秦坤坤，賈長城，王亞婷

（北京市地質(zhì)工程設(shè)計研究院，北京 101500）

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，人們在不斷地追求生活質(zhì)量及精神品質(zhì)的提升，對生態(tài)條件和居住環(huán)境的質(zhì)量要求也大幅提高（王廣軍，2006）。在解決國家城鎮(zhèn)化建設(shè)進程中產(chǎn)生的生態(tài)環(huán)境問題中，綠化活動起到至關(guān)重要的作用。苗圃生產(chǎn)對于保障北京城市綠地苗木供應(yīng)、百萬畝平原造林具有非常重要的意義，苗圃本身也是城市綠化的一部分，其土壤質(zhì)量對于苗木質(zhì)量、城市生態(tài)也有著直接影響。土壤是農(nóng)業(yè)活動中最基本的生產(chǎn)資料和人類不可或缺的自然資源，它為綠色植物的生長提供養(yǎng)分、水分和物理、化學等條件(顏雄等，2008），因而土壤肥力狀況直接決定著苗木的生長發(fā)育，更影響著苗木產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)效益(張德軍等，2011）。本次研究依據(jù)北京市苗圃的分布格局和生產(chǎn)規(guī)模，選定407個有代表性的苗圃樣地，調(diào)查土壤的物理性質(zhì)和養(yǎng)分特征，系統(tǒng)研究了土壤肥力指標狀況，并對其進行科學合理的評價，旨在全面準確了解北京市苗圃土壤的肥力情況，為提升苗圃基地土壤肥力狀況和苗木生產(chǎn)的持續(xù)性發(fā)展提供可靠依據(jù)。

1 區(qū)域概況

苗木能否培育和生長狀況與生態(tài)環(huán)境密切相關(guān)，重要的生態(tài)環(huán)境因子如氣候（光、溫度、水、氣、霜雪等）、地形（海拔高度、坡度、坡向、地貌等）、土壤（成土母質(zhì)、厚度、質(zhì)地等）、生物、社會（污染、栽培技術(shù)）等。其中溫度（熱量）、水分、光照、土壤和空氣對苗木的生命活動有直接影響，是直接生態(tài)因子也稱為生存因子。北京地勢西北高聳、東南低緩。東部與天津市毗鄰，其余均與河北省交界。北京屬溫帶氣候，四季分明、春秋短促、冬夏較長。適合一般溫帶苗木培育，但冬季干冷，有不少苗木需要保護。

土壤是苗木生長發(fā)育的基礎(chǔ)，苗木從土壤中不斷吸收水分和營養(yǎng)物質(zhì)，供其正常生長發(fā)育。土壤質(zhì)地結(jié)構(gòu)、理化性狀、養(yǎng)分水平及微生物組成與苗木生長發(fā)育關(guān)系密切，其中對苗木影響較大的是土層厚度、土壤質(zhì)地、土壤酸堿度、土壤肥力及有害鹽類濃度等。一般來說土壤含砂量越高，保水能力越差，而土壤中空氣（主要是氧氣）濃度大，有利于苗木生長發(fā)育。北京市大多數(shù)地區(qū)土壤質(zhì)地主要為輕壤質(zhì)；少部分土壤的質(zhì)地為砂壤質(zhì)，主要分布在懷柔、密云、延慶、平谷、順義、通州、大興和昌平的部分地區(qū)；極少部分的中壤質(zhì)土壤零星分布在延慶、平谷、海淀、順義和通州等地區(qū)；還有極少部分砂質(zhì)土壤主要分布在大興區(qū)。

2 研究方法

2.1 土壤樣品采集

依據(jù)北京市苗圃的分布格局和生產(chǎn)規(guī)模，選取了覆蓋全市所有大型苗圃和全部苗圃類型的407個有代表性的苗圃樣地作為研究對象。在每個苗圃基地選取一個典型土壤調(diào)查點，分別在深度為0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm按照隨機、等量和多點混合的原則，一般采用S形每個層次5點混合采樣，并根據(jù)苗圃的平面形狀做適宜調(diào)整。除去枝葉、石子等雜質(zhì)，用四分法采集土壤樣品1.2 kg左右置于干凈布袋封裝。在中心點分3層采集300 g左右新鮮土壤置于塑料自封袋用來測定土壤質(zhì)地。在中心點分3層用環(huán)刀采集原狀土壤并用保鮮膜密封用于測定土壤容重和通氣孔隙度等指標。

2.2 土壤樣品分析方法

樣品測試項目包括407個調(diào)查點位的3層土壤樣品的容重、pH值、有機質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀。隨機選取31個點位分別測試每層土壤的通氣孔隙度、土壤質(zhì)地和陽離子交換量。其中土壤容重、通氣孔隙度采用環(huán)刀法（GB/T 50123－1999）測定；pH值采用電極電位法（LY/T 1239－1999）測定；有機質(zhì)采用硫酸-重鉻酸鉀氧化-外加熱-容量法（LY/T 1237－1999）測定；堿解氮采用堿解-擴散法（LY/T 1228－2015）測定（李楠等，2017）；有效磷采用鹽酸-硫酸浸提-鉬銻抗比色法（LY/T 1234－2015）測定；速效鉀采用乙酸銨浸提-火焰光度法（LY/T 1232－2015）測定；土壤質(zhì)地采用密度計法（GB/T 50123－1999）測定；陽離子交換量采用乙酸銨交換-蒸餾-容量法（LY/T 1243－1999）測定。

2.3 土壤肥力評價方法

依據(jù)《北京園林綠化用地土壤環(huán)境質(zhì)量調(diào)查與評估實施方案》（北京市園林綠化局，2018）和“北京市土壤養(yǎng)分分等定級標準”（土肥工作站，2011）對苗圃土壤養(yǎng)分進行綜合分級評價，并根據(jù)北京市土壤養(yǎng)分特點和各養(yǎng)分指標在土壤肥力構(gòu)成中的貢獻，確定土壤養(yǎng)分各參評指標權(quán)重值（表1）。對測試數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計其平均值、標準差、最大值、最小值、變異系數(shù)等，利用SAS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進行方差分析和主成分分析。

表1 土壤肥力指標評估標準與權(quán)重Tab. 1 Evaluation standard and weight of soil fertility index

按照公式:

式中，I為地塊養(yǎng)分綜合指數(shù)；Fi為第i個指標評分值；Wi為第i個指標的權(quán)重。

計算每個評價地塊的養(yǎng)分綜合指數(shù)。根據(jù)北京市土壤養(yǎng)分分等定級標準（表2）將土壤養(yǎng)分劃分為“極高、高、中、低和極低”共5個等級。

表2 土壤養(yǎng)分等級劃分Tab. 2 Classification of soil nutrients

3 結(jié)果分析與評價

3.1 苗圃土壤物理性狀

土壤肥力主要包括“水、肥、氣、熱”4個方面，這四大要素直接決定苗木長勢和苗木質(zhì)量。而土壤的物理特性直接決定“水”和“氣”的狀態(tài)，也直接影響“肥”和“熱”的狀態(tài)，是土壤肥力最基礎(chǔ)要素。一般通過土壤質(zhì)地、土壤容重、孔隙度和塑性等指標用于描述土壤物理特性。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)（表3），在全部31個研究樣品中，粉粒所占比例最大，其中0.075～0.02 mm的粉粒平均占比49.06%，0.002～0.002 mm的粉粒平均占比27.28%，兩者合計達到76.35%；砂粒占比19.21%，黏粒占比4.45%。另外，砂粒和黏粒的變異系數(shù)較大，說明這2種組分受外界環(huán)境和人為干擾影響較大。

表3 苗圃土壤粒徑組成Tab. 3 Soil particle size composition in seedling bases

土壤容重、土粒比重偏高，孔隙度偏?。ū?），是屬于較為密實的土壤，不利于土壤通氣、透水、有效水分貯存和苗木根系生長，需要采用枯枝落葉還田、增施有機肥、深翻等措施提高土壤的孔性，促進苗木健康生長。

表4 苗圃土壤孔性指標Tab. 4 Soil porosity index of seedling bases

3.2 苗圃土壤肥力結(jié)果

堿解氮能更準確地反映出短期內(nèi)土壤的氮素供應(yīng)情況和氮素釋放效率；有效磷含量表示在某時期植物可利用磷的多少；鉀對苗木生長也起著十分重要的作用，植物所能利用的鉀是速效鉀，它包括土壤溶液鉀及土壤交換性鉀，其含量是表征土壤鉀素供應(yīng)狀況的重要指標之一（黃曉曦等，2019）；土壤有機質(zhì)是土壤養(yǎng)分的主要來源，它能提高土壤的保肥能力和緩沖性能，改善土壤的物理性質(zhì)，其中腐殖質(zhì)還具有生理活性，促進作物生長發(fā)育（張效境等，2018）；而酸堿度直接影響到土壤中養(yǎng)分元素的存在形態(tài)和根系吸收的有效性。

通過調(diào)查不同層次土壤肥力指標統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)（表5），苗圃土壤堿解氮、有效磷、速效鉀和有機質(zhì)由上到下含量逐漸降低，表層含量最高主要與施肥有關(guān)，堿解氮含量處于一般水平，有效磷含量處于低下水平，速效鉀含量處于較高水平，而有機質(zhì)處于極低水平。另外，3層土壤有效磷含量的變異系數(shù)分別達到1.10、1.16和1.41，說明很多苗圃對施用磷肥很不重視；速效鉀含量變異系數(shù)均超過0.5，表明有部分苗圃對施用鉀肥不夠重視。有效磷峰值較高，說明有些苗圃土壤有效磷含量較高，這與該地區(qū)常年施用磷肥有很大關(guān)系。北京市苗圃土壤有機質(zhì)含量總體來看明顯偏低，有的還不到0.2%，顯然不適合進行苗圃生產(chǎn)，這類苗圃主要是沙荒地、山地等轉(zhuǎn)向苗圃生產(chǎn)的，由于土壤基礎(chǔ)差，很難生產(chǎn)出好的苗木，不適宜繼續(xù)發(fā)展苗木生產(chǎn)，宜于轉(zhuǎn)為綠化用地。苗圃土壤pH值略微偏高，不同層次土壤差異很小，不同地點的變異也很小，這和北京地區(qū)成土母質(zhì)、灌溉水質(zhì)偏堿性等有關(guān)。

表5 土壤主要肥力指標統(tǒng)計結(jié)果Tab. 5 Statistical results of main fertility indexes of soil

3.3 不同行政區(qū)土壤肥力結(jié)果分析

通過分析比較北京市不同行政區(qū)5種主要肥力指標的統(tǒng)計結(jié)果（表6），可看出昌平、平谷地區(qū)的堿解氮含量較高，而朝陽、豐臺、海淀區(qū)的數(shù)值較低，不同區(qū)之間差異不大；有效磷是大興、通州較高，海淀、密云、延慶較低，不同區(qū)之間有一定的差異，變異系數(shù)達0.18；速效鉀含量在不同區(qū)之間的差異較大，變異系數(shù)達0.38，其中房山、懷柔最大，而平谷、海淀最?。挥袡C質(zhì)含量是昌平、通州、朝陽較多，而密云、大興較少；pH值是懷柔最小，通州、大興最大，不同區(qū)的差異不大。

表6 北京部分地區(qū)苗圃肥力統(tǒng)計結(jié)果Tab. 6 Statistical results of nursery fertility in some areas of Beijing

3.4 土壤綜合肥力指數(shù)評價

通過分析得出，苗圃土壤綜合肥力指數(shù)頻率分布均為正態(tài)分布（圖1），分析北京市苗圃土壤綜合肥力指數(shù)（表7），根據(jù)各苗圃3層土壤（0～60 cm）肥力綜合指數(shù)的平均值可知，土壤肥力極高的苗圃數(shù)量為0；肥力高的苗圃有2個，占比0.5%；肥力中等的有21個，占比5.2%；肥力低的有290個，占比71.3%；肥力極低的有94個，占比23.1%。土壤有機質(zhì)和有效磷含量偏低是造成苗圃土壤肥力綜合評價指數(shù)偏低的主要因素，即使表層土的綜合指數(shù)也只有43.87。中層土和下層土只有34.65、32.35?？傮w而言北京市苗圃土壤肥力處于低級水平，急需提高土壤肥力。

圖1 土壤綜合肥力指數(shù)頻率分布Fig. 1 Frequency distribution of comprehensive fertility index in soil

表7 土壤主要肥力指標評價結(jié)果Tab. 7 Evaluation results of main soil fertility indexes in soil

3.5 土壤肥力主成分分析

土壤肥力是土壤質(zhì)量的核心，是土壤維持生產(chǎn)力、為苗木提供營養(yǎng)的保障。土壤肥力質(zhì)量評價是土壤質(zhì)量研究的基礎(chǔ)和核心內(nèi)容，土壤肥力質(zhì)量評價可為土壤的整治、規(guī)劃和科學管理提供依據(jù)。通過對肥力各項指標進行主成分分析，可以用較少的指標反映出整體狀況，進而確定影響肥力的關(guān)鍵因素，該方法對土壤質(zhì)量的評價結(jié)果更加符合客觀實際，是一種科學合理的土壤質(zhì)量評價方法。

通過數(shù)據(jù)處理得出各變量間的相關(guān)系數(shù)矩陣R（表8），可看出5種主要肥力指標間存在一定的相關(guān)性，其中堿解氮和有機質(zhì)的相關(guān)性最強為0.8088，這是由于巖石礦物中不含氮素，土壤中的氮主要來源于生物，有機質(zhì)是自然土壤氮素的主要來源，土壤中的堿解氮和有機質(zhì)含量變化呈現(xiàn)相似性（成兆文等，2015）；其次為堿解氮和有效磷為0.4408。pH值和堿解氮、有效磷的相關(guān)系數(shù)為負值，表明土壤堿性越強，氮和磷的含量越低。

表8 土壤各項肥力指標間的相關(guān)系數(shù)矩陣Tab. 8 The correlation coefficient matrix of each fertility index in soil

通過主成分分析得知（表9），前3個主成分的累積貢獻率為82.64%，表明3個主成分集中了原始土壤養(yǎng)分5個變量的大部分信息。根據(jù)因子載荷系數(shù)與主成分之間的關(guān)系（表10），可看出土壤養(yǎng)分指標在主成分上的權(quán)重比例不同，主成分1主要受堿解氮、有機質(zhì)、有效磷的權(quán)重影響，主成分2主要反映pH值、堿解氮的權(quán)重，主成分3主要體現(xiàn)速效鉀的權(quán)重影響。

表9 土壤各項肥力指標總方差分析結(jié)果Tab. 9 Results of total variance analysis of various fertility indexes in soil

表10 主成分對應(yīng)的特征向量Tab. 10 Eigenvectors corresponding to principal components

4 結(jié)果與討論

科學地調(diào)查和評價苗圃土壤肥力水平，是苗圃選址、施肥和土壤改良的重要依據(jù)（曾曙才等，2007）。隨著生態(tài)環(huán)境不斷地被破壞和人們對居住環(huán)境的要求不斷提高的矛盾日趨加重，苗木產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將會不斷壯大，所以對土壤苗木基地土壤肥力的研究是苗木產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展的重要內(nèi)容。

土壤肥力水平及其變換趨勢是衡量系統(tǒng)可持續(xù)性的重要指標（葉麗麗等，2010）。通過本次調(diào)查可知，北京地區(qū)苗圃土壤以砂壤土為主，有機質(zhì)含量顯著偏低，堿解氮、有效磷總體偏低，速效鉀偏高，平均容重（1.52 g·cm-3）偏高，通氣孔隙度平均為43.83%，pH值平均為7.95，土壤偏堿性；土壤陽離子交換量平均為12.4 cmol·kg-1，保肥能力中等，土壤總體理化性狀較差，對苗木生長有一定的不利影響。所以如何盡快提高苗圃有機質(zhì)含量，合理增施磷肥是北京市苗圃管理中應(yīng)特別關(guān)注的事項。另外，應(yīng)加強措施，培肥地力，比如苗圃內(nèi)修剪枝條、枯枝落葉全部回田；城市內(nèi)綠地刈割下的生草、枯枝落葉量非常大，可建立某種聯(lián)動機制爭取盡可能用于苗圃還田，挖溝與土混合深埋，或者用于發(fā)酵有機肥料，改良土壤；大型苗木行間種草，可自然生草，也可人工牧草，增加土壤有機物來源；大量增施優(yōu)質(zhì)腐熟有機肥料，快速培肥地力，不使用河泥和重金屬超標的肥料；大中型苗圃宜建立發(fā)酵車間，自行購買優(yōu)質(zhì)原料，采用高溫發(fā)酵的方法生產(chǎn)有機肥料；對于容重偏大的苗圃深翻熟化，改良土壤，綠化苗木很多根系較深，深翻時深度宜達到50～60 cm；對于pH值偏高的苗圃宜采用增施有機肥，使用酸性肥料，空置期用硫磺粉等措施降低土壤pH值。

5 結(jié)論

通過采集苗圃樣地土壤樣品、分析土壤物理性質(zhì)和養(yǎng)分特征、評價土壤肥力得出，北京地區(qū)苗圃土壤較為密實且以砂壤土為主，保肥能力中等，理化性狀較差，肥力總體處于低級水平，不同行政區(qū)之間差異不大，對苗木生長有一定不利影響，在以后的苗圃管理中宜采用如枯枝落葉還田、增施有機肥等比較有針對性的措施改良土壤，以滿足苗木快速健康生長的需要。