云南八角林地土壤养分诊断与综合评价*

余兴华，杨艳梅，李玉祥，滕娟，孟凡来，徐加翠，王春芳

(1.文山州农业科学院，云南 文山 663099；2.云南农业大学 植物保护学院，云南 昆明 650201；3.文山州丘北县曰者镇农业综合服务中心,云南 丘北 663201;4.曲靖市种子管理站，云南 曲靖 655000)

八角(Illiciumverum)别名八角茴香、大茴香、大料等，属八角科(Illiciaceae)，是我国南亚热带地区的珍贵经济林树种[1]，其主要产品八角果及八角茴油是优良的调味香料和医药原料[2]。中国八角栽培利用历史悠久，己有一千多年历史[3]，主产于我国广西、广东和云南省[4-5]，云南省是仅次于广西的我国第二大八角生产地，在文山、红河、德宏、保山等湿热地区均有种植，其面积最多的区域是文山壮族苗族自治州，所辖的县(市)均有栽培，以富宁县栽培最广[6]。八角树开一次花，有两造果，分别是“春果” 和 “秋果”，产量以“秋果”为主，树体从花芽分化至果实成熟期，几乎同期存在，这导致了八角树消耗较多的养分，因此需要持续从土壤中吸收养分才能供给树体的正常生长发育[7]。同时，受市场价格波动影响，八角种植区普遍管理粗放，常年处于野生或半野生状态，造成土壤肥力供应严重不足，导致八角树营养失调，易发生病虫害，产量低、品质差。土壤肥力是土壤各方面性质的综合反映[8]，土壤养分是土壤肥力的重要指标，它受农作物的生产量、肥料投入、耕种、自然环境等的影响，始终处于动态平衡[9]。不科学的经营管理方式将会造成林地土壤养分失衡，土壤严重退化[10]。因此，要保证树体的正常发育，首先需要对土壤养分的丰缺程度进行诊断与评价，才能科学的进行指导与管理。土壤养分评价常采用主成分分析法[11]、模糊数学分析法[12-13]、层次分析法[14]等方法进行研究。目前，有关云南八角林土壤综合肥力的研究还未见报道，为了进一步评价八角种植区土壤养分的现状，本研究采用模糊综合法对文山州辖区内的富宁县、广南县、西畴县、马关县、砚山县、文山县、麻栗坡县土壤养分进行综合评价，旨在为云南八角林地土壤的配方施肥，林地的高产、稳产、绿色食品生产提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 土壤样品采集

2020年10月-2021年1月，在文山州八角主要种植区的7个县按八角林分布区域设采样点，选择代表性的林地，共采集土样45个。土壤样品采集按S型法，5个分点等量混匀为1个样品，使用四分法取样重500 g，采样深度为0～20 cm，土壤样品经自然干燥后用木锤敲碎，除去样品中的植物碎片、岩屑、原生矿物颗粒等杂物，各样地土壤均匀混合后三等分，过100目尼龙筛待测，详细采样信息见表1。

表1 云南八角林地土壤样品采集信息Tab.1 Soil sample collection information of I.verum forest land in Yunnan

1.2 测定方法

参照食品产地环境标准(NY/T391-2013)[15]，选取pH值、有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾为评价指标。有机质、土壤氮、全磷和全钾的测定参照鲁如坤[16]、有效磷、有效钾和缓效钾含量的测定参照鲍士旦[17]。

1.3 土壤养分丰缺标准及综合评价方法

1.3.1 土壤养分评价标准

土壤养分丰缺度参照广西八角林地土壤养分丰缺指标[18]，将有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾含量划分为丰富、中等、缺乏3个等级，具体划分标准见表2。

表2 八角林地土壤养分的丰缺指标及隶属度函数转折点Tab.2 The abundance lack index of soil nutrient and turning point of membership function in I.verum forest land

1.3.2 土壤养分综合评价法

利用模糊综合评价法对土壤养分状况进行综合评价[19]，计算公式为：

式中：Wi为某一森林类型第i个土壤养分指标权重，Ri为某一森林类型中第i个土壤养分指标的隶属度值。采用因子分析法确定权重，应用S型隶属度函数计算土壤有机质、全氮、全磷、全钾、速效磷、速效钾的隶属度值，其计算公式为：

应用抛物线型函数计算土壤pH的隶属度值[20-21]，计算公式为:

式中：x为测定值，x1、x2、x3、x4为土壤质量评价指标在曲线中的转折点，见表2。土壤肥力综合等级参照王建宇等[19]的相关研究，土壤肥力划分为5个等级，分别为很肥沃、肥沃、一般、较低、贫瘠，相应的等级及指标值见表3。

表3 土壤肥力综合指标值Tab.3 Comprehensive index value of soil fertility

1.4 数据处理与分析

利用Excel 2010进行变异系数、隶属度值、综合评价运算及雷达图绘制。利用 SPSS 20.0进Person相关分析、主成分分析、不同样地间各肥料指标的方差分析，选择Duncan(D)进行两两比较，α=0.05为显著水平。

2 结果与分析

2.1 云南八角林地土壤养分基本特征

由八角林地土壤养分含量(表4)可知：八角林地土壤有机质含量32.64～79.54 g/kg，平均含量大于50 g/kg；全氮含量1.82～4.22 g/kg，平均含量大于2.5 g/kg；全磷含量0.47～1.79 g/kg，平均含量小于1.0 g/kg；全钾含量7.09～14.53 g/kg，平均含量小于15 g/kg；速效氮、磷、钾含量分别为126.19～269.64 mg/kg、3.43～2.5.80 mg/kg、85.67～173.23 mg/kg，平均含量分别为162.96 mg/kg、11.41 mg/kg、117.56 mg/kg；各样地土壤pH值4.47～4.81，呈酸性；八角林地土壤养分各指标的变异系数18.85%～64.44%，其有效磷含量的变异系数最大。

表4 八角林地土壤养分基本特征统计与分析Tab.4 Statistics and analysis of basic characteristic of soil nutrient in I.verum forest land

2.2 云南八角林地土壤养分差异分析

不同八角林地土壤养分存在差异(表5)。文山县、砚山县、西畴县、广南县八角林地土壤有机质均为丰富，马关县、富宁县、麻栗坡县八角林地土壤有机质含量为中等。

全氮以马关县、麻栗坡县为中等，其余5个县均为丰富，有机质与全氮含量大小顺序均为：文山县>砚山县>西畴县>广南县>富宁县>麻栗坡县>马关县。文山县全磷含量均显著高于其它6个县，全磷的含量除文山县较高外，其余6个县均小于1.0 g/kg，为缺乏等级，大小顺序为：文山县>富宁县>马关县>广南县=麻栗坡县>西畴县>砚山县。各县全钾含量均为缺乏等，大小顺序为：砚山县>麻栗坡县>文山县>马关县>广南县>西畴县>富宁县。碱解氮以文山县含量最高，为丰富等级，马关县、砚山县、麻栗坡县的等级为中等，大小顺序为：文山县>富宁县>广南县>西畴县>麻栗坡县>砚山县>马关县。有效磷含量呈现出文山县土壤显著高于其它6个县，西畴县、广南县、文山县、砚山县有效磷含量为丰富等级，马关县为中等等级，富宁县、麻栗坡县为缺乏等级，大小顺序为：文山县>砚山县>西畴县>广南县>马关县>麻栗坡县>富宁县。砚山县速效钾含量最高，富宁县含量最低，7个县均为中等等级，大小顺序为：砚山县>文山县>麻栗坡县>广南县>马关县>西畴县>富宁县。

表5 不同八角林地土壤养分的显著性分析Tab.5 Significance analysis of soil nutrient in I.verum forest land

2.3 云南八角林地土壤养分指标相关性分析

土壤养分指标相关性(表6)表明各土壤养分之间联系紧密。有机质与全氮、全磷、碱基氮、有效磷、速效钾呈极显著正相关，与速效钾呈显著正相关。全氮与全磷、碱基氮、有效磷呈极显著正相关，与速效钾呈显著正相关。全磷与碱解氮、有效磷呈极显著正相关，碱解氮与有效磷呈极显著正相关，有效磷与速效钾呈极显著正相关。因此，在林地施肥过程中，需要考虑肥料的平衡性，才能保证八角产量稳定。

表6 土壤养分指标相关性分析Tab.6 Correlation analysis of soil nutrient index

2.4 土壤养分评价指标权重确定

依据主成分分析得出特征值、方差贡献率，按照特征值>1的原则将7个养分指标抽取为3个主成分(表7)，第一主成分贡献率为60.884%，有机质、全氮、碱解氮、全磷、有效磷为主要成分；第二主成分贡献率为21.669%，全钾、速效钾为主要成分；第三个主成分贡献率为12.114%，pH为主要成分，3个成分的累积贡献率为94.667%。权重的计算参照孙波等[20]因子分析法确定，由此计算得出有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾和pH的权重分别为：0.128、0.128、0.124、0.128、0.127、0.111、0.126和0.128。

表7 土壤养分主成分分析及权重Tab.7 The principal component analysis of soil nutrient and weight calculation

2.5 云南八角林地土壤养分综合评价

利用S 型和抛物线型隶属度函数分别计算各养分指标隶属度值，应用此值绘制了雷达图(图1)，坐标轴上各个点围成的多边形面积大小代表评价指标所组成评价对象的整体质量的状态[22]。图中有机质、全氮、碱解氮、有效磷的隶属度值分别为：0.87、0.90、0.88、0.65，处于丰富等级；速效钾的隶属度值为0.43，处于一般等级；全磷和全钾的隶属度值分别为0.17和0.10，处于贫瘠等级。通过各指标在坐标轴上的位置可知，云南八角林地土壤磷、钾含量与理想值还存在较大差距。各种植区的加权求和指数综合得分见表8，不同八角种植地综合得分为：文山县、砚山县2个种植地的综合得分0.6～0.8，依据土壤综合指数(表3)判断为Ⅱ级，其丰缺程度为肥沃；西畴县、广南县、富宁县、麻栗坡县4个种植地的综合得分0.40～0.60，为Ⅲ级，其丰缺程度为一般；马关县综合得分0.20～0.40，为Ⅳ，其丰缺程度为较低。

图1 各评价指标隶属度函数值的雷达图Fig.1 Radar plot of membership degree values of different evaluation indicators

表8 八角林地土壤养分隶属度值及综合得分Tab.8 Membership value and comprehensive score of soil nutrient in I.verum forest land

3 讨论与结论

3.1 讨论

3.1.1 云南八角林地土壤养分特征

土壤肥力综合指标包括土壤营养指标、物理性状指标、生物学指标、环境指标，其养分指标主要包含：有机质、全氮、全磷、全钾、碱基氮、有效磷、有效钾[20，23]，是极其重要的土壤肥力因子[24]。有机质与土壤养分供给、物理特性及理化过程有着密切的关系，主要源于人工施肥和植物凋落物的分解。全氮为土壤氮素的容量指标，其碱解氮反映土壤短期供应氮素的能力，有效磷是土壤中可被植物吸收的磷组分，速效钾可被植物直接吸收利用，反映土壤的供钾能力[25]。本研究表明：云南八角林土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷处于丰富等级；速效钾处于一般等级；全磷和全钾处于贫瘠等级。pH 4.47～4.81，其酸性环境的土壤利于八角的生长，这与农必昌等[7]的研究结论相同，即八角在pH 4.0～5.5的土壤中生长最好。全磷、全钾、速效钾含量已成为影响云南八角林地土壤养分的限制因子，其在文山州不同八角种植地间存在差异。文山县、砚山县2个八角林地的土壤为肥沃水平；西畴县、广南县、富宁县、麻栗坡县4个来源的林地土壤为一般水平，马关县的林地土壤为较低水平。富宁县、广南县、西畴县、马关县为云南省八角种植面积较大的地区，其土壤养分综合评价为一般水平甚至很低，为保持其高产、优质，需要持续加大八角林地的管理与肥料投入。

3.1.2 八角树体养分需求特点分析

八角是浅根性树种，侧根多，且集中分布在0～55 cm土层中，主根不发达，适宜生长在土层深厚、肥沃、疏松偏酸性的壤土或沙质壤土中，这些地方土壤有机质含量一般都比较高，若生长于缺肥的土壤中，将影响八角林地的丰产性[7]。K、B、N和P是影响八角幼林产量的主要营养元素[26]，P、K元素对成林的影响较大[27]。若叶片N含量低，会造成生长不良、树势较弱、严重影响树冠的形成，不利于高产稳产，在P、K含量低，不施肥或只施 N肥的地带，叶片P、K含量普遍低，导致病虫害发生严重、果小且发育不良[28]。八角在同一生长发育时期叶、花、果、枝等器官中N、P、K 等元素的含量存在较大的差异，花器官中N、P、K、Cu、Zn、Mg等元素的养分含量比同期的果实、枝、叶含量高，花器官中K元素含量是叶片的2.7倍，是果实的1.4倍，是枝条的3.5倍，Cu次之，再者是P、Zn和N 元素。果实K含量是叶片的1.9倍，是枝条的2.5倍，P、Cu的含量高于叶片，而N、Ca、Mg、Zn、B等元素的含量低于叶片，枝条中N、P、K、B的含量均是最低[18]。高腾[29]在研究八角开花及幼果期营养元素变化后指出，八角开花过程对K、Na、Mg和Zn元素的需求量大，果实膨大期对N、P、Mg和Zn元素的需求量大。由黄卓明[27]研究八角产出与肥料的投入可知，每生产100 kg的八角，植株需要从土壤中摄取氮1.2 kg、磷0.3 kg、钾0.77 kg。八角树主干枝条每年抽梢2次，春梢2月开始萌动发芽，3月进入展叶盛期，秋梢出现在8—9月间[18]，新生梢叶对营养元素的消耗量增多[30]。开花坐果集中在 6—10 月[31]，此期间开花量大，树体营养需求进入高峰期，若土壤缺乏N、P、K 营养元素供给，会影响其授粉与受精，造成花器官败育或者小幼果脱落[32]。果实发育呈现出11 月至翌年 3 月上旬为八角幼果的缓慢生长期，3 月中旬至7月为生长加速期[33]。因此，八角林要获得丰产，施肥管理需根据树体的养分及其需肥规律进行，在花果之前或花果初期及时适量地补施 K 肥，能起到保花、保果、壮果和提高品质的作用[34]。一般每年施肥2次，第一次在 1—3月，此时气温逐渐回升，新根和春梢即将萌发，及时施肥可促春梢生长及幼果发育。第二次在5—7月，此时正值果实迅速长大及花芽分化萌动期，施肥可加速果实长大，促进花芽形成[18]。本研究表明，云南八角林地速效钾含量水平为一般，全磷和全钾含量均是贫瘠等级，仅靠土壤在风化过程中释放出来的养分还远远不能满足其生长需求，依据八角树体对养分的需求规律可知，在种植区域需要加强钾肥与磷肥的管理，同时也需考虑其它营养元素的协调施入，以防止元素之间发生拮抗作用。

3.2 结论

云南八角林地土壤pH 4.47～4.81，呈酸性，土壤有机质含量、全氮含量、速效氮含量、速效磷含量丰富；速效钾含量为一般等级；全磷含量和全钾含量处于贫瘠等级。磷元素和钾元素是影响云南八角林地土壤养分的主要限制因子。不同种植林地土壤养分存在差异，文山县和砚山县八角林地的土壤养分综合评价为肥沃水平；西畴县、广南县、富宁县、麻栗坡县4个种植林地土壤养分为一般水平；马关县的种植林地土壤养分为低水平。主要种植八角区域的富宁县、广南县、西畴县、马关县土壤养分整体不理想，需要加大八角林地的常规管理与肥料的投入。