基于Nemerow法的大理海東新區(qū)木蓮引種栽培示范園綠地土壤肥力分析與評價*

邵金平，施瑩，周筑，和麗萍

(云南省林業(yè)和草原科學院，云南 昆明 650201)

我國的木蘭科植物主要分布在東南部及其西南部的廣東、廣西、四川、云南、貴州等地區(qū)，約有11屬120種，其中在云南就有9屬70種，約占世界總數(shù)的1/4，是中國乃至世界木蘭科的分布中心。其中，木蓮屬(ManglietiaBlume)植物世界約40種，中國有27種，占世界種類的67.5%，均是具有很高學術(shù)研究價值和景觀園林觀賞價值的樹種。大理是國家歷史文化名城，以“風花雪月”獨特自然景觀吸引國內(nèi)外游客，尤其是傳奇神秘的“上關(guān)花”自古聞名于世。據(jù)考證，上關(guān)花就是國家保護植物滇藏木蘭(Yulaniacampbellii)，俗稱木蓮花。項目于2015年6月選擇在大理海東開展植物引種栽培、人工植物群落的建設(shè)和營造等科學示范，引入以木蓮屬為主的木蘭科珍、稀、瀕、特樹種，建設(shè)以木蓮屬樹種為特色的專業(yè)類公園，通過人工措施加快植被恢復和植物群落的演替進程，在建設(shè)區(qū)域最終形成具有生態(tài)保護、水土保持功能且具有特色景觀效果的地帶性植被類型。通過因地制宜地科學規(guī)劃，實施“大理海東新區(qū)木蓮園引種栽培科技示范”，為海東生態(tài)建設(shè)做好科技示范，對洱海流域?qū)嵤┲卮笊鷳B(tài)修復工程有重大指導和示范的作用。

良好的生態(tài)環(huán)境是旅游業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，隨著社會生活水平的提高和科學技術(shù)的發(fā)展，人們對環(huán)境審美觀念的需求越來越高，通過植物的引種栽培馴化可以滿足人們?nèi)找鎸θ司迎h(huán)境的需求[1]，同時，也可以有效地促進城鄉(xiāng)綠化，并可以保護和繁育瀕臨滅絕的植物物種[2-4]。作為綠地系統(tǒng)的重要組成要素，土壤是植物的立地基礎(chǔ)和生長介質(zhì)[5]。土壤肥力是土壤各種基本性質(zhì)的綜合表現(xiàn)，是反映土壤肥沃性的一個重要指標，也是衡量土壤能夠提供植物生長發(fā)育所需各種養(yǎng)分的能力[6-7]。因此，深入研究大理市海東木蓮引種示范園的土壤養(yǎng)分狀態(tài)，并進行綜合評價，對科學利用林地資源、提高示范園土壤肥力及合理經(jīng)營具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于大理市海東線東端上和村(100°19′11″E、25°41′14″N，海拔2 175 m)，總占地面積18.716 0 hm2，地處橫斷山脈南端低緯度高海拔地帶，主要為喀斯特地貌以及與之相間的谷地壩區(qū)和海岸地貌。該地處于典型的亞熱帶高原季風氣候區(qū)，年均溫度15.1 ℃，≥10 ℃的積溫4 661 ℃；無霜期230 d；年均降水量1 080 mm，其中86.9%的降水量集中在雨季(6—10月)，相對濕度為66%；年均日照時數(shù)2 276.6 h。研究區(qū)土壤主要為紅壤。2015年以來，海開委與云南省林業(yè)和草原科學院進行科技示范項目合作，在木蓮公園引種木蓮屬植物16～18種、其它木蘭科珍稀瀕特植物15～20種、紅橡樹(Quercusrubra)3～4種共3 000株，以期打造國內(nèi)首個木蘭科木蓮屬珍稀植物引種栽培科技示范園。

1.2 土壤樣品的采集

于2020年7月中旬在木蓮引種示范園采集木蓮栽植綠地、紅橡樹栽植綠地、道路綠地、公共設(shè)施綠地以及高爾夫球場綠地表層土壤(0～30 cm)。為保證采集樣品的科學性和代表性，在木蓮栽植綠地、紅橡樹栽植綠地、道路綠地的行道樹綠帶中選取的采樣點為栽種池，在高爾夫球場綠地以及公共設(shè)施綠地中選取的采樣點均為草坪。每個綠地類型采集15個土壤樣品，共采集樣品75個。用取土器挖取0～20 cm土層的土樣，充分混合后用四分法取500 g左右為一個樣品。將樣品帶回室內(nèi)，在適當環(huán)境條件下風干、碾碎，過 1 mm 篩用于養(yǎng)分含量測定。

1.3 測定指標和方法

照鮑士旦[8]的測定方法測定土壤容重、pH值、有機質(zhì)、速效態(tài)氮、磷、鉀和全量的氮、磷、鉀等土壤肥力單項指標。

1.4 評價方法與標準

1.4.1 土壤養(yǎng)分含量指標分級標準

參照文獻[9-12]中的土壤肥力因子等級標準劃分進行土壤肥力單項指標評價，分級標準見表1。

表1 全國第二次土壤普查養(yǎng)分分級標準

1.4.2 土壤養(yǎng)分綜合肥力評價方法

本研究選取有機質(zhì)、速效氮、磷、鉀及全量氮、磷、鉀共7個土壤養(yǎng)分指標作為評價因子，結(jié)合土壤養(yǎng)分分級標準(表2)和修正的內(nèi)梅羅(Nemerow)指數(shù)法[13]對大理海東新區(qū)木蓮引種栽培示范園綠地土壤進行定量綜合肥力評價。首先對所選指標參數(shù)進行標準化以消除各參數(shù)之間的量綱差別，標準化處理的方法為如下。

表2 土壤肥力分級標準

當Ci≤Sa,即測定值屬于極差級別則Pi=Ci/Sa(Sa≤1)。

當Sa

當Sc

當Ci>Sp,即測定值屬于良好級別則Pi=3。

式中：Pi為各單項肥力系數(shù)，Pi大小直接反映該項肥力指標豐富程度，越高表明該指標越豐富，肥力越高；Ci為指標實際測定值；S為參照第2次全國土壤普查分級標準[11]得到的分級指標(表3)，其中Sa、Sc和Sp分別為差級、中等級和良好級分級標準。

表3 土壤肥力評價指標參考標準值

然后采用Nemerow公式計算土壤綜合肥力指數(shù)。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Spss 13.0軟件、Microsoft Excel 2003進行數(shù)據(jù)分析和圖表處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 木蓮引種示范園總體土壤養(yǎng)分狀況

示范園土壤 pH值介于7.01～7.34之間，平均值為7.20，整體呈現(xiàn)中性偏堿(表4)；根據(jù)土壤養(yǎng)分含量分級標準(表1)及該示范園土壤肥力特征統(tǒng)計分析結(jié)果(表4)可得出，有機質(zhì)平均含量為20.04 g/kg，處于中等偏下水平；全量氮平均含量為1.22 g/kg，處于中等偏上水平；堿解氮平均含量為63.63 mg/kg，處于較缺水平；全量磷平均含量為0.39 g/kg，處于較缺水平；有效磷平均含量為28.25 mg/kg，含量比較豐富，處于中等偏上水平；全量鉀平均含量為8.59 g/kg，處于缺乏水平；速效鉀平均含量比較豐富，為165.25 mg/kg，處于中等或中等偏上水平。

表4 示范園土壤理化性質(zhì)特征

土壤變異系數(shù)(CV)可用以表示土壤各肥力指標的離散程度，其大小受隨機性因素如施肥、耕作措施和土地利用方式等的影響較大，一般可分為3個等級，其中CV<15%為弱變異，75%>CV>15%為中等變異，CV>75%為強變異[9，18]。大理海東木蓮引種示范園土壤容重、pH值為弱變異的肥力因子，變異系數(shù)分別為4.95%、1.14%，說明該示范園土壤容重、pH值差異不大，相對分布比較均勻；有機質(zhì)、堿解氮、全氮、全磷、速效鉀、全鉀為中等變異的肥力因子，變異系數(shù)分別為27.65%、46.78%、29.51%、52.21%、36.03%、39.70%，變異系數(shù)相對不大，說明示范園土壤中有機質(zhì)、堿解氮、全氮、全磷、速效鉀、全鉀含量較為接近；示范園土壤有效磷的變異系數(shù)較大，達到76.31%，為強變異性的肥力因子，說明整個示范區(qū)的有效磷具有明顯的變異性，分布不均勻。

2.2 木蓮引種示范園各綠地類型土壤養(yǎng)分狀況

根據(jù)表1、表5可知：木蓮栽植綠地土壤有機質(zhì)(平均值為21.07 g/kg)處于中等偏下水平，全氮、全磷及全鉀分別處于中等、中等偏下及較缺水平，堿解氮處于中等偏下水平，有效磷、速效鉀均處于豐富水平；紅橡樹栽植綠地土壤有機質(zhì)(平均值為28.58 g/kg)處于中等偏上水平，全氮、全磷及全鉀分別處于中等偏下、中等及較缺水平，堿解氮處于中等偏下水平，有效磷、速效鉀均處于豐富水平；道路綠地土壤有機質(zhì)(平均值為15.91 g/kg)處于較缺水平，全氮、全磷及全鉀分別處于中等、缺乏及較缺水平，堿解氮、有效磷及速效鉀分別處于缺乏、較豐富及中等偏下水平；高爾夫球場綠地土壤有機質(zhì)(平均值為18.85 g/kg)處于較缺水平，全氮處于較豐富水平，全磷及全鉀均處于缺乏水平，堿解氮、有效磷及速效鉀分別處于較缺、中等偏下及中等水平；公共設(shè)施綠地土壤有機質(zhì)(平均值為15.81 g/kg)處于較缺水平，全氮及全磷處于缺乏水平，全鉀處于極缺乏水平，堿解氮、有效磷及速效鉀分別處于缺乏、較豐富及中等偏上水平。綜上所述，示范園中木蓮栽植綠地和紅橡樹栽植綠地土壤養(yǎng)分總體較好，道路綠地和高爾夫球場綠地土壤養(yǎng)分一般，公共設(shè)施綠地土壤養(yǎng)分相對較差，這與綠地的日常養(yǎng)護和是否施肥有一定的關(guān)系。

表5 各綠地類型土壤理化性質(zhì)特征

2.3 木蓮引種示范園土壤肥力綜合評價

根據(jù)修正的內(nèi)梅羅(Nemerow)指數(shù)法計算的各類型綠地土壤各單項肥力指數(shù)(表6)大小排序如下：木蓮栽植綠地為有效磷>速效鉀>全氮>堿解氮>有機質(zhì)>全磷>全鉀；紅橡樹栽植綠地為有效磷>速效鉀>有機質(zhì)>堿解氮>全磷>全氮>全鉀；道路綠地為全氮>有效磷>有機質(zhì)>速效鉀>全鉀>全磷>堿解氮；公共設(shè)施綠地為全氮>有機質(zhì)>有效磷>速效鉀>堿解氮>全鉀>全磷；高爾夫球場綠地為速效鉀>有效磷>有機質(zhì)>全氮>全磷>堿解氮>全鉀；示范區(qū)總體綠地土壤各單項肥力指數(shù)大小排序為有效磷>速效鉀>全氮>有機質(zhì)>堿解氮>全磷>全鉀。

表6 不同類型綠地土壤各單項肥力指標評價結(jié)果

根據(jù)土壤的綜合肥力指數(shù)(表7)并對照表2可知：示范園中木蓮栽植綠地綜合肥力指數(shù)平均值為1.54，變化范圍在1.43～1.68之間，處于一般肥力水平；紅橡樹栽植綠地綜合肥力指數(shù)平均值為1.48，變化范圍在1.40～1.58之間，處于一般肥力水平；道路綠地綜合肥力指數(shù)平均值為0.94，變化范圍在0.91～1.01之間，處于一般肥力水平；公共設(shè)施綠地綜合肥力指數(shù)平均值為0.78，變化范圍在0.69～0.87之間，處于肥力貧瘠水平；高爾夫球場綠地綜合肥力指數(shù)平均值為0.98，變化范圍在0.94～1.04之間，處于一般肥力水平。

表7 不同類型綠地土壤綜合肥力指數(shù)

3 討論與結(jié)論

土壤的肥力狀況需要借助土壤肥力水平分級標準來進行評價。本研究參照全國第二次土壤普查分級標準對大理木蓮引種示范園綠地土壤的養(yǎng)分水平進行評價，并采用改進的Nemerow綜合肥力指數(shù)評價法，對示范園綠地土壤肥力進行了綜合評價。示范園整個區(qū)域土壤容重均小于1.6 g/cm3，呈弱變異性，適宜植物生長；示范園土壤有機質(zhì)、堿解氮、全氮、全磷、速效鉀、全鉀為中等變異的肥力因子，變異系數(shù)相對不大，說明示范園土壤中有機質(zhì)、堿解氮、全氮、速效鉀、全鉀含量較為接近，有效磷的變異系數(shù)較大，達到76.31%，為強變異性的肥力因子，說明示范區(qū)綠地土壤的有效磷具有明顯的變異性，分布不均勻。

總體上，示范園土壤樣本的容重、pH值均在適宜植物生長的范圍內(nèi)[19]，土壤中有機質(zhì)及全氮含量處于中等水平，堿解氮、全磷及全鉀含量缺乏且為研究區(qū)域的肥力主要養(yǎng)分限制因子。有效磷、速效鉀含量極為豐富，引起此現(xiàn)象的主要原因可能是在進行木蓮及紅橡樹引種的過程及管護中大量施用過磷酸鈣等磷肥和鉀肥，導致磷素和鉀素在土壤中出現(xiàn)不同程度的富集。

大理海東木蓮引種示范園中木蓮栽植綠地、紅橡樹栽植綠地、道路綠地以及高爾夫球場綠地的綜合肥力都處于一般水平，公共設(shè)施綠地處于貧瘠水平，不同類型綜合肥力水平排序為：木蓮栽植綠地>紅橡樹栽植綠地>高爾夫球場綠地>道路綠地>公共設(shè)施綠地。研究認為，在以后土壤養(yǎng)護和利用過程中，應(yīng)根據(jù)引種示范園堿解氮、全磷及全鉀含量缺乏的特點，進行有針對性的改良，建立科學的土壤培肥調(diào)控體系，提高土壤有機質(zhì)及氮素的含量；針對前期施肥不平衡引起的土壤中速效養(yǎng)分(磷素、鉀素)富集等實際問題，有必要根據(jù)土壤的肥力現(xiàn)狀、地上植被的需肥特性及肥料特點，在原有施肥水平基礎(chǔ)上，有針對性地增減相應(yīng)養(yǎng)分的施用量，確保土壤養(yǎng)分的均衡供給。

研究表明，固氮樹種往往能顯著增加土壤有機質(zhì)和土壤氮素[20-22]；固氮植物可通過根系分泌或者凋落物分解而為其他植物提供豐富的可利用氮素，進而促進其他植物的生長，提高生產(chǎn)力，促進植被的次生演替[23]。針對引種示范園有機質(zhì)及堿解氮含量缺乏的狀況，建議引進一些固氮類樹種，以增加引種示范園土壤有機質(zhì)和土壤氮素含量。以便在減少肥料用量的同時，還能達到提高土壤質(zhì)量及木蓮屬植物生長力的目的。

本研究采用的內(nèi)梅羅(Nemerow)指數(shù)法不僅能反映單項肥力情況和全面體現(xiàn)綜合土壤肥力，還能根據(jù)林木生產(chǎn)的養(yǎng)分需求規(guī)律調(diào)整評價指標，與實際林業(yè)生產(chǎn)中的平衡或配方施肥密切聯(lián)系，可為林地可持續(xù)發(fā)展經(jīng)營方案設(shè)計和配方施肥技術(shù)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和參考。