王 璐，喻陽(yáng)華，秦仕憶，鐘欣平

(1.貴州師范大學(xué) 地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550025；2.貴州師范大學(xué) 喀斯特研究院/國(guó)家喀斯特石漠化防治工程技術(shù)研究中心，貴州 貴陽(yáng) 550001)

【研究意義】土壤是陸地生態(tài)系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)，其質(zhì)量狀況是全球生物圈可持續(xù)發(fā)展的重要影響因素[1]。土壤質(zhì)量是指土壤在生態(tài)系統(tǒng)范圍內(nèi)，促進(jìn)動(dòng)植物健康、維持生物的生產(chǎn)能力及保護(hù)環(huán)境質(zhì)量的能力[2]。作為一個(gè)復(fù)雜的功能實(shí)體，土壤質(zhì)量不可直接測(cè)定，但可以利用土壤質(zhì)量指標(biāo)來(lái)推測(cè)[3]。雖然土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)方面的研究已很多[4-6]，但至今還沒(méi)有公認(rèn)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，應(yīng)根據(jù)不同區(qū)域制定合適的評(píng)價(jià)指標(biāo)?；ń?Zanthoxylumbungeamun)作為花江喀斯特地區(qū)的主要經(jīng)濟(jì)植物，種植花椒是喀斯特石漠化區(qū)域特色農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展方式之一，可為喀斯特石漠化區(qū)域生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)和重建提供有效途徑[7]。種植花椒雖能取得良好的經(jīng)濟(jì)效益，但大規(guī)模連種導(dǎo)致花椒面臨產(chǎn)量降低[8]、輪伐期縮短、林分穩(wěn)定性差、地力貧瘠等諸多衰老退化問(wèn)題。土壤質(zhì)量問(wèn)題一直是制約花椒樹生長(zhǎng)的主要因素之一，一是由于缺乏人工科學(xué)管理，當(dāng)?shù)厝罕姴皇┓驶蛘邇H施用少量農(nóng)家肥；另一個(gè)重要原因是礦質(zhì)元素供應(yīng)平衡被打破，氮(N)、磷(P)、鉀(K)等大量元素甚至微量元素等供應(yīng)失去平衡，從而影響群落組成和植物的生長(zhǎng)[9]。植物營(yíng)養(yǎng)元素含量的改變，可造成植物生長(zhǎng)發(fā)育不良及對(duì)病蟲害的敏感性提高[10]。土壤養(yǎng)分作為植物營(yíng)養(yǎng)的主要來(lái)源，土壤礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)狀況能表征植物對(duì)礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)的吸收利用狀況，利用土壤礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)狀況可診斷植物潛在的營(yíng)養(yǎng)狀況，從而指導(dǎo)施肥。植物生長(zhǎng)過(guò)程中，根須不斷吸收土壤養(yǎng)分，同時(shí)也會(huì)不斷地分泌物質(zhì)到土壤中，與土壤形成耦合作用，故土壤質(zhì)量處于一個(gè)動(dòng)態(tài)的變化過(guò)程[11]。因此，要準(zhǔn)確評(píng)價(jià)花椒林地土壤養(yǎng)分的質(zhì)量狀況是極其復(fù)雜的，而加強(qiáng)對(duì)衰老花椒林地土壤養(yǎng)分質(zhì)量的評(píng)價(jià)研究，對(duì)于其土壤肥力改良及植被恢復(fù)具有十分重要的意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】目前，關(guān)于花椒林土壤方面的研究較多，主要集中在土壤特性[12]、土壤酶演變[7]、土壤抗蝕抗沖性[13]、土壤團(tuán)聚體[14-15]等方面?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】但對(duì)花椒林地土壤的礦質(zhì)元素的研究主要集中在N、P、K等大量元素方面，很少涉及中量元素及微量元素，未見關(guān)于不同衰老程度花椒土壤養(yǎng)分質(zhì)量評(píng)價(jià)方面的研究報(bào)道?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】為此，選擇花江峽谷地區(qū)6種不同衰老程度頂壇花椒林地為研究對(duì)象，通過(guò)測(cè)定其有機(jī)碳(SOC)、全氮(TN)、堿解氮(AN)和全磷(TP)等29項(xiàng)土壤養(yǎng)分及礦質(zhì)元素等化學(xué)指標(biāo)，并運(yùn)用主成分分析法以及構(gòu)建土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)最小數(shù)據(jù)集，研究評(píng)價(jià)頂壇花椒土壤的養(yǎng)分質(zhì)量狀況，以期為喀斯特石漠化地區(qū)花椒林地土壤肥力改良及生態(tài)系統(tǒng)的植被恢復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

土壤樣品共計(jì)18份，采自貴州省貞豐縣北盤江鎮(zhèn)和關(guān)嶺縣板貴鄉(xiāng)不同衰老程度的花椒林地。

1.2 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于貴州省西南部貞豐縣和關(guān)嶺縣交匯處的北盤江花江段，行政上隸屬于貞豐縣北盤江鎮(zhèn)及關(guān)嶺縣的板貴鄉(xiāng)，歸屬珠江流域。區(qū)內(nèi)地表起伏較大，相對(duì)高差懸殊，最低海拔370 m，最高海拔1473 m；碳酸鹽類巖占78.45 %，屬典型的喀斯特峽谷；屬中亞熱帶低熱河谷氣候類型，冬春季溫暖干旱，夏秋季濕熱，熱量資源豐富，年均溫18.4 ℃，年均極端最高氣溫32.4 ℃，年均極端最低氣溫6.6 ℃，年均降水量1100 mm；土壤類型以石灰?guī)r和大理巖發(fā)育的石灰土居多，土壤結(jié)構(gòu)不佳、質(zhì)地粘重、缺乏團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，pH通常在6.5以上，易旱，土壤水、熱、肥、氣不平衡，富含鈣質(zhì)，Ca、Mg、Fe含量較高，且有典型的石灰土特質(zhì)；由于人類活動(dòng)的破壞，森林覆蓋率很低，因?yàn)殚L(zhǎng)期強(qiáng)烈的水土流失，基巖裸露，石漠化現(xiàn)象十分嚴(yán)重，裸巖面積比重達(dá)70 %以上[16]。

1.3 樣品采集

2017年7月，在研究區(qū)內(nèi)選擇6種(Ⅰ～Ⅵ)不同衰老程度花椒(頂壇花椒是位于貴州西南部貞豐縣的北盤江鎮(zhèn)頂壇及其周邊相近地理氣候區(qū)特有的高效經(jīng)濟(jì)植物品種)林地為試驗(yàn)樣地，每一植被類型分別在花椒林地中挑選5株葉片枯黃數(shù)量、掛果數(shù)量以及枝條枯死程度相近的植株，對(duì)不同衰老程度花椒土壤進(jìn)行取樣，5點(diǎn)取同一層次土樣組成混合樣，取約1 kg土樣裝入密封袋帶回實(shí)驗(yàn)室，土樣剔除動(dòng)物殘?bào)w、植物根系以及石礫，自然風(fēng)干、研磨、過(guò)篩后保存?zhèn)溆谩?/p>

表1 6種(Ⅰ～Ⅵ)不同衰老程度花椒植株的基本概況Table 1 The basic situation of six(Ⅰ-Ⅵ) kinds of Zanthoxylum planispinum trees with different aging levels

注：Ⅰ為黃葉+低掛果植株，Ⅱ?yàn)榈蛼旃仓辏鬄橛讟渌ダ现仓?，Ⅳ為全死亡植株，Ⅴ?/5死亡植株，Ⅵ為1/2死亡植株。
Note: I is yellow leaf + low fruiting plants, II is low fruiting plants, III is young tree aging plants, IV is all dead plants, V is 4/5 dead plants, VI is 1/2 dead plants.The same as below.

1.4 指標(biāo)測(cè)定

有機(jī)碳(SOC)采用重鉻酸鉀外加熱法測(cè)定，全氮(TN)采用高氯酸-硫酸消煮后用半微量凱氏定氮法測(cè)定，堿解氮(AN)采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定，全磷(TP)采用高氯酸-硫酸消煮-鉬銻抗比色-紫外分光光度法測(cè)定，速效磷(AP)采用氟化銨-鹽酸浸提-鉬銻抗比色-紫外分光光度法測(cè)定，全鉀(TK)采用氫氟酸-硝酸-高氯酸消解-火焰光度計(jì)法測(cè)定，速效鉀(AK)采用中性乙酸銨溶液浸提-火焰光度計(jì)法測(cè)定。二氧化硅(SiO2)、氧化鈣(CaO)、氧化鎂(MgO)、氧化鈉(Na2O)、三氧化二鋁(Al2O3)、三氧化二鐵(Fe2O3)、錳(Mn)、銅(Cu)、鋅(Zn)、鉛(Pb)、鉻(Cr)、鎘(Cd)、鈦(Ti)、鎳(Ni)、鈷(Co)、鍶(Sr)、鉬(Mo)、氯(Cl)和硫(S)依據(jù)《多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查規(guī)范(1∶250000)》(DZ/T0258-2014)進(jìn)行測(cè)定，硼(B)、砷(As)和硒(Se)按照《區(qū)域地球化學(xué)勘查規(guī)范》(DZ/T0167-2006)進(jìn)行測(cè)定。

1.5 最小數(shù)據(jù)集的構(gòu)建及土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)指數(shù)

1.5.1 最小數(shù)據(jù)集的構(gòu)建 對(duì)不同衰老程度頂壇花椒土壤29項(xiàng)土壤有機(jī)質(zhì)及礦質(zhì)元素等化學(xué)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析(PCA)。選擇特征值≥1的主成分(PC)，選取高因子載荷指標(biāo)，即選取因子載荷絕對(duì)值達(dá)到該P(yáng)C中最大因子載荷90 %的指標(biāo)[17]。當(dāng)1個(gè)PC只有1個(gè)高因子載荷指標(biāo)時(shí)，則將該指標(biāo)選入最小數(shù)據(jù)集。當(dāng)1個(gè)PC不止1個(gè)高因子載荷指標(biāo)時(shí)，對(duì)高因子載荷分別進(jìn)行相關(guān)性分析，如果相關(guān)性低(r<0.7)，各高因子載荷指標(biāo)均應(yīng)選入最小數(shù)據(jù)集。如果相關(guān)性高(r>0.7)，將相關(guān)系數(shù)之和最大的高因子載荷指標(biāo)選入最小數(shù)據(jù)集，從而確定最終的最小數(shù)據(jù)集。因研究原始變量較多，選擇r>0.8為高相關(guān)性。

1.5.2 土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)指數(shù) 由于各評(píng)價(jià)指標(biāo)單位不同，導(dǎo)致數(shù)值差異較大，故研究前需要對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化PCA處理，得到載荷矩陣及貢獻(xiàn)率；主成分特征向量等于對(duì)應(yīng)的載荷矩陣值除以該成分特征值的平方根[18]；進(jìn)而將標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)與主成分特征向量相乘得到不同衰老程度花椒林地土壤主成分因子得分；采用加權(quán)法計(jì)算土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)分值，其表達(dá)式[1]如下。

SQAV=∑aizi

式中，SQAV為土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)分值；ai為各因子的方差貢獻(xiàn)率；zi為因子得分，zi=∑wijxij，wij為第i個(gè)變量在第j個(gè)因子處的因子得分系數(shù)，xij為第i個(gè)變量在第j個(gè)因子處的標(biāo)準(zhǔn)化值。

1.6 數(shù)據(jù)處理

使用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)初步分析與整理；利用SPSS20.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，采用單因素方差分析(one-way ANOVA)對(duì)不同衰老程度頂壇花椒土壤所測(cè)指標(biāo)進(jìn)行差異性檢驗(yàn)，并使用最小顯著差數(shù)法(LSD)進(jìn)行多重比較，利用Pearson相關(guān)分析法分析高因子載荷候選指標(biāo)之間的相關(guān)性；采用Origin8.6制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同衰老程度頂壇花椒土壤的化學(xué)性質(zhì)

2.1.1 養(yǎng)分含量 從圖1可知，不同衰老程度頂壇花椒的土壤養(yǎng)分含量存在一定的差異性。土壤SOC含量為48.12～71.26 g/kg，以全死亡植株土壤含量最高，顯著高于黃葉+低掛果植株、幼樹衰老植株、4/5死亡植株和1/2死亡植株土壤；TN、AN、TP、AP、TK和AK含量分別為3.03～5.32 g/kg、106.81～314.23 mg/kg、0.05～0.20 g/kg、3.80～28.18 mg/kg、10.58～17.39 g/kg和126.12～351.89 mg/kg，其中，TN、AN和TK均表現(xiàn)為低掛果植株土壤含量最高；TP以4/5植株死亡土壤含量最高，與其他衰老程度花椒植株土壤含量均達(dá)顯著差異水平；AP和AK以幼樹衰老植株土壤含量最高，顯著高于其他衰老程度的花椒植株土壤。

2.1.2 氧化物含量 從圖2可知，土壤Fe2O3和Al2O3含量分別為10.17 %和22.56 %，以幼樹衰老植株土壤含量最高，且均顯著高于其余5種花椒衰老植株土壤；CaO、MgO和Na2O含量分別為13.97 %、3.52 %、0.27 %，以4/5死亡植株土壤含量最高，其中CaO和MgO 4/5死亡植株土壤含量與其余5種花椒衰老植株土壤差異達(dá)顯著性水平，Na2O 4/5死亡植株土壤含量顯著高于黃葉+低掛果植株、低掛果植株、幼樹衰老植株、全死亡植株土壤；SiO2含量為43.02 %，以黃葉+低掛果植株土壤含量最高，且與其余5種花椒衰老植株土壤含量差異顯著。

2.1.3 其他礦質(zhì)元素含量 從表2可知，Ni含量為83.02 μg/g，以幼樹衰老植株土壤含量最高；Mn、S、Cu、Zn、Mo、As、Cd和Pb含量分別為0.31 %、0.14 %、31.72 μg/g、443.24 μg/g、3.64 μg/g、55.42 μg/g、3.42 μg/g和226.06 μg/g，均以低掛果植株土壤含量最高；Ti含量為0.75 %，以黃葉+低掛果植株與全死亡植株土壤含量最高；Se含量為1.07 μg/g，以黃葉+低掛果植株土壤含量最高；Cl含量為0.01 %，在6種不同衰老程度頂壇花椒土壤中含量均極低；Cr和Co含量分別為171.48和28.73 μg/g，以全死亡植株土壤含量最高；Sr和B含量分別為104.45和69.96 μg/g，均以1/2死亡植株土壤含量最高。

2.2 不同衰老程度頂壇花椒的土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

為了減少評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)量，對(duì)不同衰老程度頂壇花椒土壤29項(xiàng)化學(xué)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，選取特征值>1的主成分(表3)。其特征值>1的5個(gè)主成分解釋方差累積貢獻(xiàn)率達(dá)95.673 %。說(shuō)明，這5個(gè)主成分可反映全部指標(biāo)95 %以上的信息。對(duì)各變量在各個(gè)PC上的旋轉(zhuǎn)因子載荷大小進(jìn)行選取，通常認(rèn)為系數(shù)絕對(duì)值大于0.8的初始因子對(duì)構(gòu)成的評(píng)價(jià)因子具有重要的影響力[19]。PC1貢獻(xiàn)率為30.688 %，為最重要的影響因子，TP、Ti、CaO、SiO2和Cl在PC1中發(fā)揮了重要作用。PC2貢獻(xiàn)率為21.986 %，該主成分主要受Ni和B的支配。PC3貢獻(xiàn)率為16.665 %，該主成分在TK、Mn和Cu上的負(fù)載較大。PC4貢獻(xiàn)率為16.307 %，該主成分在Zn、Mo、Cd和Pb上的載荷系數(shù)較大。PC5貢獻(xiàn)率為10.027 %，該主成分主要受AP和AK支配，雖然系數(shù)絕對(duì)值略小于0.8，但仍是PC5的重要影響因子。從重要影響因子中再選取高因子載荷，經(jīng)對(duì)高因子載荷指標(biāo)相關(guān)性分析，PC1中高因子載荷有TP、Ti、CaO和SiO2這4個(gè)指標(biāo)，SiO2與TP、CaO的相關(guān)系數(shù)均大于0.8，達(dá)極顯著水平，且SiO2與TP、CaO的相關(guān)系數(shù)之和最大，因此PC1中SiO2選入最小數(shù)據(jù)集。PC2中高因子載荷有Ni和B這2個(gè)指標(biāo)，相關(guān)系數(shù)大于0.8，達(dá)極顯著水平，且B因子載荷較大，因此B入選最小數(shù)據(jù)集。在PC3中，高因子載荷有TK、Mn和Cu這3個(gè)指標(biāo)，TK與Mn、Cu相關(guān)系數(shù)均大于0.8，達(dá)極顯著水平，且TK與Mn、Cu的相關(guān)系數(shù)之和最大，因此TK入選最小數(shù)據(jù)集。PC4中高因子載荷有Mo和Pb，相關(guān)系數(shù)大于0.8，達(dá)極顯著水平，且Mo因子載荷較大，故Mo入選最小數(shù)據(jù)集。PC5中高因子載荷有AP和AK這2個(gè)指標(biāo)，因兩者相關(guān)系數(shù)小于0.8，故均選入最小數(shù)據(jù)集。因此不同衰老程度頂壇花椒土壤養(yǎng)分質(zhì)量評(píng)價(jià)的最小數(shù)據(jù)集有SiO2、B、TK、Mo、AP和AK這6個(gè)指標(biāo)。

不同小寫字母代表同一測(cè)定指標(biāo)不同衰老程度頂壇花椒土壤間差異顯著(P<0.05)，下同Different lowercase letters indicated significant difference in soil of Zanthoxylum planispinum var. dingtanensis with different aging levels among the same indicator (P<0.05). The same as below圖1 不同衰老程度頂壇花椒土壤的大量元素含量Fig.1 Macro-element content in soil of Zanthoxylum planispinum trees with different aging level

圖2 不同衰老程度頂壇花椒土壤的氧化物含量Fig.2 Soil oxide content of Zanthoxylum planispinum trees with different aging level

表2 不同衰老程度頂壇花椒土壤其他礦質(zhì)元素的含量Table 2 Mineral elements content in soil of Zanthoxylum planispinum trees with different aging level

注：同行不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。
Note: Different lowercase letters in the same column indicate significance of difference atP<0.05 level.

表3 旋轉(zhuǎn)后因子載荷矩陣及主成分的貢獻(xiàn)率Table 3 Loading matrix of components and contribution rate of principal components

續(xù)表3 Continued table 3

指標(biāo)Index主成份Principal componentPC1PC2PC3PC4PC5Mo0.0520.310-0.0010.943-0.066Ni-0.2440.881-0.0020.0540.367As0.6980.3260.2410.422-0.121Cd0.3740.1120.3550.840-0.068Co0.509-0.024-0.6480.1010.312Cr0.4560.617-0.3670.0790.215Pb0.3510.0680.2370.889-0.125Se0.631-0.2300.6600.197-0.159Sr-0.451-0.739-0.396-0.2660.094B0.012-0.938-0.142-0.101-0.289特征值Eigenvalue8.8996.3764.8334.7292.908貢獻(xiàn)率(%)Contribution rate )30.68821.98616.66516.30710.027累計(jì)貢獻(xiàn)率(%)Cumulative contribution rate 30.68852.67469.33985.64695.673

從表4看出，黃葉+低掛果植株和低掛果植株因子5得分均最低，幼樹衰老植株因子4得分最低，全死亡植株因子3得分最低，4/5死亡植株因子1得分最低，1/2死亡植株因子2得分最低?？蓮囊蜃拥梅终覍こ鰧?duì)每一類植株生長(zhǎng)具有重要影響的營(yíng)養(yǎng)元素，黃葉+低掛果植株和低掛果植株的重要影響元素為AP和AK，幼樹衰老植株的重要影響元素為Zn、Mo、Cd和Pb，全死亡植株的重要影響元素為TK、Mn和Cu，4/5死亡植株的重要影響元素為TP、Ti、CaO、SiO2和Cl，1/2死亡植株的重要影響元素為Ni和B。

表4 不同衰老程度頂壇花椒土壤主成分的因子得分Table 4 Factor score of principal components in soil of Zanthoxylum planispinum trees with different aging level

TDS：全體數(shù)據(jù)集，MDS：最小數(shù)據(jù)集TDS: Total data set, MDS: Minimum data set圖3 不同衰老程度頂壇花椒土壤質(zhì)量的評(píng)價(jià)分值Fig.3 Quality score of soil of Zanthoxylum planispinum trees with different aging level

2.3 不同衰老程度頂壇花椒土壤的質(zhì)量評(píng)價(jià)

分別對(duì)最小數(shù)據(jù)集和全體數(shù)據(jù)集，利用主成分因子得分和方差貢獻(xiàn)率進(jìn)行加權(quán)計(jì)算土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)分值(圖3)。其中，最小數(shù)據(jù)集土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)分值依次為幼樹衰老植株(134.019)>低掛果植株(70.064)>4/5死亡植株(-24.539)>黃葉+低掛果植株(-33.811)>全死亡植株(-36.508)>1/2死亡植株(-109.225)。全體數(shù)據(jù)集土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)分值依次為低掛果植株(315.410)>幼樹衰老植株(233.972)>黃葉+低掛果植株(80.844)>全死亡植株(-35.366)>4/5死亡植株(-268.017)>1/2死亡植株(-326.845)。總體上看，衰老退化較輕花椒植株土壤質(zhì)量?jī)?yōu)于衰老退化嚴(yán)重的花椒植株。

3 討 論

3.1 不同衰老程度頂壇花椒土壤的化學(xué)性狀

生態(tài)系統(tǒng)中植物養(yǎng)分的主要來(lái)源是土壤，土壤中養(yǎng)分庫(kù)會(huì)影響生產(chǎn)力功能和地上植被群落的結(jié)構(gòu)[20]。土壤全量養(yǎng)分一定程度可表征土壤養(yǎng)分肥力的供應(yīng)潛力，而有效養(yǎng)分可代表土壤可供植物易吸收利用養(yǎng)分元素的能力[21]。研究結(jié)果表明，土壤SOC含量依次為全死亡植株>低掛果植株>幼樹衰老植株>黃葉+低掛果植株>1/2死亡植株>4/5死亡植株；TN和TK含量均以低掛果植株土壤含量最高，表明低掛果植株土壤養(yǎng)分肥力的供應(yīng)潛力較其他衰老程度花椒土壤好；AP和AK含量以幼樹衰老植株土壤含量最高，AN含量以低掛果植株與幼樹衰老植株土壤含量最高。說(shuō)明，幼樹衰老植株土壤能提供更多植物易于吸收利用的養(yǎng)分元素。Fe2O3、Al2O3和Ni含量均以幼樹衰老植株土壤含量最高；Mn、S、Cu、Zn、Mo、As、Cd和Pb含量均以低掛果植株土壤含量最高?？傮w上看，幼樹衰老植株和低掛果植株土壤中營(yíng)養(yǎng)元素含量較多，能為花椒樹生長(zhǎng)提供更多養(yǎng)分。4/5死亡植株土壤TP、CaO、MgO和Na2O含量最豐富；黃葉+低掛果植株土壤SiO2和Se含量最高；Cl含量在6種不同衰老程度頂壇花椒土壤中含量均極低，均為0.01 %；Cr和Co含量以全死亡植株土壤含量最高；Sr和B含量均以1/2死亡植株土壤含量最高?？傮w來(lái)看，黃葉+低掛果植株、低掛果植株和幼樹衰老植株土壤養(yǎng)分優(yōu)于全死亡植株、1/2死亡植株和4/5死亡植株土壤。表明，6種不同衰老程度頂壇花椒的土壤養(yǎng)分含量均不同，這是由于土壤養(yǎng)分含量的差異與生態(tài)系統(tǒng)的干擾程度[22]、凋落物產(chǎn)量、土壤基質(zhì)質(zhì)量、養(yǎng)分歸還量等密切相關(guān)。

3.2 不同衰老程度頂壇花椒土壤養(yǎng)分質(zhì)量的綜合評(píng)價(jià)

全體數(shù)據(jù)集土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)分值依次為低掛果植株>幼樹衰老植株>黃葉+低掛果植株>全死亡植株>4/5死亡植株>1/2死亡植株。這與不同衰老程度頂壇花椒林地的土壤養(yǎng)分含量結(jié)果在一定程度上具有相似性，可以相互佐證。植被可通過(guò)改變凋落物的質(zhì)與量和非生物環(huán)境等方式影響生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)土壤養(yǎng)分資源的循環(huán)和分布，土壤養(yǎng)分資源的量及空間分布也會(huì)反過(guò)來(lái)影響植被群落結(jié)構(gòu)及分布[20]。植物凋落物分解是土壤物質(zhì)循環(huán)和能量轉(zhuǎn)換的主要途徑，通過(guò)分解逐步把養(yǎng)分歸還土壤，因而分解過(guò)程和速率對(duì)土壤肥力具有重要的影響[23]。據(jù)筆者調(diào)查，低掛果植株中30 %葉片呈黃綠色，其余大部分葉片表現(xiàn)出正常特征，光合作用良好，且低掛果植株中TN、TK、Mn、S、Cu、Zn、Mo、As、Cd和Pb含量最豐富，加之凋落物數(shù)量大，釋放養(yǎng)分多，歸還土壤的養(yǎng)分隨之增加，故低掛果植株土壤質(zhì)量最好。只有幼樹衰老植株葉片呈綠色，光合作用較好，郁閉度較高，土壤養(yǎng)分吸收利用效率較高，尤其是植物能直接吸收的有效養(yǎng)分，故幼樹衰老植株土壤質(zhì)量?jī)H次于低掛果植株。黃葉+低掛果植株中80 %葉片為黃色，隨著葉片衰老程度的加劇，葉片的光合能力逐漸衰退[24]，但土壤養(yǎng)分含量適中，故黃葉+低掛果植株土壤質(zhì)量處于中等水平。全死亡植株土壤質(zhì)量?jī)?yōu)于4/5死亡植株和1/2死亡植株，可能與該土壤上生長(zhǎng)的花椒植株已完全死亡，林地土壤中養(yǎng)分未被吸收利用有關(guān)，故導(dǎo)致土壤養(yǎng)分高于4/5死亡植株和1/2死亡植株土壤養(yǎng)分。4/5死亡植株中很多植物生長(zhǎng)必需養(yǎng)分均低于黃葉+低掛果植株、低掛果植株和幼樹衰老植株，養(yǎng)分歸還量少，故土壤質(zhì)量亦較低。1/2死亡植株可能是其生長(zhǎng)的土壤中養(yǎng)分含量不足、植株個(gè)體差異以及過(guò)度的人為干擾活動(dòng)導(dǎo)致土壤質(zhì)量低于其他衰老程度花椒植株。

3.3 土壤質(zhì)量對(duì)頂壇花椒衰老的影響

從全體數(shù)據(jù)集計(jì)算的主成分因子得分看，黃葉+低掛果植株和低掛果植株因子5的得分均最低，表明二者土壤質(zhì)量受AP和AK含量的影響較大，二者土壤AP含量顯著低于幼樹衰老植株，土壤AK含量顯著低于其他衰老程度花椒植株，說(shuō)明黃葉+低掛果植株和低掛果植株在栽培過(guò)程中應(yīng)多關(guān)注AP和AK的投入。幼樹衰老植株因子4的得分最低，其土壤質(zhì)量主要受到Zn、Mo、Cd和Pb含量的影響，其中，土壤Mo含量低于低掛果植株、全死亡植株及4/5死亡植株，土壤Pb含量低于黃葉+低掛果植株、低掛果植株和全死亡植株，表明幼樹衰老植株衰老的原因可能是土壤中Mo和Pb 2種礦質(zhì)元素含量過(guò)低所導(dǎo)致。全死亡植株因子3的得分最低，其土壤質(zhì)量與TK、Mn和Cu含量密切相關(guān)，其土壤TK、Mn和Cu含量均低于黃葉+低掛果植株、低掛果植株、幼樹衰老植株及4/5死亡植株?？梢姡劳鲋仓晁ダ纤劳龅脑蚩赡芘c土壤中TK、Mn和Cu含量有關(guān)。4/5死亡植株因子1的得分最低，因此其土壤質(zhì)量好壞與TP、Ti、CaO、SiO2和Cl含量豐缺關(guān)系密切，其土壤Ti和SiO2含量顯著低于其余5類衰老程度花椒植株，故4/5死亡植株衰老退化的原因可能與其土壤Ti和SiO2含量過(guò)低有關(guān)，在植被恢復(fù)過(guò)程中，應(yīng)多關(guān)注土壤中Ti和SiO2含量狀況。因其土壤中Cl含量與另外5類衰老程度花椒植株都極低，均為0.01 %，故不能判斷4/5死亡植株土壤是否因?yàn)槿鄙貱l元素而導(dǎo)致植株的衰老退化。1/2死亡植株因子2的得分最低，可知其土壤質(zhì)量受Ni和B含量影響的可能性比較大，其土壤Ni含量均低于其余5類衰老程度花椒植株，土壤B含量顯著高于其他幾類植株，表明1/2死亡植株土壤主要缺少Ni元素，實(shí)際培育過(guò)程可適當(dāng)向土壤中補(bǔ)充Ni元素養(yǎng)分。

3.4 基于最小數(shù)據(jù)集頂壇花椒土壤養(yǎng)分的管理

Si、B、Mo、AP、AK和TK等礦質(zhì)元素為植株生長(zhǎng)必需的營(yíng)養(yǎng)元素。有研究指出，B對(duì)于核酸的生物合成有重要作用，缺B時(shí)超氧化物歧化酶活性降低，導(dǎo)致超氧自由基積累，超氧自由基可加速葉綠素的降解，使得葉綠素含量降低，而植物光合作用的主要場(chǎng)所是葉綠體，故光合作用降低，最終影響植株的正常生長(zhǎng)[25]。Si對(duì)植物的作用有許多方面，對(duì)于植物的形態(tài)結(jié)構(gòu)、抗逆能力以及生長(zhǎng)發(fā)育等均有影響[26]。施硅可增加植株生物量，提高作物葉片的光合速率[27]。而K是活躍的生命元素，P是蛋白質(zhì)的成分和能量梭子ATP的組成元素[28]。最小數(shù)據(jù)集的構(gòu)建指標(biāo)與6種不同衰老程度頂壇花椒植株林地土壤中可能缺少的礦質(zhì)元素較為相同，可指導(dǎo)合理施肥。黃葉+低掛果植株和低掛果植株培育時(shí)應(yīng)增加速效磷肥和鉀肥的投入；幼樹衰老植株栽培時(shí)可適當(dāng)增施鉬肥；為避免植株全死亡，栽培過(guò)程中注意補(bǔ)充富含TK、Mn和Cu養(yǎng)分的肥料；4/5死亡植株植被恢復(fù)時(shí)應(yīng)考慮補(bǔ)充硅肥及鈦肥；1/2死亡植株植被恢復(fù)時(shí)應(yīng)多關(guān)注鎳肥的投入。

鑒于研究?jī)H對(duì)研究區(qū)土壤化學(xué)指標(biāo)進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)及研究區(qū)域有限，下一步應(yīng)開展更多土壤生物指標(biāo)、土壤物理指標(biāo)以及大尺度監(jiān)測(cè)研究，同時(shí)考慮施肥、灌溉等對(duì)土壤質(zhì)量影響較大的因素，以提高研究區(qū)土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)的全面性。

4 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)花江喀斯特地區(qū)6種不同衰老程度頂壇花椒林地土壤養(yǎng)分的研究結(jié)果表明，衰老退化較輕的頂壇花椒植株林地土壤養(yǎng)分較衰老退化嚴(yán)重的頂壇花椒植株林地土壤養(yǎng)分含量高，但均需要對(duì)應(yīng)增施不同肥料以改良土壤質(zhì)量?；谥鞒煞旨跋嚓P(guān)性分析，篩選出SiO2、B、TK、Mo、AP和AK 6個(gè)指標(biāo)作為不同衰老程度頂壇花椒土壤養(yǎng)分質(zhì)量評(píng)價(jià)的最小數(shù)據(jù)集。全體數(shù)據(jù)集評(píng)價(jià)不同衰老程度頂壇花椒林地土壤質(zhì)量依次為低掛果植株>幼樹衰老植株>黃葉+低掛果植株>全死亡植株>4/5死亡植株>1/2死亡植株。