǎn)出。土壤肥力是土壤物理、化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)的綜合反應(yīng)，是其作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料的物質(zhì)基礎(chǔ)^[10-11]。土壤養(yǎng)分是影響土壤肥力的主要因素，進(jìn)行土壤養(yǎng)分綜合評(píng)價(jià)和單因素評(píng)價(jià)，能精準(zhǔn)分析土壤肥力水平，科學(xué)指導(dǎo)施肥，降低化肥投入量和提高肥料利用效率^[12]。目前，關(guān)于基本農(nóng)田土壤肥力評(píng)價(jià)的研究很多^[13-14]，而關(guān)于果園土壤肥力評(píng)價(jià)的研究相對(duì)較少。土壤肥力狀況評(píng)價(jià)的關(guān)鍵工作是評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建，這直接關(guān)系到評(píng)價(jià)結(jié)果的客觀性。為更加全面、更客觀地了解攀枝花成齡芒果園土壤肥力狀況，本研究將微量元素養(yǎng)分納入到土壤肥力質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。由于土壤肥力具有復(fù)雜的空間異質(zhì)性，對(duì)區(qū)域土壤肥力質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，在平衡取樣成本和保證一定精確度需求的前提下需考慮合理的取樣密度。本研究選擇的13項(xiàng)土壤肥力指標(biāo)，能夠滿足90%置信水平下20%相對(duì)誤差取樣數(shù)量的需求。因此，本研究中43個(gè)樣本數(shù)估計(jì)攀枝花市芒果園土壤肥力狀況具有合理性。

以往基于主成分法篩選對(duì)土壤肥力質(zhì)量敏感的參評(píng)指標(biāo)時(shí)，僅依據(jù)某一變量在一個(gè)主成分上的因子載荷大小進(jìn)行選取，這可能會(huì)導(dǎo)致變量在其他特征值≥1的主成分上的信息丟失。本研究基于主成分分析結(jié)合計(jì)算變量的Norm值，最終確定最小數(shù)據(jù)庫(kù)集。單因素肥力評(píng)價(jià)結(jié)果表明，pH、堿解氮、速效磷、有效鐵和有效鋅是攀枝花芒果園土壤肥力的限制因子。雷達(dá)圖常用于多項(xiàng)指標(biāo)的全面分析，具有完整、清晰和直觀的優(yōu)點(diǎn)，雷達(dá)圖坐標(biāo)軸上各個(gè)點(diǎn)的值可以反映各指標(biāo)的狀態(tài)^[6]。為進(jìn)一步明確單項(xiàng)肥力指標(biāo)對(duì)土壤肥力質(zhì)量的貢獻(xiàn)，本文依據(jù)5項(xiàng)參評(píng)指標(biāo)的隸屬度值制成雷達(dá)圖來(lái)反映各指標(biāo)的狀態(tài)，結(jié)果表明攀枝花市芒果園土壤速效磷隸屬度函數(shù)值最小，堿解氮次之，而pH最高（0.75），各指標(biāo)遠(yuǎn)低于理想值。其中有效磷是該研究區(qū)土壤肥力的主要限制因子之一。根據(jù)本文研究結(jié)果，提高土壤有效磷含量，調(diào)節(jié)部分果園土壤pH應(yīng)是今后攀枝花芒果園土壤改良的重要工作。土壤肥力綜合評(píng)價(jià)模型充分考慮了評(píng)價(jià)因素指標(biāo)值、評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重和評(píng)價(jià)因素之間交互作用對(duì)土壤肥力質(zhì)量的共同作用。根據(jù)土壤肥力綜合模型評(píng)價(jià)結(jié)果，本研究中43個(gè)芒果園土壤肥力質(zhì)量指數(shù)為0.25～0.93，平均值為0.55，說(shuō)明攀枝花芒果果園土壤肥力處于中等水平。因此，在果園施肥時(shí)應(yīng)科學(xué)全面培肥，提高土壤肥力。本研究應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法對(duì)攀枝花市成齡芒果園土壤肥力進(jìn)行了評(píng)價(jià)，初步掌握該種植區(qū)土壤肥力現(xiàn)狀，該研究結(jié)果將為果園科學(xué)施肥提供理論依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1]Wu H X， Jia H M， Ma X W，et al. Transcriptome and proteomic analysis of mango （Mangifera indica Linn） fruits[J]. Journal of Proteomics， 2014， 105： 19-30.

[2]馬小衛(wèi)， 姚全勝， 馬海洋， 等. ‘Keitt芒果果肉潰敗與其礦質(zhì)元素的關(guān)系[J]. 熱帶作物學(xué)報(bào)， 2017， 38（9）： 1700-1703.

[3]鮑士旦. 土壤農(nóng)化分析[M]. 北京： 中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社， 2008： 264-271.

[4]王??珂， 沈掌泉， Bailey J S， 等. 精確農(nóng)業(yè)田間土壤空間變異與采樣方式研究[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)， 2001， 17（2）： 33-36.

[5]?吳玉紅， 田霄鴻， 同延安， 等. 基于主成分分析的土壤肥力綜合指數(shù)評(píng)價(jià)[J]. 生態(tài)學(xué)雜志， 2010， 29（1）： 173-?180.

[6]?葉回春， 張世文， 黃元仿， 等. 北京延慶盆地農(nóng)田表層土壤肥力評(píng)價(jià)及其空間變異[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2013， 46（15）： 3151-3160.

[7]?王建國(guó)， 楊林章， 單艷紅. 模糊數(shù)學(xué)在土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)中的應(yīng)用研究[J]. 土壤學(xué)報(bào)， 2001， 38（2）： 176-183.

[8]?許明祥， 劉國(guó)彬， 趙允格. 黃土丘陵區(qū)土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)研究[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)， 2005， 16（10）： 1843-1848.

[9]孔祥斌， 劉靈偉， 秦??靜， 等. 基于農(nóng)戶行為的耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建的理論與方法[J]. 地理科學(xué)進(jìn)展， 2007， 26（4）： 75-85.

[10]Mader P， Fliessbach A， Dubois D，et al. Soil fertility and biodiversity in organic farming[J]. Science， 2002， 296（5573）： 1694-1697.

[11]Yang H S. Resource management， soil fertility and sustainable crop production： Experiences of China[J]. Agriculture， Ecosystems & Environment， 2006， 116（1-2）： 27-33

[12]李??梅， 張學(xué)雷. 基于GIS的農(nóng)田土壤肥力評(píng)價(jià)及其與土體構(gòu)型的關(guān)系[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)， 2011， 22（1）： 129-136.

[13]王軍艷， 張鳳榮， 王??茹， 等. 應(yīng)用指數(shù)和法對(duì)潮土農(nóng)田土壤肥力變化的評(píng)價(jià)研究[J]. 農(nóng)村生態(tài)環(huán)境， 2001， 17（3）： 13-16， 20.

[14]?楊奇勇， 楊勁松， 姚榮江， 等. 基于GIS 和改進(jìn)灰色關(guān)聯(lián)模型的土壤肥力評(píng)價(jià)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)， 2010， 26（4）： 100-105.