海南島典型農用地土壤綜合肥力評價

鄧星亮 楊安富 楊麗 孟龍威 袁漫遙 陳俊男 吳曉晨

摘 要：為研究海南島典型農用地土壤肥力情況，對海南省林地、耕地、園地和草地用地類型下的土壤pH、機械組成、有機質、陽離子交換量、全氮、堿解氮、全磷、有效磷、全鉀進行測定及統計分析，參考《全國第二次土壤普查養分分級標準》，采用內梅羅（Nemerow）指數法對各用地類型進行土壤綜合肥力評價。結果表明：不同用地類型中，氮素含量均表現為缺乏水平；磷素含量均表現為豐富或很豐富水平；而鉀素含量在林地和耕地中為豐富水平，在園地中屬于中等水平，在草地中表現為缺乏水平。在4 種不同農用地類型中，土壤有機質與陽離子交換量、全氮、堿解氮均呈顯著相關（P<0.05）或極顯著相關（P<0.01），土壤陽離子交換量與全氮、堿解氮也呈較強的相關性，其他土壤養分之間幾乎無相關性或相關性較弱。而4 種不同農用地類型的土壤綜合肥力值依次為園地（1.164）>林地（1.058）>耕地（0.879）>草地（0.784），其中園地和林地的土壤綜合肥力水平均屬于一般，而耕地和草地屬于貧瘠。因此，應該加強土地管理，合理利用土地，改善土壤養分結構，最終提高土地生產力。

關鍵詞：用地類型；土壤肥力；土壤養分；內梅羅指數法

中圖分類號：S158.3 文獻標識碼：A

近年來，由于人口的增加以及社會經濟的迅速發展，農業越發被人們所關注。而土壤是農業發展的根本，養分又是土壤生產力的基礎，因此養分含量的高低是衡量土壤質量的重要指標[1]，土壤養分對于農業的發展尤為重要。同時水土流失、過度施肥等問題也會使土壤肥力嚴重下降。

因此，關于土地利用方式的研究成為當今環境問題的重要內容之一[2-3]。人為活動以及用地方式的不同均會對土壤性質產生一系列的影響，而土壤的用地類型會直接影響土壤中C、N、P 之間的比值，進而影響土壤質量[4-5]。海南省不同土地利用類型的發展速度和土壤肥力也具有一定差異，為了能更好地對熱帶地區不同農用地土壤進行評價，本研究對林地、園地、草地和耕地4 類主要用地類型進行探究。據海南省2021 年統計數據顯示，全省耕地面積72.3 萬hm2，園地面積91.6 萬hm2，林地面積119.8 萬hm2，草地面積4.6 萬hm2。其中占地面積最多的園地和林地對于海南省而言尤為重要，園地所種植的水果是海南省主要經濟收入之一；林地是森林的載體，是野生動植物以及微生物能量循環轉換和物質循環的必要環境條件；耕地是農產品的基礎，其土壤的質量直接關系到人們的生活以及經濟收入；草地在生態環境中不僅具有調節氣候、保持水分的作用，還能夠防風固土固沙、保持水土等。有研究提出，合理利用土地能夠通過改善土壤肥力、改良土壤結構等方面來抑制土壤退化，提高土壤質量[6-7]。而不合理利用土地，會造成土壤性質的變化以及土壤養分的流失，從而導致土壤肥力的下降[8]。本研究通過對海南省不同類型土壤肥力進行調查與分析，以結合實際情況調整肥料施用方案，改善土壤養分結構，為海南省農業的健康發展奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

海南島位于我國最南端， 陸地總面積達3.5191 萬km2，海域面積達200 萬km2[9]，地處3°58′～20°10′N，108°37′～117°50′E，氣候適宜、四季常青，森林覆蓋率超過50%。地形以臺地、階地以及平原為主，而地勢主要表現為四周低平、中間高聳。在氣候方面，由于海南島地處熱帶北緣，年平均氣溫在22.5～25.6 ℃之間，是熱帶海洋和熱帶季風混合型氣候。同時海南島的降水量分配不均，有明顯的多雨季和少雨季，且少雨季經常伴有干旱現象發生，年降水量為1500～2500 mm。

由于獨特的環境條件，海南島的土壤類型豐富，可劃分為15 個土類、27 個亞類以及81 個土屬[10]。

其中海南省的主要土壤類型為磚紅壤，約占島內土地總面積的53.42%，同時海南省的主要耕作土壤為水稻土[11]。海南省的農用地面積為282.64 萬hm2，占土地總面積的79.95%，已開發利用的土地331.59 萬hm2，未開發利用的土地20.32 萬hm2[12]。

因此，海南省的用地類型以農用地為主。本研究選取涵蓋海南省18 個市（縣）的51 個采樣點，包含耕地、草地、林地以及園地，基本情況見表1。

1.2 點位布設和樣品采集

土樣采集時間為2020 年10 月至2021 年1 月，在綜合考慮海南省植被、土壤類型以及用地類型等因素的基礎上，按照統計學要求科學合理地布設采樣點的數量和密度。其中包括林地30 個，園地9 個，耕地9 個，草地3 個，同時，采樣點位避開有人工施肥的種植區域，避免人為因素對土壤有機質等養分指標含量的影響。其具體分布位置以及相應的用地類型如圖1 所示。在相應點位，找到可以表示附近土壤類型的點，以該點為中心，100 m 為半徑，確定采樣區域，通過蛇形、對角線等采樣方法平均采集樣品并混勻，再采用四分法取約2 kg 土樣，分別貼上標簽，帶回實驗室風干。風干后，通過三頭研磨機將土樣分別進行研磨，按照不同指標要求過篩，供室內分析。

1.3 指標測定

土壤肥力指標的選擇參照文獻[13]，包括pH、有機質、陽離子交換量、土壤質地、全氮、全磷、全鉀、有效磷以及堿解氮9 個指標，其中各養分指標的測定方法及其具體步驟嚴格按照《森林土壤分析方法》[14]進行。

1.4 指標標準化及肥力計算

標準化處理后土壤肥力指標的分級標準參照文獻[15-16]可得，所選評價指標包括pH、土壤質地、有機質、全氮、全磷、全鉀、有效磷、堿解氮以及陽離子交換量。由于所選指標的量綱之間具有差異性，因此各指標之間不能進行加和，所以要對各指標參數進行標準化處理，以便于相互之間的綜合計算。具體處理方法[17]如下：

當指標的測定值（Ci）屬于“極差”級時，即Ci≤Xa，Pi=Ci/Xa（Pi≤1）；當指標的測定值屬于“差”級時，即XaXp，Pi=3。式中，Ci 為指標的測定值；Pi 為分肥力系數；X 為指標分級標準（表2），其中Xa、Xc 和Xp 分別為“差”級、“中等”級和“良好”級分級標準。通過標準化之后，使同級別的各指標分肥力系數比較接近，可比性更高，便于對比分析。

土壤質地并非是量化參數（美國制），其分級標準以及標準化的結果為：（1）壤土類。砂質壤土、壤土、粉（砂）質壤土，Pi=3。（2）黏壤土類。砂質黏壤土、黏壤土、粉（砂）質黏壤土、粉土，Pi=2。（3）砂土類。砂土、壤質砂土；粘土類。砂質黏土、壤質黏土、粉砂質黏土、黏土、重黏土，分肥力系數Pi=1[18]。

綜合肥力系數的計算方法有加和法、平均值法等，但是這些方法均受主觀因素的影響，且可比性較差，因此本研究采用修正后較為客觀的內梅羅（Nemerow）公式來計算綜合肥力系數：

式中，Q 為土壤綜合肥力系數，Pi 平均為土壤各屬性分肥力系數的平均值，Pi 最小為各分肥力系數中的最小值，n 為參與評價的指標個數。公式中用Pi 最小代替了原內梅羅公式中的Pi 最大，能夠更加突出土壤屬性中最差因子對肥力的影響，從而明確土壤肥力的限制因子，反映出作物生長的最小因子率。同時還增加了修正項n 1 / n來反映評價的可信度，其中參與土壤肥力評價的屬性種類越多，其值越大，可信度越強，增加了評價參數不相等時評價結果的可比性。通過計算，最終得到土壤綜合肥力系數，進而作出肥力評價。

土壤綜合肥力系數分級標準將土壤質量分為4個等級，分別是很肥沃（Q≥2.7）、肥沃（2.7>Q≥1.8）、一般（1.8>Q≥0.9）以及貧瘠（0.9>Q）[19]。

1.5 數據處理

采用Excel 2019、Origin 2022 以及SPSS 26.0軟件（Pearson’s 相關顯著性檢驗）進行實驗數據的處理，運用ArcMap 10.3 軟件對采樣點的分布進行作圖，采用修正后的內梅羅指數評價法對海南省主要農用地類型進行土壤肥力綜合評價。

2 結果與分析

2.1 土壤養分指標分析

2.1.1 土壤質地和pH 土壤質地是土壤肥力的重要指標之一，它能夠通過影響土壤的通氣性、透水性、保水保肥性等，進而影響土壤性狀以及耕地性狀。根據檢測結果可知，不同的土地利用類型，其土壤質地的質量等級有明顯差異，其分級標準如1.4 中所述。如圖2 所示，林地、園地、耕地、草地中的土壤質地依次逐漸變差，林地和園地的土壤質地為良好的約占總體的一半，而草地的土壤質地均為差等級。

同時，土壤pH 通過影響土壤養分的轉化、釋放以及有效性而直接影響植物的正常生長，是土壤肥力的重要影響因子之一。通過檢測可知，林地、耕地、園地以及草地的pH 平均值分別為5.035、5.509、5.758、5.410，均呈酸性或弱酸性（表3）。而當pH 在6.5～7.5 之間時，土壤中含有的植物生長所需養分的有效性最高，有利于植物吸收利用，過高或者過低均不利于植物生長。通過對比土壤養分含量分級標準可知，林地和草地的酸堿等級為差等，而耕地和園地的pH 等級則為中等。

2.1.2 土壤有機質和陽離子交換量土壤有機質是土壤肥力的基礎，它不但是土壤養分的直接來源，同時還具有改善土壤性質、改良土壤結構、提升土壤性能等多重作用，對土壤肥力的衡量有至關重要的作用。從檢測結果可看出（表3），耕地土壤中的平均有機質含量最低，為12.123 g/kg，其原因可能是頻繁的耕作條件破壞了土壤結構，使土壤中的有機質分解得更快[20]。其次是草地和園地，分別為15.487、27.658 g/kg，而林地土壤的有機質平均含量最高，為30.444 g/kg，可能是樹枝、枯葉等凋落物增加了土壤養分的輸入，進而促使有機質含量不斷增加[21]。根據肥力指數分級指標可得到，林地和園地的土壤有機質含量屬于中等水平，而耕地和草地的土壤有機質含量屬于差等水平。

陽離子交換量（CEC）是指土壤膠體能夠吸附的陽離子的總量，其數值的大小可以反映土壤保肥能力的強弱，CEC 越大，表示土壤的保肥能力越強。在農業上一般認為CEC<10 coml/kg 時保肥能力弱，在10～20 coml/kg 時保肥能力中等，CEC>20 coml/kg 時保肥能力強[22]。因此，土壤CEC 也是影響土壤肥力的重要因素。通過檢測結果可知，4 種用地類型中土壤陽離子交換量均處于較低水平， 園地中的平均值最高， 達到了11.367 cmol/kg，而林地、耕地和草地的平均值較低，分別為8.360、2.967、2.033 cmol/kg（表3）。

由肥力指數分級指標可知，林地和園地CEC 的平均水平屬于差等，而耕地和草地則屬于極差等。

但是土壤中有機質與陽離子交換量2 種指標之間基本上滿足有機質含量越高，土壤中陽離子交換量越大的規律（圖3）。

2.1.3 土壤氮素氮既是植物生長所必須的營養元素，又作為養分限制因子在農業生產中發揮重要作用。在土壤中的氮可分為無機態氮和有機態氮，而有機氮占全氮的92%～98%，然而隨著土壤深度的不斷加深，其所占的比值也越來越小。因此，一般情況下，在施肥中采用土壤全氮和堿解氮作為土壤供氮能力的評估指標[23]。通過檢測可以發現，4 種用地類型中全氮以及堿解氮的平均含量均極低，其中林地中土壤全氮含量為0.007～0.481 g/kg，耕地全氮含量為0.029～0.192 g/kg，園地的為0.030～0.229 g/kg，草地的為0.038～0.117 g/kg（表3）。相應地，堿解氮也基本上符合“全氮含量高堿解氮的含量也高，全氮含量低堿解氮的含量也低”的規律。對比土壤養分含量分級標準可知，各用地類型的全氮含量均處于極缺乏的情況，而林地和園地的堿解氮含量均處于中等水平，耕地和草地的堿解氮含量則處于很缺乏的情況。

2.1.4 土壤磷素磷不僅是人和動物用來合成核酸的重要元素之一，也是作物所需的必需元素，是農業生產中重要的養分限制因子。土壤中的磷素含量在一定程度上可以反映土壤對磷的儲存能力以及供應能力[23]，然而，土壤中的磷含量或高或低均會影響土壤肥力以及周邊環境，其含量的高低主要取決于成土母質以及施肥量，通常將有效磷作為土壤磷素供應水平的指標。通過檢測結果可知，全磷的平均含量在草地和園地中均處于豐富等級，分別為0.947、0.909 g/kg，而在林地和耕地中均屬于缺乏等級，分別為0.409、0.359 g/kg（表3）。有效磷的平均含量在4 種用地類型中均處于豐富或很豐富等級。根據計算各點測定值的肥力系數可以看出，4 種用地類型中全磷的平均分肥力等級均處于差等，而林地、耕地以及園地有效磷的平均分肥力等級均屬于中等，草地的則為良好。根據檢測結果可以看出，草地的磷素含量最高，林地的磷素含量則較低，可能是由于林地中隨著年限的增加，樹木不斷生長而導致土壤中磷素“入不敷出”的狀況。

2.1.5 土壤鉀素鉀作為作物生長的必需營養元素，參與作物幾乎所有的生理過程，因此作物對鉀的需求量也相對較高。而土壤中鉀含量的高低主要與母質、成土條件、質地以及施肥量等因素有關。根據測定結果可知，林地的全鉀含量在0.638～52.936 g/kg 之間，耕地的全鉀含量為0.390～44.882 g/kg，園地的為1.306～41.813 g/kg，草地的為0.863～29.100 g/kg（表3）。由土壤養分含量分級標準可知，林地和耕地的平均含量分別為21.525、20.522 g/kg，均屬于豐富等級；園地的平均含量為17.678 g/kg，屬于中等級別；而草地的平均含量為10.604 g/kg，屬于缺乏等級。

2.2 不同用地類型土壤肥力指標的相關性分析

為了更好地了解不同農用地類型中各土壤養分之間的相互關系，對指標進行Pearson’s 相關性分析（圖4）。在林地中，土壤pH 與堿解氮（AN）呈極顯著負相關（P<0.01），土壤有機質（OM）與陽離子交換量（CEC）、全氮（TN）、堿解氮均呈極顯著正相關（P<0.01），土壤陽離子交換量與全氮、堿解氮均呈極顯著正相關（P<0.01），土壤全氮與堿解氮呈極顯著正相關（P<0.01），土壤pH 與堿解氮呈極顯著負相關（P<0.01）；而耕地中土壤養分的相關性與林地相似，但陽離子交換量與堿解氮呈顯著正相關（P<0.05）；在園地中，土壤pH 與全鉀（AK）呈顯著負相關（P<0.05），土壤有機質與陽離子交換量呈顯著正相關（P<0.05 ）， 與全氮、堿解氮呈極顯著正相關（P<0.01），土壤陽離子交換量與全氮、全磷（TP）均呈顯著正相關（P<0.05），與堿解氮呈極顯著正相關（P<0.01），土壤全氮與堿解氮呈極顯著正相關（P<0.01 ）， 土壤全磷與全鉀呈顯著正相關（P<0.05）；而在草地中，土壤陽離子交換量與全磷、有效磷（OP）均呈顯著負相關（P<0.05），全磷與有效磷呈顯著正相關（P<0.05）。

通過相關性分析發現，在不同農用地類型中，有機質與陽離子交換量、全氮、堿解氮呈顯著或極顯著相關，陽離子交換量與全氮、堿解氮呈顯著或極顯著相關，這與楊義波等[24]的研究結果基本一致。說明有機質和陽離子交換量在土壤肥力中具有極其重要的作用，且與氮素含量息息相關。

全氮含量與堿解氮含量之間呈極顯著相關，說明它們具有明顯的同源性。而在草地中各土壤養分的相關性低于其他3 種用地類型，可能是因為本研究中的草地點位較少，因此，今后應加強完善草地的土壤養分相關性研究。

2.3 土壤綜合肥力分析

根據土壤綜合肥力評價結果可知，所調查的51 個點位的土壤綜合肥力指數（Q）變幅在0.508～1.546 之間，平均值為1.029，土壤的總體肥力水平為一般，不同用地類型的土壤綜合肥力有差異。

根據不同土壤綜合肥力指數來評價土壤的肥力水平，將土壤綜合肥力指數劃分等級（表3），4 種不同用地類型的土壤綜合肥力指數的均值為園地（1.164）>林地（1.058）>耕地（0.879）>草地（0.784），其中園地和林地的土壤綜合肥力水平均屬于一般，耕地和草地的土壤綜合肥力水平屬于貧瘠。而分肥力系數中的最小值是影響土壤肥力指數的重要因子，根據計算結果可以得出，在所有采樣點中，以全氮作為最小分肥力系數的占總體的88.24%，而以全磷和全鉀作為最小分肥力系數的占總體的5.88%，因此全氮是影響海南島4種不同用地類型中土壤肥力的主要因素，是土壤肥力的主要限制因子。

3 討論

不同的土地利用類型會對土壤性質產生不同的影響，而不合理的土地利用方式進一步加劇了土壤生態環境的破壞[25]。土壤肥力調查及評價是對土壤進行合理利用的重要依據，通過本次調查發現，海南省4 種農用地類型的土壤狀況有差異。

4 種農用地中，pH 均呈現酸性或弱酸性，有研究表明，海南省園地、林地等[26-27]土壤均呈酸化趨勢，同時這也與海南省獨特的氣候及土壤類型有關；有機質含量的差別較大，其中林地和園地的有機質含量較高，主要是由于樹枝、樹葉等凋落物增加了土壤中有機質的輸入，而耕地中有機質的缺乏主要是由于頻繁的耕作條件使土壤條件被破壞，進一步加速了有機質的分解[19， 28]；對于氮、磷、鉀3 種營養物而言，氮素的平均含量均較低，這與曹明等[28-30]等相關研究結果一致，磷素在園地中含量豐富的主要原因可能是由于全國第2 次土壤普查之前大部分土壤處于缺磷狀態，使果農施用大量的磷肥來增加產量，而在林地和耕地中含量缺乏，則可能是由于樹木不斷生長、農作物的大量吸收導致土壤中磷素“入不敷出”的現象，鉀素在林地、耕地和園地中含量均較豐富，這與吳小芳等[26]的研究結果一致。

在4 種不同農用地利用方式下，土壤養分中的有機質與陽離子交換量、全氮、堿解氮呈顯著或極顯著相關，陽離子交換量與全氮、堿解氮呈顯著或極顯著相關，同源氮素之間呈極顯著相關，其他土壤養分之間無相關性或相關性較弱。通過內梅羅指數法計算綜合肥力指數可知，4 種用地類型土壤綜合肥力值的大小順序依次為園地（1.164）>林地（1.058）>耕地（0.879）>草地（0.784），其中園地和林地的土壤綜合肥力均屬于一般水平，而耕地和草地的土壤綜合肥力屬于貧瘠水平。通過分析土壤綜合肥力值可知，4 種不同用地類型中土壤肥力的限制因子主要是氮素，全氮含量成為土壤屬性的最差因子，而有效磷含量的分肥力系數最大，所以有效磷對4 種用地類型中的土壤肥力貢獻最大。

綜上所述，在不同的農用地類型中，其土壤養分含量有差異，總體表現為氮素較缺乏，磷素均表現為豐富或很豐富水平；而鉀素在林地和耕地中為豐富水平，在園地中屬于中等水平，在草地中表現為缺乏水平。同時土壤肥力水平主要為一般和貧瘠，因此，今后對于海南省4 種不同農用地類型的使用與管理上，應多施用堿性化肥，增加氮肥、磷肥的施用，在耕地中加大有機肥的投入，因地制宜，制定合理的用地計劃，合理施肥提高土壤養分含量，從而提高生產力。

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