自然资源综合观测视角下的土壤肥力评价指标

doi:10.18402/resci.2020.10.12

Abstract

Abstract:

Soil fertility is the basic property and qualitative characteristic of soil, and the establishment of its assessment indicators system is an important support for the comprehensive observation and unified management of natural resources. Based on the bibliometric method, this paper made a statistical analysis of the relevant literature in the CNKI database, summarized the main indicators used by domestic scholars in assessing soil fertility, and discussed three different properties of soil chemistry, soil physics, and soil biology. The results showed that organic matter, total nitrogen and available kalium were important indicators of soil chemical properties, bulk density, soil moisture content and texture were important indicators of soil physical properties, urease, invertase and metabolic quotient were important indicators of soil biological properties. On this basis, guided by the requirements of natural resources comprehensive observation in China, and following the principles of comprehensive, stability, independence and accessibility, the preliminary construction scheme of the soil fertility quality assessment indicators system was proposed, aiming at providing scientific basis for long-term soil resource positioning observation and quality evaluation.

Key words: comprehensive observation of natural resources, soil quality, soil fertility, assessment indicators, soil chemistry, soil physics, soil biology

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Figures/Tables 7

Table 1

Selection rate of soil chemical indicators"

化学指标	定义	文献数量	选用率/%
有机质	指各种存在于土壤中的所有含碳的有机物质	144	89.4
全氮	土壤、肥料或植物中氮素的总量	124	77.0
速效钾	土壤中易被植物吸收利用的钾素	124	77.0
pH	土壤溶液中氢离子浓度的负对数	117	72.7
全磷	土壤、肥料或植物中磷素的总量	96	59.6
速效磷	土壤中易被植物吸收利用的磷素	89	55.3
碱解氮	用碱提取法（包括碱性高锰酸钾法）所测得的土壤中可被植物吸收的氮量	88	54.7
全钾	土壤、肥料或植物中钾素的总量	78	48.4
阳离子交换量	土壤溶液在一定的pH值时,土壤能吸附或代换周围溶液中的阳离子的厘摩尔数,通常以每kg干土所含阳离子的厘摩尔数表示	41	25.5
速效氮	土壤中易被植物根系吸收利用的氮素	32	19.9
有机碳	有机质中的碳素含量	18	11.2
有效铁	能被植物吸收利用的铁元素	18	11.2
有效铜	能被植物吸收利用的铜元素	18	11.2
有效锌	能被植物吸收利用的锌元素	18	11.2
电导率	是土壤中电荷流动难易程度的参数,可反映土壤中的盐分和质地情况	16	9.9
含盐量	土壤中可溶盐的总量,以每kg干土中含有可溶盐的克数表示	15	9.3
缓效钾	被2∶1型层状黏土矿物所固定的钾离子以及黑云母和部分水云母中的钾	14	8.7
有效锰	能被植物吸收利用的锰元素	13	8.1
有效钙	能被植物吸收利用的钙元素	9	5.6
有效镁	能被植物吸收利用的镁元素	8	5.0
有效硼	能被植物吸收利用的硼元素	8	5.0
碳酸钙	一般使用在酸性土壤中用于改良土壤,主要是中和酸碱度,并提高养分有效性	7	4.3
有效钼	能被植物吸收利用的钼元素	3	1.9
有效硫	能被植物吸收利用的硫元素	2	1.2
氧化还原电位	土壤中的氧化态物质和还原态物质在氧化还原电极上达到平衡时的电极电位	2	1.2
盐基饱和度	土壤吸附的交换性盐基离子占交换性阳离子总量的百分率	1	0.6

Table 1

Table 2

The chemical indicators of soil fertility assessment[37,38,39,40]"

编号	类属	化学指标	英文名称	选用理由
H1	有机质	有机质	Organic matter	它含有植物生长所需要的各种营养元素,也是土壤微生物活动的能源,具有保水、保肥和缓冲以及改善土壤物理性质的作用
H2	大量元素	全氮	Total N	反映了土壤氮素的总储量,可衡量土壤氮素供应状况
H3		全磷	Total P	包括速效磷和迟效磷,是衡量土壤磷素供应状况的较好指标
H4		全钾	Total K	反映了土壤钾素的潜在供应能力
H5		碱解氮	Alkali-hydrolyzable N	反映土壤氮素供应状况,作为供氮水平的参考指标
H6		速效磷	Available P	作为合理施用磷肥的重要依据,在土壤诊断和施肥方面具有较大意义
H7		速效钾	Available K	作为合理施用钾肥的重要依据,是土壤钾素的现实供应指标
H8	中量元素	有效钙	Available Ga	对细胞壁的形成和植物根系、根毛的发育具有特别重要作用,植物体内的钙还可以起缓冲作用
H9		有效镁	Available Mg	镁是叶绿素的成分,它是许多种酶的活化剂,促进植物对磷的吸收
H10		有效硫	Available S	硫是蛋白质的成分,在植物呼吸中起重要作用,对植物的生根发育有重要的影响
H11	微量元素	有效铁	Available Fe	参与叶绿素的合成,并参与植物体内的氧化-还原过程
H12		有效锰	Available Mg	参与蛋白质与无机酸的代谢、光合作用中CO₂的同化、碳水化合物的分解等
H13		有效铜	Available Cu	是酶的成分,为呼吸作用的触酶,参与叶绿素的合成以及糖类与蛋白质的代谢
H14		有效锌	Available Zn	参与生长素的形成,对蛋白质的合成起催化作用,促进种子的成熟
H15		有效硼	Available B	参与植物蛋白质的合成、氮素与糖类的代谢,并对根系的发育及果实、种子的形成有影响
H16		有效钼	Available Mo	植物依赖钼进行硝酸还原,共生性生物固氮与蛋白质的合成也不能缺少钼
H17	盐分特性	酸碱度	Potential of Hydrogen	影响土壤微生物的活性,从而对土壤养分的释放、固定和迁移起重要作用,是生物和化学活性的阈值
H18	盐分特性	电导率	Electric conductivity	可反映土壤中的盐分、水分和质地情况
H19	养分保持	阳离子交换量	Cation exchange capacity	代表了土壤可能保持的养分数量,是保持土壤养分的综合指标

Table 2

Table 3

Selection rate of soil physical indicators"

物理指标	定义	文献数量	选用率/%
容重	单位容积原状土壤干土的质量	83	69.2
土壤含水率	土壤中水分的重量与土壤固相物质重量的比值	44	36.7
粘粒含量	单位土壤重量中粒径小于2 μm的土壤颗粒所占百分比	40	33.3
总孔隙度	土壤中孔隙容积所占固相土粒容积的百分比	31	25.8
土壤厚度	土壤自地表向下适宜作物根系生长的厚度	27	22.5
土壤质地	土壤中各粒级占土壤重量的百分比组合	24	20.0
砂粒含量	单位土壤重量中粒径在0.05~2.00 mm的土壤颗粒所占百分比	20	16.7
田间持水量	指降雨或灌溉后,多余的重力水已经排除,渗透水流已降至很低或基本停止时土壤所吸持的水量	16	13.3
毛管孔隙度	单位容积内具有毛细管作用的孔隙所占的百分比	15	12.5
粉粒含量	单位土壤重量中粒径在0.002~0.050 mm的土壤颗粒所占百分比	13	10.8
物理性粘粒	直径小于0.01 mm的土壤颗粒	10	8.3
非毛管孔隙度	非毛管孔隙体积占土壤总体积的百分数,在数值上指土壤总孔隙度与毛管孔隙度的差值	9	7.5
水稳性团聚体	抗水力分散的土壤团聚体	9	7.5
微团聚体	小于0.25 mm的土壤团聚状结构	7	5.8
土壤结构	土壤中不同颗粒的排列和组合形式	7	5.8
饱和导水率	土壤被水饱和时,单位水势梯度下、单位时间内通过单位面积的水量	6	5.0
坡度	地表单元陡缓的程度	5	4.2
地下水埋深	潜水面距地面的距离	5	4.2
障碍层厚度	土壤中障碍层的厚度大小	3	2.5
比重	单位体积干土的重量与同体积水的重量的比值	3	2.5
大团聚体	直径大于0.25 mm的土壤团聚状结构	3	2.5
土壤抗剪强度	土体抵抗剪切破坏的极限强度	3	2.5
土壤贯入阻力	探头贯入土层中所受到的阻力	3	2.5
土壤温度	指地面以下土壤中的温度	2	1.7
团聚体平均质量直径	一定粒级团聚体的重量百分比乘以这一粒级的平均直径,并对乘积求和	2	1.7
石砾含量	单位土壤重量中粒径大于2.0 mm的土壤颗粒所占百分比	2	1.7
毛管持水量	土壤中所能保持的毛管上升水的最大数量	2	1.7
地貌类型	地貌形态成因类型	1	0.8
坡向	坡面法线在水平面上的投影的方向	1	0.8
土壤坚实度	指土粒排列的密实程度	1	0.8
团粒结构	若干土壤单粒粘结在一起形成团聚体的一种土壤结构	1	0.8
饱和持水量	土壤孔隙全部充满水分时的最大含水量	1	0.8

Table 3

Table 4

Table 5

Table 6

Figure 1

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编号	类属	物理指标	英文名称	选取理由
W1	持水特征	土壤含水率	Soil Moisture Content	反映土壤中的水分情况,并通过影响土壤黏结性、黏着性和可塑性进而影响土壤耕性
W2	持水特征	田间持水量	Field Capacity	影响土壤质地、土壤结构和有机质等,黏质土壤、结构良好或富含有机质的土壤,其田间持水量大
W3	质地特征	土壤质地	Texture	土壤质地类型决定着土壤蓄水、导水性,保肥、供肥性,保温、导温性,土壤呼吸、通气性和土壤耕性等
W4	孔隙特性	容重	Bulk Density	反映土壤结构、透气透水性能以及保水能力
W5		总孔隙度	Total Porosity	反映土壤通气、通水和保水,以及贮存土壤有机物的能力
W6		毛管孔隙度	Capillary Porosity	反映土壤保持水分的能力,水分借助毛管引力可快速被植物吸收利用,植物根毛或细菌也可进入毛管孔隙吸收或分解养分
W7	环境条件	土壤厚度	Soil Thicknes	是反映土壤肥力存在和植物生长的重要基础
W8		坡度	Slope	决定土地利用的方式选择,也影响地面水的再分配
W9		地下水埋深	Groundwater Depth	影响土壤的水分利用,地下水能通过支持毛管水的方式供应高等植物的需要
W10		土壤温度	Soil Temperature	影响着植物的生长、发育和土壤的形成
W11	结构和团聚性	水稳性团聚体	Water-Stable Aggregate	反映土壤结构特征,影响土壤中水、肥、气、热和耕作性能,若其稳定性强,可使土壤较长期保持良好孔性,发挥较高的肥力作用

生物学指标	定义	文献数量	选用率/%
水解酶类	酶促底物水解的酶类,主要有脲酶、蛋白酶、转化酶和酸性磷酸酶等	58	36.0
氧化还原酶类	酶促底物氧化还原作用的酶类,主要有脱氢酶和过氧化氢酶等	32	19.9
微生物量碳	指土壤微生物体所含的碳素	28	17.4
微生物量氮	指土壤微生物体所含的氮素	25	15.5
微生物群落及多样性	土壤生态系统中各种相互影响的微生物的总量及物种丰富程度和均一度	23	14.3
碳氮比	植物体内碳水化合物中的碳与氮或土壤和有机肥料中碳与氮的含量比率	11	6.8
微生物量磷	指土壤微生物体所含的磷素	6	3.7
呼吸强度	指单位时间内从单位面积土壤上扩散出来的CO₂量	6	3.7
代谢熵	基础呼吸量与微生物生物量碳的比值	5	3.1
微生物熵	微生物碳与总有机碳的比值	4	2.5
活性氮	指一系列具有高度氧化活性的自由基和硝基类化合物,主要包括氮氧化物和氨等	1	0.6
潜在可矿化氮	潜在可被矿化的氮素	1	0.6
碳磷比	植物体内的碳与磷或土壤和有机肥料中碳与磷的含量比值	1	0.6
凋落物量	定期或不定期从林木凋落的叶、枝、茎秆、树皮、花果等未分解的植物器官或组织的总量	1	0.6

编号	类属	生物指标	英文名称	选用理由
S1	土壤酶类	脲酶	Urease	能酶促土中尿素水解成氨,生成CO₂和NH₃
S2		酸性磷酸酶	Acid phosphatase	水解磷酸基团,促进磷素吸收、转运和供植物吸收利用
S3		转化酶	Invertase	水解蔗糖,产葡萄糖和果糖
S4		过氧化氢酶	Catalase	促进过氧化氢生成O₂和H₂O
S5	微生物生物量	微生物量碳	Microbial biomass C	微生物催化潜力和碳的储存,同时是植物养分的源和库
S6	微生物生物量	微生物量氮	Microbial biomass N	微生物催化潜力和氮的储存,同时是植物养分的源和库
S7	微生物群落及多样性	真菌	Fungus	可分解土壤中糖类、纤维类、果胶和木质素等含碳物质
S8		细菌	Bacteria	分解土壤中纤维,促进土壤元素循环,并且有固氮作用
S9		放线菌	Actinomycetes	能够参与土壤物质的转化,在分解有机物质过程中,除形成简单化合物外,还产生如生长刺激物质、维生素、抗菌素等
S10	微生物活性	呼吸强度	Basal Respiration	评估生物活性
S11		代谢熵	Metabolic quotient	表示微生物量的大小或活性
S12		微生物熵	Microbial quotient	表示微生物量的大小或活性

Soil fertility assessment indicators from the perspective of natural resources comprehensive observation

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