北京市苗圃土壤肥力调查与评价

秦坤坤，贾长城，王亚婷

（北京市地质工程设计研究院，北京 101500）

随着社会经济的发展和人民生活水平的不断提高，人们在不断地追求生活质量及精神品质的提升，对生态条件和居住环境的质量要求也大幅提高（王广军，2006）。在解决国家城镇化建设进程中产生的生态环境问题中，绿化活动起到至关重要的作用。苗圃生产对于保障北京城市绿地苗木供应、百万亩平原造林具有非常重要的意义，苗圃本身也是城市绿化的一部分，其土壤质量对于苗木质量、城市生态也有着直接影响。土壤是农业活动中最基本的生产资料和人类不可或缺的自然资源，它为绿色植物的生长提供养分、水分和物理、化学等条件(颜雄等，2008），因而土壤肥力状况直接决定着苗木的生长发育，更影响着苗木产业的生产效益(张德军等，2011）。本次研究依据北京市苗圃的分布格局和生产规模，选定407个有代表性的苗圃样地，调查土壤的物理性质和养分特征，系统研究了土壤肥力指标状况，并对其进行科学合理的评价，旨在全面准确了解北京市苗圃土壤的肥力情况，为提升苗圃基地土壤肥力状况和苗木生产的持续性发展提供可靠依据。

1 区域概况

苗木能否培育和生长状况与生态环境密切相关，重要的生态环境因子如气候（光、温度、水、气、霜雪等）、地形（海拔高度、坡度、坡向、地貌等）、土壤（成土母质、厚度、质地等）、生物、社会（污染、栽培技术）等。其中温度（热量）、水分、光照、土壤和空气对苗木的生命活动有直接影响，是直接生态因子也称为生存因子。北京地势西北高耸、东南低缓。东部与天津市毗邻，其余均与河北省交界。北京属温带气候，四季分明、春秋短促、冬夏较长。适合一般温带苗木培育，但冬季干冷，有不少苗木需要保护。

土壤是苗木生长发育的基础，苗木从土壤中不断吸收水分和营养物质，供其正常生长发育。土壤质地结构、理化性状、养分水平及微生物组成与苗木生长发育关系密切，其中对苗木影响较大的是土层厚度、土壤质地、土壤酸碱度、土壤肥力及有害盐类浓度等。一般来说土壤含砂量越高，保水能力越差，而土壤中空气（主要是氧气）浓度大，有利于苗木生长发育。北京市大多数地区土壤质地主要为轻壤质；少部分土壤的质地为砂壤质，主要分布在怀柔、密云、延庆、平谷、顺义、通州、大兴和昌平的部分地区；极少部分的中壤质土壤零星分布在延庆、平谷、海淀、顺义和通州等地区；还有极少部分砂质土壤主要分布在大兴区。

2 研究方法

2.1 土壤样品采集

依据北京市苗圃的分布格局和生产规模，选取了覆盖全市所有大型苗圃和全部苗圃类型的407个有代表性的苗圃样地作为研究对象。在每个苗圃基地选取一个典型土壤调查点，分别在深度为0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm按照随机、等量和多点混合的原则，一般采用S形每个层次5点混合采样，并根据苗圃的平面形状做适宜调整。除去枝叶、石子等杂质，用四分法采集土壤样品1.2 kg左右置于干净布袋封装。在中心点分3层采集300 g左右新鲜土壤置于塑料自封袋用来测定土壤质地。在中心点分3层用环刀采集原状土壤并用保鲜膜密封用于测定土壤容重和通气孔隙度等指标。

2.2 土壤样品分析方法

样品测试项目包括407个调查点位的3层土壤样品的容重、pH值、有机质、碱解氮、有效磷和速效钾。随机选取31个点位分别测试每层土壤的通气孔隙度、土壤质地和阳离子交换量。其中土壤容重、通气孔隙度采用环刀法（GB/T 50123－1999）测定；pH值采用电极电位法（LY/T 1239－1999）测定；有机质采用硫酸-重铬酸钾氧化-外加热-容量法（LY/T 1237－1999）测定；碱解氮采用碱解-扩散法（LY/T 1228－2015）测定（李楠等，2017）；有效磷采用盐酸-硫酸浸提-钼锑抗比色法（LY/T 1234－2015）测定；速效钾采用乙酸铵浸提-火焰光度法（LY/T 1232－2015）测定；土壤质地采用密度计法（GB/T 50123－1999）测定；阳离子交换量采用乙酸铵交换-蒸馏-容量法（LY/T 1243－1999）测定。

2.3 土壤肥力评价方法

依据《北京园林绿化用地土壤环境质量调查与评估实施方案》（北京市园林绿化局，2018）和“北京市土壤养分分等定级标准”（土肥工作站，2011）对苗圃土壤养分进行综合分级评价，并根据北京市土壤养分特点和各养分指标在土壤肥力构成中的贡献，确定土壤养分各参评指标权重值（表1）。对测试数据进行统计其平均值、标准差、最大值、最小值、变异系数等，利用SAS数据处理系统进行方差分析和主成分分析。

表1 土壤肥力指标评估标准与权重Tab. 1 Evaluation standard and weight of soil fertility index

按照公式:

式中，I为地块养分综合指数；Fi为第i个指标评分值；Wi为第i个指标的权重。

计算每个评价地块的养分综合指数。根据北京市土壤养分分等定级标准（表2）将土壤养分划分为“极高、高、中、低和极低”共5个等级。

表2 土壤养分等级划分Tab. 2 Classification of soil nutrients

3 结果分析与评价

3.1 苗圃土壤物理性状

土壤肥力主要包括“水、肥、气、热”4个方面，这四大要素直接决定苗木长势和苗木质量。而土壤的物理特性直接决定“水”和“气”的状态，也直接影响“肥”和“热”的状态，是土壤肥力最基础要素。一般通过土壤质地、土壤容重、孔隙度和塑性等指标用于描述土壤物理特性。通过调查发现（表3），在全部31个研究样品中，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%，两者合计达到76.35%；砂粒占比19.21%，黏粒占比4.45%。另外，砂粒和黏粒的变异系数较大，说明这2种组分受外界环境和人为干扰影响较大。

表3 苗圃土壤粒径组成Tab. 3 Soil particle size composition in seedling bases

土壤容重、土粒比重偏高，孔隙度偏小（表4），是属于较为密实的土壤，不利于土壤通气、透水、有效水分贮存和苗木根系生长，需要采用枯枝落叶还田、增施有机肥、深翻等措施提高土壤的孔性，促进苗木健康生长。

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

3.2 苗圃土壤肥力结果

碱解氮能更准确地反映出短期内土壤的氮素供应情况和氮素释放效率；有效磷含量表示在某时期植物可利用磷的多少；钾对苗木生长也起着十分重要的作用，植物所能利用的钾是速效钾，它包括土壤溶液钾及土壤交换性钾，其含量是表征土壤钾素供应状况的重要指标之一（黄晓曦等，2019）；土壤有机质是土壤养分的主要来源，它能提高土壤的保肥能力和缓冲性能，改善土壤的物理性质，其中腐殖质还具有生理活性，促进作物生长发育（张效境等，2018）；而酸碱度直接影响到土壤中养分元素的存在形态和根系吸收的有效性。

通过调查不同层次土壤肥力指标统计发现（表5），苗圃土壤碱解氮、有效磷、速效钾和有机质由上到下含量逐渐降低，表层含量最高主要与施肥有关，碱解氮含量处于一般水平，有效磷含量处于低下水平，速效钾含量处于较高水平，而有机质处于极低水平。另外，3层土壤有效磷含量的变异系数分别达到1.10、1.16和1.41，说明很多苗圃对施用磷肥很不重视；速效钾含量变异系数均超过0.5，表明有部分苗圃对施用钾肥不够重视。有效磷峰值较高，说明有些苗圃土壤有效磷含量较高，这与该地区常年施用磷肥有很大关系。北京市苗圃土壤有机质含量总体来看明显偏低，有的还不到0.2%，显然不适合进行苗圃生产，这类苗圃主要是沙荒地、山地等转向苗圃生产的，由于土壤基础差，很难生产出好的苗木，不适宜继续发展苗木生产，宜于转为绿化用地。苗圃土壤pH值略微偏高，不同层次土壤差异很小，不同地点的变异也很小，这和北京地区成土母质、灌溉水质偏碱性等有关。

表5 土壤主要肥力指标统计结果Tab. 5 Statistical results of main fertility indexes of soil

3.3 不同行政区土壤肥力结果分析

通过分析比较北京市不同行政区5种主要肥力指标的统计结果（表6），可看出昌平、平谷地区的碱解氮含量较高，而朝阳、丰台、海淀区的数值较低，不同区之间差异不大；有效磷是大兴、通州较高，海淀、密云、延庆较低，不同区之间有一定的差异，变异系数达0.18；速效钾含量在不同区之间的差异较大，变异系数达0.38，其中房山、怀柔最大，而平谷、海淀最小；有机质含量是昌平、通州、朝阳较多，而密云、大兴较少；pH值是怀柔最小，通州、大兴最大，不同区的差异不大。

表6 北京部分地区苗圃肥力统计结果Tab. 6 Statistical results of nursery fertility in some areas of Beijing

3.4 土壤综合肥力指数评价

通过分析得出，苗圃土壤综合肥力指数频率分布均为正态分布（图1），分析北京市苗圃土壤综合肥力指数（表7），根据各苗圃3层土壤（0～60 cm）肥力综合指数的平均值可知，土壤肥力极高的苗圃数量为0；肥力高的苗圃有2个，占比0.5%；肥力中等的有21个，占比5.2%；肥力低的有290个，占比71.3%；肥力极低的有94个，占比23.1%。土壤有机质和有效磷含量偏低是造成苗圃土壤肥力综合评价指数偏低的主要因素，即使表层土的综合指数也只有43.87。中层土和下层土只有34.65、32.35。总体而言北京市苗圃土壤肥力处于低级水平，急需提高土壤肥力。

图1 土壤综合肥力指数频率分布Fig. 1 Frequency distribution of comprehensive fertility index in soil

表7 土壤主要肥力指标评价结果Tab. 7 Evaluation results of main soil fertility indexes in soil

3.5 土壤肥力主成分分析

土壤肥力是土壤质量的核心，是土壤维持生产力、为苗木提供营养的保障。土壤肥力质量评价是土壤质量研究的基础和核心内容，土壤肥力质量评价可为土壤的整治、规划和科学管理提供依据。通过对肥力各项指标进行主成分分析，可以用较少的指标反映出整体状况，进而确定影响肥力的关键因素，该方法对土壤质量的评价结果更加符合客观实际，是一种科学合理的土壤质量评价方法。

通过数据处理得出各变量间的相关系数矩阵R（表8），可看出5种主要肥力指标间存在一定的相关性，其中碱解氮和有机质的相关性最强为0.8088，这是由于岩石矿物中不含氮素，土壤中的氮主要来源于生物，有机质是自然土壤氮素的主要来源，土壤中的碱解氮和有机质含量变化呈现相似性（成兆文等，2015）；其次为碱解氮和有效磷为0.4408。pH值和碱解氮、有效磷的相关系数为负值，表明土壤碱性越强，氮和磷的含量越低。

表8 土壤各项肥力指标间的相关系数矩阵Tab. 8 The correlation coefficient matrix of each fertility index in soil

通过主成分分析得知（表9），前3个主成分的累积贡献率为82.64%，表明3个主成分集中了原始土壤养分5个变量的大部分信息。根据因子载荷系数与主成分之间的关系（表10），可看出土壤养分指标在主成分上的权重比例不同，主成分1主要受碱解氮、有机质、有效磷的权重影响，主成分2主要反映pH值、碱解氮的权重，主成分3主要体现速效钾的权重影响。

表9 土壤各项肥力指标总方差分析结果Tab. 9 Results of total variance analysis of various fertility indexes in soil

表10 主成分对应的特征向量Tab. 10 Eigenvectors corresponding to principal components

4 结果与讨论

科学地调查和评价苗圃土壤肥力水平，是苗圃选址、施肥和土壤改良的重要依据（曾曙才等，2007）。随着生态环境不断地被破坏和人们对居住环境的要求不断提高的矛盾日趋加重，苗木产业的发展将会不断壮大，所以对土壤苗木基地土壤肥力的研究是苗木产业持续发展的重要内容。

土壤肥力水平及其变换趋势是衡量系统可持续性的重要指标（叶丽丽等，2010）。通过本次调查可知，北京地区苗圃土壤以砂壤土为主，有机质含量显著偏低，碱解氮、有效磷总体偏低，速效钾偏高，平均容重（1.52 g·cm-3）偏高，通气孔隙度平均为43.83%，pH值平均为7.95，土壤偏碱性；土壤阳离子交换量平均为12.4 cmol·kg-1，保肥能力中等，土壤总体理化性状较差，对苗木生长有一定的不利影响。所以如何尽快提高苗圃有机质含量，合理增施磷肥是北京市苗圃管理中应特别关注的事项。另外，应加强措施，培肥地力，比如苗圃内修剪枝条、枯枝落叶全部回田；城市内绿地刈割下的生草、枯枝落叶量非常大，可建立某种联动机制争取尽可能用于苗圃还田，挖沟与土混合深埋，或者用于发酵有机肥料，改良土壤；大型苗木行间种草，可自然生草，也可人工牧草，增加土壤有机物来源；大量增施优质腐熟有机肥料，快速培肥地力，不使用河泥和重金属超标的肥料；大中型苗圃宜建立发酵车间，自行购买优质原料，采用高温发酵的方法生产有机肥料；对于容重偏大的苗圃深翻熟化，改良土壤，绿化苗木很多根系较深，深翻时深度宜达到50～60 cm；对于pH值偏高的苗圃宜采用增施有机肥，使用酸性肥料，空置期用硫磺粉等措施降低土壤pH值。

5 结论

通过采集苗圃样地土壤样品、分析土壤物理性质和养分特征、评价土壤肥力得出，北京地区苗圃土壤较为密实且以砂壤土为主，保肥能力中等，理化性状较差，肥力总体处于低级水平，不同行政区之间差异不大，对苗木生长有一定不利影响，在以后的苗圃管理中宜采用如枯枝落叶还田、增施有机肥等比较有针对性的措施改良土壤，以满足苗木快速健康生长的需要。