吳海燕，金榮德，范作偉，彭 暢，高洪軍，張秀芝，李 強(qiáng)，朱 平

（吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，吉林長(zhǎng)春 130033）

農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展依賴于土壤的持續(xù)利用，而土壤的持續(xù)利用依賴于土壤肥力的持續(xù)穩(wěn)定和不斷提高。土壤肥力是指土壤為植物生長(zhǎng)不斷地供應(yīng)和協(xié)調(diào)養(yǎng)分、水分、空氣和熱量的能力，表征土壤肥力的指標(biāo)主要包括土壤有機(jī)質(zhì)、土壤生物活性、土壤酶活性、土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)、土壤容重、透性、抗蝕性、土壤陽(yáng)離子交換量、大量元素、微量元素及pH 值等[1–2]。

客觀評(píng)價(jià)土壤肥力質(zhì)量是準(zhǔn)確了解土壤屬性、充分利用土壤資源的保障[3–6]。影響土壤肥力質(zhì)量的土壤屬性很多，劉世梁等[7]認(rèn)為土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、有效磷、速效鉀、pH、CEC、質(zhì)地、耕層厚度等指標(biāo)能夠穩(wěn)定地評(píng)價(jià)耕作土壤肥力，而將土壤酶活性、微生物量碳、微生物量氮等生物因子作為土壤肥力的評(píng)價(jià)指標(biāo)近年來也受到重視。土壤物理屬性、化學(xué)屬性和生物學(xué)屬性共同構(gòu)成了土壤肥力質(zhì)量的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[8]。關(guān)于土壤肥力質(zhì)量的評(píng)價(jià)方法，聚類分析、主成分分析是近年來在土壤肥力質(zhì)量定量評(píng)價(jià)中應(yīng)用最廣泛的數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，能夠客觀、準(zhǔn)確地篩選土壤屬性的變異性[9–10]。因此，本文選擇能反映土壤肥力質(zhì)量特性的定量因子，利用主成分分析和聚類分析的方法，對(duì)長(zhǎng)期定位施肥不同處理土壤肥力質(zhì)量差異進(jìn)行評(píng)價(jià)，以期為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中土壤地力保護(hù)與培育提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

供試土樣采自吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院公主嶺國(guó)家黑土長(zhǎng)期定位試驗(yàn)監(jiān)測(cè)基地，試驗(yàn)地位于吉林省公主嶺市 (43°30′N，124°48′E)。供試土壤為黑土，成土母質(zhì)為第四紀(jì)黃土狀沉積物；試驗(yàn)地為波狀起伏的臺(tái)地平原，地勢(shì)平坦遼闊。試驗(yàn)區(qū)年平均氣溫4.6℃～5.6℃，年最高氣溫34℃，最低–35℃，無(wú)霜期110～140 d，有效積溫1600～3000℃，年降水量450～600 mm，年蒸發(fā)量1200～1600 mm，年日照時(shí)數(shù)2500～2700 h[11]。土壤培肥試驗(yàn)始于1980年。

1.2 供試作物及品種

供試作物為玉米，種植的玉米品種：1980—1989年為吉單101，1990—1993 年為丹育13，1994—1996 年為吉單222，1997—2005年為吉單209，2006—2016年為鄭單958。于每年的4月末5月初播種，9月末10月初收獲，統(tǒng)一田間管理，在 10月中旬后進(jìn)行土壤取樣并分析測(cè)定。

1.3 試驗(yàn)處理

試驗(yàn)處理及施肥量見表1。

1.4 樣品采集與測(cè)定

1.4.1 樣品采集 2014年分別在玉米苗期 (5月28日)、拔節(jié)期 (6月23日)、開花期 (7月26日)、灌漿期 (8月15日) 和收獲后 (10月9日) 采集土壤樣本。取樣方法為每個(gè)處理采集0—20 cm耕層土樣，取5點(diǎn)混合，分裝2份，1份置于4℃冰箱保存，用于測(cè)定土壤含水量和微生物量碳、氮等生物指標(biāo)；另一份撿除石礫和植物殘根等雜物，風(fēng)干后過1 mm篩備用，樣品用于測(cè)定土壤酶活性及土壤養(yǎng)分。土壤養(yǎng)分按常規(guī)分析方法測(cè)定。

1.4.2 土壤酶活性的測(cè)定[12]土壤過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法，以每克土消耗 0.1 mol/L高錳酸鉀體積數(shù) (mL) 表示；脲酶活性用靛酚藍(lán)比色法，以37℃恒溫培養(yǎng)24 h后每克土中NH3-N的質(zhì)量 (mg)表示；磷酸酶活性用磷酸苯二鈉比色法，以每克土酚的毫克數(shù)表示；蔗糖酶用硫代硫酸鈉滴定法，以72 h后每克土消耗的0.1 mol/L硫代硫酸鈉體積數(shù)(mL) 表示。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2003 及SPSS 21.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 長(zhǎng)期定位施肥處理的土壤肥力指標(biāo)

表2表明，不同定位施肥處理的土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀，速效氮、磷、鉀，銨態(tài)氮、硝態(tài)氮等養(yǎng)分指標(biāo)的變化規(guī)律基本相同，即有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施效果最好，秸稈配施化肥次之，化肥單施優(yōu)于空白對(duì)照。

表 1 田間試驗(yàn)處理Table 1 Treatments in field experiment

表 2 長(zhǎng)期定位施肥處理土壤礦質(zhì)養(yǎng)分含量Table 2 Mineral nutrient contents in soils under different treatments

表3表明，不同定位施肥處理的土壤主要酶活性 (脲酶、磷酸酶、過氧化氫酶、蔗糖酶)，微生物量碳、微生物量氮等生物學(xué)指標(biāo)與化學(xué)指標(biāo)表現(xiàn)出相對(duì)一致的變化規(guī)律，說明不同培肥措施對(duì)土壤生態(tài)環(huán)境的影響與對(duì)土壤養(yǎng)分狀況的影響是一致的。

土壤微生物量碳氮比 (MBC/MBN) 可表征微生物群落的結(jié)構(gòu)特征。陳安強(qiáng)等[13]研究認(rèn)為，土壤MBC/MBN為3～5的土壤微生物群落以細(xì)菌為主，5～7的土壤微生物群落以放線菌為主，4.5～15的土壤微生物群落以真菌為主。本研究的MBC/MBN變化范圍在2.37～3.79之間，說明供試土壤的微生物群落以細(xì)菌為主，屬于細(xì)菌型土壤。不同處理之間，有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施處理的MBC/MBN最低，CK處理的MBC/MBN最高。主要由于土壤微生物分解有機(jī)質(zhì)適宜的碳氮比在25∶1，而試驗(yàn)施用的有機(jī)物料碳氮比都很高，微生物分解需要更多的化肥氮或來自土壤的礦質(zhì)氮，微生物活性高，所以MBC/MBN較低，這與前人的研究結(jié)果一致[14–15]。

表 3 長(zhǎng)期定位施肥不同處理土壤生化指標(biāo)含量Table 3 Biochemical index values of soils under different treatments

2.2 長(zhǎng)期定位施肥處理土壤肥力指標(biāo)及其與產(chǎn)量的相關(guān)性

對(duì)玉米整個(gè)生育期不同處理土壤肥力指標(biāo)及其與玉米產(chǎn)量的相關(guān)性分析結(jié)果(表4)表明，玉米產(chǎn)量與土壤酶活性 (脲酶、過氧化氫酶、磷酸酶、蔗糖酶)，土壤全量養(yǎng)分 (全氮、全磷、全鉀)，速效養(yǎng)分(水解性氮、有效磷、速效鉀)，有機(jī)質(zhì)，微生物量碳和微生物量氮都表現(xiàn)出顯著或極顯著的正相關(guān)，與土壤pH值表現(xiàn)出負(fù)相關(guān)趨勢(shì)。玉米產(chǎn)量與土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮沒有表現(xiàn)出顯著的相關(guān)性。土壤生物肥力指標(biāo) (酶活性、微生物量碳氮) 與化學(xué)肥力指標(biāo) (土壤養(yǎng)分、有機(jī)質(zhì)) 之間都表現(xiàn)出極顯著的正相關(guān)關(guān)系(表 4)。

2.3 長(zhǎng)期定位施肥不同處理的土壤肥力質(zhì)量評(píng)價(jià)

2.3.1 影響土壤肥力質(zhì)量指標(biāo)的主成分分析 影響土壤肥力的因素很多，且諸因素間存在一定的交互關(guān)系，致使反映土壤肥力狀況的許多指標(biāo)信息發(fā)生交織和重疊。主成分分析是將多個(gè)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾個(gè)互相無(wú)關(guān)的綜合指標(biāo)的一種統(tǒng)計(jì)分析方法。應(yīng)用主成分分析方法可在復(fù)雜的土壤肥力指標(biāo)體系中篩選出若干個(gè)彼此不相關(guān)的綜合性指標(biāo)，且能反映出原來全部指標(biāo)所提供的大部分信息[16]。本研究選取了影響土壤肥力的化學(xué)和生物學(xué)指標(biāo)共16項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析，以綜合評(píng)價(jià)長(zhǎng)期定位施肥不同處理的土壤肥力質(zhì)量差異，篩選出效果最佳的培肥措施(表 5)。

依據(jù)提取主成分個(gè)數(shù)的累積貢獻(xiàn)率 ≥ 85%的原則，本研究提取了3個(gè)主成分。第1主成分對(duì)總方差的貢獻(xiàn)率為77.4%，第2主成分對(duì)總方差的貢獻(xiàn)率是12.2%，第3主成分對(duì)總方差的貢獻(xiàn)率是7.6%。3個(gè)主成分的方差累積貢獻(xiàn)率能夠反映土壤肥力各指標(biāo)總方差97.2%的信息，說明利用主成分分析衡量長(zhǎng)期定位施肥不同處理的土壤肥力質(zhì)量是可靠的。

進(jìn)一步分析各指標(biāo)在3個(gè)主成分上的向量值，在第1主成分上，土壤酶活性、微生物量碳、微生物量氮、土壤全氮、全磷、有效磷、速效鉀、硝態(tài)氮、土壤有機(jī)質(zhì)等指標(biāo)有較大的向量值。土壤酶活性、微生物量碳、微生物量氮是反映土壤環(huán)境的生物學(xué)指標(biāo)，是土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和循環(huán)的動(dòng)力。土壤全量養(yǎng)分表示土壤養(yǎng)分總儲(chǔ)量，反映土壤養(yǎng)分的供應(yīng)容量。土壤速效養(yǎng)分反映了土壤養(yǎng)分的供應(yīng)強(qiáng)度。土壤有機(jī)質(zhì)是反映土壤綜合肥力水平的一個(gè)重要指標(biāo)。因此，第1主成分實(shí)質(zhì)上是土壤生境、土壤養(yǎng)分供應(yīng)容量和供應(yīng)強(qiáng)度、土壤生化反應(yīng)強(qiáng)度的綜合概括，可稱為土壤保肥、供肥因子和土壤活性因子。

在第2主成分上土壤銨態(tài)氮有較大的負(fù)向量值，第3主成分上土壤pH有較大的正向量值。

2.3.2 依據(jù)主成分和聚類分析評(píng)價(jià)不同定位施肥處理土壤肥力等級(jí) 以不同定位施肥處理的主成分得分作為評(píng)價(jià)土壤肥力質(zhì)量的新指標(biāo) (表6)，可以看出不同定位施肥處理土壤肥力質(zhì)量排序?yàn)椋?.5 (NPK + M1) ＞NPK + M2 ＞ NPK + M1 ＞ NPK + M1 (R) ＞ NPK + S ＞NPK ＞ CK。以歐氏距離作為衡量不同處理肥力差異的大小，采用最短距離法對(duì)各定位施肥處理進(jìn)行系統(tǒng)聚類 (圖1)。如果將7個(gè)處理聚為4類，那么土壤肥力質(zhì)量可以分為4等，1.5 (NPK + M1) 和CK處理單獨(dú)聚為一類，分別為土壤肥力質(zhì)量最好 (一等) 和最差 (四等)； NPK + M2、NPK + M1、NPK + M1(R) 三個(gè)處理聚為一類，土壤肥力質(zhì)量為二等；NPK + S和NPK處理聚為一類，土壤肥力質(zhì)量為三等。如果將7個(gè)處理聚為3類，則1.5 (NPK + M1)、NPK +M2、NPK + M1、NPK + M1 (R) 四個(gè)處理聚為1類，土壤肥力質(zhì)量為一等； NPK + S、NPK處理聚為1類，土壤肥力質(zhì)量為二等； CK處理單獨(dú)聚為一類，土壤肥力質(zhì)量最差 (三等)。聚類分析結(jié)果表明，化肥與有機(jī)肥配合施用，無(wú)論是玉米–大豆輪作還是玉米長(zhǎng)期連作，都能明顯提高土壤肥力質(zhì)量。

秸稈還田配施化肥的培肥效果優(yōu)于單施化肥，但沒有有機(jī)肥化肥配合施用的培肥效果明顯?；薀o(wú)論是單施還是配合施用有機(jī)肥或秸稈還田，土壤肥力質(zhì)量明顯高于長(zhǎng)期不施肥的對(duì)照處理。

表4 玉米產(chǎn)量與不同施肥處理土壤肥力指標(biāo)的相關(guān)性Table 4 Correlationof corn yieldwithsoil fertility index under different fertilizationtreatments

表 5 影響土壤肥力質(zhì)量各指標(biāo)的主成分分析Table 5 Principal components influencing each index of soil fertility quality

表 6 影響土壤肥力各指標(biāo)的主成分得分及綜合得分Table 6 Score and overall score of principal components influencing each index of soil fertility

圖 1 各處理土壤肥力聚類分析Fig. 1 Hierarchical cluster analysis of soil fertility of different treatments

3 討論

3.1 土壤肥力評(píng)價(jià)指標(biāo)分析

關(guān)于土壤肥力質(zhì)量的評(píng)價(jià)指標(biāo)，按土壤性質(zhì)和功能可以分為化學(xué)指標(biāo)、物理指標(biāo)和生物學(xué)指標(biāo)[14–15]。Schoenholtz 等[17]認(rèn)為化學(xué)指標(biāo)包括土壤有機(jī)碳和營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)兩類。土壤有機(jī)質(zhì)是土壤中各種營(yíng)養(yǎng)元素特別是氮、磷的重要來源，由于它具有膠體特性，能吸附較多的陽(yáng)離子，因而使土壤具有保肥性、保水性、耕性、緩沖性和良好的通氣性。而且，土壤有機(jī)質(zhì)是土壤微生物必不可少的碳源和能量來源。所以土壤有機(jī)質(zhì)狀況是土壤肥力高低的重要化學(xué)指標(biāo)之一。營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)主要有全氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、全磷、可溶性磷、全鉀、速效鉀、可交換性鉀、鈣、鎂、硫，CEC、pH值、EC等。全氮在一定程度上代表土壤的供氮潛能，它的消長(zhǎng)取決于土壤中氮素的累積和消耗的相對(duì)強(qiáng)弱。土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、有效磷、速效鉀反映了土壤速效養(yǎng)分狀況，是土壤供肥能力的指標(biāo)。土壤陽(yáng)離子交換量(CEC) 和pH值是反映土壤肥力狀況的指示性指標(biāo)，土壤pH是影響CEC的重要因素，不同土壤的CEC和pH明顯地影響土壤有機(jī)質(zhì)、酶和微生物活性等[1]。本研究測(cè)定了不同定位施肥處理的土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀，速效氮、磷、鉀，銨態(tài)氮、硝態(tài)氮等化學(xué)指標(biāo)的差異，結(jié)果表明，有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施效果最好，秸稈配施化肥次之，化肥單施優(yōu)于空白對(duì)照。而李娟等[15]研究認(rèn)為，連續(xù)有機(jī)無(wú)機(jī)肥料配合施用對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)也有很大的影響，主要表現(xiàn)是NPK化肥配施豬廄肥的土壤有機(jī)質(zhì)、總氮、總磷等均高于化肥與秸稈配施、化肥單施以及空白對(duì)照，與本研究結(jié)果基本一致。

物理指標(biāo)包括土壤質(zhì)地、土層厚度、土壤容重、飽和導(dǎo)水率、土壤孔隙度、粘粒含量、土壤團(tuán)聚體數(shù)量、團(tuán)聚體穩(wěn)定性和土壤耕性等指標(biāo)。研究表明，團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)良好的土壤，也具有良好的孔隙性、持水性和通透性，能很好地協(xié)調(diào)植物對(duì)水、肥、氣、熱的需求，以保證作物高產(chǎn)[18]。土壤微團(tuán)聚體及其適宜組合是土壤肥力的物質(zhì)基礎(chǔ)[19]。土壤團(tuán)聚體和水穩(wěn)性團(tuán)聚體的狀況是影響土壤肥力的又一個(gè)重要因素，其在一定程度上影響土壤通氣性與抗蝕性[20]，大團(tuán)聚體比微團(tuán)聚體含有更多的碳和氮，其所含的有機(jī)質(zhì)更不穩(wěn)定，更富生物體物質(zhì)和特殊有機(jī)質(zhì)[21–23]。土壤容重對(duì)土壤物理性質(zhì)如質(zhì)地、團(tuán)聚體、土壤結(jié)構(gòu)、通氣狀況、持水性和堅(jiān)實(shí)度等影響顯著[1]。本研究沒有測(cè)定物理指標(biāo)，這有待于進(jìn)一步研究完善。

土壤生物學(xué)指標(biāo)包括微生物量碳、微生物量氮、潛在可礦化氮、土壤呼吸量、生物量碳/土壤總有機(jī)碳、呼吸量/生物量、土壤酶活性、土壤微生物群落組成和多樣性、土壤動(dòng)物等指標(biāo)[24–25]。土壤微生物量與土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效氮之間呈顯著的正相關(guān)，說明土壤微生物活動(dòng)與土壤有機(jī)質(zhì)和氮素營(yíng)養(yǎng)有關(guān)[25–26]，而土壤微生物量與作物產(chǎn)量也表現(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系，可以作為土壤肥力的生物指標(biāo)[27–28]。土壤酶是植物、土壤中動(dòng)物、微生物活動(dòng)的產(chǎn)物，是土壤生物化學(xué)反應(yīng)的重要指標(biāo)之一，土壤中許多重要的物理、化學(xué)和微生物活性都與土壤酶有著密切的相關(guān)性[29]，是土壤肥力重要的活性指標(biāo)。在土壤中主要研究的酶有脲酶、磷酸酶、硝酸還原酶、轉(zhuǎn)化酶、纖維素酶、脫氫酶等。有關(guān)脲酶與土壤其他理化性質(zhì)的相關(guān)性研究結(jié)果不一致。Sakorn等[30]認(rèn)為脲酶活性與各種土壤理化性質(zhì)均不顯著相關(guān)，而Zantua等[31]則認(rèn)為土壤脲酶與土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷等性質(zhì)均呈顯著或極顯著相關(guān)。土壤磷酸酶與土壤中磷素轉(zhuǎn)化密切相關(guān)。Knowles等[32]認(rèn)為，在嫌氣條件下硝酸還原酶是反硝化過程中一種重要的酶，催化硝酸鹽還原為亞硝酸。轉(zhuǎn)化酶能催化蔗糖水解為葡萄糖。Lenhard[33]發(fā)現(xiàn)，脫氫酶活性與氧的消耗以及細(xì)菌群的活性密切相關(guān)，但Spailing[34]發(fā)現(xiàn)脫氫酶活性與生物量以及其他生物活性沒有相關(guān)性。 本研究測(cè)定了土壤主要酶活性 (脲酶、磷酸酶、過氧化氫酶、蔗糖酶)、微生物量碳、微生物量氮及其與化學(xué)指標(biāo)、玉米產(chǎn)量的相關(guān)性，結(jié)果表明不同定位施肥處理的生物學(xué)指標(biāo)與化學(xué)指標(biāo)表現(xiàn)出相對(duì)一致的變化規(guī)律，生物學(xué)指標(biāo)與化學(xué)指標(biāo)以及產(chǎn)量都表現(xiàn)出顯著或極顯著的相關(guān)性。

3.2 土壤肥力質(zhì)量評(píng)價(jià)方法分析

土壤肥力是土壤各方面性質(zhì)的綜合表現(xiàn)，科學(xué)合理地評(píng)價(jià)土壤肥力可以為平衡施肥、合理利用土地資源、調(diào)整作物布局提供數(shù)據(jù)支持[35]。

評(píng)價(jià)土壤肥力質(zhì)量的方法有灰色關(guān)聯(lián)法、模糊評(píng)判法、聚類分析法等[36]?；疑到y(tǒng)理論 (grey system theory) 最早由華中工業(yè)大學(xué)鄧聚龍教授提出，灰色關(guān)聯(lián)法是系統(tǒng)態(tài)勢(shì)的量化比較分析，主要是根據(jù)關(guān)聯(lián)序比較評(píng)價(jià)對(duì)象的優(yōu)劣[37]。模糊綜合評(píng)價(jià)法 (fuzzy comprehensive evaluation method) 是一種基于模糊數(shù)學(xué)的綜合評(píng)標(biāo)方法, 主要是根據(jù)模糊數(shù)學(xué)的隸屬度理論把定性評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)化為定量評(píng)價(jià)，即用模糊數(shù)學(xué)對(duì)受到多種因素制約的事物或?qū)ο笞龀鲆粋€(gè)總體的評(píng)價(jià)。此方法具有結(jié)果清晰、系統(tǒng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，能較好地解決模糊的、難以量化的問題，適合各種非確定性問題的解決[38]。近年來，聚類分析、因子分析、主成分分析常用來進(jìn)行土壤肥力的綜合評(píng)價(jià)[38]。主成分分析方法可以對(duì)多個(gè)因素進(jìn)行降維分析，抽取主成分，并賦予不同主成分不同的得分，被廣泛用于多項(xiàng)指標(biāo)體系的綜合評(píng)價(jià)。土壤主成分分析常用于肥力質(zhì)量的綜合評(píng)價(jià)[40–41]。主成分分析，又稱主分量分析，是指將原始的多個(gè)變量通過線性組合，提煉出較少幾個(gè)彼此獨(dú)立的新變量的一種實(shí)現(xiàn)降維多元統(tǒng)計(jì)分析方法，能夠很好地處理變量間的多重相關(guān)性，使彼此之間具有相互獨(dú)立性[42]，能夠客觀評(píng)價(jià)不同培肥處理的肥力質(zhì)量差異。本研究采取主成分和聚類分析綜合評(píng)價(jià)了長(zhǎng)期定位施肥的土壤肥力質(zhì)量差異。以歐氏距離作為衡量不同處理肥力差異的大小，采用最短距離法對(duì)各定位施肥處理進(jìn)行系統(tǒng)聚類。結(jié)果表明，可以將不同施肥處理的土壤肥力等級(jí)聚為4類：1.5 (NPK + M1) 和CK單獨(dú)聚為一類，分別為土壤肥力質(zhì)量最好 (一等) 和最差 (四等)； NPK +M2、NPK + M1、NPK + M1 (R) 三個(gè)處理聚為一類，土壤肥力質(zhì)量為二等； NPK + S和NPK聚為一類，土壤肥力質(zhì)量為三等。而依據(jù)提取主成分個(gè)數(shù)的方差累積貢獻(xiàn)率 ≥ 85%的原則，本研究對(duì)16項(xiàng)肥力指標(biāo)提取了3個(gè)主成分。第1主成分對(duì)總方差的貢獻(xiàn)率為77.4%，第2主成分對(duì)總方差的貢獻(xiàn)率是12.2%，第3主成分對(duì)總方差的貢獻(xiàn)率是7.6%。3個(gè)主成分的方差累積貢獻(xiàn)率能夠反映土壤肥力各指標(biāo)總方差97.2%的信息，說明利用主成分分析衡量長(zhǎng)期定位施肥不同處理的土壤肥力質(zhì)量是可靠的。

4 結(jié)論

長(zhǎng)期定位施肥不同處理的玉米產(chǎn)量與土壤酶活性 (脲酶、過氧化氫酶、磷酸酶、蔗糖酶)、土壤全量養(yǎng)分 (全氮、全磷、全鉀)、速效養(yǎng)分 (水解性氮、有效磷、速效鉀)、有機(jī)質(zhì)、微生物量碳和微生物量氮都表現(xiàn)出顯著或極顯著的正相關(guān)，與土壤pH值表現(xiàn)出負(fù)相關(guān)趨勢(shì)。玉米產(chǎn)量與土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮沒有表現(xiàn)出明顯的相關(guān)性。土壤生物肥力 (酶活性、微生物量碳氮) 與化學(xué)肥力 (土壤養(yǎng)分、有機(jī)質(zhì)) 之間都表現(xiàn)出極顯著的正相關(guān)關(guān)系。

在評(píng)價(jià)不同定位施肥處理的16個(gè)土壤化學(xué)和生物學(xué)指標(biāo)中，土壤有機(jī)質(zhì)、土壤主要酶活性、土壤微生物量和土壤全氮、全磷、全鉀、速效氮、有效磷、速效鉀等對(duì)土壤肥力質(zhì)量貢獻(xiàn)較大，土壤銨態(tài)氮次之，土壤pH值對(duì)土壤肥力質(zhì)量評(píng)價(jià)貢獻(xiàn)最小。

以不同定位施肥處理的主成分得分為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，土壤肥力質(zhì)量排序?yàn)椋?.5 (NPK + M1) ＞ NPK +M2 ＞ NPK + M1 ＞ NPK + M1 (R) ＞ NPK + S ＞ NPK ＞CK。即有機(jī)肥配合化肥長(zhǎng)期施用對(duì)于提高土壤肥力質(zhì)量、改善土壤環(huán)境具有重要作用，長(zhǎng)期秸稈還田的土壤質(zhì)量也優(yōu)于化肥單施，長(zhǎng)期不施肥對(duì)土壤養(yǎng)分耗竭很大，不利于土壤肥力的穩(wěn)定與保護(hù)。

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