林下黃連種植土壤養(yǎng)分調(diào)查及評價

王麗珍　楊旭　趙玉清

摘要：林下種植黃連（Coptis chinensis Franch.）與搭棚栽連相比，林下栽連的人工投入和材料更少。對不同的林下種植黃連后土壤養(yǎng)分進行調(diào)查，通過主要成分分析及聚類分析驗證，科學(xué)反映了各林下黃連地的土壤肥力水平，為科學(xué)施肥提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：林下黃連（Coptis chinensis Franch.）；土壤肥力；主要成分分析；聚類分析

中圖分類號：S567.5+2 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）06-1395-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.06.009

黃連（Coptis chinensis Franch.）為毛茛科黃連屬多年生草本植物[1]，為重要中藥材，主要分布于鄂西恩施州、渝東石柱縣等海拔1 200～1 800 m的山區(qū)[2]，種植模式有傳統(tǒng)的搭棚和林下栽邊兩種。為了解不同林下種植模式種植黃連后土壤的肥力狀況，給藥農(nóng)提供科學(xué)施肥依據(jù)，特選取不同林下種植模式土壤作土壤肥力分析的評價。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地選在恩施州新塘鄉(xiāng)太山廟黃連生產(chǎn)基地（N30°09′45′′，E109°48′63′′），海拔約1 780 m。

1.2 試驗設(shè)計

選取海拔、土壤、地形等立地條件相近的休耕地、日本柳杉林、厚樸林及黃柏林作為試驗地，并選擇對照樣地（表1）。2011年10月在各試驗地栽植2年生黃連苗，種植過程中的補苗、病害防治、除草、施肥等均按傳統(tǒng)種植方式統(tǒng)一進行，對照樣地除不栽植黃連外，其他處理相同；2014年10月對各試驗地進行土樣采集，采用5點取樣法，采集深度為0～20 cm，重復(fù)取樣3次，土樣去雜、四分法混合后測定其土壤養(yǎng)分。有機質(zhì)采用重鉻酸鉀-容量法測定，全氮采用半微量凱氏定氮法測定；堿解氮采用堿解擴散法測定；全磷采用氫氧化鈉熔融-鉬銻抗比色法測定；速效磷采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測定；全鉀采用氫氧化鈉熔融一原子吸收分光光度法測定，速效鉀采用乙酸銨浸提-火焰光度法測定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)的整理使用Excel WPS軟件，數(shù)據(jù)的計算與統(tǒng)計分析主要使用SPSS19.0軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同林下種植模式土壤肥力指標(biāo)測定

2.1.1 土壤肥力指標(biāo)測定結(jié)果 選取不同林下種植模式土壤pH、有機質(zhì)、堿解氮、全氮、速效磷、速效鉀、全磷、全鉀共8個肥力因子作為土壤肥力分析的評價指標(biāo)。各處理pH 4.76～6.62、有機質(zhì)44.56～99.63 g/kg、堿解氮147.42～552.33 mg/kg、全氮0.95～2.76 g/kg、速效磷1.69～18.11 mg/kg、速效鉀116.67～222.33 mg/kg、全磷0.54～0.95 g/kg、全鉀4.17～14.98 g/kg，具體測定結(jié)果見表2。

2.1.2 不同林下種植模式土壤養(yǎng)分含量 不同林下種植模式的土壤養(yǎng)分含量見表3。

2.2 不同林下種植模式土壤肥力主成分分析

2.2.1 土壤測定數(shù)據(jù)的標(biāo)準化 土壤肥力指標(biāo)具有不同的含義，因而在數(shù)量級和量綱上都不同，為保證其客觀性和科學(xué)性，需對原始數(shù)據(jù)矩陣進行標(biāo)準化處理，應(yīng)用SPSS19.0對表2測定數(shù)據(jù)進行Z標(biāo)準化方法處理，每一變量值與其平均值之差除以該變量的標(biāo)準差。無量綱化后各變量的平均值為0，標(biāo)準差為1，從而消除量綱和數(shù)量級的影響，結(jié)果見表4。

對表2中各土壤肥力測定結(jié)果變量值的關(guān)聯(lián)度進行統(tǒng)計性描述，其數(shù)據(jù)間的特征值見表5。

2.2.2 各指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)矩陣 用相關(guān)系數(shù)公式計算土壤各肥力指標(biāo)之間的相關(guān)系數(shù)矩陣，結(jié)果見表6。土壤肥力指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)矩陣表主要顯示了各土壤肥力的相關(guān)性，由表6可知，XG與LSCK相關(guān)值最高，為0.926。其次，分析表中的XG與HP及LSCK與HP的相關(guān)值也較高，分別為0.885和0.883。

2.2.3 特征值和特征向量 表6為初始因子載荷矩陣，每一個載荷量表示主成分與對應(yīng)變量的相關(guān)系數(shù)。用表6（主成分載荷矩陣）中的數(shù)據(jù)除以主成分相對應(yīng)的特征值（表7）開平方根便得到2個主成分中每個指標(biāo)所對應(yīng)的系數(shù)即特征向量A1、A2、A3。

由表6（初始因子載荷矩陣）可知，土壤肥力因子有機質(zhì)、堿解氮、速效磷、全氮、全磷在第1主成分上有較高載荷，pH、速效鉀在第2主成分上有較高載荷，全磷在第3主成分上有較高載荷。

2.2.4 貢獻率和累積貢獻率 根據(jù)累積貢獻率≥85%的原則取得主成分，據(jù)此提取了3個主成分，由表7可知，第1主成分對總方差的貢獻率是48.961%，第2主成分對總方差的貢獻率是19.503%，第3主成分對總方差的貢獻率是16.776%，三者之和達到85.240%，即前3個主成分能把土壤全部指標(biāo)提供信息的85.240%反映出來。因此，利用主成分分析林下不同種植模式土壤肥力質(zhì)量是可靠的。

2.2.5 主成分得分、綜合得分 主成分是原各指標(biāo)的線性組合，各指標(biāo)的權(quán)數(shù)為特征向量，它表示各單項指標(biāo)對于主成分的重要程度并決定了該主成分的實際意義。根據(jù)主成分計算公式，可得到3個主成分與原8項指標(biāo)特征向量進行線性組合，再將標(biāo)準化數(shù)據(jù)代入到線性組合公式中，可得到8個不同林分種植土壤分別在3個主成分上的得分；再根據(jù)F=∑biFj=b1F1+b2F2+…+bkFk得F=0.489 61F1+0.195 03F2+0.167 76F3，從而求得綜合得分F（表8）。

由表8可知，各處理土壤肥力由高到低依次為HPCK、HP、HBCK、HB、LS、LSCK、XG、XGCK；其中不栽植黃連苗的厚樸林肥力最高，其次是黃柏林的肥力比較高，柳杉林的肥力偏低，休耕地的土壤肥力最低；從肥力監(jiān)測情況可以看出，厚樸林和黃柏林因栽植黃連苗造成林下土壤肥力降低，相反栽植黃連苗的柳杉林和休耕林土壤肥力增高。

2.2.6 聚類分析驗證 用平方歐氏距離比較各處理肥力大小差異，以最短距離法針對各處理進行系統(tǒng)聚類，具體肥力水平分類見圖1。根據(jù)聚類分析（圖1）可將這8個處理的土壤肥力水平分為4個等級：肥力最高的一等地（HPCK）；其次為肥力中等偏上的二等地（HP）；肥力中等偏下的三等地（HBCK）；肥力最差的四等地（HB、LS、LSCK、XG、XGCK）。結(jié)果表明，聚類分析與主成分分析結(jié)果基本一致[3-10]。

3 小結(jié)

自20世紀90年代以來，土壤肥力狀況的評價方法已有不少相關(guān)報道，但主要集中在某個或某些肥力指標(biāo)上的差異比較，而對各處理肥力綜合指標(biāo)的差異鮮有報道。本研究利用主成分分析法和聚類分析法分析長期定位試驗土壤肥力水平，通過化學(xué)計量學(xué)原理進行的主成分統(tǒng)計分析結(jié)果表明，各處理土壤肥力高低依次為HPCK、HP、HBCK、HB、LS、LSCK、XG、XGCK，表明不同林下種植模式對土壤的肥力因子影響不同，各植物生長對土壤肥力貢獻不同。通過主成分分析更能科學(xué)、全面地反映肥力水平，為科學(xué)施肥提供理論依據(jù)。

參考文獻：

[1] 傅書遐.湖北植物志（第一冊）[M].武漢：湖北科學(xué)技術(shù)出版社，2003.

[2] 徐 良.藥用植物栽培學(xué)[M].北京：中國中醫(yī)藥出版社，2009.

[3] 張水清，黃紹敏，郭斗斗.主成分分析在潮土土壤肥力評價中的應(yīng)用[J].河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，40（4）：82-86.

[4] 張玉銘，胡春勝，毛任釗，等.河北欒城縣農(nóng)田土壤養(yǎng)分肥力狀況與調(diào)控[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2003，21（4）：68-72.

[5] 唐 都，高疆生，徐崇志，等.土壤養(yǎng)分因子對灰棗果實風(fēng)味品質(zhì)的相關(guān)分析[J].新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，51（1）：66-71.

[6] 王 斐，李菊梅，戴建軍，等.有機結(jié)合態(tài)磷肥對土壤微生物及磷酸酶的影響[J].化肥工業(yè)，2013，40（3）：3-9.

[7] 王子龍，付 強，姜秋香，等.基于GIS與屬性識別模型的土壤肥力綜合評價[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2009，25（6）：76-79.

[8] 宋小英，羅 軍，梅 忠，等.施用污泥堆肥對旱荷花生長和土壤環(huán)境的影響[J].華東森林經(jīng)理，2009，23（4）：16-18.

[9] 張玉銘，毛任釗，胡春勝，等.華北太行山前平原農(nóng)田土壤養(yǎng)分的空間變異性研究[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2004，15（11）：2049-2054.

[10] 王激清，張寶悅.冀西北農(nóng)牧交錯帶土壤養(yǎng)分時空變異與生產(chǎn)特性研究[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境，2014，28（3）：86-90.