/論土壤肥力評價指標和方法駱東奇,白潔,謝德體西南農業(yè)大學資源環(huán)境學院,重慶北碚4007１6摘要：闡述了土壤肥力的概念,分析了土壤肥力評價的指標選取和方法選擇,提出了科學合理的綜合性評價指標體系和評價方法。關鍵詞:評價指標；評價方法；土壤肥力中圖分類號：S１5８文獻標識碼:Ａ文章編號：1008-181Ｘ（2002）０2－0２0２-04土壤作為植物生產的基地，動物生產的基礎，農業(yè)的基本生產資料,人類耕作的勞動的對象,與社會經(jīng)濟緊密聯(lián)系,其本質是肥力。土壤肥力也正是土壤各方面性質的綜合反映，體現(xiàn)了其在農業(yè)生產和科學研究中的重要地位。土壤肥力的高低直接影響著作物生長，影響著農業(yè)生產的結構、布局和效益等方面.如何科學、合理、實用地評價土壤肥力,為指導農業(yè)生產提供理論依據(jù),顯得尤為重要。本文闡述了土壤肥力的概念、土壤肥力評價指標體系和方法,提出適合于不同區(qū)域、不同土壤類型的土壤肥力評價的綜合指標體系和評價方法.1土壤肥力的概念土壤肥力的概念是土壤學中古老而又非常基礎的概念，自1８４0年李比希創(chuàng)立植物礦質營養(yǎng)說以來，歐美土壤學家關于土壤肥力的概念主要側重于土壤的植物營養(yǎng)，并以養(yǎng)分多少衡量土壤肥力高低.臺前蘇聯(lián)土壤學家威聯(lián)斯認為土壤肥力是“在植物全部生長過程中,土壤同時地、不斷地供應植物以最高水分和養(yǎng)分的能力”,現(xiàn)代美國土壤學會認為土壤肥力是“在光照、濕度、溫度、土壤物理條件及其他因素都適合于特定植物生長時土壤向植物以適當?shù)牧亢推胶獾谋壤B(yǎng)分的性能”[１].我國土壤學界對土壤肥力研究非?；钴S,侯光炯［2］認為：土壤肥力是土壤代謝功能、調節(jié)功能的強弱和在一定地理位置、自然條件下，土壤同內部水、養(yǎng)適量,氣、熱周期性動態(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］認為:土壤肥力是土壤的本質,土壤肥力就是土壤為植物生產供應和協(xié)調營養(yǎng)條件和環(huán)境條件的能力，水分和養(yǎng)分是營養(yǎng)因素,溫度和空氣是環(huán)境因素;水既是養(yǎng)分因素，又是營養(yǎng)因素;土壤結構是肥力的重要基礎，肥力評價要考慮到土壤整體。陳恩鳳[4］認為:土壤肥力是土壤自動調節(jié)能力,是對水、肥、氣、熱的儲存和供應能力，肥土具有吸收容量大、轉化釋放供應量大的特征，從而有較大的適應植物生長需要和抵抗不良生長條件的能力.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（包括動物和微生物)之間長期協(xié)同進化、相互適應、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所需物質與能量的可獲得性和可持續(xù)性的一種功能和能力.事實上,隨著科學手段和認識水平的不斷提高，土壤肥力概念的外延不斷擴大，內涵不斷縮小，傾向于將地貌、水文、氣候、植物等環(huán)境因子以及人類活動等社會因子作為土壤肥力系統(tǒng)組分.筆者認為：從土壤—植物－環(huán)境整體角度看，土壤肥力是土壤的養(yǎng)分針對特定植物的供應能力，以及土壤養(yǎng)分供應植物時的環(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的環(huán)境條件各因子的獨立作用，更重要取決于各因子的諧調程度.2土壤肥力評價因子土壤肥力評價就是對土壤肥力高低的評判和鑒定。由于土壤肥力概念的不統(tǒng)一性，內涵的不確定性,因而在土壤肥力評價因子的選取過程中就存在著很大的差異；由于在評價過程中因子的不同，可能導致評價結果的差異，甚至出現(xiàn)與客觀實際相悖的結果.因此,非常必要確定相對穩(wěn)定、適用區(qū)域廣、可用于多種評價方法的土壤肥力指標系統(tǒng)。2.1單一的作物產量或植物生長狀況指標早期在進行土壤肥力評價時，由于受分析手段和水平的限制,一些土壤肥力評價以觀測和測定生長著的植物為基礎,進行植物營養(yǎng)分析和生長狀況觀察，比較不同土壤上植物的生長狀況來評價土壤肥力;以及選取植物生物量、經(jīng)濟量以及植物生長狀況等比較直觀的指標進行土壤肥力評價[６]。由于認識水平,這種選取單一作物產量或植物生長狀況為土壤肥力評價指標源于土壤肥力與土壤生產力概念的模糊，認為土壤肥力就是土壤生產力.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力的一個基本形成條件,土壤生產力還包括土壤肥沃度、植物種類、生態(tài)環(huán)境等條件.2.2單一土壤養(yǎng)分指標由于在認識上把土壤肥力與土壤養(yǎng)分等同起來，認為土壤養(yǎng)分可以反映土壤肥力的高低，因而在評價土壤肥力時,就選取單一的土壤養(yǎng)分氮、磷、鉀、有機質等指標進行評價，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[7~１1］。2．３土壤肥力綜合性指標隨著土壤肥力概念外延的擴展,其評價指標也由土壤養(yǎng)分指標發(fā)展到包括土壤養(yǎng)分、土壤物理性質、生物化學性質及環(huán)境條件等綜合性指標。雖然在土壤肥力評價時選取的是包括土壤物理、化學、生物和環(huán)境條件的綜合指標,但是在對這些綜合性指標的選取時也存在選取指標的差異。如生物指標中土壤酶包括氧化酶(過氧化氫酶、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（轉化酶、蛋白酶、脲酶、磷酸酶）等十幾項，由于研究者對不同酶的重要性認識不同,分析條件的限制，選取土壤肥力指標的側重點不同，選取的土壤肥力評價指標難以統(tǒng)一.將不同研究者在進行土壤肥力評價時選取的土壤肥力指標列于表１。從表中看出:不同的研究者在進行土壤肥力評價時選取的指標不同，但在這些相對綜合的評價指標中，仍然多集中在土壤肥力的養(yǎng)分指標；其次，土壤物理性狀指標，土壤生物指標和環(huán)境條件因子相對較少,這可能是由于對土壤肥力內涵的理解的差異而致。2．４建立合理的土壤肥力評價指標體系隨著科技的發(fā)展，認識事物數(shù)值化、全面化和綜合化的要求，土壤肥力評價也要求數(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.筆者認為合理的土壤肥力評價指標既能反映土壤的自然養(yǎng)分狀況，又能顯示土壤養(yǎng)分對植物的供應能力，還能反映土壤所處的小環(huán)境和大環(huán)境.具體指標體系如表2。３土壤肥力評價方法土壤肥力指標包括土壤營養(yǎng)（化學)指標、土壤物理指標、土壤生物學指標和土壤環(huán)境條件指標等多種因子,并且全部因子都以數(shù)值表示，這樣進行土壤肥力評價時涉及到大量的數(shù)據(jù),單憑個人直觀地從這些紛繁的數(shù)據(jù)中找出它們內部聯(lián)系,即使具有豐富的經(jīng)驗也很難做到。因此，必須借助數(shù)學方法,從多因素角度對土壤肥力進行綜合評價。通常，采用的數(shù)學方法有因子分析法、聚類分析法、判別分析法、主分量分析法(主成分分析法、主因素分析法）、因子加權綜合法等.由于選取的指標不同，分析的目標的差異，選擇的評價方法也不同,因而，沒有統(tǒng)一的評價方法。同時,隨著計算機技術的普及,國外統(tǒng)計軟件的引進,使得那些過去因數(shù)據(jù)量大、計算復雜的分析方法也得到廣泛的應用，大大地提高了土壤肥力評價的定量經(jīng)水平和科學性。常用的土壤肥力評價方法及應用列于表3。4對土壤肥力評價指標和方法的思考4．1土壤肥力評價指標的思考首先，土壤肥力評價指標應全面、綜合反映土壤肥力。在進行土壤肥力評價時，指標的選取直接影響到土壤肥力評價的真實性、合理性和科學性,因此，土壤肥力評價指標應全面、綜合地反映土壤肥力的各個方面，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，在確定土壤肥力評價指標時，廣泛征求意見，減少評價者的主觀性,使指標能真實、客觀地反映土壤肥力水平和狀況。另一方面,土壤肥力評價指標選取應避免指標間多重共線性問題.如果選取的指標間存在多重共線性，既增加了不必要的計算量和分析量，又影響到土壤肥力評價結論的真實性.為避免指標間多重共線性問題，在進行土壤肥力評價時，應對選取的指標進獨立性分析,去除存在共線性的指標。４．2土壤肥力評價方法的思考土壤肥力評價方法直接影響著評價結果的正確性、客觀性和指導性.因此,在進行土壤肥力評價時，選擇的評價方法應最大地減少人為的主觀表1不同研究者土壤肥力評價指標選取統(tǒng)計土壤肥力指標研究者王克孟等［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］化學指標全氮**＊*＊***＊*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*物理指標土層厚度*＊＊土壤質地*土壤容重*＊＊*水穩(wěn)性團聚體*孔隙度**持水量*機械組成＊抗壓強度＊土壤收縮率*滲透性＊粘粒含量＊＊**＊生物指標有機質＊＊＊＊＊＊*全碳＊活性碳＊腐質酸＊＊土壤酶＊***微生物碳氮*環(huán)境指標地形*地下水位＊林網(wǎng)化水平＊地面坡度＊注：(1）“＊"表示選用該指標;（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）土壤酶包括過氧化氫酶、轉化酶、中性磷酸酶、堿性磷酸酶、蛋白酶。表2土壤肥力綜合指標構成土壤肥力指標體系土壤營養(yǎng)（化學）指標土壤物理性狀指標土壤生物學指標土壤環(huán)境指標1。全氮2．全磷3。全鉀４．堿解氮5．有效磷6．有效鉀７．陽離子交換量8.碳氮比１.質地２。容重３．水穩(wěn)性團聚體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。有機質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、過氧化氫酶、轉化酶、磷酸酶等）1.土壤pＨ２。地下水深度3。坡度4。林網(wǎng)化水平性,使評價結果能客觀地反映土壤肥力水平的真實差異性，如選擇主成分分析法、判別分析法、聚類分析法、因子分析法、加權綜合法等一些綜合評價方法。同時，選擇的評價方法應最大地利用新技術和新的分析手段，減少數(shù)據(jù)分析量對評價方法的限制。另一方面，選擇的土壤肥力評價方法要能最大地利用選取指標包含的各方面信息，保證土壤肥力的信息利用最充分。土壤是一個復雜的類生物體，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踐。對于土壤肥力評價指標選取的方法的選擇還有待更進一步的探討.參考文獻：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：張先婉主編.土壤肥力研究進展［C］.北京:中國科學技術出版社，19９1:20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