博白林場(chǎng)桉樹人工林土壤肥力內(nèi)梅羅指數(shù)法評(píng)價(jià)分析

林武，藍(lán)堅(jiān)，林婧，梁春曉，陳春明，尤廣懷，朱柳霏1,，鄧楠楠，鄧小軍1,

（1.廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院國家林業(yè)和草原局中南速生材繁育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室廣西優(yōu)良用材林資源培育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西南寧 530002；2.廣西國有博白林場(chǎng)，廣西玉林 537600）

土壤是人類生產(chǎn)的重要自然資源，可以維持和調(diào)節(jié)自然環(huán)境物質(zhì)能量循環(huán)及信息傳遞，是森林生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分[1]。森林生態(tài)系統(tǒng)以林木為主，土壤具有肥力，可為林木生長提供養(yǎng)分，林木生長又對(duì)土壤發(fā)育和養(yǎng)分積累產(chǎn)生影響[1-2]。正確認(rèn)識(shí)和科學(xué)評(píng)價(jià)森林土壤，能更好地利用土壤資源，為林木生長提供保障，國內(nèi)外學(xué)者也把森林土壤肥力的評(píng)價(jià)作為研究的重點(diǎn)[3-4]。在我國，多數(shù)土壤科學(xué)工作者認(rèn)為肥力是土壤的基本屬性和本質(zhì)特征，是土壤從營養(yǎng)條件和環(huán)境方面供應(yīng)和協(xié)調(diào)植物生長的能力，其中營養(yǎng)條件包括養(yǎng)分，環(huán)境條件包括溫度和空氣，水即是營養(yǎng)因素又是環(huán)境因素；協(xié)調(diào)是指土壤中的水、肥、氣和熱4大肥力因素是相互聯(lián)系和制約的，只有4大因素同時(shí)存在且處于協(xié)調(diào)狀態(tài)，才能保證植物健康生長[1]?？傊?，土壤肥力是土壤物理、化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)的綜合反映[5]。在森林土壤評(píng)價(jià)體系中，采用土壤肥力作為主要依據(jù)評(píng)價(jià)森林土壤健康狀況，不僅能較全面地反映土壤理化綜合性質(zhì)，還能充分體現(xiàn)森林土壤促進(jìn)植物長期生產(chǎn)力和維持生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)穩(wěn)定的功能[6-7]。如今，南方速豐林處于不斷發(fā)展階段，面積與產(chǎn)量逐漸增加，但土壤肥力呈下降趨勢(shì)，呈現(xiàn)森林土壤經(jīng)營技術(shù)與速豐林發(fā)展極不相符的狀態(tài)[8-9]。

目前，土壤健康或土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)方法主要有綜合指數(shù)法、主成分分析法、模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)判法、灰色聚類法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等[10-11]。由于土壤肥力的復(fù)雜性和影響土壤肥力因素的多樣性，尚無成熟且公認(rèn)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，多數(shù)情況下是根據(jù)生產(chǎn)目的或生態(tài)評(píng)價(jià)需求采取不同的評(píng)價(jià)方法和指標(biāo)[12]。

本研究采用內(nèi)梅羅指數(shù)（Nemerow）法，對(duì)廣西國有博白林場(chǎng)桉樹（Eucalyptusspp.）人工林進(jìn)行多因子質(zhì)量綜合土壤養(yǎng)分情況評(píng)價(jià)，以土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)、土壤肥力評(píng)價(jià)指標(biāo)和土壤肥力等級(jí)劃分為參考標(biāo)準(zhǔn)，選擇具有代表性、穩(wěn)定性及使用頻率高的因子作為評(píng)價(jià)指標(biāo)[8,13]，不僅能從林木養(yǎng)分需求方面精準(zhǔn)地評(píng)價(jià)林地土壤養(yǎng)分綜合肥力狀況，還考慮了林木養(yǎng)分需求的短板效應(yīng)，可為營林生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)配方施肥提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

廣西國有博白林場(chǎng)位于廣西玉林市博白縣（109°38′～110°17′E，21°39′～22°30′N），以丘陵為主，有少量低山和平原；屬北熱帶向南亞熱帶過渡的季風(fēng)性氣候，雨熱豐富，年均氣溫21.9℃，年均降水量1 756.2 mm，年均日照時(shí)長1 778.3 h。成土母巖主要為砂巖，土壤主要為赤紅壤。

1.2 土壤樣品采集與測(cè)定

調(diào)查樣地為桉樹人工林，通過網(wǎng)絡(luò)化布點(diǎn)，選取26個(gè)具有代表性的樣地，避開施肥點(diǎn)及靠路邊緣地，在A（0～20 cm）和B（20～40 cm）土層采樣，把A和B層的樣品分別放入采樣袋，做好標(biāo)簽，帶回實(shí)驗(yàn)室，風(fēng)干過篩后測(cè)定相關(guān)指標(biāo)。

土壤pH值以及全氮（N）、全磷（P）、全鉀（K）、有機(jī)質(zhì)、堿解N、速效P、速效K、有效銅（Cu）、有效鋅（Zn）、有效硼（B）和有效鐵（Fe）含量的測(cè)定與分析方法參照《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》[14]。

1.3 土壤內(nèi)梅羅指數(shù)評(píng)價(jià)分析

選取pH值和有機(jī)質(zhì)、全N、全P、全K、堿解N、速效P、速效K、有效Cu、有效Zn、有效B和有效鐵Fe含量，共12個(gè)土壤屬性作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，分別取各指標(biāo)A層、B層及AB層的均值，綜合土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[15]（表1），采用Nemerow法[8]對(duì)桉樹林地進(jìn)行單項(xiàng)及綜合肥力評(píng)價(jià)與分析。

表1 廣西林地土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[15]Tab.1 Grading standards of soil nutrients in Guangxi forests

續(xù)表1 Continued

1.3.1 土壤肥力評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)評(píng)價(jià)目的參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，選取合適的指標(biāo)體系，確定相應(yīng)各指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值（Si）；以表2和表3的建議指數(shù)作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值（Si），參照Nemerow法公式，計(jì)算單項(xiàng)肥力指數(shù)（Pi）及綜合肥力指數(shù)（P綜）。

單項(xiàng)肥力指數(shù)計(jì)算公式為[8]：

式中，Pi為指標(biāo)i的單項(xiàng)肥力指數(shù)，能直接反應(yīng)該指標(biāo)的豐富度，值越高，指標(biāo)越豐富，肥力越好；Ci為指標(biāo)i的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)；Si為指標(biāo)i的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值（參照表2和表3的標(biāo)準(zhǔn)值）。

表2 廣西林地土壤肥力評(píng)價(jià)指標(biāo)參考標(biāo)準(zhǔn)值[8]Tab.2 Reference standard values of soil fertility evaluation indexes in Guangxi forests

表3 廣西林地土壤肥力評(píng)價(jià)指標(biāo)建議的單項(xiàng)肥力指數(shù)[8]Tab.3 Individual fertility indexes of soil fertility evaluation indexes in Guangxi forests

綜合肥力指數(shù)計(jì)算公式為[8]：

式中，(Pave)2為土壤所有肥力指數(shù)均值的平方，Pi>3時(shí)，以Pi=3計(jì)；(Pmin)2為土壤所有肥力指數(shù)最小值的平方，Pi>3時(shí)，以Pi=3計(jì)；n為參與評(píng)價(jià)的土壤肥力指標(biāo)個(gè)數(shù)（一般要求不少于10項(xiàng)）。

1.3.2 肥力等級(jí)劃分

根據(jù)廣西林地土壤肥力等級(jí)劃分，將肥力劃分為3個(gè)級(jí)別（Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ級(jí)）[16]，可通過分析綜合土壤肥力指數(shù)全面反映土壤肥力水平（表4）。

表4 廣西林地土壤肥力等級(jí)劃分[16]Tab.4 Grading of soil fertility in Guangxi forests

2 結(jié)果與分析

2.1 博白林場(chǎng)桉樹人工林土壤總體肥力分析

單項(xiàng)肥力指數(shù)表現(xiàn)為有效Fe>全K>有機(jī)質(zhì)>堿解N>全N>pH值>有效B（0.600 5）>速效K（0.600 0）＞全P>速效P>有效Zn>有效Cu（表5）。土壤綜合肥力指數(shù)為0.73，肥力等級(jí)為Ⅲ級(jí)。各指標(biāo)變化很大，除pH值的變異系數(shù)＜5%以外，其他各因子的變異系數(shù)均>20%，為24.32%～105.84%，全P的變異系數(shù)最大。

表5 土壤肥力總體狀況Tab.5 Total soil fertility condition

土壤pH值為3.98～4.74，均值為4.33，屬于較強(qiáng)酸性土壤；有機(jī)質(zhì)平均含量為18.38 g/kg，處于貧水平。全N、全P、速效P和速效K的平均含量分別為0.89 g/kg、0.27 g/kg、2.07 mg/kg和36.63 mg/kg，均處于貧或極貧水平；全K和堿解N的平均含量分別為28.08 g/kg和111.44 mg/kg，屬于中等或中等偏下水平。有效Cu、有效Zn和有效B的平均含量分別為0.27、0.55和0.21 mg/kg，均處于貧或極貧水平；有效Fe的平均含量為103.27 mg/kg，達(dá)到極富水平。

2.2 博白林場(chǎng)桉樹人工林A層土壤分析

單項(xiàng)肥力指數(shù)表現(xiàn)為有效Fe>有機(jī)質(zhì)>全K>堿解N>全N>pH值>全P>有效B>速效K>速效P>有效Zn>有效Cu（表6）。A層土壤綜合肥力指數(shù)為0.84，肥力等級(jí)為Ⅲ級(jí)，高于總體土壤綜合指數(shù)。A層土壤因子的變化也很大，除pH值的變異系數(shù)較小（5.88%）以外，其他各因子的變異系數(shù)均>20%，為25.74%～141.85%，全P的變異系數(shù)最大。

表6 A層土壤狀況Tab.6 Soil condition of A layer

續(xù)表6 Continued

A層土壤pH值為3.91～4.71，均值為4.33，與林地總體土壤pH均值一樣，屬于較強(qiáng)酸性土壤；有機(jī)質(zhì)平均含量為23.38 g/kg，處于中等偏下水平。堿解N平均含量為126.47 mg/kg，達(dá)到富水平；全N和全K平均含量分別為1.06和26.49 g/kg，均處于中等偏下水平；全P、速效P和速效K平均含量分別為0.35 g/kg、2.60 mg/kg和39.86 mg/kg，均處于貧或極貧水平。有效Cu、有效Zn和有效B平均含量分別為0.31、0.71和0.25 mg/kg，均處于貧或極貧水平；有效Fe的平均含量為130.32 mg/kg，達(dá)到極富水平。

2.3 博白林場(chǎng)桉樹人工林B層土壤分析

單項(xiàng)肥力指數(shù)表現(xiàn)為全K>有效Fe>有機(jī)質(zhì)>堿解N>pH值>全N>速效K>有效B>全P>速效P>有效Zn>有效Cu（表7）。B層土壤綜合肥力指數(shù)為0.61，肥力等級(jí)為Ⅲ級(jí)，低于總體土壤和A層土壤的綜合指數(shù)。B層土壤因子變化較大，除pH值的變異系數(shù)＜5%以外，其他各因子的變異系數(shù)均>20%，為23.73%～98.49%，有效Zn的變異系數(shù)最大。

表7 B層土壤狀況Tab.7 Soil condition of B layer

B層土壤pH值為4.03～4.77，均值為4.34，與總林地土壤pH均值接近，屬于較強(qiáng)酸性土壤；有機(jī)質(zhì)平均含量為13.47 g/kg，處于貧水平。全N和全P平均含量分別為0.72和0.19 g/kg，處于貧或極貧水平；全K和堿解N平均含量分別為29.62 g/kg和96.83 mg/kg，處于中等或中等偏下水平；速效P和速效K平均含量分別為1.56和33.73 mg/kg，均處于貧水平。有效Cu、有效Zn和有效B平均含量分別為0.24、0.40和0.17 mg/kg，處于貧或極貧水平；有效Fe的平均含量為77.70 mg/kg，處于中等水平。

3 結(jié)論與討論

土壤肥力由土壤內(nèi)在物質(zhì)和能量存在狀況決定[17]。本研究采用內(nèi)梅羅指數(shù)法對(duì)博白林場(chǎng)桉樹人工林的土壤進(jìn)行總體和分層的單項(xiàng)肥力及綜合肥力評(píng)價(jià)。結(jié)果顯示，總體有機(jī)質(zhì)含量處于貧水平；各養(yǎng)分的變異系數(shù)均較大，總體和A層土壤養(yǎng)分中全磷的變異系數(shù)均最大，B層土壤養(yǎng)分中有效鋅的變異系數(shù)最大，pH值的變異系數(shù)相差不大，均屬較強(qiáng)酸性土壤。這可能是因?yàn)楸狙芯繀^(qū)域?yàn)樗儇S林，林木生長速度快、經(jīng)營周期短且養(yǎng)分需求量大，還與土壤質(zhì)量有關(guān)，紅壤地區(qū)的土層較深厚，養(yǎng)分積累較迅速，但南方地區(qū)充沛的雨水造成營養(yǎng)元素大范圍流失，土壤中的速效性養(yǎng)分含量不高，有機(jī)質(zhì)缺乏，加上不合理的耕作方式等人為因素，土壤酸性化和板結(jié)嚴(yán)重，出現(xiàn)土壤肥力退化現(xiàn)象[18]。

從綜合肥力評(píng)價(jià)來看，博白林場(chǎng)桉樹人工林總體和分層的土壤綜合肥力指數(shù)均低于0.9，肥力等級(jí)均為Ⅲ級(jí)，施肥增產(chǎn)效應(yīng)明顯。林地總體土壤綜合肥力指數(shù)為0.73，低于大桂山林場(chǎng)桉樹人工林土壤綜合肥力指數(shù)（0.77）、杉木（Cunninghamia lanceola?ta）人工林土壤綜合肥力指數(shù)（0.90）和松樹（Pinusspp.）人工林土壤綜合肥力指數(shù)（0.82）[8]。不同植物有不同的的生物學(xué)特性，對(duì)土壤養(yǎng)分的需求也有所不同，所以土壤肥力具有生態(tài)相對(duì)性。有研究表明，氮和磷元素是土壤肥力限制性的主要養(yǎng)分因子[19]，銅、鋅和硼元素也是限制性的主要養(yǎng)分因子。在實(shí)際的林地生產(chǎn)管理中，配方或平衡施肥時(shí)，需根據(jù)土壤缺乏的營養(yǎng)元素進(jìn)行補(bǔ)充，消除土壤養(yǎng)分障礙短板。桉樹對(duì)硼元素較敏感，在平衡施肥中需注重添加硼元素，避免桉樹林缺素病癥的發(fā)生[20]。

影響土壤肥力的因素很多，土壤的理化性質(zhì)和生物屬性等均可作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，選擇具有代表性的因子和可行性的評(píng)價(jià)方法是準(zhǔn)確評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量的關(guān)鍵。土壤各因子間有一定的相關(guān)性，不同區(qū)域的土壤養(yǎng)分還存在空間差異性、變異性及敏感性，所以在平衡數(shù)據(jù)采樣成本及確保精確度需求時(shí)，需進(jìn)行數(shù)據(jù)取舍[21-22]。比較常用的評(píng)價(jià)指標(biāo)是養(yǎng)分有效性指標(biāo)，植物生長潛力性、水分持久性和根系適宜性等指標(biāo)也被廣泛應(yīng)用[21]。近年來，也有學(xué)者深入研究了土壤酶活性等生物學(xué)指標(biāo)[23]。針對(duì)不同土地利用類型和特定功能，應(yīng)有目的性地選擇評(píng)價(jià)指標(biāo)和方法。本研究采用操作便捷且實(shí)用性強(qiáng)的Nem?erow法，不僅能反映單項(xiàng)肥力情況和全面體現(xiàn)綜合土壤肥力，還能根據(jù)林木生產(chǎn)的養(yǎng)分需求規(guī)律調(diào)整評(píng)價(jià)指標(biāo)，與實(shí)際林業(yè)生產(chǎn)中的平衡或配方施肥密切聯(lián)系，可為林地可持續(xù)發(fā)展經(jīng)營方案設(shè)計(jì)和配方施肥技術(shù)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和參考。