張飛英，劉亞群，徐瑞英，周 瑛

（1. 浙江省林業(yè)科學(xué)研究院，浙江 杭州 310023；2. 浙江工業(yè)大學(xué) 化學(xué)工程與材料學(xué)院，浙江 杭州 310014）

長期施肥下毛竹林土壤的肥力質(zhì)量研究

張飛英1，劉亞群1，徐瑞英1，周 瑛2

（1. 浙江省林業(yè)科學(xué)研究院，浙江 杭州 310023；2. 浙江工業(yè)大學(xué) 化學(xué)工程與材料學(xué)院，浙江 杭州 310014）

2014-2015年，在浙江省16個縣（區(qū)/市）的毛竹（Phyllostachys heterocycla cv. pubescens）林地共采集1 141份土壤樣品，分析pH值、有機質(zhì)、速效鉀、有效磷和銨態(tài)氮，并采用層次分析法，對其肥力質(zhì)量進(jìn)行綜合評價。結(jié)果表明，浙江省毛竹林地土壤肥力質(zhì)量總體上較好，占68.75%，其中常山和德清的土壤肥力質(zhì)量最優(yōu)，土壤肥力質(zhì)量指數(shù)分別為1.013 5和1.093 6；土壤肥力質(zhì)量處于中等及以下水平的占31.25%，龍泉、紹興、龍游的土壤質(zhì)量較差。相關(guān)分析顯示，土壤的銨態(tài)氮與計算得到的土壤肥力質(zhì)量綜合指數(shù)呈現(xiàn)極顯著的相關(guān)性（R=0.943，P<0.01），另外，土壤有機質(zhì)和速效鉀含量與土壤肥力質(zhì)量綜合指數(shù)也呈極顯著的正相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)平方值分別達(dá)到了0.640（P<0.01）和0.670（P<0.01），表明氮元素、有機質(zhì)和速效鉀含量是衡量土壤肥力質(zhì)量的重要指標(biāo)。毛竹林地土壤pH在4.5 ～ 8.5，平均為4.84，土壤的酸化與林農(nóng)偏施氮肥有一定的關(guān)系。

毛竹林；土壤肥力質(zhì)量；pH值；銨態(tài)氮；速效鉀；有機質(zhì)

浙江省毛竹（Phyllostachys heterocycla cv. pubescens）林面積約66.27萬hm2，占全省竹林面積的83.66%，占全國毛竹林面積的17.1%。浙江是我國毛竹林培育利用發(fā)達(dá)省份，有“世界竹子看中國，中國竹子看浙江”之稱。為滿足持續(xù)增長的工業(yè)原料的需求，毛竹林處于急速擴展的趨勢?！笆晃濉逼陂g全省88個行政縣（市/區(qū)）中，80個縣開展了由政府推動的毛竹林培育經(jīng)營工程，但是全省26個竹產(chǎn)區(qū)只有10.78%的竹農(nóng)對現(xiàn)有的竹林培育技術(shù)感到滿意，基本滿意的為51.94%，而不滿意的比例為34.88%。這說明當(dāng)前的竹林經(jīng)營技術(shù)還有待改進(jìn)。在施肥方面，林業(yè)局、林業(yè)站沒有毛竹施肥種類、施肥量推薦的標(biāo)準(zhǔn)，也缺乏土肥站、植保站等專業(yè)機構(gòu)人員，因此農(nóng)民多憑農(nóng)作經(jīng)驗和商家廣告選擇化肥種類及施肥量，受“化肥越多產(chǎn)量越高”的影響明顯。而毛竹林地的土壤肥力質(zhì)量直接影響毛竹林的經(jīng)濟(jì)效益。

土壤肥力質(zhì)量是土壤系統(tǒng)的化學(xué)、生物和物理性質(zhì)之間復(fù)雜相互作用的綜合體現(xiàn)，它可以用幾個關(guān)聯(lián)的特征來指示，當(dāng)將土壤看作生態(tài)系統(tǒng)的一部分來檢驗時，土壤肥力質(zhì)量評價提供了一種評價人類管理決策對環(huán)境直接和間接影響的有效方法[1]。但是單一的土壤性質(zhì)指標(biāo)無法定量地表達(dá)土壤肥力的狀況，近年來，越來越多的研究采用綜合系統(tǒng)的評價方法，比如運用聚類分析、因子分析、主成份分析和模糊綜合評判等[2]。在進(jìn)行綜合評價中，確定各個評價指標(biāo)所占權(quán)重系數(shù)的精確度和科學(xué)性將直接影響評價的結(jié)果。層次分析法是綜合集成定性分析和定量分析的一種系統(tǒng)工程方法，將以人的主觀判斷為主的定性分析進(jìn)行定量化，將各種判斷要素之間的差異數(shù)值化，幫助人們保持思維過程的一致性，適用于復(fù)雜的模糊綜合評價系統(tǒng)，是目前被廣泛應(yīng)用的一種確定權(quán)重的方法[3～4]。本研究應(yīng)用層次分析法對浙江毛竹林土壤肥力進(jìn)行評價，旨在為林農(nóng)測土施肥提供科學(xué)依據(jù)，促進(jìn)浙江竹產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1 材料和方法

1.1 土壤樣品的采集

2014年和2015年，在浙江省的安吉、云和、臨海、衢江、江山、黃巖等16個縣（市/區(qū)），隨機選取毛竹林地，每塊毛竹林地按照“S”型選取采樣竹10株，在采樣竹附近挖一個深30 cm左右的土壤剖面，在剖面上均勻采集0 ～ 20 cm土壤約250 g，去除根系、礫石等雜物。將10個采樣點所有土壤混勻，用四分法取500 g，帶回實驗室自然風(fēng)干、研磨、過篩后保存?zhèn)溆谩９膊杉? 141份土壤樣品。

所選毛竹林地施肥情況：1989年之前為竹林開發(fā)階段，僅劈山、墾復(fù)，未施肥；1989-2000年，大年（留養(yǎng)新竹年）6月在每株毛竹的上方開環(huán)形溝，施用尿素(或碳銨)450 kg·hm-1；2000-2010年施用配方肥，每年用量為尿素450 kg·hm-1、過磷酸鈣380 kg·hm-1、氯化鉀75 kg·hm-1；2010年至今，每年施用毛竹專用肥750 kg·hm-1和尿素450 kg·hm-1。

1.2 測定方法

pH測定方法根據(jù)林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《LY/T 1239-1999森林土壤pH值的測定》，采用pH計水浸提電位測定法。土壤有機質(zhì)含量測定依據(jù)林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《LY/T 1237-1999森林土壤有機質(zhì)的測定及碳氮比的計算》。土壤銨態(tài)氮的測定方法依據(jù)林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《LY/T 1231-1999森林土壤銨態(tài)氮的測定》。土壤有效磷的測定方法依據(jù)林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《LY/T 1233-1999森林土壤有效磷的測定》。土壤速效鉀的測定方法依據(jù)林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《LY/T 1236-1999森林土壤速效鉀的測定》。

1.3 評價方法

應(yīng)用上述方法測定的與土壤肥力質(zhì)量有關(guān)的速效氮、有效磷、速效鉀、有機質(zhì)和pH值5個評價指標(biāo)，采用層次分析法進(jìn)行浙江毛竹林土壤肥力質(zhì)量評價。采集到的樣品的5個評價指標(biāo)的測定結(jié)果見表1。

表1 浙江省16個縣（市/區(qū)）土壤肥力質(zhì)量評價的定量指標(biāo)測定結(jié)果Table 1 Values of indicators for assessment of soil fertility quality（k=1 141）

2 結(jié)果與分析

2.1 建立土壤肥力質(zhì)量評價的隸屬度矩陣

根據(jù)在一定范圍內(nèi)評價指標(biāo)與作物效應(yīng)的關(guān)系函數(shù)，隸屬度函數(shù)為：

式中，x1和x2分別為評價指標(biāo)的下限值和上限值。表2為本研究涉及的評價指標(biāo)x1和x2的對應(yīng)值。經(jīng)過式（1）的處理，消除了各個評價指標(biāo)之間的量綱差異，建立了土壤肥力質(zhì)量評價的隸屬度矩陣：

表2 S型隸屬函數(shù)對應(yīng)的上下限值Table 2 Limit values of corresponding S-shaped membership functions

式中，aik的值均在0.1～1.0，大小反映了各評價指標(biāo)的隸屬程度。

2.2 利用層次分析法確定毛竹林地土壤肥力評價指標(biāo)權(quán)重

2.2.1 建立遞階層次結(jié)構(gòu)[5～7]依據(jù)毛竹林土壤肥力評價指標(biāo)特征，以研究區(qū)毛竹林土壤肥力為目標(biāo)層，速效養(yǎng)分和生物指標(biāo)為準(zhǔn)則層，各單項評價指標(biāo)為方案層，建立毛竹林土壤肥力遞階層次分析結(jié)構(gòu)，如圖1。利用生物指標(biāo)C4、C5，考察土壤微生物狀況，微生物活動除了受溫度、濕度等外部因子影響外，土壤有機質(zhì)含量是主要影響因素，pH值較低時對微生物活動具有抑制作用，因此，通過pH值和有機質(zhì)表征毛竹林土壤生物狀況，準(zhǔn)則層B中稱為生物指標(biāo)。

圖1 毛竹林土壤肥力質(zhì)量遞階層次結(jié)構(gòu)Figure 1 Hierarchical structure of soil fertility quality under bamboo forest

2.2.2 判斷矩陣的確定和層次排序 土壤肥力受2個決策因素的影響，而2個決策因素又分別受各子決策因素的影響，通過對上一層次某因素與該層次相關(guān)因素之間相對重要性的比較和層次結(jié)構(gòu)圖，可以構(gòu)造判斷矩陣。

判斷矩陣W對應(yīng)于最大特征值的特征向量W，經(jīng)歸一化后即為同一層次相應(yīng)因素對于上一層次某因素相對重要性的排序權(quán)值。對于目標(biāo)層A（土壤肥力）而言，由判斷矩陣WA×B求得最大特征值為λmax=2.000 0，特征向量WA×B=（0.833 3，0.166 7），因此，相對于土壤肥力而言，2個影響因素按照權(quán)重排序應(yīng)當(dāng)為速效養(yǎng)分>生物指標(biāo)。

由判斷矩陣WB1×Ci（i=1，2，3）求得最大特征值為λmax= 3.000 0，特征向量WB1×Ci=（0.451 1，0.140 0，0.408 9），對于速效養(yǎng)分而言，權(quán)重排序應(yīng)當(dāng)為速效氮>速效鉀>有效磷。由判斷矩陣WB2×Ci（i=4，5） 求得最大特征值為λmax=2.000 0，特征向量WB2×Ci=（0.021 0，0.979 0），對于生物指標(biāo)而言，權(quán)重排序應(yīng)當(dāng)為有機質(zhì)>pH值。

對3個判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗，CR（WA×B）=0.000 0，很顯然矩陣WA×B能滿足一致性要求，同理，對于矩陣WB1×Ci（i=1，2，3），CR（WB1×Ci） = 0.000 0，矩陣WB2×Ci（i=4，5），CR（WB2×Ci）=0.000 0，都具有滿意的一致性。

B層中各因素關(guān)于總目標(biāo)的權(quán)重 b1，…，bn，按土壤肥力影響因素中，方案的重要性排序為：速效氮＞速效鉀、有機質(zhì)＞有效磷＞pH值。對層次總排序也需作一致性檢驗，CR=0.000 0 < 0.1，滿足一致性要求。這表明上面得到的方案權(quán)值 wi可作為評價指標(biāo)的權(quán)重值。

2.3 毛竹林地土壤肥力綜合評價

由隸屬度函數(shù)得到的各個指標(biāo)在不同采樣點的標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換值，并結(jié)合權(quán)重，即可建立土壤肥力質(zhì)量的綜合評價模型，則某一采樣點的土壤肥力質(zhì)量指數(shù)為：

式中，F(xiàn)I為第k個采樣點的土壤肥力質(zhì)量指數(shù)值，aik為第k個采樣點的第i個指標(biāo)的隸屬度值，wi為第i個指標(biāo)的權(quán)重值。根據(jù)表3評價指標(biāo)的權(quán)重值，計算浙江省16個縣（市/區(qū)）的毛竹林地的土壤肥力質(zhì)量指數(shù)值（FI），結(jié)果見表4。 如果按照五級分類法[2]，則FI≥0.8為土壤肥力質(zhì)量好，0.6≤FI<0.8為較好，0.4≤FI<0.6為中等，0.2≤FI<0.4為較差，F(xiàn)I<0.2為差。從表4中可以看出，浙江省毛竹林地土壤肥力質(zhì)量總體上較好，占68.75%；常山和德清的土壤肥力質(zhì)量最優(yōu)，土壤肥力質(zhì)量指數(shù)分別為1.013 5和1.093 6；土壤肥力質(zhì)量處于中等及以下水平的占到31.25%，其中龍泉、紹興、龍游三地毛竹林的土壤質(zhì)量較差；浙江毛竹林地的土壤絕大多數(shù)呈酸性，pH值在4.04～7.23，平均為4.84。其主要原因在于長期偏施氮肥導(dǎo)致土壤一定程度的酸化。

表3 方案層總排序Table 3 Order of weight of indicators

表4 浙江省16個縣（市/區(qū)）土壤肥力質(zhì)量定量指標(biāo)測定結(jié)果Table 4 Values of indicators for soil fertility quality from 16 counties of Zhejiang province

2.3 毛竹林地土壤肥力相關(guān)性分析

由表5相關(guān)分析顯示，土壤的速效氮與計算得到的土壤肥力質(zhì)量綜合指數(shù)呈現(xiàn)極顯著的相關(guān)性（R=0.943，P<0.01）。這表明了土壤含氮量是影響浙江毛竹林土壤質(zhì)量的重要因素。土壤有機質(zhì)和速效鉀含量與土壤肥力質(zhì)量評價的綜合指數(shù)都呈極顯著的正相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)平方值分別達(dá)到了0.640（P<0.01）和0.670（P<0.01），表明浙江毛竹林土壤的有機質(zhì)含量和鉀素水平也是影響土壤肥力質(zhì)量的重要因素。這些因素都跟林農(nóng)對毛竹林地的土壤管理和施肥管理有關(guān)[8～9]。對大部分的采樣點，毛竹是當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶的主要收入來源和當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的主要產(chǎn)業(yè)之一。

表5 土壤肥力質(zhì)量指數(shù)與土壤肥力質(zhì)量定量指標(biāo)的相關(guān)性分析Table 5 Correlation analysis of soil fertility quality index and soil fertility quality indicators

3 結(jié)論與討論

以上研究結(jié)果表明，浙江省16個縣（區(qū)/市）毛竹林地土壤肥力質(zhì)量總體上較好，質(zhì)量較好的占68.75%，處于中等及以下水平的占到31.25%。

相關(guān)分析表明，土壤含氮量、有機質(zhì)含量和鉀素水平是影響土壤肥力質(zhì)量的重要因素，土壤的速效氮與土壤肥力質(zhì)量綜合指數(shù)呈現(xiàn)極顯著的相關(guān)性（R=0.943，P<0.01），土壤有機質(zhì)和速效鉀含量與土壤肥力質(zhì)量評價的綜合指數(shù)都呈極顯著的正相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)平方值分別達(dá)到了0.640（P<0.01）和0.670（P<0.01）。

浙江毛竹林地的土壤絕大多數(shù)呈酸性，pH值在4.04～7.23，平均為4.84。主要原因在于長期偏施氮肥導(dǎo)致土壤一定程度的酸化。土壤酸化是指在自然和人為條件下土壤pH值下降的現(xiàn)象，其過程即是鹽基離子陽離子淋失，從而使 Al3+和H+成為土壤中主要的交換性陽離子，其實質(zhì)是土壤交換性酸增加，交換性鹽基離子減少[10]。長期大量的施用化肥，偏施氮肥，而銨態(tài)氮及其硝化引起土壤鹽基元素淋失，鹽基飽和度降低，有機肥施用偏少，使得鹽基元素的補充減少，降低了土壤pH值的緩沖能力，是毛竹林地土壤不斷酸化的主要原因。

科學(xué)施肥是預(yù)防土壤酸堿度失衡的先決條件。大量偏施氮肥易造成土壤酸化，加速鈣、鎂、鉀等鹽基離子淋溶和流失，長此以往會破壞土壤結(jié)構(gòu)[10]。有機肥一般都是呈中性或微堿性反應(yīng)，含有較豐富的鈣、鎂、鈉、鉀等元素，可以中和土壤游離酸，補充土壤鹽基物質(zhì)，緩解土壤酸化速度。有機肥經(jīng)微生物分解后合成的腐殖質(zhì)可與土壤中礦質(zhì)膠體結(jié)合，形成有機–無機復(fù)合體，增加土壤緩沖性能。另外，有機肥還能改善土壤物理化學(xué)性狀，增加孔隙度，提高土壤吸附力，防止和減緩鹽基元素的淋失。

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Study on Soil Quality under Phyllostachys heterocycla cv. pubescens Forest with Fertilization

ZHANG Fei-ying1，LIU Ya-qun1，XU Rui-ying1，ZHOU Ying2
（1. Zhejiang Forestry Academy, Hangzhou 310023, China; 2. Zhejiang University of Technology, Hangzhou 310014, China）

From 2014 to 2015, 1141 soil samples were collected from Phyllostachys heterocycla cv. pubescens forest with fertilization in 16 counties of Zhejiang province. Determinations were made on soil pH, organic matter, available potassium, available phosphorus and ammonium nitrogen. Analytic hierarchy process on soil quality of 16 counties resulted that good quality of soil occupied 68.75%, the best was in Changshan and Deqing with quality index of 1.0135 and 1.0936, the left (31.25%) was medium or below, especially in Longquan, Shaoxing and Longyou. Correlation analysis showed that soil ammonium nitrogen had significant correlation (R=0.943, P <0.01) with soil fertility quality index, as well as soil organic matter and available potassium content with soil fertility quality index , with R square of 0.640 (P<0.01) and 0.670 (P<0.01), indicating that nitrogen, organic matter and available potassium was important indicator for soil fertility quality. The determination demonstrated that mean pH value of the tested soil was 4.84, perhaps caused by fertilization with nitrogen.

Phyllostachys heterocycla cv. pubescens forest; soil fertility quality; pH; ammonium nitrogen; available potassium; organic matter

S714.8

A

1001-3776（2016）04-0019-05

2016-01-15；

2016-04-17

浙江省科技廳科研專項（2014F10002）

張飛英（1984－），女，浙江諸暨人，助理研究員，從事林業(yè)土壤、森林食品相關(guān)研究。