博白林场桉树人工林土壤肥力内梅罗指数法评价分析

林武，蓝坚，林婧，梁春晓，陈春明，尤广怀，朱柳霏1,，邓楠楠，邓小军1,

（1.广西壮族自治区林业科学研究院国家林业和草原局中南速生材繁育重点实验室广西优良用材林资源培育重点实验室，广西南宁 530002；2.广西国有博白林场，广西玉林 537600）

土壤是人类生产的重要自然资源，可以维持和调节自然环境物质能量循环及信息传递，是森林生态系统的重要组成部分[1]。森林生态系统以林木为主，土壤具有肥力，可为林木生长提供养分，林木生长又对土壤发育和养分积累产生影响[1-2]。正确认识和科学评价森林土壤，能更好地利用土壤资源，为林木生长提供保障，国内外学者也把森林土壤肥力的评价作为研究的重点[3-4]。在我国，多数土壤科学工作者认为肥力是土壤的基本属性和本质特征，是土壤从营养条件和环境方面供应和协调植物生长的能力，其中营养条件包括养分，环境条件包括温度和空气，水即是营养因素又是环境因素；协调是指土壤中的水、肥、气和热4大肥力因素是相互联系和制约的，只有4大因素同时存在且处于协调状态，才能保证植物健康生长[1]。总之，土壤肥力是土壤物理、化学和生物学性质的综合反映[5]。在森林土壤评价体系中，采用土壤肥力作为主要依据评价森林土壤健康状况，不仅能较全面地反映土壤理化综合性质，还能充分体现森林土壤促进植物长期生产力和维持生态系统养分循环稳定的功能[6-7]。如今，南方速丰林处于不断发展阶段，面积与产量逐渐增加，但土壤肥力呈下降趋势，呈现森林土壤经营技术与速丰林发展极不相符的状态[8-9]。

目前，土壤健康或土壤质量评价方法主要有综合指数法、主成分分析法、模糊数学综合评判法、灰色聚类法和人工神经网络法等[10-11]。由于土壤肥力的复杂性和影响土壤肥力因素的多样性，尚无成熟且公认的评价指标体系，多数情况下是根据生产目的或生态评价需求采取不同的评价方法和指标[12]。

本研究采用内梅罗指数（Nemerow）法，对广西国有博白林场桉树（Eucalyptusspp.）人工林进行多因子质量综合土壤养分情况评价，以土壤养分分级标准、土壤肥力评价指标和土壤肥力等级划分为参考标准，选择具有代表性、稳定性及使用频率高的因子作为评价指标[8,13]，不仅能从林木养分需求方面精准地评价林地土壤养分综合肥力状况，还考虑了林木养分需求的短板效应，可为营林生产中实现精准配方施肥提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

广西国有博白林场位于广西玉林市博白县（109°38´～110°17´E，21°39´～22°30´N），以丘陵为主，有少量低山和平原；属北热带向南亚热带过渡的季风性气候，雨热丰富，年均气温21.9℃，年均降水量1 756.2 mm，年均日照时长1 778.3 h。成土母岩主要为砂岩，土壤主要为赤红壤。

1.2 土壤样品采集与测定

调查样地为桉树人工林，通过网络化布点，选取26个具有代表性的样地，避开施肥点及靠路边缘地，在A（0～20 cm）和B（20～40 cm）土层采样，把A和B层的样品分别放入采样袋，做好标签，带回实验室，风干过筛后测定相关指标。

土壤pH值以及全氮（N）、全磷（P）、全钾（K）、有机质、碱解N、速效P、速效K、有效铜（Cu）、有效锌（Zn）、有效硼（B）和有效铁（Fe）含量的测定与分析方法参照《土壤农业化学分析方法》[14]。

1.3 土壤内梅罗指数评价分析

选取pH值和有机质、全N、全P、全K、碱解N、速效P、速效K、有效Cu、有效Zn、有效B和有效铁Fe含量，共12个土壤属性作为评价指标，分别取各指标A层、B层及AB层的均值，综合土壤养分分级标准[15]（表1），采用Nemerow法[8]对桉树林地进行单项及综合肥力评价与分析。

表1 广西林地土壤养分分级标准[15]Tab.1 Grading standards of soil nutrients in Guangxi forests

续表1 Continued

1.3.1 土壤肥力评价标准

根据评价目的参考相关标准，选取合适的指标体系，确定相应各指标的标准值（Si）；以表2和表3的建议指数作为评价标准值（Si），参照Nemerow法公式，计算单项肥力指数（Pi）及综合肥力指数（P综）。

单项肥力指数计算公式为[8]：

式中，Pi为指标i的单项肥力指数，能直接反应该指标的丰富度，值越高，指标越丰富，肥力越好；Ci为指标i的实测数据；Si为指标i的评价标准值（参照表2和表3的标准值）。

表2 广西林地土壤肥力评价指标参考标准值[8]Tab.2 Reference standard values of soil fertility evaluation indexes in Guangxi forests

表3 广西林地土壤肥力评价指标建议的单项肥力指数[8]Tab.3 Individual fertility indexes of soil fertility evaluation indexes in Guangxi forests

综合肥力指数计算公式为[8]：

式中，(Pave)2为土壤所有肥力指数均值的平方，Pi>3时，以Pi=3计；(Pmin)2为土壤所有肥力指数最小值的平方，Pi>3时，以Pi=3计；n为参与评价的土壤肥力指标个数（一般要求不少于10项）。

1.3.2 肥力等级划分

根据广西林地土壤肥力等级划分，将肥力划分为3个级别（Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ级）[16]，可通过分析综合土壤肥力指数全面反映土壤肥力水平（表4）。

表4 广西林地土壤肥力等级划分[16]Tab.4 Grading of soil fertility in Guangxi forests

2 结果与分析

2.1 博白林场桉树人工林土壤总体肥力分析

单项肥力指数表现为有效Fe>全K>有机质>碱解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）。土壤综合肥力指数为0.73，肥力等级为Ⅲ级。各指标变化很大，除pH值的变异系数＜5%以外，其他各因子的变异系数均>20%，为24.32%～105.84%，全P的变异系数最大。

表5 土壤肥力总体状况Tab.5 Total soil fertility condition

土壤pH值为3.98～4.74，均值为4.33，属于较强酸性土壤；有机质平均含量为18.38 g/kg，处于贫水平。全N、全P、速效P和速效K的平均含量分别为0.89 g/kg、0.27 g/kg、2.07 mg/kg和36.63 mg/kg，均处于贫或极贫水平；全K和碱解N的平均含量分别为28.08 g/kg和111.44 mg/kg，属于中等或中等偏下水平。有效Cu、有效Zn和有效B的平均含量分别为0.27、0.55和0.21 mg/kg，均处于贫或极贫水平；有效Fe的平均含量为103.27 mg/kg，达到极富水平。

2.2 博白林场桉树人工林A层土壤分析

单项肥力指数表现为有效Fe>有机质>全K>碱解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层土壤综合肥力指数为0.84，肥力等级为Ⅲ级，高于总体土壤综合指数。A层土壤因子的变化也很大，除pH值的变异系数较小（5.88%）以外，其他各因子的变异系数均>20%，为25.74%～141.85%，全P的变异系数最大。

表6 A层土壤状况Tab.6 Soil condition of A layer

续表6 Continued

A层土壤pH值为3.91～4.71，均值为4.33，与林地总体土壤pH均值一样，属于较强酸性土壤；有机质平均含量为23.38 g/kg，处于中等偏下水平。碱解N平均含量为126.47 mg/kg，达到富水平；全N和全K平均含量分别为1.06和26.49 g/kg，均处于中等偏下水平；全P、速效P和速效K平均含量分别为0.35 g/kg、2.60 mg/kg和39.86 mg/kg，均处于贫或极贫水平。有效Cu、有效Zn和有效B平均含量分别为0.31、0.71和0.25 mg/kg，均处于贫或极贫水平；有效Fe的平均含量为130.32 mg/kg，达到极富水平。

2.3 博白林场桉树人工林B层土壤分析

单项肥力指数表现为全K>有效Fe>有机质>碱解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层土壤综合肥力指数为0.61，肥力等级为Ⅲ级，低于总体土壤和A层土壤的综合指数。B层土壤因子变化较大，除pH值的变异系数＜5%以外，其他各因子的变异系数均>20%，为23.73%～98.49%，有效Zn的变异系数最大。

表7 B层土壤状况Tab.7 Soil condition of B layer

B层土壤pH值为4.03～4.77，均值为4.34，与总林地土壤pH均值接近，属于较强酸性土壤；有机质平均含量为13.47 g/kg，处于贫水平。全N和全P平均含量分别为0.72和0.19 g/kg，处于贫或极贫水平；全K和碱解N平均含量分别为29.62 g/kg和96.83 mg/kg，处于中等或中等偏下水平；速效P和速效K平均含量分别为1.56和33.73 mg/kg，均处于贫水平。有效Cu、有效Zn和有效B平均含量分别为0.24、0.40和0.17 mg/kg，处于贫或极贫水平；有效Fe的平均含量为77.70 mg/kg，处于中等水平。

3 结论与讨论

土壤肥力由土壤内在物质和能量存在状况决定[17]。本研究采用内梅罗指数法对博白林场桉树人工林的土壤进行总体和分层的单项肥力及综合肥力评价。结果显示，总体有机质含量处于贫水平；各养分的变异系数均较大，总体和A层土壤养分中全磷的变异系数均最大，B层土壤养分中有效锌的变异系数最大，pH值的变异系数相差不大，均属较强酸性土壤。这可能是因为本研究区域为速丰林，林木生长速度快、经营周期短且养分需求量大，还与土壤质量有关，红壤地区的土层较深厚，养分积累较迅速，但南方地区充沛的雨水造成营养元素大范围流失，土壤中的速效性养分含量不高，有机质缺乏，加上不合理的耕作方式等人为因素，土壤酸性化和板结严重，出现土壤肥力退化现象[18]。

从综合肥力评价来看，博白林场桉树人工林总体和分层的土壤综合肥力指数均低于0.9，肥力等级均为Ⅲ级，施肥增产效应明显。林地总体土壤综合肥力指数为0.73，低于大桂山林场桉树人工林土壤综合肥力指数（0.77）、杉木（Cunninghamia lanceola⁃ta）人工林土壤综合肥力指数（0.90）和松树（Pinusspp.）人工林土壤综合肥力指数（0.82）[8]。不同植物有不同的的生物学特性，对土壤养分的需求也有所不同，所以土壤肥力具有生态相对性。有研究表明，氮和磷元素是土壤肥力限制性的主要养分因子[19]，铜、锌和硼元素也是限制性的主要养分因子。在实际的林地生产管理中，配方或平衡施肥时，需根据土壤缺乏的营养元素进行补充，消除土壤养分障碍短板。桉树对硼元素较敏感，在平衡施肥中需注重添加硼元素，避免桉树林缺素病症的发生[20]。

影响土壤肥力的因素很多，土壤的理化性质和生物属性等均可作为评价指标，选择具有代表性的因子和可行性的评价方法是准确评价土壤质量的关键。土壤各因子间有一定的相关性，不同区域的土壤养分还存在空间差异性、变异性及敏感性，所以在平衡数据采样成本及确保精确度需求时，需进行数据取舍[21-22]。比较常用的评价指标是养分有效性指标，植物生长潜力性、水分持久性和根系适宜性等指标也被广泛应用[21]。近年来，也有学者深入研究了土壤酶活性等生物学指标[23]。针对不同土地利用类型和特定功能，应有目的性地选择评价指标和方法。本研究采用操作便捷且实用性强的Nem⁃erow法，不仅能反映单项肥力情况和全面体现综合土壤肥力，还能根据林木生产的养分需求规律调整评价指标，与实际林业生产中的平衡或配方施肥密切联系，可为林地可持续发展经营方案设计和配方施肥技术提供基础数据和参考。