基于Nemerow法的大理海东新区木莲引种栽培示范园绿地土壤肥力分析与评价*

邵金平，施莹，周筑，和丽萍

(云南省林业和草原科学院，云南 昆明 650201)

我国的木兰科植物主要分布在东南部及其西南部的广东、广西、四川、云南、贵州等地区，约有11属120种，其中在云南就有9属70种，约占世界总数的1/4，是中国乃至世界木兰科的分布中心。其中，木莲属(ManglietiaBlume)植物世界约40种，中国有27种，占世界种类的67.5%，均是具有很高学术研究价值和景观园林观赏价值的树种。大理是国家历史文化名城，以“风花雪月”独特自然景观吸引国内外游客，尤其是传奇神秘的“上关花”自古闻名于世。据考证，上关花就是国家保护植物滇藏木兰(Yulaniacampbellii)，俗称木莲花。项目于2015年6月选择在大理海东开展植物引种栽培、人工植物群落的建设和营造等科学示范，引入以木莲属为主的木兰科珍、稀、濒、特树种，建设以木莲属树种为特色的专业类公园，通过人工措施加快植被恢复和植物群落的演替进程，在建设区域最终形成具有生态保护、水土保持功能且具有特色景观效果的地带性植被类型。通过因地制宜地科学规划，实施“大理海东新区木莲园引种栽培科技示范”，为海东生态建设做好科技示范，对洱海流域实施重大生态修复工程有重大指导和示范的作用。

良好的生态环境是旅游业发展的基础，随着社会生活水平的提高和科学技术的发展，人们对环境审美观念的需求越来越高，通过植物的引种栽培驯化可以满足人们日益对人居环境的需求[1]，同时，也可以有效地促进城乡绿化，并可以保护和繁育濒临灭绝的植物物种[2-4]。作为绿地系统的重要组成要素，土壤是植物的立地基础和生长介质[5]。土壤肥力是土壤各种基本性质的综合表现，是反映土壤肥沃性的一个重要指标，也是衡量土壤能够提供植物生长发育所需各种养分的能力[6-7]。因此，深入研究大理市海东木莲引种示范园的土壤养分状态，并进行综合评价，对科学利用林地资源、提高示范园土壤肥力及合理经营具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于大理市海东线东端上和村(100°19′11″E、25°41′14″N，海拔2 175 m)，总占地面积18.716 0 hm2，地处横断山脉南端低纬度高海拔地带，主要为喀斯特地貌以及与之相间的谷地坝区和海岸地貌。该地处于典型的亚热带高原季风气候区，年均温度15.1 ℃，≥10 ℃的积温4 661 ℃；无霜期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)，相对湿度为66%；年均日照时数2 276.6 h。研究区土壤主要为红壤。2015年以来，海开委与云南省林业和草原科学院进行科技示范项目合作，在木莲公园引种木莲属植物16～18种、其它木兰科珍稀濒特植物15～20种、红橡树(Quercusrubra)3～4种共3 000株，以期打造国内首个木兰科木莲属珍稀植物引种栽培科技示范园。

1.2 土壤样品的采集

于2020年7月中旬在木莲引种示范园采集木莲栽植绿地、红橡树栽植绿地、道路绿地、公共设施绿地以及高尔夫球场绿地表层土壤(0～30 cm)。为保证采集样品的科学性和代表性，在木莲栽植绿地、红橡树栽植绿地、道路绿地的行道树绿带中选取的采样点为栽种池，在高尔夫球场绿地以及公共设施绿地中选取的采样点均为草坪。每个绿地类型采集15个土壤样品，共采集样品75个。用取土器挖取0～20 cm土层的土样，充分混合后用四分法取500 g左右为一个样品。将样品带回室内，在适当环境条件下风干、碾碎，过 1 mm 筛用于养分含量测定。

1.3 测定指标和方法

照鲍士旦[8]的测定方法测定土壤容重、pH值、有机质、速效态氮、磷、钾和全量的氮、磷、钾等土壤肥力单项指标。

1.4 评价方法与标准

1.4.1 土壤养分含量指标分级标准

参照文献[9-12]中的土壤肥力因子等级标准划分进行土壤肥力单项指标评价，分级标准见表1。

表1 全国第二次土壤普查养分分级标准

1.4.2 土壤养分综合肥力评价方法

本研究选取有机质、速效氮、磷、钾及全量氮、磷、钾共7个土壤养分指标作为评价因子，结合土壤养分分级标准(表2)和修正的内梅罗(Nemerow)指数法[13]对大理海东新区木莲引种栽培示范园绿地土壤进行定量综合肥力评价。首先对所选指标参数进行标准化以消除各参数之间的量纲差别，标准化处理的方法为如下。

表2 土壤肥力分级标准

当Ci≤Sa,即测定值属于极差级别则Pi=Ci/Sa(Sa≤1)。

当Sa

当Sc

当Ci>Sp,即测定值属于良好级别则Pi=3。

式中：Pi为各单项肥力系数，Pi大小直接反映该项肥力指标丰富程度，越高表明该指标越丰富，肥力越高；Ci为指标实际测定值；S为参照第2次全国土壤普查分级标准[11]得到的分级指标(表3)，其中Sa、Sc和Sp分别为差级、中等级和良好级分级标准。

表3 土壤肥力评价指标参考标准值

然后采用Nemerow公式计算土壤综合肥力指数。

1.5 数据处理

采用Spss 13.0软件、Microsoft Excel 2003进行数据分析和图表处理。

2 结果与分析

2.1 木莲引种示范园总体土壤养分状况

示范园土壤 pH值介于7.01～7.34之间，平均值为7.20，整体呈现中性偏碱(表4)；根据土壤养分含量分级标准(表1)及该示范园土壤肥力特征统计分析结果(表4)可得出，有机质平均含量为20.04 g/kg，处于中等偏下水平；全量氮平均含量为1.22 g/kg，处于中等偏上水平；碱解氮平均含量为63.63 mg/kg，处于较缺水平；全量磷平均含量为0.39 g/kg，处于较缺水平；有效磷平均含量为28.25 mg/kg，含量比较丰富，处于中等偏上水平；全量钾平均含量为8.59 g/kg，处于缺乏水平；速效钾平均含量比较丰富，为165.25 mg/kg，处于中等或中等偏上水平。

表4 示范园土壤理化性质特征

土壤变异系数(CV)可用以表示土壤各肥力指标的离散程度，其大小受随机性因素如施肥、耕作措施和土地利用方式等的影响较大，一般可分为3个等级，其中CV<15%为弱变异，75%>CV>15%为中等变异，CV>75%为强变异[9，18]。大理海东木莲引种示范园土壤容重、pH值为弱变异的肥力因子，变异系数分别为4.95%、1.14%，说明该示范园土壤容重、pH值差异不大，相对分布比较均匀；有机质、碱解氮、全氮、全磷、速效钾、全钾为中等变异的肥力因子，变异系数分别为27.65%、46.78%、29.51%、52.21%、36.03%、39.70%，变异系数相对不大，说明示范园土壤中有机质、碱解氮、全氮、全磷、速效钾、全钾含量较为接近；示范园土壤有效磷的变异系数较大，达到76.31%，为强变异性的肥力因子，说明整个示范区的有效磷具有明显的变异性，分布不均匀。

2.2 木莲引种示范园各绿地类型土壤养分状况

根据表1、表5可知：木莲栽植绿地土壤有机质(平均值为21.07 g/kg)处于中等偏下水平，全氮、全磷及全钾分别处于中等、中等偏下及较缺水平，碱解氮处于中等偏下水平，有效磷、速效钾均处于丰富水平；红橡树栽植绿地土壤有机质(平均值为28.58 g/kg)处于中等偏上水平，全氮、全磷及全钾分别处于中等偏下、中等及较缺水平，碱解氮处于中等偏下水平，有效磷、速效钾均处于丰富水平；道路绿地土壤有机质(平均值为15.91 g/kg)处于较缺水平，全氮、全磷及全钾分别处于中等、缺乏及较缺水平，碱解氮、有效磷及速效钾分别处于缺乏、较丰富及中等偏下水平；高尔夫球场绿地土壤有机质(平均值为18.85 g/kg)处于较缺水平，全氮处于较丰富水平，全磷及全钾均处于缺乏水平，碱解氮、有效磷及速效钾分别处于较缺、中等偏下及中等水平；公共设施绿地土壤有机质(平均值为15.81 g/kg)处于较缺水平，全氮及全磷处于缺乏水平，全钾处于极缺乏水平，碱解氮、有效磷及速效钾分别处于缺乏、较丰富及中等偏上水平。综上所述，示范园中木莲栽植绿地和红橡树栽植绿地土壤养分总体较好，道路绿地和高尔夫球场绿地土壤养分一般，公共设施绿地土壤养分相对较差，这与绿地的日常养护和是否施肥有一定的关系。

表5 各绿地类型土壤理化性质特征

2.3 木莲引种示范园土壤肥力综合评价

根据修正的内梅罗(Nemerow)指数法计算的各类型绿地土壤各单项肥力指数(表6)大小排序如下：木莲栽植绿地为有效磷>速效钾>全氮>碱解氮>有机质>全磷>全钾；红橡树栽植绿地为有效磷>速效钾>有机质>碱解氮>全磷>全氮>全钾；道路绿地为全氮>有效磷>有机质>速效钾>全钾>全磷>碱解氮；公共设施绿地为全氮>有机质>有效磷>速效钾>碱解氮>全钾>全磷；高尔夫球场绿地为速效钾>有效磷>有机质>全氮>全磷>碱解氮>全钾；示范区总体绿地土壤各单项肥力指数大小排序为有效磷>速效钾>全氮>有机质>碱解氮>全磷>全钾。

表6 不同类型绿地土壤各单项肥力指标评价结果

根据土壤的综合肥力指数(表7)并对照表2可知：示范园中木莲栽植绿地综合肥力指数平均值为1.54，变化范围在1.43～1.68之间，处于一般肥力水平；红橡树栽植绿地综合肥力指数平均值为1.48，变化范围在1.40～1.58之间，处于一般肥力水平；道路绿地综合肥力指数平均值为0.94，变化范围在0.91～1.01之间，处于一般肥力水平；公共设施绿地综合肥力指数平均值为0.78，变化范围在0.69～0.87之间，处于肥力贫瘠水平；高尔夫球场绿地综合肥力指数平均值为0.98，变化范围在0.94～1.04之间，处于一般肥力水平。

表7 不同类型绿地土壤综合肥力指数

3 讨论与结论

土壤的肥力状况需要借助土壤肥力水平分级标准来进行评价。本研究参照全国第二次土壤普查分级标准对大理木莲引种示范园绿地土壤的养分水平进行评价，并采用改进的Nemerow综合肥力指数评价法，对示范园绿地土壤肥力进行了综合评价。示范园整个区域土壤容重均小于1.6 g/cm3，呈弱变异性，适宜植物生长；示范园土壤有机质、碱解氮、全氮、全磷、速效钾、全钾为中等变异的肥力因子，变异系数相对不大，说明示范园土壤中有机质、碱解氮、全氮、速效钾、全钾含量较为接近，有效磷的变异系数较大，达到76.31%，为强变异性的肥力因子，说明示范区绿地土壤的有效磷具有明显的变异性，分布不均匀。

总体上，示范园土壤样本的容重、pH值均在适宜植物生长的范围内[19]，土壤中有机质及全氮含量处于中等水平，碱解氮、全磷及全钾含量缺乏且为研究区域的肥力主要养分限制因子。有效磷、速效钾含量极为丰富，引起此现象的主要原因可能是在进行木莲及红橡树引种的过程及管护中大量施用过磷酸钙等磷肥和钾肥，导致磷素和钾素在土壤中出现不同程度的富集。

大理海东木莲引种示范园中木莲栽植绿地、红橡树栽植绿地、道路绿地以及高尔夫球场绿地的综合肥力都处于一般水平，公共设施绿地处于贫瘠水平，不同类型综合肥力水平排序为：木莲栽植绿地>红橡树栽植绿地>高尔夫球场绿地>道路绿地>公共设施绿地。研究认为，在以后土壤养护和利用过程中，应根据引种示范园碱解氮、全磷及全钾含量缺乏的特点，进行有针对性的改良，建立科学的土壤培肥调控体系，提高土壤有机质及氮素的含量；针对前期施肥不平衡引起的土壤中速效养分(磷素、钾素)富集等实际问题，有必要根据土壤的肥力现状、地上植被的需肥特性及肥料特点，在原有施肥水平基础上，有针对性地增减相应养分的施用量，确保土壤养分的均衡供给。

研究表明，固氮树种往往能显著增加土壤有机质和土壤氮素[20-22]；固氮植物可通过根系分泌或者凋落物分解而为其他植物提供丰富的可利用氮素，进而促进其他植物的生长，提高生产力，促进植被的次生演替[23]。针对引种示范园有机质及碱解氮含量缺乏的状况，建议引进一些固氮类树种，以增加引种示范园土壤有机质和土壤氮素含量。以便在减少肥料用量的同时，还能达到提高土壤质量及木莲属植物生长力的目的。

本研究采用的内梅罗(Nemerow)指数法不仅能反映单项肥力情况和全面体现综合土壤肥力，还能根据林木生产的养分需求规律调整评价指标，与实际林业生产中的平衡或配方施肥密切联系，可为林地可持续发展经营方案设计和配方施肥技术提供基础数据和参考。