延安市蔬菜大棚土壤肥力狀況調查與評價

祁迎春,王 建，秦 萌

(1.延安大學，陜西 延安 716000；2.延安市環境檢測與修復重點實驗室，陜西 延安 716000)

引言

土壤肥力是土壤各種理化生物學性質的綜合體現，是土壤質量的重要組成部分。土壤肥力的高低是影響蔬菜產量和品質的重要因素，客觀全面地認識和評價土壤肥力是土地科學管理的前提和依據。目前，土壤肥力評價主要有主成分分析[1]、相關關系法[2]、模糊綜合評價法[3]和內梅羅指數[4]等方法上，不同的評價方法選擇的側重點不同，其評價結果所反映的意義也不相同。

近年來，延安市大力發展大棚蔬菜產業，截至2019年底，蔬菜面積已達2.2萬公頃，蔬菜總產116.1萬t，蔬菜產值達46.8億元，占種植業產值比重21.5%。蔬菜產業的快速發展為農民帶來經濟效益的同時也給土地的科學管理提出了更高的要求。為了提高蔬菜產量，盲目過量使用化肥的現象普遍存在，長期不合理的施肥會使土壤養分失衡，最終導致肥力水平下降[5]。此外，大棚土壤長期處在高復種、高溫高濕等條件，隨著種植年限的增加一系列土壤問題日益凸顯，如土壤酸化、土壤鹽分含量過高、土壤養分不均衡、營養元素累積等現象[6～9]。

因此，以延安市周邊蔬菜大棚土壤為研究對象，測定土壤中N、P、K等肥力因子，并采用改進之后的內梅羅指數法和主成分分析法，評價延安市蔬菜大棚土壤肥力狀況，分析土壤肥力的主要影響因子，為當地蔬菜大棚土壤養分科學管理和合理施肥提供依據。

1 材料與方法

1.1 樣品的采集

選擇延安市周邊主要的蔬菜生產基地(下李家灣、溫家溝、下寺灣和姚店)蔬菜大棚為土壤樣品的采集點，每個地方選5個大棚，每個大棚采取根層土壤樣品1個(3個樣品混合而成)，共計20個土壤樣品。棚齡為6～18 a，以番茄、青椒、豆角、黃瓜4種蔬菜為主，肥料主要為復合肥，有時摻雜有機肥。

1.2 測定方法

根據常規實驗方法進行測定[10]，見表1。

表1 實驗項目及分析方法

1.3 土壤養分評價標準

參照全國第二次土壤普查分級標準[11]，見表2。

表2 全國第二次土壤普查分級標準

1.4 土壤肥力評價方法

1.4.1 改進內梅羅綜合指數法 以pH、全氮、有機質、堿解氮、速效磷、速效鉀 6個指標為肥力因子來反映肥力狀況。為了消除各指標單位的影響，根據全國第二次土壤普查養分分級標準，劃定土壤各屬性分級標準見表3。土壤pH分級標準值的確定參考了前人的研究[12]，當土壤pH值為5.5～6.5的微酸性土壤時，Pi=3；pH值分別為4.5～5.4，6.6～7.5時，Pi=2；pH值為<4.5，>7.5時，Pi=1。土壤綜合肥力等級見表4。內梅羅綜合肥力指數計算參考相關文獻[11]。

表3 土壤各指標的分級標準值

表4 土壤綜合肥力等級

1.4.2 主成分分析方法 采用SPSS18.0對6個指標進行主成分分析。

2 結果與分析

2.1 蔬菜大棚土壤pH及養分含量

表5為研究區土壤pH分級與所占比例情況。研究區土壤pH在7.36～8.95之間，其中，pH在7.5～8.5之間(弱堿性)最多，占75%，pH在6.5～7.5之間(中性)的占15%，pH>8.5(堿性)的占10%，研究區土壤整體偏弱堿性。

表5 土壤pH分級及比例

表6為研究區蔬菜大棚土壤養分含量統計表。由表6可知，蔬菜大棚土壤全氮含量在0.16～1.63 g/kg之間，均值為0.66 g/kg，參照土壤養分分級標準(表2)，50%土壤樣品全氮含量處于極低水平(<0.5 g/kg)，25%土壤處于偏低或低的水平，20%處于適宜水平，5%處于高水平；有機質含量在37.03～65.29 g/kg之間，均值為46.56 g/kg，有機質含量都達到高的水平以上，其中65%達到極高的水平；堿解氮含量在35.96～107.87 mg/kg之間，均值為67.16 mg/kg，處于適宜水平(90～120 mg/kg)的占20%，而處于偏低水平(60～90 mg/kg)和低水平(30～60 mg/kg)的分別占35%和45%；土壤速效磷和速效鉀的含量分別在38.63～100.27mg/kg和100.05～893.37 mg/kg之間，均值分別為68.95 mg/kg和506.85 mg/kg，含量都較高，其中90%土壤速效磷含量達到極高水平(含量>40 mg/kg)，85%土壤速效鉀含量達到極高水平(>200 mg/kg)。

表6 延安市蔬菜大棚土壤養分含量統計

整體來看，蔬菜大棚土壤偏堿性，土壤中全氮、堿解氮比較缺乏，有機質較為豐富，而速效磷、速效鉀極其豐富，多數土壤樣品速效磷和速效鉀的含量遠遠高于土壤養分分級標準的最高值。

2.2 蔬菜大棚土壤肥力評價

土壤各種指標共同決定土壤的肥力，主要體現在有機質、N、P、K等指標[13,14]。內梅羅指數法評價土壤肥力的特點是主要考慮指標中最小值對土壤肥力的限制。選擇土壤pH、有機質、全氮、堿解氮、速效磷、速效鉀6個指標，得出對應的內梅羅肥力綜合指數見表7，并結合綜合肥力等級(表4)對蔬菜大棚土壤肥力進行綜合評價。

由表7可知，延安市蔬菜大棚土壤綜合肥力系數變幅在1.08～1.89之間，參照肥力分級表(表4)，屬于肥力等級Ⅲ級，為一般肥力水平。各分指標肥力指數大小順序分別為：有機質=速效磷>速效鉀>堿解氮>pH>全氮，可以看出，最小分肥力系數為全氮，其次為pH和堿解氮，說明全氮、pH和堿解氮是影響土壤肥力的主要因子。

表7 土壤內梅羅肥力綜合指數

2.3 土壤肥力因子主成分分析

運用SPSS軟件對相關的肥力因子進行主成分分析，由表8公因子方差的提取值可以看出，6個指標中堿解氮的信息損失量最小，其次是速效鉀和全氮，因此，這三個指標是引起土壤肥力指標變化的最主要因子。主成分的特征值和貢獻率見表9。

表8 公因子方差

表9 主成分的特征值和貢獻率

可以看出，選取的六個指標的特征值和貢獻率差異很大，根據提取特征值大于1，可提取2個主成分，第1、2主成分的特征值分別2.627和1.314，貢獻率分別為43.783%和21.897%，累積貢獻率65.68%。

為了減少各指標之間相關性的影響，采用最大方差法進行旋轉得到載荷陣，因子載荷反映主成分與原始指標之間的相關性，載荷值越大，兩者之間的相關性就越大。旋轉后的載荷陣見表10，可以看出，速效鉀、堿解氮和有機質對主成分1的影響較大，其中，速效鉀載荷值為0.884，對主成分1的影響最為明顯，其次是堿解氮，載荷值為0.796。對主成分2影響較大的是全氮，載荷值為0.876。綜合來看，速效鉀、堿解氮和全氮是影響蔬菜大棚土壤肥力的最主要因素。

表10 旋轉后載荷陣

3 結果與討論

土壤的肥力狀況是土壤高效合理施肥的重要依據。通過對延安市蔬菜大棚土壤肥力因子的分析和評價，發現研究區土壤pH在7.36～8.95之間，總體偏弱堿性。土壤pH不僅影響農作物對養分的吸收和利用，而且還影響土壤中重金屬形態及遷移和轉化，進而影響到農產品的品質。王洪[15]等研究陜西省土壤pH時空變化特征時得出2017年延安市土壤pH在7.90-8.72之間；趙滿興[16]等研究發現陜北地區玉米地土壤pH在8.31～8.89之間；李柳瑩[17]等得出洛川果園土壤pH值為7.42～8.38之間。相比于其他學者的研究結果，研究區蔬菜大棚部分土壤pH略低，但不是很明顯。王學霞[18]等人研究發現設施菜地土壤pH 隨種植年限增加pH逐漸降低。本研究蔬菜大棚的棚齡為6-18 a，部分土壤pH降低可能與蔬菜大棚的種植年限有關。此外，唐琨[19]等研究發現作物對各種營養元素的吸收利用的有利土壤pH在6.5～7.5有利于。研究區85%土壤pH大于7.5，說明土壤pH是影響土壤肥力的重要因子，與內梅羅綜合指數法得出pH是影響土壤肥力主要因子相吻合。

土壤有機質在作物生長和微生物代謝過程中必是不可缺的，是土壤肥力的基礎，也是評價土壤肥力的重要指標之一。陳倫壽[20]等研究認為蔬菜地土壤有機質在30 g/kg以上時最為有利，研究區土壤有機質含量在37.03～65.29 g/kg之間，均高于30 g/kg，處于高或極高的水平。

學者們對不同地方、不同種植年限蔬菜大棚土壤肥力的相關研究發現，蔬菜大棚普遍存在土壤堿解氮、有效磷、速效鉀含量累積的現象，余海英等[21]對山東壽光溫室大棚土壤養分研究發現，速效磷、速效鉀的含量是露地土壤的5.4和3.7倍，富集比較明顯。高瑩[22]等研究西安設施蔬菜地土壤養分時發現部分土壤堿解氮缺乏，部分土壤堿解氮處于豐富狀態，土壤有效磷、速效鉀處于盈余狀態。王倩姿[23]等研究河北省保定設施菜地土壤肥力狀況時發現，63.41%土壤有效磷含量超過80 mg/kg，56.45%土壤樣品速效鉀含量高于300 mg/kg。延安市蔬菜大棚土壤全氮、堿解氮、速效磷和速效鉀含量在0.16～1.63 g/kg、35.96～107.87 mg/kg、38.63～100.27mg/kg和100.05～893.37 mg/kg之間，土壤全氮、堿解氮含量處于偏低水平，而有機質、速效磷、速效鉀含量處于高或極高水平。這與他人的研究結果一致性。說明蔬菜地土壤P肥和K肥累計現象比較嚴重，這一點應引起重視。速效磷和速效鉀富集主要與施肥量有關，因此，在施肥的過程中注重平衡施肥。

對土壤肥力的評價，不同評價方法所用的計算方法和側重點不同，內梅羅綜合指數法評價土壤肥力時，在計算過程中用最小值替換了原內梅羅公式中的最大值，這就凸顯了最低指標對肥力的限制。改進的內梅羅綜合指數法得出蔬菜大棚土壤綜合肥力指數變幅在1.08～1.89之間，屬于肥力等級Ⅲ級，為一般肥力水平。各分指標肥力指數大小順序分別為：有機質=速效磷>速效鉀>堿解氮>pH>全氮，除pH外，全氮和堿解氮是影響土壤肥力的主要因子。研究區蔬菜大棚土壤施肥主要以復合肥為主，因此，在使用的過程中應注重加大N肥的添加，同時，還要適當控制P肥和K肥的投入。主成分分析是通過降維將存在相關性的多個指標轉化為少數幾個能夠反映全部指標綜合信息的綜合指標，對土壤有機質、堿解氮、速效K、速效P、全N和pH進行主成分分析，結果表明速效鉀、堿解氮和全氮是引起土壤肥力變化的最主要因子，這與內梅羅綜合評價得到的結果相吻合。

土壤肥力綜合評價指標除了N、P、K、有機質等營養元素外，還應加入水、氣、熱、微量元素和管理等因素來進行綜合考慮[24]。本研究用這六個指標來評價土壤肥力較為局限，不能準確的反映土壤潛在的生產能力。因此，還要結合壤微量元素、土壤生物指標、作物生長指標[25]等指標綜合進行評價。

4 結論

研究區蔬菜大棚土壤pH在7.36～8.95之間，pH在7.5-8.5之間土壤占75%，總體偏弱堿性。土壤有機質、速效磷和速效鉀平均含量分別為46.56 g/kg、68.95 mg/kg和506.85 mg/kg，變幅在37.03～65.29 g/kg、38.63～100.27 mg/kg和100.05～893.37 mg/kg 之間，處于高或極高水平，而全氮和堿解氮平均含量為0.66 g/kg和67.16 mg/kg，變幅在0.16～1.63 g/kg和35.96～107.87 mg/kg之間，處于偏低水平；改進內梅羅綜合指數法得出蔬菜大棚土壤綜合肥力指數變幅在1.08～1.89之間，屬于肥力等級Ⅲ級，為一般肥力水平，全氮、pH和堿解氮是影響土壤肥力的主要因子。主成分分析結果表明，堿解氮、速效鉀和全氮是引起土壤肥力變化的最主要因子。研究區土壤缺乏N素營養，在使用的過程中應注重加大N肥的添加同時，還要適當控制P肥和K肥的投入。