肖杰 熊康宁 李开萍

摘要：为揭示石漠化治理区种植刺梨地土壤养分水平与刺梨果实品质间的关系，以中国南方喀斯特石漠化治理区刺梨种植地和其果实为研究对象，研究石漠化治理区不同地形区刺梨种植地土壤养分水平与果实品质的差异性，探讨刺梨种植地土壤养分水平与刺梨果实品质的相关性，并以冗余分析进行土壤养分水平与果实品质的排序。结果表明：石漠化治理区的土壤养分水平、刺梨单果质量、SOD活性在溶蚀洼地、侵蚀洼地和山地坡面具有显著差异（P<0.05）;相关性分析表明总体上存在弱相关，个别土壤养分因子与刺梨果实品质有显著相关关系（P<0.05）;冗余分析排序表明，土壤的全磷、碱解氮和速效磷含量为溶蚀洼地区刺梨果实品质的重要影响因子;土壤pH值、全磷含量、全钾含量、有机质含量、碱解氮含量和速效钾含量在侵蚀台地区中可能对刺梨果实维生素C含量和单果质量有影响，山地坡面种植区土壤全氮含量、碱解氮含量、pH值、速效磷含量为影响刺梨果实品质的重要因子。

关键词：喀斯特地区;刺梨;土壤养分;果实品质;冗余排序分析;石漠化治理

中图分类号：S156   文献标志码： A  文章编号：1002-1302（2019）14-0143-05

刺梨（Rosa roxburghii）学名为缫丝花，属蔷薇科多年生落叶小灌木类果树。其果实近闻有独特香味，品尝时口感酸甜微涩，果实内营养含量丰富，尤其是维生素C含量超过苹果（Malus pumila）、葡萄（Vitis vinifera）、猕猴桃（Actinidia chinensis）等水果的含量，刺梨果实内超氧化物歧化酶（SOD）活性高，具有可利用的经济价值。此外，因刺梨根系浅且发达、喜阳耐旱、较耐寒等优点，被作为石漠化治理区优先选用坡面防治水土流失作用的植物篱树种，从而达到兼顾经济效益和生态效益的经济生态果树，具有广阔的开发利用前景[1]。在喀斯特地区，受人为不合理的改造自然因素作用下，植被遭受破坏引起演替等级倒退，地上地下水土发生流失、漏失呈现出碳酸盐岩大片裸露的石质荒漠化现象[2-3]，从而使得土壤层较薄、土壤沙粒化、有机质等土壤养分含量减少和土壤微生物多样性降低[4]。目前，石漠化治理区多以小流域尺度划分进行综合治理，其中采取以刺梨搭配其他品种果树、农作物的混农林修复手段运用于潜在-轻度石漠化区域，达到巩固水土、促进植被演替进度、农户增加收益的目的。近年来，当地农户为达到良好的经济效益，盲目扩充刺梨的种植规模，这一举措不但忽视对刺梨种植区土壤养分水平的提升和果实品质的优化，而且易引发刺梨种植长远的经济收益和生态效益的边际递减。

在田间管理和果树栽培中，广泛采用测土配方和果实品质分析诊断技术并取得了良好的反响。基于土壤养分水平与果树果实的品质和产量的分析，发现其存在显著相关性[5-6]。植物有机体的代谢和调节，果树生长发育、产量的形成以及果实品质的提高，受制于土壤中养分元素构成的作用[7]。正因为如此，在土壤养分贫瘠的石漠化治理区，探究不同地形区刺梨种植地根系层土壤养分因子与果实品质指标的关系，对指导石漠化治理区刺梨种植地合理施肥以及提升果实品质具有重要的现实意义。目前，国内果树工作者做了大量与土壤养分水平和果实品质定量分析的研究，对于苹果园土壤养分水平与苹果品质调控不明的问题，采用典型相关分析、回归分析和线性规划等方法，确定土壤营养成分最佳含量优化方案[8];采取关联性分析研究发现，降低富含在果实中的氮元素，调控果实中P、K、Ca、Fe等元素能有效提高苹果果实品质[9];果实质量除了与土壤养分水平有关之外，还与叶片营养元素的作用有关[10];而国外的果树研究学者在对果树叶片营养和果实品质影响[11]、果实营养变化[12]、土壤养分水平对果实品质作用[13-14]等方面作了深入的研究，这些前人的研究为石漠化治理区刺梨种植地进行土壤改良和施肥优化提供了理论参考。

通过对生态脆弱性环境下的土壤养分状况及其影响生态经济林的果实品质进行研究，有助于认识该环境下土壤系统与植物间耦合作用关系及机理，进而更好地调控土壤肥力与果树生长的平衡供应关系。尽管目前喀斯特地区对刺梨种植地展开了土壤状况[14-15]、果实品质评价[16]、施肥配方对果树根际土壤作用[17-18]等研究较为深入，但涉及喀斯特石漠化治理区刺梨种植地土壤养分水平与果实品质的关系鲜见报道，这为亟待解决石漠化治理区刺梨种植地土壤肥力调控和优化、改善石漠化治理区刺梨果实品质具有应用价值。因此，研究选择中国南方喀斯特亚热带的贵州高原、毕节市撒拉溪翰营小流域潜在-轻度石漠化治理区为研究区，以治理区内不同地形区的刺梨種植地土壤和刺梨果实为研究对象，并对其土壤养分水平和果实品质等指标进行测定，分析刺梨种植地土壤养分水平与刺梨果实品质的关系，探究土壤养分水平对果实品质的影响，明确影响刺梨果实品质的主要土壤养分中矿质元素，为石漠化治理区刺梨种植地土壤养分改良和调控提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

选择喀斯特高原山地石漠化治理区毕节撒拉溪朝营小流域，该研究区位于贵州省西北部毕节市六冲河流域支流区内，片区内广泛种植天然保护林，以水土保持和石漠化防治为主。研究区地处东经105°02′～105°08′、北纬27°11′～27°16′，境内分布二叠系灰岩夹白云岩和砂页岩，为流域内岩石质地构造的主要代表。土壤为地带性黄壤，少部分分布黄棕壤和风化石灰土。年均温在15 ℃左右，无霜期为265 d，年降水量 1 284 mm。该地区潜在与轻度等级石漠化面积占石漠化总面积的53.17%，中度与强度等级石漠化面积占石漠化总面积的11.66%，非石漠化面积占石漠化总面积的 35.17%。小流域内裸岩分布于较陡的坡地上，裸露部分较少且伴有残土覆盖。当地形成的植被类型主要以天然野生植被大白杜鹃（Rhododendron decorum）、十大功劳（Mahonia fortunei）、金丝桃（Hypericum monogynum）等藤刺灌丛以及少有分布的青冈（Cyclobalanopsis glauca）、云南松（Pinus yunnanensis）等乔木林为主，经济作物则以刺梨、核桃（Juglans regia）为主。

1.2 样地选取和果实采集

本研究于2017年10月刺梨果实成熟时进行，根据果树集中分布范围和立地类型进行划分和踏勘，共选择3种类型样区，分别是溶蚀洼地种植区、侵蚀台地种植区、山地坡面种植区，同时记录生境信息（表1）。在每个不同类型的种植区内，根据果树种植实际情况选择3～5个样点，以S形取样法进行取样，距离果树树冠下30 cm处采集土壤，因石漠化地区土壤层较薄，采集的土样在0～30 cm，将土样进行均匀混合为1 kg，装入塑封袋内作编号记录;同时对刺梨果树上的挂果进行随机采集，果实质量达1 kg，裝入网袋放泡沫冷冻保温箱贮存，与采集的土壤样品一并使用载具运回国家喀斯特石漠化防治工程技术研究中心测定。

1.3 土壤养分水平与果实品质测定

将采集的土壤样品剔去石块、杂草等非土壤物质，粉碎过筛0.149 mm，取得待测土壤样品。土壤养分水平的测定参考相关文献[19]，其测定项目为：采用玻璃电位法测定土壤pH值，采用重铬酸钾外加热法测定土壤有机质含量，采用全自动凯氏定氮仪滴定土壤全氮含量，采用氢氧化钠熔融-钼锑抗比色法测定土壤全磷含量，使用氢氧化钠熔融-火焰光度计法分析土壤全钾含量，土壤碱解氮、土壤速效磷、土壤速效钾含量分别采用碱解扩散法、碳酸氢钠浸提-紫外分光光度计法、乙酸铵浸提-火焰光度法;果实品质测定项目为：刺梨果实单果质量采用电子天秤称质量，维生素C（VC）含量采用液相色谱仪测定[20]，总黄酮含量和SOD活性采取正交试验超声法[21-22]测定。

1.4 数据分析与处理

采用Microsoft Excel 2016进行数据整理，使用SPSS 22.0运算单因素方差分析和相关性分析，采用R语言vegan包进行排序分析和绘图。

2 结果与分析

2.1 3种地形区中刺梨地土壤养分与果实品质差异性

表2显示，单果质量和SOD活性在3种地形区分别呈现显著差异（P<0.05）或极显著差异（P0.05）。反观刺梨果实中的单果质量和SOD活性，两者受到不同地形区的影响较大（P0.05）。

由表3可知，溶蚀洼地种植区、侵蚀台地种植区与山地坡面种植区这3种立地类型区中土壤pH值分别为5.71、6.10、6.68，呈极显著差异。

2.2 不同刺梨种植地土壤养分与刺梨果实品质相关性分析

由表4可知，溶蚀洼地区的土壤速效钾含量与刺梨果实维生素C含量存有显著正相关关系（P<0.05），溶蚀洼地区其他土壤养分指标与刺梨果实指标间相关关系在总体上呈现弱相关。在表5中侵蚀台地区土壤有机质含量与刺梨果实单果质量为显著负相关关系（P<0.05），土壤速效钾含量与刺梨果实总黄酮含量为显著正相关关系（P<0.05），土壤pH值与维生素C含量存在显著正相关关系（P<0.05），土壤碱解氮含量与刺梨果实中维生素C含量、SOD活性呈显著负相关（P<0.05）。表6中相关性结果显示，山地坡面区中的土壤碱解氮含量与刺梨果实SOD活性存有显著负相关关系（P<0.05），土壤速效磷含量与刺梨果实总黄酮含量存在显著正相关关系（P<0.05）。从总体上来说，大部分相关系数为弱相关，刺梨果实品质受土壤养分的影响较弱，可能是由于土壤养分不仅为刺梨植株其他功能器官提供养分生长，还间接影响刺梨果实品质。

2.3 刺梨种植地土壤养分与刺梨果实品质的RDA排序分析

尽管刺梨果实品质与土壤养分水平的相关性较弱，为了进一步挖掘刺梨果实品质与土壤养分水平之间所蕴含的信息，对刺梨果实品质数据进行去趋势对应分析，以进行单峰或线性模型先行检验，分析结果表明，溶蚀洼地种植区、侵蚀台地种植区和山地坡面种植区这3类地形种植区的第一排序轴的长度分别为1.432、0.983、1.236，且均小于3，因此适合基于线性模型的冗余分析（RDA），并以此模型进行解释刺梨种植地土壤养分水平与果实品质的关系。RDA分析结果表明，溶蚀洼地种植区、侵蚀台地种植区和山地坡面种植区的土壤养分因子分别解释了87.41%、86.04%和82.14%的刺梨果实品质信息。

基于冗余排序分析中，箭头之间的夹角代表土壤养分因子间的相关程度，箭头的夹角越小，相关度越高，反之越低;箭头连线长度越长，代表土壤养分因子与刺梨果实品质的相关程度[23]。首先看溶蚀洼地种植区（图1-A），RDA1（横轴）与土壤碱解氮含量呈正相关。刺梨果实SOC在RDA1的正轴，且与该轴保持平行，刺梨SOD与土壤碱解氮对应，受其作用影响较大。与此相反的是，土壤全磷含量和土壤速效钾含量为RAD1轴负相关，土壤全磷含量对刺梨果实品质总黄酮的积累有较高的相关性。RDA2（纵轴）中从上到下与RDA2排序轴的土壤pH值、土壤全氮含量、土壤全钾含量表现出正相关，土壤速效磷含量在下方与刺梨果实单果质量相对应，并受其作用影响较大。在侵蚀台地种植区（图1-B）中，RDA1与土壤pH值、土壤全磷含量、土壤全钾含量、土壤有机质含量、土壤碱解氮含量和土壤速效钾含量呈负相关，刺梨果实中单果质量和维生素C含量与土壤养分因子相对应。RDA2从上往下看，土壤速效磷连线长度与刺梨果实SOD所在位置相对应呈正相关，表明侵蚀台种植区刺梨果实SOD活性受土壤速效磷含量影响，而土壤全氮含量与RDA2轴呈负相关，刺梨果实总黄酮含量在其中表现出相对的中立性，受其他土壤养分指标的影响较小。在山地坡面种植区（图1-C）中，RDA1排序轴从左至右表现为与RDA1轴负相关的为土壤碱解氮含量、土壤全磷含量，正相关的土壤养分指标为土壤有机质含量和土壤pH值，在RDA1轴上表现出土壤碱解氮含量与刺梨果实SOD活性有较高的相关性，土壤pH值与刺梨果实维生素C含量相对应，在RDA2轴中从上至下土壤速效磷含量与RDA2轴为正相关，与刺梨果实总黄酮含量相对应，而RDA2轴下方表现出土壤速效钾含量、全钾含量和全氮含量为负相关，其中土壤全氮含量与刺梨单果质量表现出较高的相关性。

3 結论与讨论

石漠化治理区不同地形的刺梨种植地中，以溶蚀洼地种植区和侵蚀台地种植区的土壤养分水平和刺梨果实品质较高于山地坡面种植区，说明地形对刺梨种植地土壤养分水平和刺梨果实品质有着一定的影响。石质荒漠化是喀斯特系统特定条件下运行的产物，喀斯特作用下形成的溶蚀洼地、侵蚀台地等喀斯特地表景观受人为不合理的干扰破坏原有生境，出现石质荒漠化。溶蚀洼地种植区一般为喀斯特地区特有的负地形，该地溶蚀洼地受褶皱地质构造条件影响，形成长条形状，降雨容易形成坡面流，挟带凋落物和泥沙沉淀于此[24]，可能是构成土壤养分积累的原因，加之地形较为封闭，受人为干扰小，为刺梨果实品质生长提供了良好的条件;侵蚀台地种植区相较于溶蚀洼地种植区的地势较为开阔，较厚土层是当地发展混农林业间作的主要利用地，刺梨种植一般以单作或与核桃间作为主，该地形还是当地羊群放养集散地，放牧强度同样干扰土壤形状并间接干扰土壤养分水平变化[25]，进而影响刺梨生长和果品质量;在山地坡面种植区，种植刺梨主要用于坡面防治水土流失[26]，依靠刺梨根系天然形成植物篱作用[27]，拦截和巩固裸岩附近泥土，其在该区种植的意义在于生态效益大于经济效益，但在一定条件下裸岩中的石坑易蓄积土壤养分[28]，对刺梨生长发育构成一定的影响。本试验研究刺梨地土壤养分水平中单因素方差分析，均表现受地形影响差异显著（P<0.001），同样刺梨果实中单果质量和SOD活性也受到地形因素的显著影响（P<0.05），这些结果支持了上述的解释。

经过相关性分析发现，3种不同地形的刺梨种植地土壤养分水平与刺梨果实品质指标之间总体上存在弱相关，个别土壤养分因子与刺梨果实品质有显著相关关系。有关研究认为，这是由于土壤养分通过植物根系被吸收而运送到植株其他器官，间接影响植物果实品质[28-29]。本研究通过相关性分析发现，溶蚀洼地种植区的土壤碱解氮含量对刺梨果实维生素C含量有影响;侵蚀台地种植区土壤有机质含量影响刺梨单果质量，这与有关研究结论[8]一致，土壤速效钾含量影响果实总黄酮含量、土壤pH值影响刺梨维生素C含量、土壤碱解氮影响刺梨果实维生素C含量和SOD活性;在山地坡面种植区中，土壤碱解氮含量影响刺梨果实SOD活性，而土壤速效磷含量影响刺梨果实总黄酮含量。但本研究仍未引入刺梨叶片营养加以分析，其叶片营养元素在很大程度上反映树体对土壤养分的吸收和利用，引入叶片营养的分析有助于更全面了解叶片营养对果实品质的影响，有待下一步研究继续深入。

为进一步挖掘刺梨种植地土壤养分水平与刺梨果实品质之间的关系，采用冗余分析方法加以定量化表述刺梨地土壤养分水平与刺梨果实品质之间的关系。不同地形种植区的刺梨土壤养分水平与果实品质RDA分析表明，溶蚀洼地种植区的土壤全磷、碱解氮和速效磷含量可能是影响刺梨果实的重要因子;侵蚀台地种植区中土壤pH值及全磷、全钾、有机质、碱解氮、速效钾含量共同影响刺梨果实维生素C含量和单果质量，表明上述土壤养分因子可能对刺梨果实维生素C含量和单果质量有较大的影响;山地坡面种植区土壤全氮含量、碱解氮含量、pH值、速效磷含量为影响刺梨果实品质的重要因子。综上所述，由于土壤养分异质性因素存在，表现出土壤养分水平对刺梨果实的影响在不同地形区具有不一致性。根据上述影响刺梨果实土壤养分因子可知，在果园管理中可尝试加强施肥管控。此外，本试验仅从石漠化土壤环境这一特殊角度研究土壤养分水平与刺梨果实因素，下一步研究应增加土壤微生物、矿质微量元素含量等指标加以探讨，有助于更全面反映土壤环境对刺梨果实品质的影响。

致谢：对参与野外采集土壤样品的曹洋、董晓超和谭桂华同学表示感谢！

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