博白林場桉樹人工林土壤肥力內梅羅指數法評價分析

林武，藍堅，林婧，梁春曉，陳春明，尤廣懷，朱柳霏1,，鄧楠楠，鄧小軍1,

（1.廣西壯族自治區林業科學研究院國家林業和草原局中南速生材繁育重點實驗室廣西優良用材林資源培育重點實驗室，廣西南寧 530002；2.廣西國有博白林場，廣西玉林 537600）

土壤是人類生產的重要自然資源，可以維持和調節自然環境物質能量循環及信息傳遞，是森林生態系統的重要組成部分[1]。森林生態系統以林木為主，土壤具有肥力，可為林木生長提供養分，林木生長又對土壤發育和養分積累產生影響[1-2]。正確認識和科學評價森林土壤，能更好地利用土壤資源，為林木生長提供保障，國內外學者也把森林土壤肥力的評價作為研究的重點[3-4]。在我國，多數土壤科學工作者認為肥力是土壤的基本屬性和本質特征，是土壤從營養條件和環境方面供應和協調植物生長的能力，其中營養條件包括養分，環境條件包括溫度和空氣，水即是營養因素又是環境因素；協調是指土壤中的水、肥、氣和熱4大肥力因素是相互聯系和制約的，只有4大因素同時存在且處于協調狀態，才能保證植物健康生長[1]。總之，土壤肥力是土壤物理、化學和生物學性質的綜合反映[5]。在森林土壤評價體系中，采用土壤肥力作為主要依據評價森林土壤健康狀況，不僅能較全面地反映土壤理化綜合性質，還能充分體現森林土壤促進植物長期生產力和維持生態系統養分循環穩定的功能[6-7]。如今，南方速豐林處于不斷發展階段，面積與產量逐漸增加，但土壤肥力呈下降趨勢，呈現森林土壤經營技術與速豐林發展極不相符的狀態[8-9]。

目前，土壤健康或土壤質量評價方法主要有綜合指數法、主成分分析法、模糊數學綜合評判法、灰色聚類法和人工神經網絡法等[10-11]。由于土壤肥力的復雜性和影響土壤肥力因素的多樣性，尚無成熟且公認的評價指標體系，多數情況下是根據生產目的或生態評價需求采取不同的評價方法和指標[12]。

本研究采用內梅羅指數（Nemerow）法，對廣西國有博白林場桉樹（Eucalyptusspp.）人工林進行多因子質量綜合土壤養分情況評價，以土壤養分分級標準、土壤肥力評價指標和土壤肥力等級劃分為參考標準，選擇具有代表性、穩定性及使用頻率高的因子作為評價指標[8,13]，不僅能從林木養分需求方面精準地評價林地土壤養分綜合肥力狀況，還考慮了林木養分需求的短板效應，可為營林生產中實現精準配方施肥提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

廣西國有博白林場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 土壤樣品采集與測定

調查樣地為桉樹人工林，通過網絡化布點，選取26個具有代表性的樣地，避開施肥點及靠路邊緣地，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，做好標簽，帶回實驗室，風干過篩后測定相關指標。

土壤pH值以及全氮（N）、全磷（P）、全鉀（K）、有機質、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）含量的測定與分析方法參照《土壤農業化學分析方法》[14]。

1.3 土壤內梅羅指數評價分析

選取pH值和有機質、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個土壤屬性作為評價指標，分別取各指標A層、B層及AB層的均值，綜合土壤養分分級標準[15]（表1），采用Nemerow法[8]對桉樹林地進行單項及綜合肥力評價與分析。

表1 廣西林地土壤養分分級標準[15]Tab.1 Grading standards of soil nutrients in Guangxi forests

續表1 Continued

1.3.1 土壤肥力評價標準

根據評價目的參考相關標準，選取合適的指標體系，確定相應各指標的標準值（Si）；以表2和表3的建議指數作為評價標準值（Si），參照Nemerow法公式，計算單項肥力指數（Pi）及綜合肥力指數（P綜）。

單項肥力指數計算公式為[8]：

式中，Pi為指標i的單項肥力指數，能直接反應該指標的豐富度，值越高，指標越豐富，肥力越好；Ci為指標i的實測數據；Si為指標i的評價標準值（參照表2和表3的標準值）。

表2 廣西林地土壤肥力評價指標參考標準值[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價指標建議的單項肥力指數[8]Tab.3 Individual fertility indexes of soil fertility evaluation indexes in Guangxi forests

綜合肥力指數計算公式為[8]：

式中，(Pave)2為土壤所有肥力指數均值的平方，Pi>3時，以Pi=3計；(Pmin)2為土壤所有肥力指數最小值的平方，Pi>3時，以Pi=3計；n為參與評價的土壤肥力指標個數（一般要求不少于10項）。

1.3.2 肥力等級劃分

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

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

2 結果與分析

2.1 博白林場桉樹人工林土壤總體肥力分析

單項肥力指數表現為有效Fe>全K>有機質>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）。土壤綜合肥力指數為0.73，肥力等級為Ⅲ級。各指標變化很大，除pH值的變異系數＜5%以外，其他各因子的變異系數均>20%，為24.32%～105.84%，全P的變異系數最大。

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，屬于較強酸性土壤；有機質平均含量為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，達到極富水平。

2.2 博白林場桉樹人工林A層土壤分析

單項肥力指數表現為有效Fe>有機質>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為0.84，肥力等級為Ⅲ級，高于總體土壤綜合指數。A層土壤因子的變化也很大，除pH值的變異系數較小（5.88%）以外，其他各因子的變異系數均>20%，為25.74%～141.85%，全P的變異系數最大。

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

續表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，屬于較強酸性土壤；有機質平均含量為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，達到極富水平。

2.3 博白林場桉樹人工林B層土壤分析

單項肥力指數表現為全K>有效Fe>有機質>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為0.61，肥力等級為Ⅲ級，低于總體土壤和A層土壤的綜合指數。B層土壤因子變化較大，除pH值的變異系數＜5%以外，其他各因子的變異系數均>20%，為23.73%～98.49%，有效Zn的變異系數最大。

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，屬于較強酸性土壤；有機質平均含量為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 結論與討論

土壤肥力由土壤內在物質和能量存在狀況決定[17]。本研究采用內梅羅指數法對博白林場桉樹人工林的土壤進行總體和分層的單項肥力及綜合肥力評價。結果顯示，總體有機質含量處于貧水平；各養分的變異系數均較大，總體和A層土壤養分中全磷的變異系數均最大，B層土壤養分中有效鋅的變異系數最大，pH值的變異系數相差不大，均屬較強酸性土壤。這可能是因為本研究區域為速豐林，林木生長速度快、經營周期短且養分需求量大，還與土壤質量有關，紅壤地區的土層較深厚，養分積累較迅速，但南方地區充沛的雨水造成營養元素大范圍流失，土壤中的速效性養分含量不高，有機質缺乏，加上不合理的耕作方式等人為因素，土壤酸性化和板結嚴重，出現土壤肥力退化現象[18]。

從綜合肥力評價來看，博白林場桉樹人工林總體和分層的土壤綜合肥力指數均低于0.9，肥力等級均為Ⅲ級，施肥增產效應明顯。林地總體土壤綜合肥力指數為0.73，低于大桂山林場桉樹人工林土壤綜合肥力指數（0.77）、杉木（Cunninghamia lanceola?ta）人工林土壤綜合肥力指數（0.90）和松樹（Pinusspp.）人工林土壤綜合肥力指數（0.82）[8]。不同植物有不同的的生物學特性，對土壤養分的需求也有所不同，所以土壤肥力具有生態相對性。有研究表明，氮和磷元素是土壤肥力限制性的主要養分因子[19]，銅、鋅和硼元素也是限制性的主要養分因子。在實際的林地生產管理中，配方或平衡施肥時，需根據土壤缺乏的營養元素進行補充，消除土壤養分障礙短板。桉樹對硼元素較敏感，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生[20]。

影響土壤肥力的因素很多，土壤的理化性質和生物屬性等均可作為評價指標，選擇具有代表性的因子和可行性的評價方法是準確評價土壤質量的關鍵。土壤各因子間有一定的相關性，不同區域的土壤養分還存在空間差異性、變異性及敏感性，所以在平衡數據采樣成本及確保精確度需求時，需進行數據取舍[21-22]。比較常用的評價指標是養分有效性指標，植物生長潛力性、水分持久性和根系適宜性等指標也被廣泛應用[21]。近年來，也有學者深入研究了土壤酶活性等生物學指標[23]。針對不同土地利用類型和特定功能，應有目的性地選擇評價指標和方法。本研究采用操作便捷且實用性強的Nem?erow法，不僅能反映單項肥力情況和全面體現綜合土壤肥力，還能根據林木生產的養分需求規律調整評價指標，與實際林業生產中的平衡或配方施肥密切聯系，可為林地可持續發展經營方案設計和配方施肥技術提供基礎數據和參考。