全 文 ：第 37 卷 第 1 期
2013 年 1 月
南京林业大学学报(自然科学版)
Journal of Nanjing Forestry University (Natural Science Edition)
Vol． 37，No． 1
Jan．，2013
收稿日期:2011 － 11 － 17 修回日期:2012 － 04 － 09
基金项目:上海市科技兴农重点攻关项目(021010098)
第一作者:许晓伟，硕士。* 通信作者:万福绪，教授。E-mail:fxwan@ njfu． edu． cn。
引文格式:许晓伟，万福绪，杨东，等． 3 种中山杉种植模式对上海沿海土壤肥力的影响［J］． 南京林业大学学报:自然科学版，2013，
37(1) :163 － 167．
3种中山杉种植模式对上海沿海土壤肥力的影响
许晓伟1，万福绪1* ，杨 东2，朱春玲3，谢 宇1
(1．南京林业大学森林资源与环境学院，江苏 南京 210037;2．南京林业大学木材工业学院，江苏 南京 210037;
3．上海市林业总站，上海 200072)
摘要:以上海南汇区一线沿海地区不同种植模式的中山杉为对象，选取 3 种种植模式，即中山杉纯林(A)、中山
杉 +黄豆(A + S)、中山杉 +女贞 +黄豆(A + L + S)以及滩涂地(CK)，对土壤养分综合因子(U)和土壤酶活性综
合因子 V进行典型相关分析，并利用改进的层次分析法对土壤肥力进行综合评价。结果表明:二因子间存在显
著的典型相关变量，其相关性主要由有效磷、全氮含量和脲酶、蔗糖酶活性引起。U值和 V值在各样地不同土层
中表现为表层土大于底层土的趋势(滩涂地 U值呈现相反趋势);在不同样地间，U值表现为 A ＞ CK ＞ A + S ＞ A
+ L + S，V值表现为 A + L + S ＞ A + S ＞ A ＞ CK。土壤肥力质量指数大小顺序为 A + L + S(0． 86)＞ A + S(0． 76)
＞ A(0． 68)＞ CK(0． 30)，土壤 pH是土壤肥力提高的关键性限制因子。因此，该地区中山杉 +女贞 +黄豆是 3
种模式中的最优模式。
关键词:中山杉;种植模式;典型相关;土壤肥力;上海沿海地区
中图分类号:S714 文献标志码:A 文章编号:1000 － 2006(2013)01 － 0163 － 05
Effects of three planting patterns of Ascendens mucronatum
on soil fertility in Shanghai costal areas
XU Xiaowei1，WAN Fuxu1* ，YANG Dong2，ZHU Chunling3，XIE Yu1
(1． College of Forest Resources and Environment，Nanjing Forestry University，Nanjing 210037，China;2． College
of Wood Science and Technology，Nanjing Forestry University，Nanjing 210037，China;
3． Shanghai Forestry Station，Shanghai 200072，China)
Abstract:This study aimed at studying the relationship between the comprehensive factors of soil fertility and soil en-
zyme activity in three Ascendens mucronatum planting patterns in the first tier costal area，Nanhui district，Shanghai
city． Employing three A． smucronatum planting patterns as experimental objects，including A． mucronatum (A) ，A． mu-
cronatum + soybean(A + S) ，A． mucronatum + Ligustrum lucidum + soybean(A + L + S)and beach land(CK) ，and
we conducted a canonical correlation analysis between soil nutrient comprehensive factors (U)and soil enzyme activity
comprehensive factors (V) ，and an improved analytic hierarchy process (AHP)was used to evaluate the soil fertility
quality． The result showed that there was a canonical correlationship between factor U and factor V，which caused by a-
vailable P and total N，urease and invertase activity． The factor U and V values of top soil were higher than bottom soil
(except for the U value of CK)in all planting patterns． In the different planting patterns，the values of U were shown as
A ＞ CK ＞ A + S ＞ A + L + S，and the values of V were shown as A + L + S ＞ A + S ＞ A ＞ CK． The soil fertility quality in-
dex(FQI)were A + L + S(0． 86)＞ A + S(0． 76)＞ A(0． 68)＞ CK(0． 30)． In addition，the soil pH was the key re-
striction factor of improving soil fertility． So the planting pattern A + L + S was the best in three patterns．
Key words:Ascendens mucronatum;planting pattern;canonical correlation;soil fertility;Shanghai costal area
我国沿海防护林建设一直以来都存在着树种
单调、结构简单、自我维持能力差和经济效益低等
问题，林农复合经营是近年来平原农区在绿色通道
建设和农业结构调整中创造的一种新的生产经营
模式，并显示出巨大的效益［1 － 2］，将林农复合经营
应用于防护林的建设已成为未来防护林体系建设
不可缺少的一部分。
土壤养分和土壤酶活性是与土壤肥力密切相
南 京 林 业 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 ) 第 37 卷
关的两大因素，防护林在改良土壤肥力方面有着普
通农作物无法比拟的优势，林木根系分布较深和较
广，能够从农作物根系以外的土壤中吸收大量的矿
质营养，并将这些矿质营养输送到土壤表层，种植
林木能够增加或者至少能够维持土壤中有机质的
含量［3 － 4］。将林农复合经营应用于沿海防护林建
设，尤其是紧邻潮间带的一线沿海等自然条件恶劣
的地区，可以构建更加稳定合理的生态系统，全面
提高土壤肥力水平。
中山杉是原产北美落羽杉属落羽杉、池杉、墨
西哥落羽杉 3 个树种的优良种间杂交种，由江苏省
·中国科学院植物研究所经多年的试验研究后选育
而成，中山杉耐盐碱性强，在土壤含盐量小于
0． 4%、pH ＜9 的条件下能正常生长;能长期生长于
水中，耐涝性与柳树相似;耐旱能力强于水杉和杉
木;抗风力强，沿海地区 10 级左右台风过后，无倒
伏、折断现象［5］，是上海市沿海防护林优良造林树
种之一。笔者就上海市一线沿海地区 3 种中山杉
种植模式对土壤肥力的改良效益进行调查研究，采
用典型相关分析法揭示土壤养分与土壤酶活性的
内在联系，并采用改进的层次分析法对 3 种中山杉
种植模式下的土壤肥力进行综合评价，以期为上海
市沿海防护林的造林优化模式提供科学依据。
1 材料与方法
1． 1 试验地概况
上海(121°29E，31°14N) ，地处长江三角洲
前缘，东濒东海，南临杭州湾，西接江苏、浙江两省，
北界长江入海口，平均海拔约为 4 m，自北向南依
次分布着崇明、宝山、浦东、南汇、奉贤、金山等 6 个
区县，总面积 6 431 km2，海岸线全长约 510． 4 km。
该区属北亚热带季风气候，四季分明，日照充分，雨
量充沛，年平均气温 16 ℃左右，全年无霜期约
230 d，年均降水量在1 100 mm左右。土壤除少量
为山丘风化形成的残积型黄棕壤外，广大平原上皆
为沼泽潜育土、草甸土和盐渍甸土所构成，上海地
形的单一导致了自然植被类型的简单化。
此次试验地位于上海南汇区一线沿海地区的中
山杉防护林，与潮间带仅 1 条公路之隔。造林时间
为 2009年 4月，统一采取表层(30 ～ 40 cm)客土造
林，并在行间挖排水沟。沿线分为 4 个试验区，种植
模式分别为中山杉纯林(A)、中山杉 +黄豆(A +
S)、中山杉 + 女贞 + 黄豆(A + L + S)和滩涂地
(CK)。林带宽度为 20 m，长度 100 m，株行距均为
1． 6 m ×1． 5 m。采样、测定时中山杉和女贞标准株
平均高度分别为 3． 3 m 和 2． 8 m，平均胸径分别为
5． 5 cm和 4． 3 cm。
1． 2 样品采集及指标测定
采样时间为2011年4月25日。受试验地条件限
制，为保证实验条件的一致性，每林地各设 10 m ×
10 m的采样标准地，在标准地随机选取 3 个采样
点，经调查发现根系多分布于 40 cm 以上土层，因
此分别采集 0 ～ 10、10 ～ 20、20 ～ 40 cm 深的林木根
际土样，将各层土分别混匀后分装保存，带回实验
室风干、磨细，分别过 2、1、0． 25 mm 筛网备用。
土壤养分测定指标为有机质、全氮、水解氮、全
磷、有效磷、速效钾;土壤酶选取能有效反应土壤肥
力的脲酶、碱性磷酸酶、蔗糖酶 3 个指标［6］。
土壤养分测定:土壤有机质采用重铬酸钾滴定
法 －外加热法测定;全氮经 HClO4 － H2 SO4消煮后
用全自动定氮仪测定;水解氮采用碱解扩散法测
定;全磷采用 HClO4 － H2 SO4消化法测定;有效磷
采用 NaHCO3浸提 －钼锑抗比色法测定;速效钾采
用火焰光度法测定［6］。
土壤酶测定:脲酶用苯酚钠比色法测定(以
24 h后 1 g土壤中 NH3 － N的毫克数表示) ;碱性磷
酸酶用磷酸苯二钠比色法测定(以 24 h后 1 g土壤
中释放出酚的毫克数表示) ;蔗糖酶用三硝基水杨
酸比色法测定(以 24 h后 1 g土壤中生成的葡萄糖
毫克数表示)［6 － 7］。
土壤 pH采用 pH 计测定;土壤含盐量用电导
率仪测定，直接以土壤饱和浸出液电导率表示。
1． 3 综合评价及数据处理
采用典型相关分析法［8］对 3 种中山杉种植模
式下土壤养分与土壤酶活性的相关性进行分析，并
采用改进的层次分析法［9 － 12］对 3 种种植模式的土
壤肥力进行综合评价。
采用 Excel 2007、SPSS 16． 0、Matlab R2008a 完
成数据统计分析及图形绘制。
2 结果及分析
2． 1 土壤养分与土壤酶活性的典型相关分析
2． 1． 1 典型变量的建立
土壤养分选取有机质(X1)、全氮(X2)、水解氮
(X3)、全磷(X4)、有效磷(X5)、速效钾(X6)6 个指
标，土壤酶活性选取脲酶(Y1)、碱性磷酸酶(Y2)、
蔗糖酶(Y3)3 个指标，建立土壤养分典型变量(U)
和土壤酶活性典型变量(V)的线性组合函数:
U = a1X1 + a2X2 +… + a6X6; (1)
V = b1Y1 + b2Y2 + b3Y3。 (2)
461
第 1 期 许晓伟，等:3 种中山杉种植模式对上海沿海土壤肥力的影响
式中，a1，a2，…，a6和 b1，b2，b3为待定系数，即典型
相关系数。
2． 1． 2 典型相关分析
土壤养分与酶活性的 3 个典型相关系数见表
1。第 1 个经卡方检验达到极显著(p = 0． 002) ，累
计贡献率达到 38． 98%，第 2 个达到显著水平
(p = 0． 024) ，在此对第 1 典型变量进行分析，其典
型变量系数可反映两组变量间的主要相关信息。
经过 SPSS典型相关分析程序运算，两对典型变量
的函数关系式分别为:
U1 =0． 350X1 + 0． 443X2 － 0． 200X3 － 0． 401X4 +
0． 551X5 + 0． 346X6;
V1 = 0． 803Y1 + 0． 068Y2 + 0． 135Y3。
表 1 土壤养分因子与酶活性因子典型相关系数的卡方检验
Table 1 Chi-square test of canonical correlation coefficient between soil nutrient and enzyme activity factors
典型向量
canonical vectors
典型相关系数
canonical correlation
coefficient
χ2 自由度df p
累计贡献率
accumulative
contribution rate
1 0． 981 40． 217 18 0． 002 0． 389 8
2 0． 954 20． 650 10 0． 024 0． 379 4
3 0． 803 6． 200 4 0． 185 0． 319 7
从典型变量系数中可以看出，土壤养分综合因
子中起主要作用的为有效磷(X5)和全氮(X2) ，土
壤酶活性综合因子中起主要作用的是脲酶(Y1)和
蔗糖酶(Y3) ，脲酶催化氮素的转化与实际情况相
符，碱性磷酸酶在土壤酶活性综合因子中没有起到
关键性作用，可能与研究区土壤 pH 及含盐量较高
抑制磷酸酶活性有关，同时也说明了土壤酶催化土
壤养分转化是一个复杂的过程，脲酶和蔗糖酶的共
同作用同样导致了土壤磷素的转化，土壤酶活性典
型变量系数均为正也表明了 3 种酶均具有正效应。
典型冗余分析表明:典型变量 U1可以解释
74． 9%的土壤养分变异，并能解释 72． 1%的土壤
酶变异，典型变量 V1可以解释 92． 5%的土壤酶变
异，并能解释 96． 2%的土壤养分变异。可以看出
在沿海地区，土壤酶对土壤养分的变化起到极其重
要的作用。
2． 1． 3 典型变量动态分析
将各个样地不同土层的实测数据带入典型变
量 U1、V1的方程，可得到一系列 U 值和 V 值，发现
呈现一定的规律性(图 1)。
图 1 不同种植模式及土层 U、V值的变化
Fig． 1 Change of U and V values in different planting patterns and soil layers
从图 1A 中可以看出，除滩涂地外，其他各样
地 U值均随土层深度增加而减小，滩涂地正好与
之相反，4 块样地 U值由大到小顺序为中山杉纯林
(A)＞滩涂地(CK)＞中山杉 +黄豆(A + S)＞中
山杉 +女贞 +黄豆(A + L + S)。而图 1B 中 V 值
则表现了良好的一致性规律，即各样地 V 值均随
土层深度增加显著减小，各样地 V 值表现为中山
杉 +女贞 +黄豆(A + L + S)＞中山杉 +黄豆(A +
S)＞中山杉纯林(A)＞滩涂地(CK)。
2． 2 各样地土壤肥力综合评价
2． 2． 1 土壤肥力评价隶属度矩阵的建立
根据在一定范围内评价指标与土壤肥力的关
系函数，即隶属度函数，计算各个评价指标的隶属
度值，在研究中采用 S型隶属函数:
f(x)
1. 0， x≥x2;
0. 9(x － x1)/(x2 － x1)+ 0． 1，x1≤x ＜ x2;
0． 1， x ＜ x1
{
。
(3)
式中，x1和 x2分别为评价指标在函数曲线上的转折
561
南 京 林 业 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 ) 第 37 卷
点。参照第 2 次全国土壤普查技术规程及相关资
料［11 － 12］，在表 2 中确立了此次研究涉及的 x1和 x2
的对应值。
表 2 S型隶属函数转折点取值
Table 2 Values of turning point of S-shaped membership
functions
指标
indicators
转折点 turning point
x1 x2
c(有机质)/% 0． 5 1． 0
c(全氮)/(mg·kg －1) 750 950
c(水解氮)/(mg·kg －1) 50 100
c(全磷)/(mg·kg －1) 600 900
c(速效磷)/(mg·kg －1) 5 20
c(速效钾)/(mg·kg －1) 80 150
c(脲酶)/(mg·g － 1) 0． 1 0． 4
c(磷酸酶)/(mg·g － 1) 0． 9 1． 5
c(蔗糖酶)/(mg·g － 1) 2． 1 5． 4
2． 2． 2 土壤肥力质量指数值的计算
首先利用各评价指标的样本标准差(表 3) ，构
建判断矩阵 B9 × 9。判断矩阵的建立及一致性检验
均采用 Matlab R2008a 完成。
求出判断矩阵最大特征根对应的特征向量W =
(0． 475 4，0． 189 6，0． 068 7， 0． 064 7， 0． 045 6，
0． 040 4，0． 038 6，0． 038 5，0． 038 4) ，对判断矩阵进
行一致性检验，RI 值依次为 0、0、0. 58、0. 90、1. 12、
1. 24、1. 32、1. 41、1. 45，经计算平均一致性指标 CR =
CI /RI =0． 012 7 ＜ 0． 10，满足判断矩阵的一致性要
求，因此该特征向量可作为 9个评价指标的权重值，
X1、X2、X3、X4、X5、X6 及 Y1、Y2、Y3 的权重依次为
0. 038 5、0. 038 4、0. 038 6、0. 068 7、0. 064 7、0. 040 0、
0. 475 4、0. 189 6、0. 045 6。
根据各指标的权重及对应的隶属度值，求得各
种植模式(A + L + S、A + S、A及 CK)下土壤肥力质
量指数值(FQI)分别为 0. 86、0. 76、0. 68及 0. 30。
表 3 不同种植模式土壤肥力指标测定结果
Table 3 Values of soil fertility indicators of different planting patterns
项目
item
c(有机质)/
%
c(全氮)/
(mg·kg －1)
c(水解氮)/
(mg·kg －1)
c(全磷)/
(mg·kg －1)
c(速效磷)/
(mg·kg －1)
c(速效钾)/
(mg·kg －1)
c(脲酶)/
(mg·g － 1)
c(磷酸酶)/
(mg·g － 1)
c(蔗糖酶)/
(mg·g － 1)
最小值 0． 39 593． 85 42． 24 706． 37 8． 47 94． 14 0． 14 0． 85 1． 95
最大值 0． 81 923． 16 86． 26 855． 44 20． 64 128． 64 0． 38 1． 39 5． 50
平均值 0． 65 773． 48 65． 08 803． 37 14． 67 117． 54 0． 30 1． 24 3． 98
标准差 0． 19 150． 04 18． 03 70． 39 5． 04 16． 09 0． 11 0． 26 1． 52
由 FQI值可看出，3 种中山杉种植模式下的土
壤肥力均比较高，说明中山杉在改良土壤肥力方面
具有优良的表现，而林农复合经营模式下的 FQI值
又大于纯林模式，中山杉 +女贞 +黄豆(A + L + S)
模式土壤肥力最高，滩涂地土壤肥力最低。
2． 3 pH与含盐量对土壤肥力的影响
鉴于土壤 pH 与含盐量对其他指标的转化积
累等有较大影响，且未直接参与构成土壤肥力，因
此在研究中对二者单独进行分析。pH含盐量与其
他肥力指标的单相关分析结果见表 4。
表 4 pH和含盐量与其他评价指标的单相关系数
Table 4 Single correlation coefficient between soil pH，salt content and other indicators
指标
indicators
有机质
organic matter
全氮
total N
水解氮
hydrolyze N
全磷
total P
速效磷
available P
速效钾
available K
脲酶
urease
磷酸酶
ALP
蔗糖酶
invertase FQI
pH － 0． 981* － 0． 847 － 0． 957* － 0． 961* － 0． 920 － 0． 867 － 0． 998＊＊ － 0． 981* － 0． 977* － 0． 998＊＊
电导率 － 0． 865 － 0． 530 － 0． 873 － 0． 854 － 0． 751 － 0． 429 － 0． 744 － 0． 670 － 0． 899 － 0． 819
注:* 表示在 0． 05 水平上显著相关，＊＊表示在 0． 01 水平上显著相关。
由表 4 可以发现，土壤 pH 和含盐量与各评价
指标均呈负相关关系，在一定范围内，二者成为土
壤肥力提高的限制性因子。土壤 pH 与有机质含
量、水解氮、全磷、磷酸酶蔗糖酶均呈显著相关，与
脲酶和土壤肥力质量指数更是呈现极显著相关关
系。测定得知，试验地土壤饱和浸出液电导率在
115 ～ 165 μS /cm之间，基本已完成脱盐，因而对土
壤肥力影响较小，对各评价指标没有产生显著
影响。
3 讨 论
对 3 种中山杉种植模式下的样地及滩涂地的
661
第 1 期 许晓伟，等:3 种中山杉种植模式对上海沿海土壤肥力的影响
土壤养分和酶活性进行典型相关分析，发现土壤养
分综合因子中起主要作用的为有效磷和全氮，土壤
酶活性综合因子中起主要作用的是脲酶和蔗糖酶。
在没有外界养分输入的情况下，土壤酶通过复杂的
影响机制，其第 1 典型变量对土壤养分变异的解释
甚至远超过土壤养分本身，说明土壤酶在土壤养分
转化中起到催化剂的关键作用。土壤养分典型变
量(U)和土壤酶活性典型变量(V)在各样地不同
土层中均表现为表层土大于底层土的趋势(除滩
涂地 U值呈现相反趋势) ;在不同样地间，U 值表
现为中山杉纯林(A)＞滩涂地(CK)＞中山杉 +黄
豆(A + S)＞中山杉 +女贞 +黄豆(A + L + S) ，V
值表现为中山杉 +女贞 +黄豆(A + L + S)＞中山
杉 +黄豆(A + S)＞ 中山杉纯林(A)＞ 滩涂地
(CK) ，结合土壤肥力质量评价，V值表现出随土壤
肥力增大而增大的趋势。
采用改进的层次分析法对土壤肥力进行综合
评价，得出土壤肥力质量指数 FQI表现为中山杉 +
女贞 +黄豆(A + L + S)＞中山杉 +黄豆(A + S)＞
中山杉纯林(A)＞滩涂地(CK) ，可以看出林农复
合经营模式下的中山杉防护林土壤肥力要优于纯
林模式，而 3 种模式均具有较高的 FQI值也说明了
中山杉作为一线海防林在改良土壤肥力方面的优
异表现。另外，相关分析表明，在一定范围内，土壤
pH和含盐量升高抑制了土壤肥力提高，土壤 pH
与有机质含量、水解氮、全磷、磷酸酶、蔗糖酶均呈
显著负相关，与脲酶和土壤肥力质量指数更是呈现
极显著负相关关系。因此，降低沿海土壤 pH 是提
高土壤肥力的重要途径。
在研究中采用的改进型层次分析法利用实测
数据构建判断矩阵，虽然具有更加客观、科学的特
点，但是其结果受到采样误差、实验条件等的限制
可能并不一定能完全反应实际情况，进一步提高实
验的精度可以使结果更加科学合理。土壤肥力是
一个受多种因素影响的综合指标，对评价指标的入
选方案也有待于进一步研究。另外，采取客土造林
的方式对实验结果可能也有一定影响，这主要是为
了提高林木的成活率，由于防护林的种植年限较
短，其改土效果还未充分发挥，这还需要长期的
观测。
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( 责任编辑 郑琰燚)
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