祁迎春,王 建，秦 萌

(1.延安大学，陕西 延安 716000；2.延安市环境检测与修复重点实验室，陕西 延安 716000)

引言

土壤肥力是土壤各种理化生物学性质的综合体现，是土壤质量的重要组成部分。土壤肥力的高低是影响蔬菜产量和品质的重要因素，客观全面地认识和评价土壤肥力是土地科学管理的前提和依据。目前，土壤肥力评价主要有主成分分析[1]、相关关系法[2]、模糊综合评价法[3]和内梅罗指数[4]等方法上，不同的评价方法选择的侧重点不同，其评价结果所反映的意义也不相同。

近年来，延安市大力发展大棚蔬菜产业，截至2019年底，蔬菜面积已达2.2万公顷，蔬菜总产116.1万t，蔬菜产值达46.8亿元，占种植业产值比重21.5%。蔬菜产业的快速发展为农民带来经济效益的同时也给土地的科学管理提出了更高的要求。为了提高蔬菜产量，盲目过量使用化肥的现象普遍存在，长期不合理的施肥会使土壤养分失衡，最终导致肥力水平下降[5]。此外，大棚土壤长期处在高复种、高温高湿等条件，随着种植年限的增加一系列土壤问题日益凸显，如土壤酸化、土壤盐分含量过高、土壤养分不均衡、营养元素累积等现象[6～9]。

因此，以延安市周边蔬菜大棚土壤为研究对象，测定土壤中N、P、K等肥力因子，并采用改进之后的内梅罗指数法和主成分分析法，评价延安市蔬菜大棚土壤肥力状况，分析土壤肥力的主要影响因子，为当地蔬菜大棚土壤养分科学管理和合理施肥提供依据。

1 材料与方法

1.1 样品的采集

选择延安市周边主要的蔬菜生产基地(下李家湾、温家沟、下寺湾和姚店)蔬菜大棚为土壤样品的采集点，每个地方选5个大棚，每个大棚采取根层土壤样品1个(3个样品混合而成)，共计20个土壤样品。棚龄为6～18 a，以番茄、青椒、豆角、黄瓜4种蔬菜为主，肥料主要为复合肥，有时掺杂有机肥。

1.2 测定方法

根据常规实验方法进行测定[10]，见表1。

表1 实验项目及分析方法

1.3 土壤养分评价标准

参照全国第二次土壤普查分级标准[11]，见表2。

表2 全国第二次土壤普查分级标准

1.4 土壤肥力评价方法

1.4.1 改进内梅罗综合指数法 以pH、全氮、有机质、碱解氮、速效磷、速效钾 6个指标为肥力因子来反映肥力状况。为了消除各指标单位的影响，根据全国第二次土壤普查养分分级标准，划定土壤各属性分级标准见表3。土壤pH分级标准值的确定参考了前人的研究[12]，当土壤pH值为5.5～6.5的微酸性土壤时，Pi=3；pH值分别为4.5～5.4，6.6～7.5时，Pi=2；pH值为<4.5，>7.5时，Pi=1。土壤综合肥力等级见表4。内梅罗综合肥力指数计算参考相关文献[11]。

表3 土壤各指标的分级标准值

表4 土壤综合肥力等级

1.4.2 主成分分析方法 采用SPSS18.0对6个指标进行主成分分析。

2 结果与分析

2.1 蔬菜大棚土壤pH及养分含量

表5为研究区土壤pH分级与所占比例情况。研究区土壤pH在7.36～8.95之间，其中，pH在7.5～8.5之间(弱碱性)最多，占75%，pH在6.5～7.5之间(中性)的占15%，pH>8.5(碱性)的占10%，研究区土壤整体偏弱碱性。

表5 土壤pH分级及比例

表6为研究区蔬菜大棚土壤养分含量统计表。由表6可知，蔬菜大棚土壤全氮含量在0.16～1.63 g/kg之间，均值为0.66 g/kg，参照土壤养分分级标准(表2)，50%土壤样品全氮含量处于极低水平(<0.5 g/kg)，25%土壤处于偏低或低的水平，20%处于适宜水平，5%处于高水平；有机质含量在37.03～65.29 g/kg之间，均值为46.56 g/kg，有机质含量都达到高的水平以上，其中65%达到极高的水平；碱解氮含量在35.96～107.87 mg/kg之间，均值为67.16 mg/kg，处于适宜水平(90～120 mg/kg)的占20%，而处于偏低水平(60～90 mg/kg)和低水平(30～60 mg/kg)的分别占35%和45%；土壤速效磷和速效钾的含量分别在38.63～100.27mg/kg和100.05～893.37 mg/kg之间，均值分别为68.95 mg/kg和506.85 mg/kg，含量都较高，其中90%土壤速效磷含量达到极高水平(含量>40 mg/kg)，85%土壤速效钾含量达到极高水平(>200 mg/kg)。

表6 延安市蔬菜大棚土壤养分含量统计

整体来看，蔬菜大棚土壤偏碱性，土壤中全氮、碱解氮比较缺乏，有机质较为丰富，而速效磷、速效钾极其丰富，多数土壤样品速效磷和速效钾的含量远远高于土壤养分分级标准的最高值。

2.2 蔬菜大棚土壤肥力评价

土壤各种指标共同决定土壤的肥力，主要体现在有机质、N、P、K等指标[13,14]。内梅罗指数法评价土壤肥力的特点是主要考虑指标中最小值对土壤肥力的限制。选择土壤pH、有机质、全氮、碱解氮、速效磷、速效钾6个指标，得出对应的内梅罗肥力综合指数见表7，并结合综合肥力等级(表4)对蔬菜大棚土壤肥力进行综合评价。

由表7可知，延安市蔬菜大棚土壤综合肥力系数变幅在1.08～1.89之间，参照肥力分级表(表4)，属于肥力等级Ⅲ级，为一般肥力水平。各分指标肥力指数大小顺序分别为：有机质=速效磷>速效钾>碱解氮>pH>全氮，可以看出，最小分肥力系数为全氮，其次为pH和碱解氮，说明全氮、pH和碱解氮是影响土壤肥力的主要因子。

表7 土壤内梅罗肥力综合指数

2.3 土壤肥力因子主成分分析

运用SPSS软件对相关的肥力因子进行主成分分析，由表8公因子方差的提取值可以看出，6个指标中碱解氮的信息损失量最小，其次是速效钾和全氮，因此，这三个指标是引起土壤肥力指标变化的最主要因子。主成分的特征值和贡献率见表9。

表8 公因子方差

表9 主成分的特征值和贡献率

可以看出，选取的六个指标的特征值和贡献率差异很大，根据提取特征值大于1，可提取2个主成分，第1、2主成分的特征值分别2.627和1.314，贡献率分别为43.783%和21.897%，累积贡献率65.68%。

为了减少各指标之间相关性的影响，采用最大方差法进行旋转得到载荷阵，因子载荷反映主成分与原始指标之间的相关性，载荷值越大，两者之间的相关性就越大。旋转后的载荷阵见表10，可以看出，速效钾、碱解氮和有机质对主成分1的影响较大，其中，速效钾载荷值为0.884，对主成分1的影响最为明显，其次是碱解氮，载荷值为0.796。对主成分2影响较大的是全氮，载荷值为0.876。综合来看，速效钾、碱解氮和全氮是影响蔬菜大棚土壤肥力的最主要因素。

表10 旋转后载荷阵

3 结果与讨论

土壤的肥力状况是土壤高效合理施肥的重要依据。通过对延安市蔬菜大棚土壤肥力因子的分析和评价，发现研究区土壤pH在7.36～8.95之间，总体偏弱碱性。土壤pH不仅影响农作物对养分的吸收和利用，而且还影响土壤中重金属形态及迁移和转化，进而影响到农产品的品质。王洪[15]等研究陕西省土壤pH时空变化特征时得出2017年延安市土壤pH在7.90-8.72之间；赵满兴[16]等研究发现陕北地区玉米地土壤pH在8.31～8.89之间；李柳莹[17]等得出洛川果园土壤pH值为7.42～8.38之间。相比于其他学者的研究结果，研究区蔬菜大棚部分土壤pH略低，但不是很明显。王学霞[18]等人研究发现设施菜地土壤pH 随种植年限增加pH逐渐降低。本研究蔬菜大棚的棚龄为6-18 a，部分土壤pH降低可能与蔬菜大棚的种植年限有关。此外，唐琨[19]等研究发现作物对各种营养元素的吸收利用的有利土壤pH在6.5～7.5有利于。研究区85%土壤pH大于7.5，说明土壤pH是影响土壤肥力的重要因子，与内梅罗综合指数法得出pH是影响土壤肥力主要因子相吻合。

土壤有机质在作物生长和微生物代谢过程中必是不可缺的，是土壤肥力的基础，也是评价土壤肥力的重要指标之一。陈伦寿[20]等研究认为蔬菜地土壤有机质在30 g/kg以上时最为有利，研究区土壤有机质含量在37.03～65.29 g/kg之间，均高于30 g/kg，处于高或极高的水平。

学者们对不同地方、不同种植年限蔬菜大棚土壤肥力的相关研究发现，蔬菜大棚普遍存在土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量累积的现象，余海英等[21]对山东寿光温室大棚土壤养分研究发现，速效磷、速效钾的含量是露地土壤的5.4和3.7倍，富集比较明显。高莹[22]等研究西安设施蔬菜地土壤养分时发现部分土壤碱解氮缺乏，部分土壤碱解氮处于丰富状态，土壤有效磷、速效钾处于盈余状态。王倩姿[23]等研究河北省保定设施菜地土壤肥力状况时发现，63.41%土壤有效磷含量超过80 mg/kg，56.45%土壤样品速效钾含量高于300 mg/kg。延安市蔬菜大棚土壤全氮、碱解氮、速效磷和速效钾含量在0.16～1.63 g/kg、35.96～107.87 mg/kg、38.63～100.27mg/kg和100.05～893.37 mg/kg之间，土壤全氮、碱解氮含量处于偏低水平，而有机质、速效磷、速效钾含量处于高或极高水平。这与他人的研究结果一致性。说明蔬菜地土壤P肥和K肥累计现象比较严重，这一点应引起重视。速效磷和速效钾富集主要与施肥量有关，因此，在施肥的过程中注重平衡施肥。

对土壤肥力的评价，不同评价方法所用的计算方法和侧重点不同，内梅罗综合指数法评价土壤肥力时，在计算过程中用最小值替换了原内梅罗公式中的最大值，这就凸显了最低指标对肥力的限制。改进的内梅罗综合指数法得出蔬菜大棚土壤综合肥力指数变幅在1.08～1.89之间，属于肥力等级Ⅲ级，为一般肥力水平。各分指标肥力指数大小顺序分别为：有机质=速效磷>速效钾>碱解氮>pH>全氮，除pH外，全氮和碱解氮是影响土壤肥力的主要因子。研究区蔬菜大棚土壤施肥主要以复合肥为主，因此，在使用的过程中应注重加大N肥的添加，同时，还要适当控制P肥和K肥的投入。主成分分析是通过降维将存在相关性的多个指标转化为少数几个能够反映全部指标综合信息的综合指标，对土壤有机质、碱解氮、速效K、速效P、全N和pH进行主成分分析，结果表明速效钾、碱解氮和全氮是引起土壤肥力变化的最主要因子，这与内梅罗综合评价得到的结果相吻合。

土壤肥力综合评价指标除了N、P、K、有机质等营养元素外，还应加入水、气、热、微量元素和管理等因素来进行综合考虑[24]。本研究用这六个指标来评价土壤肥力较为局限，不能准确的反映土壤潜在的生产能力。因此，还要结合壤微量元素、土壤生物指标、作物生长指标[25]等指标综合进行评价。

4 结论

研究区蔬菜大棚土壤pH在7.36～8.95之间，pH在7.5-8.5之间土壤占75%，总体偏弱碱性。土壤有机质、速效磷和速效钾平均含量分别为46.56 g/kg、68.95 mg/kg和506.85 mg/kg，变幅在37.03～65.29 g/kg、38.63～100.27 mg/kg和100.05～893.37 mg/kg 之间，处于高或极高水平，而全氮和碱解氮平均含量为0.66 g/kg和67.16 mg/kg，变幅在0.16～1.63 g/kg和35.96～107.87 mg/kg之间，处于偏低水平；改进内梅罗综合指数法得出蔬菜大棚土壤综合肥力指数变幅在1.08～1.89之间，属于肥力等级Ⅲ级，为一般肥力水平，全氮、pH和碱解氮是影响土壤肥力的主要因子。主成分分析结果表明，碱解氮、速效钾和全氮是引起土壤肥力变化的最主要因子。研究区土壤缺乏N素营养，在使用的过程中应注重加大N肥的添加同时，还要适当控制P肥和K肥的投入。