华南农业大学学报 Journal of South China Agricultural University 2024, 45(3): 344-353DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.202307012
CUI Luoxiao, LIU Ya, ZHAO Lanfeng, et al. Soil nutrient status and fertility evaluation of typical taro producing areas in Shaoguan City[J]. Journal of South China Agricultural University, 2024, 45(3): 344-353.
韶关市典型香芋产区土壤养分状况及肥力评价
崔罗肖1，刘 娅1，赵兰凤1，张新明1，许一武2，谢 健3，任宗玲1
(1 华南农业大学 资源环境学院, 广东 广州 510642； 2 广东天禾农资股份有限公司, 广东 广州 510080；
3 广西壮族自治区南宁市宾阳县黎塘镇农业综合服务中心, 广西 南宁 530409)
摘要: 【目的】了解广东省韶关市典型香芋产区的土壤肥力情况，以期为香芋产区土壤养分资源管理提供参考依
据。【方法】分别于韶关市的3个香芋种植区(桂头镇老均村，廊田镇官坡滩村、农庄村)采集0~30 cm香芋根际
土壤样品，测定土壤理化性质，通过主成分分析和相关性分析，筛选出最能代表当地土壤肥力的指标进入最小数
据集，通过隶属度函数对所有的指标进行归一化处理，计算土壤质量指数并评价土壤肥力。【结果】3个香芋产区
土壤均呈酸性；容重为1.17 g·cm−3，质地适宜；阳离子交换量(Cation exchange capacity，CEC)为9.17 cmol·kg−1，
处于较低水平；速效P (54.20 mg·kg−1)、有效Cu (2.07 mg·kg−1)、有效Fe (186.33 mg·kg−1)、有效Zn (1.87
mg·kg−1)丰富，有效Mn (4.21 mg·kg−1)、有效B (0.12 mg·kg−1)、有效Mo (0.10 mg·kg−1)缺乏或极缺乏，其他养分
含量处于中等及以上水平。3个香芋产区土壤粒级占比、碱解N、交换性Ca及交换性Mg含量差异显著，其他
指标差异均不显著。从20个指标中筛选出7个指标构成土壤质量评价的最小数据集，分别为碱解N、砂粒、黏
粒、交换性Ca、有效B和有效Fe含量以及CEC。评价结果表明，3个香芋产区的土壤肥力均处于中等水平，其
中，碱解N和交换性Ca含量为肥力水平的主要限制因子。【结论】韶关市典型香芋产区的土壤肥力水平整体处
于中等水平，土壤保肥能力较差，有效Mn、B、Mo等微量元素缺乏。因此，在香芋种植时，要注重有机肥以及微
量元素肥料的施用，平衡施肥，改善土壤理化性质，提高土壤保肥能力。
关键词: 香芋产区；养分水平；最小数据集；土壤肥力评价
中图分类号: S158 文献标志码: A 文章编号: 1001-411X(2024)03-0344-10
Soil nutrient status and fertility evaluation of typical taro
producing areas in Shaoguan City
CUI Luoxiao1, LIU Ya1, ZHAO Lanfeng1, ZHANG Xinming1, XU Yiwu2, XIE Jian3, REN Zongling1
(1 College of Natural Resources and Environment, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China; 2 Guangdong
Tianhe Agricultural Means of Production Co., Ltd., Guangzhou 510080, China; 3 Agricultural Integrated Service Center, Litang Town, Binyang County, Nanning, Guangxi Zhuang Autonomous Region, Nanning 530409, China)
Abstract: 【Objective】To better understand the soil fertility status in typical taro producing areas in Shaoguan
City, Guangdong Province, and provide suggestions for soil nutrient management in taro producing areas.
【Method】The 0−30 cm soil samples were collected from taro rhizosphere in Laojun Village of Guitou Town,
Guanpotan Village and Nongzhuang Village of Langtian Town from Shaoguan City, to determine the physical
收稿日期：2023–07–20 网络首发时间：2024–03–11 20:34:54
首发网址：linkki/urlid/44.1110.S.20240311.1211.003
作者简介：崔罗肖，硕士研究生，主要从事养分资源管理研究，E-mail: *****************；通信作者： 任宗玲，副教授，博士，主要从事土壤化学研究，E-mail: *************
基金项目：广东省基础与应用基础研究基金(2021A1515011283，2020A1515010556)；国家自然科学基金(41977126)
and chemical properties. Principal component analysis and correlation analysis were conducted to select the key indicators that best represent local soil fertility entering into minimum data set. All indicators were normalized using membership functions, and soil quality indices were calculated for soil fertility evaluation.
【Result】The soils in three taro producing areas were all acidic with suitable bulk density (1.17 g·cm−3) and texture, but with low cation exchange capacity (CEC, 9.17 cmol·kg−1). The contents of available P (54.20 mg·kg−1), Cu (2.07 mg·kg−1), Fe (186.33 mg·kg−1), Zn (1.87 mg·kg−1) were rich, while the contents of available Mn (4.21 mg·kg−1), B (0.12 mg·kg−1), Mo (0.10 mg·kg−1) were deficient or extremely deficient. The contents of other nutrients were at moderate to above-average levels. Among the three taro producing areas, there were significant differences in the percentage of soil grain size, contents of alkali-hydrolyzed N, exchangeable Ca, and exchangeable Mg, whereas the diff
erences in other indicators were not significant. Seven indicators were selected to build the minimum data set for soil fertility evaluation, including alkali-hydrolyzed N, sand, clay, exchangeable Ca, available B, and available Fe contents as well as CEC. The evaluation results indicated that the soil fertilities of the three taro producing areas were at moderate levels, and the contents of alkali-hydrolyzed N and exchangeable Ca were the main limiting factors. 【Conclusion】The overall soil fertility level of typical taro producing area in Shaoguan City is moderate, with poor soil nutrient retention capacity and deficiencies in trace elements, such as available Mn, B and Mo. Therefore, it is important to use organic fertilizers and micronutrient fertilizers during taro cultivation. Balanced fertilization shall be practiced to improve soil properties and enhance its nutrient retention capacity.
Key words: Taro producing area; Nutrient level; Minimum data set; Soil fertility evaluation
广东是芋头的重要产区，栽培面积达13 000 hm2，其中韶关地区栽培面积约占全省1/4，是芋头主栽地区之一[1]。韶关香芋栽培历史悠久，在长期的发展过程中形成了具有一定地方特和知名度的品种，例如2008年获批为国家地理标志产品的乐昌‘张溪香芋’，是韶关出口创汇的支柱产业之一。由于高品质的香芋常年供不应求，香芋种植面积逐渐扩大，目前乐昌市、乳源瑶族自治县、南雄市等地均有种植，成为当地农民增收致富的重要途径[2]。
香芋产区的气候、地形及土壤肥力水平是影响其产量和品质的主要因素。韶关位于粤北地区，当地得天独厚的自然条件、土壤特性等有利于高品质香芋的生产[3]。然而，当前对韶关香芋产区土壤特性的研究仍较少。高琳等[3-6]对韶关香
芋产区土壤养分水平及空间变异进行了调查评价，但主要集中在有机质、碱解氮、有效磷和速效钾4个基础养分指标。土壤肥力是土壤物理、化学和生物等因素共同作用的结果，若土壤肥力评价指标较少，不足以充分阐释产地土壤肥力水平及特点。
土壤肥力的影响因素众多，指标及其评价体系的科学构建是土壤肥力评价的核心环节，它直接决定土壤肥力评价结果的客观性[7-8]。常用的土壤肥力评价指标的筛选方法有主成分分析、相关性分析、典范对应分析、逐步回归分析等[9]。在进行土壤肥力评价时，进行大量评价指标的测定往往比较费时费力，因此如何选择包含重要土壤信息的最小数据集(Minimum data set)成为土壤肥力评价的关键[10-11]。最小数据集的概念由Larson等[12]在1991年提出，通过筛选少量具有代表性的指标，进行土壤肥力评价。而主成分分析法作为一种降低数据集维数的多元分析方法，常被用于最小数据集中指标的筛选[13-14]。选取具有代表性的土壤指标之后，进行土壤肥力评价。国内外土壤肥力的计算方法主要有土壤质量指数法、土壤相对质量法、多变量指标克立格法等[15]。土壤质量指数法作为评价土壤肥力的有效途径，具有量化土壤肥力的灵活性和便捷性，因此广泛应用于土壤肥力评价[16]。
综上，准确、全面掌握土壤肥力状况和评价土壤肥力，一方面可以指导制定更加有效的施肥方案，提高农业生产效率，减少农户种植成本；另一方面也可减缓由于过量或不当施肥造成的土壤退化。因此，本研究以韶关市乳源瑶族自治县桂头镇老均村、乐昌市廊田镇官坡滩村及农庄村香芋主要种植区表层土壤为研究对象，分析土壤基础理化性质及其影响因素；通过筛选指标构建最小数据集，计算土壤质量指数，对香芋产区的土壤肥力进行评价，为当地香芋生产的土壤养分资源管理提供一定的依据。
第 3 期崔罗肖，等：韶关市典型香芋产区土壤养分状况及肥力评价345
1 材料与方法
1.1 研究区概况
本研究采样区域为广东省韶关市乳源瑶族自治县桂头镇老均村、乐昌市廊田镇官坡滩村和农庄村，坐落于广东省粤北山区，地处N24°57′~25°31′，E112°51′~113°34′。该地处中亚热带常绿阔叶林地区，属于中亚热带季风气候，光照、热和水资源丰富，年平均温度19.6 ℃，年降水量1 500 mm，光照充足，年平均光照1 499.7 h。该地区的土质以红壤、黄壤和水稻土等为主，土壤结构良好，通气性强，为香芋的生产提供了良好的环境。近年来韶关市香芋种植面积逐年增加，2021年香芋种植面积达3 000 hm2左右[1]。香芋种植时，当地农户习惯施用高钾型复合肥(N、P2O5、K2O质量比为12︰6︰25或16︰5︰30)，一般每年施用约1 200 kg/hm2，辅以有机肥1 500 kg/hm2。
1.2 土壤样品采集方法
2022年1月，在芋头收获期，选取3个香芋产区内25个平坦、灌排水等种植条件良好的代表性地块进行采样，其中桂头镇老均村16个、廊田镇官坡滩村4个、廊田镇农庄村5个。选择长年种植香芋、土壤肥力均匀一致的地块，避开施肥点、田块周边等特殊地块，每个地块按照S形随机采集3份土样，共计75份土样。每份土样采用5点取样法，采集香芋根部表层0~30 cm土壤，剔除植物根系、石块等杂物后混合为1份土样。采用四分法保存1 kg左右的土壤，装入自封袋中。将土壤样品带回室内风干、研磨，分别过2、1、0.15 mm孔径尼龙筛后装入自封袋，供分析测试。
1.3 土壤理化性质和养分含量的测定
为确定广东省韶关市香芋主要产区的土壤肥力状况，共选取20个指标进行分析。主要指标及测定方法：容重采用环刀法(NY/T 1121.1—2006)[17]；机械组成(砂粒、粉粒、黏粒)采用吸管法(LY/T 1225—1999)[18]；pH以2.5︰1的水土比，采用电位法(NY/T 1121.2—2006)[19]；有机质含量采用重铬酸钾容量−外加热法(NY/T 1121.6—2006)[20]；全N含量采用凯氏定氮法(NY/T 1121.24—2012)[21]；碱解N含量采用碱解扩散法(LY/T 1228—2015)[22]；速效P含量采用NaHCO3浸提−Mo锑抗比法(NY/T 1121.7—2006)[23]；速效K和交换性Na含量采用乙酸铵浸提−火焰光度法(NY/T 889—2004)[24]；土壤阳离子交换量(Cation exchange capacity，CEC)采用乙酸铵交换法(NY/T 1121.5—2006)[25]；交换性Ca、Mg含量采用乙酸铵浸提−AAS法(NY/T 1121.13—2006)[26]；有效Fe、Mn、Cu、Zn含量采用DTPA-TEA浸提−AAS法(NY/T890—2004)[27]；有效B含量采用沸水浸提−姜黄素法(N Y/T 1121.8—2006)[28]；有效Mo含量采用草酸−草酸铵浸提−ICP-OES法(NY/T 1121.9—2012)[29]。土壤理化性质和养分丰缺评价参考全国第二次土壤普查的分级标准[30]。
1.4 土壤肥力评价
1.4.1 最小数据集的建立 采用主成分分析法从全部指标中筛选最能反映土壤肥力状况且对评价结果具有显著影响的土壤指标作为最小数据集。首先，对所有土壤指标的原始数据进行主成分分析和相关性分析，将特征值 > 1，且载荷值 > 0.5的指标分为一组，当某个指标在多个主成分中的载荷值都 > 0.5时，则需结合相关性分析结果，将其分到与其他土壤指标相关性较低的组[31-32]。然后，为消除因各土壤指标的量纲不同而导致无法比较的问题，需要分别计算各指标的Norm
值，Norm值越大，说明该指标在土壤肥力评价中的作用越大。每组Norm值最大的土壤指标直接进入最终的最小数据集，并以其为标准。若某土壤指标的Norm值在本组最大Norm值10%的范围中，则将该土壤指标加入最小数据集中，以此来消除数据冗余。其中Norm值的计算公式为：
式中，N ik为第i个土壤指标在特征值>1的前k个主成分的Norm值，u ik为第i个土壤指标在第k个主成分上的载荷，λk为第k个主成分的特征值，i为土壤指标数量，k为主成分数量。
1.4.2 各指标隶属度函数的计算 为了实现评价指标量纲归一化，使各评价指标之间具有可比性。引入隶属度函数对各指标进行模糊性评价，根据函数模型，将各个土壤指标统一转变为0~1的标准数值，即隶属度值。通过隶属度的大小来体现各评价指标的优劣以及对土壤功能影响的贡献率[33]。常见隶属度函数有2种类型，即S型和抛物线型。
S型函数是指在适宜范围内，土壤质量水平随着指标测定值的增加而提高，即使超出此范围，土壤肥力质量会处于最高水平且趋于稳定。属于S型函数的土壤肥力指标有土壤有机质、全N、碱解N、速效P、速效K以及各微量元素含量等[34]。相应的函数表达式为：
346华南农业大学学报 (journal.scau.edu/)第 45 卷
式中，x 为各指标的实测值，x 1和x 2为隶属度函数的转折点，分别代表各指标实测值的最大值和最小值。
抛物线型函数是指在适宜范围内，可以保证土壤质量达到最高水平；超出此范围时，土壤质量不断下降。属于抛物线型函数的土壤肥力指标有土壤pH ，黏粒、粉粒、砂粒含量等。相应的函数表达式为
:
根据最小数据集中的各个土壤指标对土壤肥力质量的正负效应作用来选择隶属度函数以便确定其隶属度。
1.4.3 各指标权重的计算 通过主成分分析法对
最小数据集中的土壤指标进行分析，以获得各指标的方差贡献率和累积方差贡献率，根据所选指标在不同主成分中的因子载荷计算各指标在土壤肥力评价中的权重[35]。计算公式为：
式中，W i 为第i 个土壤指标权重值，C i 为第i 个土壤质量因子的因子载荷，i 为土壤指标数量。
1.4.4 土壤质量指数的计算 土壤质量指数能够
很好地反映土壤质量的变异信息，是目前常用的一
种定量评价土壤肥力的方法[36]。土壤质量指数(Soil quality index ，SQI)越大表明土壤肥力水平越高，其计算公式为：
式中，F i 为第i 个土壤指标的隶属度。
参考分级标准[37] ，土壤质量等级依次划分为低(0≤SQI<0.2)、较低(0.2≤SQI<0.4)、中等(0.4≤SQI<0.6)、较高(0.6≤SQI<0.8)、高(0.8≤SQI ≤1.0)。
1.5 数据分析
采用Excel 2016软件对数据进行处理，采用
IBM SPSS Statistics 25软件对数据进行Pearson 相关性分析、主成分分析，采用Duncan’s 法进行差异显著性分析(P <0.05)。
2 结果与分析
2.1 土壤理化性质和养分含量水平
参考全国第2次土壤普查的分级标准[30]，土壤
理化性质如图1所示，桂头镇老均村、廊田镇官坡滩村和农庄村香芋产区的土壤pH 、容重差异均不显著(P >0.05)。pH 分别为5.08、5.16、5.07，均呈酸性；容重分别为1.19、1.14、1.11 g·cm −3，总体处于适宜水平(4级)。土壤砂粒质量分数分别为65.16%、49.52%、61.63%，粉粒质量分数分别为25.53%、34.86%、27.44%，黏粒质量分数分别为9.31%、15.62%、10.93%，其中廊田镇官坡滩村的土壤粉粒、黏粒含量显著高于桂头镇老均村和廊田镇农庄村，而砂粒含量显著低于二者(P <0.05)。参考吴克宁等[38]对土壤质地分类标准的总结，根据国际制土
20406080100
产区
Producing area
各粒级占比/%P e r c e n t a g e o f e a c h g r a i n s i z e
4
56
78产区
Producing area
p H
产区
Producing area
B
LJ
GPT NZ
0.51.01.52.0B u l k d e n s i t y
345a
a
a
21
LJ ：老均村；GPT ：官坡滩村，NZ ：农庄村；各图中相同指标箱子上方的不同小写字母表示不同产区土壤之间差异显著(P <0.05，Duncan’s 法)；虚线代表土壤理化性质指标分级，参考全国第二次土壤普查的分级标准[30]
LJ: Laojun Village, GPT: Guanpotan Village; NZ: Nongzhuang Village; Different lowercase letters on the boxes of the same indicator in each figure indicate significant differences among the soils of different producing areas (P <0.05, Duncan’s method); The dotted line represents the classification of soil physical and chemical properties indices, referring to the classification standard of the second national soil survey [30]
图 1 香芋产区土壤理化性质指标评价
Fig. 1 Evaluation of soil physicochemical properties in taro producing areas
第 3 期崔罗肖，等：韶关市典型香芋产区土壤养分状况及肥力评价347
壤质地分级标准可知，廊田镇官坡滩村土壤质地为黏壤土，桂头镇老均村和廊田镇农庄村土壤质地为砂质壤土，通气性更强。
土壤养分含量如图2所示，3个产区土壤CEC ，有机质、全N 、速效P 、速效K 、交换性Na 、有效Fe 、Mn 、Cu 、Zn 、B 、Mo 含量的差异均不显著
张奀宁
010
2030
40
50w (有机质)/(g ·k g −1)O r g a n i c m a t t e r c o n t e n t
12345
a
a
a
w (全 N )/(g ·k g −1)T o t a l N c o n t e n t
A
C
50
100
150
200w (碱解 N )/(m g ·k g −1)A l k a l i -h y d r o l y z e d N c o n t e n t
12
34
5
b
ab
a
w (速效 P )/(m g ·k g −1)A v a i l a b l e P c o n t e n t
w (速效 K )/(m g ·k g −1)A v a i l a b l e K c o n t e n t
b (交换性 C a )/(
c m o l ·k g −1)E x c h a n g e a b l e C a c o n t e n t
00.5
1.0
1.5
2.0
b (交换性 M g )/(
c m o l ·k g −1)E x c h a n g e a b l e M g c o n t e n t
1
234
ab
a
b
00.1
0.2
0.3
b (交换性 N a )/(
c m o l ·k g −1)E x c h a n g e a b l e N a c o n t e n t
a
a
a
H
G
I
0100
200
300
w (有效 F e )/(m g ·k g −1)A v a i l a b l e F e c o n t e n t
1
a
a
a
w (有效 M n )/(m g ·k g −1)A v a i l a b l e M n c o n t e n t
w (有效 C u )/(m g ·k g −1)A v a i l a b l e C u c o n t e n t
w (有效 Z n )/(m g ·k g −1)A v a i l a b l e Z n c o n t e n t
LJ
GPT NZ 产区
Producing area
LJ
GPT NZ
产区
Producing area
产区
Producing area
51015
2025C E C /(c m o l ·k g −1
)
12
34
a
a
a
M
0.5
1.0
w (有效 B )/(m g ·k g −1)A v a i l a b l e B c o n t e n t
3
4
a
a a
N
0.1
0.2
0.3
0.4
w (有效 M o )/(m g ·k g −1)A v a i l a b l e M o c o n t e n t
LJ ：老均村，GPT ：官坡滩村，NZ ：农庄村；各小图中箱子上方的不同小写字母表示不同产区土壤之间差异显著(P <0.05，Duncan’s 法)；虚线代表土壤理化性质指标分级，参考全国第二次土壤普查的分级标准[30]
LJ: Laojun Village, GPT: Guanpotan Village, NZ: Nongzhuang Village; Different lowercase letters on the boxes in each figure indicate significant differences among the soils of different producing areas (P <0.05, Duncan’s method); The dotted line represents the classification of soil physical and chemical properties indices, referring to the classification standard of the second national soil survey [30]
图 2 香芋产区土壤养分指标评价
Fig. 2 Evaluation of soil nutrient indices in taro producing areas
348华南农业大学学报 (journal.scau.edu/)第 45 卷
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