論土壤肥力評(píng)價(jià)指標(biāo)和方法

/論土壤肥力評(píng)價(jià)指標(biāo)和方法駱東奇,白潔,謝德體西南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院,重慶北碚4007１6摘要：闡述了土壤肥力的概念,分析了土壤肥力評(píng)價(jià)的指標(biāo)選取和方法選擇,提出了科學(xué)合理的綜合性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)方法。關(guān)鍵詞:評(píng)價(jià)指標(biāo)；評(píng)價(jià)方法；土壤肥力中圖分類(lèi)號(hào)：S１5８文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:Ａ文章編號(hào)：1008-181Ｘ（2002）０2－0２0２-04土壤作為植物生產(chǎn)的基地，動(dòng)物生產(chǎn)的基礎(chǔ)，農(nóng)業(yè)的基本生產(chǎn)資料,人類(lèi)耕作的勞動(dòng)的對(duì)象,與社會(huì)經(jīng)濟(jì)緊密聯(lián)系,其本質(zhì)是肥力。土壤肥力也正是土壤各方面性質(zhì)的綜合反映，體現(xiàn)了其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中的重要地位。土壤肥力的高低直接影響著作物生長(zhǎng)，影響著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)、布局和效益等方面.如何科學(xué)、合理、實(shí)用地評(píng)價(jià)土壤肥力,為指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供理論依據(jù),顯得尤為重要。本文闡述了土壤肥力的概念、土壤肥力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和方法,提出適合于不同區(qū)域、不同土壤類(lèi)型的土壤肥力評(píng)價(jià)的綜合指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)方法.1土壤肥力的概念土壤肥力的概念是土壤學(xué)中古老而又非?；A(chǔ)的概念，自1８４0年李比希創(chuàng)立植物礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)說(shuō)以來(lái)，歐美土壤學(xué)家關(guān)于土壤肥力的概念主要側(cè)重于土壤的植物營(yíng)養(yǎng)，并以養(yǎng)分多少衡量土壤肥力高低.臺(tái)前蘇聯(lián)土壤學(xué)家威聯(lián)斯認(rèn)為土壤肥力是“在植物全部生長(zhǎng)過(guò)程中,土壤同時(shí)地、不斷地供應(yīng)植物以最高水分和養(yǎng)分的能力”,現(xiàn)代美國(guó)土壤學(xué)會(huì)認(rèn)為土壤肥力是“在光照、濕度、溫度、土壤物理?xiàng)l件及其他因素都適合于特定植物生長(zhǎng)時(shí)土壤向植物以適當(dāng)?shù)牧亢推胶獾谋壤?yīng)養(yǎng)分的性能”[１].我國(guó)土壤學(xué)界對(duì)土壤肥力研究非?；钴S,侯光炯［2］認(rèn)為：土壤肥力是土壤代謝功能、調(diào)節(jié)功能的強(qiáng)弱和在一定地理位置、自然條件下，土壤同內(nèi)部水、養(yǎng)適量,氣、熱周期性動(dòng)態(tài)，穩(wěn)、勻、足、適程度；并從生態(tài)系統(tǒng)的角度把土壤肥力分為母質(zhì)肥力、層次肥力、田塊肥力、耕作肥力、氣候肥力、地貌肥力、水文肥力和植被肥力。熊毅[3］認(rèn)為:土壤肥力是土壤的本質(zhì),土壤肥力就是土壤為植物生產(chǎn)供應(yīng)和協(xié)調(diào)營(yíng)養(yǎng)條件和環(huán)境條件的能力，水分和養(yǎng)分是營(yíng)養(yǎng)因素,溫度和空氣是環(huán)境因素;水既是養(yǎng)分因素，又是營(yíng)養(yǎng)因素;土壤結(jié)構(gòu)是肥力的重要基礎(chǔ)，肥力評(píng)價(jià)要考慮到土壤整體。陳恩鳳[4］認(rèn)為:土壤肥力是土壤自動(dòng)調(diào)節(jié)能力,是對(duì)水、肥、氣、熱的儲(chǔ)存和供應(yīng)能力，肥土具有吸收容量大、轉(zhuǎn)化釋放供應(yīng)量大的特征，從而有較大的適應(yīng)植物生長(zhǎng)需要和抵抗不良生長(zhǎng)條件的能力.章家恩［５］提出土壤生態(tài)肥力（Soｉlecoｌogicａlfertiliｔy）概念，即土壤生態(tài)肥力指在一定的環(huán)境條件下，土壤及其生物群落（包括動(dòng)物和微生物)之間長(zhǎng)期協(xié)同進(jìn)化、相互適應(yīng)、相互作用而表現(xiàn)出的一種和諧共融特性,以及在該特性狀態(tài)下土壤保證植物生長(zhǎng)所需物質(zhì)與能量的可獲得性和可持續(xù)性的一種功能和能力.事實(shí)上,隨著科學(xué)手段和認(rèn)識(shí)水平的不斷提高，土壤肥力概念的外延不斷擴(kuò)大，內(nèi)涵不斷縮小，傾向于將地貌、水文、氣候、植物等環(huán)境因子以及人類(lèi)活動(dòng)等社會(huì)因子作為土壤肥力系統(tǒng)組分.筆者認(rèn)為：從土壤—植物－環(huán)境整體角度看，土壤肥力是土壤的養(yǎng)分針對(duì)特定植物的供應(yīng)能力，以及土壤養(yǎng)分供應(yīng)植物時(shí)的環(huán)境條件的綜合體現(xiàn),土壤養(yǎng)分、植物、環(huán)境條件共同構(gòu)成土壤肥力的外延；土壤肥力高低不僅受土壤養(yǎng)分、植物的吸收能力和植物生長(zhǎng)的環(huán)境條件各因子的獨(dú)立作用，更重要取決于各因子的諧調(diào)程度.2土壤肥力評(píng)價(jià)因子土壤肥力評(píng)價(jià)就是對(duì)土壤肥力高低的評(píng)判和鑒定。由于土壤肥力概念的不統(tǒng)一性，內(nèi)涵的不確定性,因而在土壤肥力評(píng)價(jià)因子的選取過(guò)程中就存在著很大的差異；由于在評(píng)價(jià)過(guò)程中因子的不同，可能導(dǎo)致評(píng)價(jià)結(jié)果的差異，甚至出現(xiàn)與客觀實(shí)際相悖的結(jié)果.因此,非常必要確定相對(duì)穩(wěn)定、適用區(qū)域廣、可用于多種評(píng)價(jià)方法的土壤肥力指標(biāo)系統(tǒng)。2.1單一的作物產(chǎn)量或植物生長(zhǎng)狀況指標(biāo)早期在進(jìn)行土壤肥力評(píng)價(jià)時(shí)，由于受分析手段和水平的限制,一些土壤肥力評(píng)價(jià)以觀測(cè)和測(cè)定生長(zhǎng)著的植物為基礎(chǔ),進(jìn)行植物營(yíng)養(yǎng)分析和生長(zhǎng)狀況觀察，比較不同土壤上植物的生長(zhǎng)狀況來(lái)評(píng)價(jià)土壤肥力;以及選取植物生物量、經(jīng)濟(jì)量以及植物生長(zhǎng)狀況等比較直觀的指標(biāo)進(jìn)行土壤肥力評(píng)價(jià)[６]。由于認(rèn)識(shí)水平,這種選取單一作物產(chǎn)量或植物生長(zhǎng)狀況為土壤肥力評(píng)價(jià)指標(biāo)源于土壤肥力與土壤生產(chǎn)力概念的模糊，認(rèn)為土壤肥力就是土壤生產(chǎn)力.從黎孟波［1］提出的土壤肥力概念邏輯模式分析,土壤肥力只是土壤生產(chǎn)力的一個(gè)基本形成條件,土壤生產(chǎn)力還包括土壤肥沃度、植物種類(lèi)、生態(tài)環(huán)境等條件.2.2單一土壤養(yǎng)分指標(biāo)由于在認(rèn)識(shí)上把土壤肥力與土壤養(yǎng)分等同起來(lái)，認(rèn)為土壤養(yǎng)分可以反映土壤肥力的高低，因而在評(píng)價(jià)土壤肥力時(shí),就選取單一的土壤養(yǎng)分氮、磷、鉀、有機(jī)質(zhì)等指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，特別是一些土壤培肥的研究中把土壤肥力完全等同于土壤養(yǎng)分，并把養(yǎng)分的提高作為培肥的目標(biāo)[7~１1］。2．３土壤肥力綜合性指標(biāo)隨著土壤肥力概念外延的擴(kuò)展,其評(píng)價(jià)指標(biāo)也由土壤養(yǎng)分指標(biāo)發(fā)展到包括土壤養(yǎng)分、土壤物理性質(zhì)、生物化學(xué)性質(zhì)及環(huán)境條件等綜合性指標(biāo)。雖然在土壤肥力評(píng)價(jià)時(shí)選取的是包括土壤物理、化學(xué)、生物和環(huán)境條件的綜合指標(biāo),但是在對(duì)這些綜合性指標(biāo)的選取時(shí)也存在選取指標(biāo)的差異。如生物指標(biāo)中土壤酶包括氧化酶(過(guò)氧化氫酶、多酚氧化酶）、還原酶（硫酸鹽還原酶、硝酸鹽還原酶、亞硝酸鹽還原酶、鐵還原酶）和水解酶（轉(zhuǎn)化酶、蛋白酶、脲酶、磷酸酶）等十幾項(xiàng)，由于研究者對(duì)不同酶的重要性認(rèn)識(shí)不同,分析條件的限制，選取土壤肥力指標(biāo)的側(cè)重點(diǎn)不同，選取的土壤肥力評(píng)價(jià)指標(biāo)難以統(tǒng)一.將不同研究者在進(jìn)行土壤肥力評(píng)價(jià)時(shí)選取的土壤肥力指標(biāo)列于表１。從表中看出:不同的研究者在進(jìn)行土壤肥力評(píng)價(jià)時(shí)選取的指標(biāo)不同，但在這些相對(duì)綜合的評(píng)價(jià)指標(biāo)中，仍然多集中在土壤肥力的養(yǎng)分指標(biāo)；其次，土壤物理性狀指標(biāo)，土壤生物指標(biāo)和環(huán)境條件因子相對(duì)較少,這可能是由于對(duì)土壤肥力內(nèi)涵的理解的差異而致。2．４建立合理的土壤肥力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系隨著科技的發(fā)展，認(rèn)識(shí)事物數(shù)值化、全面化和綜合化的要求，土壤肥力評(píng)價(jià)也要求數(shù)量化、客觀化、綜合化，盡可能地反映土壤肥力的養(yǎng)分狀況、物理性狀、生物特征和土壤的環(huán)境條件.筆者認(rèn)為合理的土壤肥力評(píng)價(jià)指標(biāo)既能反映土壤的自然養(yǎng)分狀況，又能顯示土壤養(yǎng)分對(duì)植物的供應(yīng)能力，還能反映土壤所處的小環(huán)境和大環(huán)境.具體指標(biāo)體系如表2。３土壤肥力評(píng)價(jià)方法土壤肥力指標(biāo)包括土壤營(yíng)養(yǎng)（化學(xué))指標(biāo)、土壤物理指標(biāo)、土壤生物學(xué)指標(biāo)和土壤環(huán)境條件指標(biāo)等多種因子,并且全部因子都以數(shù)值表示，這樣進(jìn)行土壤肥力評(píng)價(jià)時(shí)涉及到大量的數(shù)據(jù),單憑個(gè)人直觀地從這些紛繁的數(shù)據(jù)中找出它們內(nèi)部聯(lián)系,即使具有豐富的經(jīng)驗(yàn)也很難做到。因此，必須借助數(shù)學(xué)方法,從多因素角度對(duì)土壤肥力進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。通常，采用的數(shù)學(xué)方法有因子分析法、聚類(lèi)分析法、判別分析法、主分量分析法(主成分分析法、主因素分析法）、因子加權(quán)綜合法等.由于選取的指標(biāo)不同，分析的目標(biāo)的差異，選擇的評(píng)價(jià)方法也不同,因而，沒(méi)有統(tǒng)一的評(píng)價(jià)方法。同時(shí),隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及,國(guó)外統(tǒng)計(jì)軟件的引進(jìn),使得那些過(guò)去因數(shù)據(jù)量大、計(jì)算復(fù)雜的分析方法也得到廣泛的應(yīng)用，大大地提高了土壤肥力評(píng)價(jià)的定量經(jīng)水平和科學(xué)性。常用的土壤肥力評(píng)價(jià)方法及應(yīng)用列于表3。4對(duì)土壤肥力評(píng)價(jià)指標(biāo)和方法的思考4．1土壤肥力評(píng)價(jià)指標(biāo)的思考首先，土壤肥力評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)全面、綜合反映土壤肥力。在進(jìn)行土壤肥力評(píng)價(jià)時(shí)，指標(biāo)的選取直接影響到土壤肥力評(píng)價(jià)的真實(shí)性、合理性和科學(xué)性,因此，土壤肥力評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)全面、綜合地反映土壤肥力的各個(gè)方面，既能反映土壤的養(yǎng)分貯存、養(yǎng)分釋放,又能反映土壤的物理性狀和生物多樣性，以及土壤環(huán)境條件。于此，在確定土壤肥力評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)，廣泛征求意見(jiàn)，減少評(píng)價(jià)者的主觀性,使指標(biāo)能真實(shí)、客觀地反映土壤肥力水平和狀況。另一方面,土壤肥力評(píng)價(jià)指標(biāo)選取應(yīng)避免指標(biāo)間多重共線(xiàn)性問(wèn)題.如果選取的指標(biāo)間存在多重共線(xiàn)性，既增加了不必要的計(jì)算量和分析量，又影響到土壤肥力評(píng)價(jià)結(jié)論的真實(shí)性.為避免指標(biāo)間多重共線(xiàn)性問(wèn)題，在進(jìn)行土壤肥力評(píng)價(jià)時(shí)，應(yīng)對(duì)選取的指標(biāo)進(jìn)獨(dú)立性分析,去除存在共線(xiàn)性的指標(biāo)。４．2土壤肥力評(píng)價(jià)方法的思考土壤肥力評(píng)價(jià)方法直接影響著評(píng)價(jià)結(jié)果的正確性、客觀性和指導(dǎo)性.因此,在進(jìn)行土壤肥力評(píng)價(jià)時(shí)，選擇的評(píng)價(jià)方法應(yīng)最大地減少人為的主觀表1不同研究者土壤肥力評(píng)價(jià)指標(biāo)選取統(tǒng)計(jì)土壤肥力指標(biāo)研究者王克孟等［１２］余存祖等[1３]蔡宗法等[１４］張大克等［1５］沈宏等［16］孫波等［17]闞文杰等［1８］呂曉男等［10]莫治雄［19］曹承綿等［20]方兆登等［2１］化學(xué)指標(biāo)全氮**＊*＊***＊*全磷＊**＊＊＊全鉀*＊**＊堿解氮＊*****＊速效鉀＊＊＊＊*＊＊＊速效磷******＊*pH*＊＊**微量元素**CＥC＊＊*＊＊**CaＣO3＊碳/氮＊＊鐵晶膠率*物理指標(biāo)土層厚度*＊＊土壤質(zhì)地*土壤容重*＊＊*水穩(wěn)性團(tuán)聚體*孔隙度**持水量*機(jī)械組成＊抗壓強(qiáng)度＊土壤收縮率*滲透性＊粘粒含量＊＊**＊生物指標(biāo)有機(jī)質(zhì)＊＊＊＊＊＊*全碳＊活性碳＊腐質(zhì)酸＊＊土壤酶＊***微生物碳氮*環(huán)境指標(biāo)地形*地下水位＊林網(wǎng)化水平＊地面坡度＊注：(1）“＊"表示選用該指標(biāo);（2）持水量包括田間持水量和凋萎含水量;（3）孔隙度包括總孔隙度、通氣孔隙和非毛管孔隙度；(4）土壤酶包括過(guò)氧化氫酶、轉(zhuǎn)化酶、中性磷酸酶、堿性磷酸酶、蛋白酶。表2土壤肥力綜合指標(biāo)構(gòu)成土壤肥力指標(biāo)體系土壤營(yíng)養(yǎng)（化學(xué)）指標(biāo)土壤物理性狀指標(biāo)土壤生物學(xué)指標(biāo)土壤環(huán)境指標(biāo)1。全氮2．全磷3。全鉀４．堿解氮5．有效磷6．有效鉀７．陽(yáng)離子交換量8.碳氮比１.質(zhì)地２。容重３．水穩(wěn)性團(tuán)聚體４.孔隙度（總孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度)5.土壤耕層溫度變幅６．土層厚度7。土壤含水量8。粘粒含量1。有機(jī)質(zhì)2。腐殖酸（富里酸、胡敏酸）３.微生物態(tài)碳4。微生物態(tài)氮５．土壤酶活性（脲酶、蛋白酶、過(guò)氧化氫酶、轉(zhuǎn)化酶、磷酸酶等）1.土壤pＨ２。地下水深度3。坡度4。林網(wǎng)化水平性,使評(píng)價(jià)結(jié)果能客觀地反映土壤肥力水平的真實(shí)差異性，如選擇主成分分析法、判別分析法、聚類(lèi)分析法、因子分析法、加權(quán)綜合法等一些綜合評(píng)價(jià)方法。同時(shí)，選擇的評(píng)價(jià)方法應(yīng)最大地利用新技術(shù)和新的分析手段，減少數(shù)據(jù)分析量對(duì)評(píng)價(jià)方法的限制。另一方面，選擇的土壤肥力評(píng)價(jià)方法要能最大地利用選取指標(biāo)包含的各方面信息，保證土壤肥力的信息利用最充分。土壤是一個(gè)復(fù)雜的類(lèi)生物體，土壤肥力水平是諸多肥力因素綜合作用的反映，要想全面地、客觀地反映土壤的這一基本屬性，還需要深入地研究和大量地實(shí)踐。對(duì)于土壤肥力評(píng)價(jià)指標(biāo)選取的方法的選擇還有待更進(jìn)一步的探討.參考文獻(xiàn)：黎孟波，張先婉。土壤肥力概念與模式:土壤肥力研究之一［A］。見(jiàn)：張先婉主編.土壤肥力研究進(jìn)展［C］.北京:中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社，19９1:208-213.侯光炯，謝德體.土壤肥力學(xué)概要［Ａ].聞光源主編.農(nóng)業(yè)土壤學(xué)——侯光炯在宜賓應(yīng)用研究17年論文選集［Ｃ]。成都：四川科學(xué)技術(shù)出版社,20０1:103-１３7。熊毅.我國(guó)土壤科學(xué)研究的回顧[J］.土壤，1984，1６（2）:41-４５.陳恩鳳．黑土肥力的基礎(chǔ)物質(zhì)和土體構(gòu)型的某些性質(zhì)及其相互關(guān)系[A]。中國(guó)科學(xué)院林業(yè)土壤研究所。土壤肥力研究論文集[C]．沈陽(yáng)：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，１９84：1—１6.章家恩,廖宗文.試論土壤的生態(tài)肥力及其培育［Ｊ］。土壤與環(huán)境，2000，9（3):253-256．表3土壤肥力評(píng)價(jià)方法及應(yīng)用土壤肥力評(píng)價(jià)方法研究者主成分分析法張大克等[15］，余存祖等［１3］，方兆登等［2１］，嚴(yán)昶升[22］聚類(lèi)分析法方兆登等[２1]，嚴(yán)昶升［22］因子分析法莫治雄[19]，孫波等［1７]，沈宏等[１6]內(nèi)梅羅指數(shù)法闞文杰等［１8]判別分析法許皋等［23］,嚴(yán)昶升［22]模糊數(shù)學(xué)法呂曉男等［10］,黎孟波等[24]因子加權(quán)綜合法曹承綿等[20］蒂斯代爾（美），納爾遜(美）．土壤肥力與肥料［M］．孫秀廷，曹志洪等譯.北京：科學(xué)出版社，1984：5-1４,２71—307.湯建東．耕作改制對(duì)土壤肥力的影響［J］。土壤與環(huán)境,２000，9（3)：257—260.王光復(fù)，李亦兵．長(zhǎng)春耕地質(zhì)量評(píng)估[Ｊ］。農(nóng)業(yè)區(qū)劃,1９91,(2）：13-１5，6４．楊金,馬振江，張?jiān)鐾?fù)混肥對(duì)秋白菜產(chǎn)量及土壤肥力的影響[J］。土壤通報(bào),1９９6,２7（5）:236-2３８.呂曉男，陸允甫,王人朝.土壤肥力綜合評(píng)價(jià)初步研究[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào)（農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版），1999，25（4)：378-３82。楊文元。稻田多熟制下小麥連作對(duì)土壤肥力的影響［A]．見(jiàn)：張先婉主編。土壤肥力研究進(jìn)展[C］。北京:中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社，１991：14-1８.王克孟，馬玉軍?；搓幨懈弋a(chǎn)土壤肥力指標(biāo)的研究［Ｊ］。土壤,1992，2４（5）:239—２43.余存祖，劉耀宗,彭琳等。黃土區(qū)土壤肥力形成過(guò)程與肥力指標(biāo)分析[Ｊ]。土壤通報(bào)，19９0，21（5):１９7-20１．蔡宗法,丁樹(shù)文，史志華，等．GIS支持下鄉(xiāng)鎮(zhèn)域土壤肥力評(píng)價(jià)與分析［J］.土壤與環(huán)境,２０00，９(２）：9９—102.張大克，王玉杰，葉海江.水稻土肥力水平分類(lèi)中主要土壤肥力因素指標(biāo)的篩選模型［J］．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，1９97，１3(2）：91—９5。沈宏，徐志紅，曹志紅。用土壤生物和養(yǎng)分指標(biāo)表征土壤肥力的可持續(xù)性［Ｊ］．土壤與環(huán)境，１998，8（１)：31－３5.孫波,張?zhí)伊?趙其國(guó)。我國(guó)東南丘陵山區(qū)土壤肥力的綜合評(píng)價(jià)［J].土壤學(xué)報(bào),１9９5，32（4):362－３６9。闞文杰，吳啟堂。一個(gè)定量綜合評(píng)價(jià)土壤肥力的方法初探[Ｊ]。土壤通報(bào)，19９4，25（6）:245—24７。莫治雄。對(duì)應(yīng)分析在土壤肥力研究中的應(yīng)用[J]。土壤肥料,19９３，3(４)：4－7．曹承綿,嚴(yán)長(zhǎng)生,張志明,等.關(guān)于土壤肥力數(shù)值化綜合評(píng)價(jià)的探討[J］．土壤通報(bào),19８3，(4）：13—15.方兆登，張益農(nóng)。湖北嘉興平原幾種稻田土壤肥力的評(píng)估［J].土壤，1990,2２（１）:1２－1６．嚴(yán)昶升．土壤肥力研究方法[M］.北京：農(nóng)業(yè)出版