姜彬 尹涵 李春雨 萬(wàn)春陽(yáng) 李家鑫 李賀

【主持人語(yǔ)】黃河流域是我國(guó)北方地區(qū)重要的經(jīng)濟(jì)地帶和生態(tài)屏障，也是維護(hù)我國(guó)生態(tài)安全的關(guān)鍵區(qū)域。推動(dòng)人地系統(tǒng)協(xié)調(diào)與可持續(xù)發(fā)展是“黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展”國(guó)家重大戰(zhàn)略的關(guān)鍵所在，其理論和現(xiàn)實(shí)意義重大。為充分發(fā)揮多學(xué)科交叉融合優(yōu)勢(shì)，實(shí)施黃河流域人地系統(tǒng)協(xié)調(diào)與可持續(xù)發(fā)展科學(xué)計(jì)劃，科學(xué)解析黃河流域人地系統(tǒng)協(xié)調(diào)機(jī)理，尋求流域可持續(xù)發(fā)展途徑，《西北大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）》特組織出版“黃河流域人地系統(tǒng)協(xié)調(diào)與可持續(xù)發(fā)展”專題。本專題旨在揭示黃河流域人與自然演變規(guī)律、診斷黃河流域人地關(guān)系變化特征和問(wèn)題，梳理提出推進(jìn)黃河流域人地系統(tǒng)耦合與可持續(xù)發(fā)展的創(chuàng)新機(jī)制和科學(xué)途徑，從黃河流域土壤肥力評(píng)價(jià)、植被變化、河流健康、污染物排放控制、耦合協(xié)調(diào)、人口和用地變化、旅游經(jīng)濟(jì)發(fā)展、特色保護(hù)類村莊生境選擇及城市群生態(tài)效率等11個(gè)方面展開(kāi)深入探討和研究。希望這些研究成果能夠?yàn)辄S河人地系統(tǒng)科學(xué)研究及實(shí)踐應(yīng)用積累科學(xué)認(rèn)知，并對(duì)有效推進(jìn)黃河流域生態(tài)環(huán)境保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展戰(zhàn)略起到一定的借鑒與引導(dǎo)作用。

【主持人】宋進(jìn)喜 西北大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院院長(zhǎng)，陜西省黃河研究院執(zhí)行院長(zhǎng)，教授，博士生導(dǎo)師；趙新正西北大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院副院長(zhǎng)，教授，博士生導(dǎo)師。

摘要 農(nóng)業(yè)土壤肥力綜合評(píng)價(jià)是黃河支流陜西段渭河流域生態(tài)保護(hù)和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。該文以黃河支流陜西段渭河流域沿岸農(nóng)業(yè)土壤為研究區(qū)域，采集陜西段渭河流域沿岸地區(qū)13個(gè)代表性地點(diǎn)的農(nóng)業(yè)土壤樣品，測(cè)定了土壤pH、電導(dǎo)率、有機(jī)質(zhì)、全鉀、速效鉀、全磷、有效磷、全氮共8個(gè)理化肥力指標(biāo)，以及脲酶、蔗糖酶、過(guò)氧化氫酶3個(gè)生物肥力指標(biāo)。利用主成分分析法和內(nèi)梅羅指數(shù)法，計(jì)算出該地區(qū)土壤肥力綜合指數(shù)，二者相互驗(yàn)證，獲得該地區(qū)土壤肥力質(zhì)量狀況。分析測(cè)試結(jié)果表明：①該地區(qū)土壤pH普遍較高，均值為7.99，呈弱堿性;有機(jī)質(zhì)含量均值為17.295 g／kg;全鉀、全磷和全氮均值為6.17 g／kg、1.06 g／kg和1.27 g／kg;速效鉀和有效磷的含量均值為133.46 mg／kg、16.02 mg／kg。②對(duì)陜西段渭河土壤整體綜合肥力評(píng)價(jià)的結(jié)果，主成分分析法的平均綜合肥力得分為-0.001 5，內(nèi)梅羅指數(shù)法的平均綜合肥力得分為1.342。依據(jù)主成分分析法和內(nèi)梅羅指數(shù)法對(duì)土壤肥力評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)，表明陜西段渭河流域沿岸農(nóng)業(yè)土壤綜合肥力為中等水平，土壤中養(yǎng)分含量適中，能滿足一般農(nóng)作物的生長(zhǎng)需求，適宜作為普通農(nóng)田的種植基地。③肥力影響因素主要為干旱的氣候和所處地理位置，人為因素次之。研究結(jié)果可促進(jìn)渭河流域農(nóng)業(yè)土壤資源利用，對(duì)于保障陜西省糧食安全、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)建設(shè)具有重要意義。

關(guān)鍵詞 渭河流域;農(nóng)業(yè)土壤調(diào)查;主成分分析法;內(nèi)梅羅指數(shù)法;肥力綜合評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào)：X53? DOI：10.16152/j.cnki.xdxbzr.2024-03-005

Comprehensive evaluation of agricultural soil fertility along the Weihe River Basin in Shaanxi Province， a tributary of the Yellow River

JIANG Bin1，2，3， YIN Han1， LI Chunyu1， WAN Chunyang1， LI Jiaxin1， LI He1

（1.Shaanxi Key Laboratory of Earth Surface System and Environmental Carrying Capacity，College of Urban and Environmental Sciences，Northwest University， Xian 710127， China；2.College of Carbon Neutrality， Northwest University， Xian 710127， China;3.Yellow River Institute of Shaanxi Province， Northwest University，? Xian 710127， China）

Abstract The comprehensive evaluation of agricultural soil fertility is an important link for ecological protection and sustainable agricultural development in the Weihe River Basin of the Shaanxi section of the Yellow River tributary. In this study， the Weihe River Basin of Shaanxi Province is taken as an example，? as the research area. Agricultural soil samples are collected from 13 representative locations along the Weihe River Basin in Shaanxi Province. Eight physical and chemical fertility indicators are measured， including soil pH， electrical conductivity， organic matter， total potassium， available potassium， total phosphorus， available phosphorus， and total nitrogen， as well as three biological fertility indicators， namely urease， sucrase and catalase.Using principal component analysis （PCA） and Nemerow index method（Nemerow ）， a composite index of soil fertility in the area is calculated and the two are validated against each other to arrive at a qualitative status of soil fertility in the area.The analysis and testing results indicate that： ① The soil pH in this area is generally high， with a mean value of 7.99 and weak alkalinity. The mean content of organic matter is 17.295 g／kg， while the mean contents of total potassium， total phosphorus， and total nitrogen are 6.17 g／kg， 1.06 g／kg， and 1.27 g／kg， respectively.? The mean contents of available potassium and available phosphorus are 133.46 mg／kg and 16.02 mg／kg， respectively. ② The results of comprehensive fertility assessment of Weihe River soil in Shaanxi Province indicate that the average fertility score by PCA is-0.001 5， while the average comprehensive fertility score using Nemerow index method is 1.342. Based on the criteria for soil fertility evaluation using principal component analysis and Nemerow index method， it shows that the agricultural soil in the Weihe River Basin in Shaanxi has a moderate level of comprehensive fertility， with moderate nutrient content in the soil that can meet the growth requirements of general crops， making it suitable as a planting base for ordinary farmland. ③ The main factors affecting fertility are arid climate and geographical location， followed by human factors. This study promotes the utilization of agricultural soil resources in the Weihe River Basin and has important research significance for ensuring food security， economic development， and ecological construction in Shaanxi Province.

Keywords Weihe River Basin; agricultural soil survey; principal component analysis method; Nemerow index method; comprehensive evaluation of fertility

農(nóng)業(yè)土壤狀況關(guān)乎糧食安全、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)建設(shè)，河流沿岸的土壤常受到河流水質(zhì)以及周邊環(huán)境的影響。目前，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者研究聚焦于渭河沿岸土壤現(xiàn)狀調(diào)查，如渭河沿岸護(hù)堤地土壤改良技術(shù)探索及研究［1］，渭河干流沿岸土壤有機(jī)質(zhì)空間分布特征及其影響因素［2］，以及渭河西安段沿岸土壤重金屬化學(xué)形態(tài)及其潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)［3］，然而對(duì)于陜西段渭河流域沿岸農(nóng)業(yè)土壤綜合肥力的研究鮮有報(bào)道?？陀^、科學(xué)地了解與掌握我國(guó)土壤肥力水平，是保障我國(guó)糧食安全與可持續(xù)發(fā)展的重要前提。因此，需要對(duì)黃河支流陜西段渭河流域沿岸農(nóng)業(yè)土壤綜合肥力進(jìn)行更為明晰的系統(tǒng)研究與分析。

土壤綜合肥力是對(duì)土壤物理、化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)的綜合評(píng)價(jià)［4］，評(píng)價(jià)方法較多，如關(guān)聯(lián)度法［5］、聚類分析法［6］、內(nèi)梅羅指數(shù)法［7］、主成分分析法［8］和模糊綜合評(píng)價(jià)法［9］等。選擇土壤綜合肥力方法應(yīng)使評(píng)價(jià)結(jié)果能客觀地反映土壤肥力水平的真實(shí)差異性，且選擇的土壤肥力評(píng)價(jià)方法要最大限度地保證土壤肥力的信息得到最充分的利用。其中，主成分分析法（pincipal component analysis，PCA）能夠客觀反映土壤肥力狀況，是土壤綜合肥力定量評(píng)價(jià)中應(yīng)用較廣泛的數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，但受樣本量和變量個(gè)數(shù)的限制，可能會(huì)導(dǎo)致提取的主成分不具有代表性，且人為影響較大［8］。內(nèi)梅羅指數(shù)法（Nemerow index method，Nemerow）既能兼顧各影響因素的均值，又能突出其最重要的因素，能有效地消除權(quán)重系數(shù)中的主觀影響，但會(huì)受到極端值的影響，且對(duì)于土壤肥力的評(píng)價(jià)描述是非連續(xù)性的［7］。因此，若使用能夠優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的上述兩種評(píng)價(jià)方法，既可以消除土壤中變量間的相互影響，又可消除人為主觀性，而其他方法交叉使用很難達(dá)到此效果。此外，這兩種方法對(duì)農(nóng)業(yè)土壤的綜合肥力評(píng)價(jià)結(jié)果以數(shù)值得分的形式呈現(xiàn)，能更加清晰直觀地分析整體與各地區(qū)土壤狀況。目前已有研究運(yùn)用這兩種方法對(duì)城市土壤重金屬污染進(jìn)行分析［10］，但尚未將此兩種方法結(jié)合運(yùn)用到土壤綜合肥力評(píng)價(jià)的研究。將這兩種評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)比，相互驗(yàn)證，能夠更準(zhǔn)確地表征土壤綜合肥力情況，這對(duì)于渭河流域農(nóng)業(yè)土壤資源利用非常重要，值得開(kāi)展系統(tǒng)的研究。

基于此，本研究以黃河支流陜西段（從寶雞市金臺(tái)區(qū)到渭南市大荔縣）渭河流域沿岸農(nóng)業(yè)土壤為研究對(duì)象，沿著渭河共設(shè)置13個(gè)農(nóng)業(yè)土壤樣點(diǎn)，選取土壤理化肥力指標(biāo)以及生物肥力指標(biāo)［11］，采用主成分分析法以及內(nèi)梅羅指數(shù)法兩種方法雙重驗(yàn)證，獲得土壤綜合肥力指數(shù)以及土壤綜合肥力評(píng)價(jià)的結(jié)果。本研究對(duì)于推進(jìn)渭河流域農(nóng)業(yè)土壤資源利用和渭河周邊地區(qū)生態(tài)建設(shè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，以及保障整個(gè)陜西省以致國(guó)家糧食安全有重要研究意義。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

渭河流域（107°40′E ～ 109°49′E，33°42′N ～ 34°45′N）地處中國(guó)中部地區(qū)， 是黃河的最大支流， 干流全長(zhǎng)約為818 km， 流域面積約為13. 47×104 km2， 流經(jīng)甘肅天水市、 陜西中部（主要包括寶雞、 咸陽(yáng)、 西安、 渭南），地勢(shì)表現(xiàn)為南北高、 中間低。 該地區(qū)地形起伏較大，地形復(fù)雜， 是典型的暖溫、 半干旱大陸性季風(fēng)氣候區(qū)。 從東南到西北， 該區(qū)域的降水呈明顯的梯度變化趨勢(shì)， 其中南部秦嶺地區(qū)降水豐富， 年降水量最大超過(guò)1 000 mm， 其中河套平原的年降水量約為500 mm。 渭河流域氣溫年較差較大［12］，最低溫度為-3～-1 ℃，而最高溫度可達(dá)23～26 ℃。渭河兩岸土壤主要為近代河流的沖積物及重積物［13］，土壤熟化程度較高，渭河流域的主要土壤類型為黃土，主要土地利用類型是耕地，約占50％。本次調(diào)查的樣點(diǎn)分布如圖1所示，用ArcGIS 10.2編制。

1.2 土壤采集與分析

以陜西省渭河流域?yàn)檠芯繉?duì)象，按照土地利用狀況、土壤類型和縣級(jí)行政區(qū)劃分樣點(diǎn)，初步確定采樣點(diǎn)。2023年10月，通過(guò)GPS進(jìn)行精密定位，獲取樣點(diǎn)的經(jīng)緯度，采用三點(diǎn)采樣方法，去除土壤表面雜物，采集0～20 cm范圍內(nèi)的農(nóng)業(yè)土壤表層，采集13處具有代表性的土壤樣地：金臺(tái)區(qū)（107°09′75″E，34°37′43″N）（L1）、陳倉(cāng)區(qū)（107°37′16″E，34°34′12″N）（L2）、眉縣（107°79′72″E，34°28′19″N）（L3）、楊凌區(qū)（108°12′02″E，34°22′64″N）（L4）、武功縣（108°26′75″E，34°20′67″N）（L5）、興平市（108°46′04″E，34°21′32″N）（L6）、秦都區(qū)（108°66′86″E，34°27′24″N）（L7）、未央?yún)^(qū)（108°80′17″E，34°35′40″N）（L8）、高陵區(qū)（109°12′98″E，34°46′38″N）（L9）、臨潼區(qū)（109°33′85″E，34°52′58″N）（L10）、臨渭區(qū)（109°57′09″E，34°51′54″N）（L11）、華州區(qū)（109°72′59″E，34°57′83″N）（L12）、大荔縣（109°92′49″E，34°64′36″N）（L13）。采樣點(diǎn)均選在距離河岸50 m的范圍內(nèi)，每個(gè)采樣點(diǎn)選擇3個(gè)樣方，相距5 m左右，每個(gè)樣方取土樣500 g。土壤樣品的采集、處理和貯存參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)NY／T1121.1—2006。直接使用鮮土進(jìn)行培養(yǎng)，用于測(cè)定土壤生物肥力相關(guān)指標(biāo);在自然干燥條件下，去除土壤中的水分，清除根系、石塊等雜物，碾磨后過(guò)篩（1 mm），進(jìn)行土壤理化、肥力等有關(guān)參數(shù)的測(cè)試。

pH值測(cè)量采用pH計(jì)（上海佑科P901）測(cè)定;電導(dǎo)率測(cè)量采用電導(dǎo)率儀（水／土比例為5∶1）測(cè)定;有機(jī)質(zhì)測(cè)量采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測(cè)定;全鉀及全磷采用堿熔法;速效鉀采用1 mol／L NH4OAc浸提-火焰光度法;有效磷采用 NaHCO3浸提-鉬銻抗分光光度法;全氮測(cè)定采用半微量凱氏定氮法。土壤酶活性的測(cè)定，用KMnO4滴定法測(cè)定土壤中的H2O2酶;用3，5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定土壤中的蔗糖酶;用苯酚納-次氯酸鈉比色法測(cè)定土壤中的脲酶。上述方法參照《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》［14］。

1.3 評(píng)價(jià)方法

1.3.1 主成分分析法

應(yīng)用Excel 2021和SPSS 27.0軟件對(duì)所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析［15］。運(yùn)用SPSS軟件，對(duì)每一個(gè)參評(píng)的土壤指數(shù)進(jìn)行因子分析，得到其主成分的特征值和特征向量。在此基礎(chǔ)上，將特征值>1選取為關(guān)鍵主成分，計(jì)算其得分并運(yùn)用綜合評(píng)分的方法，可得各個(gè)采樣點(diǎn)的土壤肥力綜合分值（IFI，式中以IIFI來(lái)表示）［16］。其計(jì)算公式為

IIFI=λ1F1+λ2F2+…λmFm（1）

式中：F表示單個(gè)主成分得分;λ表示對(duì)應(yīng)主成分的貢獻(xiàn)率，綜合反映了土壤肥力狀況，也是進(jìn)行土壤肥力等級(jí)劃分的依據(jù)。

1.3.2 內(nèi)梅羅指數(shù)法

采用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件，首先對(duì)各個(gè)指標(biāo)之間的相關(guān)性進(jìn)行了研究分析，并且采用Microsoft Excel 2021軟件制圖。本實(shí)驗(yàn)采用了改良的內(nèi)梅羅指數(shù)法［17］。改良后的內(nèi)梅羅指數(shù)法公式為

P=（i）2+（Pimin）22×n-1n（2）

式中： P代表土壤肥力指標(biāo)的綜合評(píng)估指標(biāo)； i代表各肥力指標(biāo)的均值； Pimin代表各肥力指標(biāo)的最低值； n是參加土壤肥力評(píng)價(jià)的各項(xiàng)指標(biāo)的數(shù)量。 將土壤肥力劃分出4個(gè)等級(jí)： P<1.0為差， 1.0≤P<1.5為中等， 1.5≤P≤2.0為良， P≥2.0為優(yōu)。

土壤指標(biāo)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。Pi表示為土壤肥力系數(shù)，Ci表示該指數(shù)的測(cè)量值，X表示該指數(shù)的分類標(biāo)準(zhǔn)（Xa表示“差”，Xb表示“中等”，Xc表示“良好”）：

優(yōu)級(jí)：Ci>Xc時(shí)，土壤肥力指數(shù)Pi=3

良級(jí)：Xb

中級(jí)：Xa

差級(jí)：Ci≤Xa時(shí)，土壤肥力指數(shù)Pi=Ci／Xa（Pi≤1）

1.4 數(shù)據(jù)處理

所得數(shù)據(jù)使用Microsoft Excel 2021進(jìn)行歸納整理，采用SPSS 27.0軟件對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，得到平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)、Person相關(guān)分析等描述統(tǒng)計(jì)值。并通過(guò)Origin 2018及ArcGIS 10.2對(duì)其進(jìn)行了作圖分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤養(yǎng)分的描述性統(tǒng)計(jì)分析

為考察土壤的物理化學(xué)性狀，對(duì)土壤進(jìn)行了均值、中位數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差等描述性統(tǒng)計(jì)分析，研究結(jié)果如表2所示。檢測(cè)土壤的變異系數(shù)（CV）以研究土壤的空間變異性。CV≤10％為變異性小，10％

2.2 土壤養(yǎng)分的空間分布狀況

陜西段渭河流域農(nóng)業(yè)土壤養(yǎng)分的空間分布情況見(jiàn)圖2。由圖2可知，渭河流域沿岸土壤pH的變化差異相對(duì)較小，其范圍為7.66～8.20，說(shuō)明該地區(qū)土壤主要表現(xiàn)為弱堿性土壤，渭河流域沿岸氣候較為干旱，土壤堿性較強(qiáng)。pH是影響土壤農(nóng)作物生長(zhǎng)的重要指標(biāo)，過(guò)高或過(guò)低都不利于農(nóng)作物的生長(zhǎng)發(fā)育，弱堿性土壤可以滿足一般的農(nóng)作物生長(zhǎng)需求，對(duì)渭河流域沿岸農(nóng)業(yè)發(fā)展無(wú)不利影響。土壤電導(dǎo)率范圍為51.60～149.30 μs／cm，依據(jù)土壤電導(dǎo)率分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)［22］，電導(dǎo)率相對(duì)較低，通過(guò)電導(dǎo)率可以衡量土壤的水溶性鹽濃度，說(shuō)明渭河流域沿岸土壤的水溶性鹽濃度不高，適宜種植對(duì)含鹽度要求較低的農(nóng)作物。土壤有機(jī)質(zhì)含量是衡量土壤肥力的一個(gè)重要指標(biāo)。土壤有機(jī)質(zhì)的含量除受生物因子如微生物和枯落物的影響外［23］，還會(huì)受氣象因子和施肥措施的影響［24］。渭河流域沿岸農(nóng)業(yè)土壤有機(jī)質(zhì)含量整體處于中等水平，其范圍為8.19～23.59 g／kg，各地區(qū)之間的有機(jī)質(zhì)含量相對(duì)差異較大。渭河南岸土壤有機(jī)質(zhì)平均含量略高于北岸，這與渭河沿岸土壤有機(jī)質(zhì)［25］的研究結(jié)果一致。由于渭河流域南北兩側(cè)地貌特征差異［26］的影響，寄存土壤養(yǎng)分的能力不同，導(dǎo)致北岸土壤有機(jī)質(zhì)含量略低。土壤全鉀含量處于中等水平，含量范圍為3.51～9.68 g／kg;土壤速效鉀含量相對(duì)豐富，其范圍為45.31～137.41 mg／kg;全磷含量為0.89～1.30 g／kg，均值處于優(yōu)秀水平;有效磷含量為1.80～39.57 mg／kg，均值處于優(yōu)秀水平;全氮的含量為0.031～3.255 g／kg，均值處于優(yōu)秀水平，上述指標(biāo)參照表1劃分。結(jié)果表明，渭河流域沿岸農(nóng)業(yè)土壤的氮、磷、鉀等相關(guān)營(yíng)養(yǎng)元素都處于較好及以上水平，可能因?yàn)椴蓸拥牡貐^(qū)都屬于主要的農(nóng)作區(qū)，對(duì)氮、磷、鉀等肥料的施用量較多，有利于這些營(yíng)養(yǎng)元素的積累。

2.3 土壤養(yǎng)分的相關(guān)性分析

所測(cè)量的農(nóng)業(yè)土壤養(yǎng)分各指標(biāo)質(zhì)量比的相關(guān)性分析［27］如表3所示。土壤電導(dǎo)率與有機(jī)質(zhì)、速效鉀、全氮、脲酶、過(guò)氧化氫酶、蔗糖酶呈顯著正相關(guān);有機(jī)質(zhì)和全鉀、速效鉀、全磷、全氮、過(guò)氧化氫酶呈顯著正相關(guān);全鉀和全磷、有效磷呈正相關(guān);速效鉀和全磷、全氮、脲酶、過(guò)氧化氫酶、蔗糖酶呈正相關(guān);全磷和有效磷、過(guò)氧化氫酶、蔗糖酶呈正相關(guān);全氮和脲酶、過(guò)氧化氫酶、蔗糖酶呈正相關(guān);脲酶和過(guò)氧化氫酶、蔗糖酶呈正相關(guān);過(guò)氧化氫酶和蔗糖酶呈正相關(guān)。土壤有機(jī)質(zhì)與其他肥力指數(shù)之間的相關(guān)性較強(qiáng)，表明土壤有機(jī)質(zhì)含量受到其他養(yǎng)分因子的顯著影響。綜上所述，渭河流域土壤肥力指標(biāo)之間存在較強(qiáng)的相關(guān)性，有利于土壤肥力的評(píng)價(jià)。

2.4 基于主成分分析的土壤肥力評(píng)價(jià)

由表4得到農(nóng)業(yè)土壤肥力，第1主成分［28］（PC1）特征值為4.889，第2主成分（PC2）特征值為2.302，第3主成分（PC3）特征值為1.279。結(jié)果表明，第1主成分相對(duì)于其他主成分的影響最大。3個(gè)主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率分別達(dá)到44.448％、65.377％和77.003％。由于選取的3個(gè)主成分的最大貢獻(xiàn)率大于70％，因此其所包含的信息可以替代原來(lái)的數(shù)據(jù)信息，說(shuō)明用這3個(gè)主成分作為綜合變量對(duì)渭河流域各個(gè)樣點(diǎn)進(jìn)行土壤養(yǎng)分狀況的評(píng)估，具有較好的合理性和準(zhǔn)確性。方差貢獻(xiàn)率（b）分別為44.448％、20.909％和11.626％。方差貢獻(xiàn)率是分析各因子作用大小的程度，公共因子對(duì)每一分量提供的方差的總和，是計(jì)算主成分分析結(jié)果的重要數(shù)據(jù)。

根據(jù)主成分計(jì)算公式［29］，可得到3個(gè)主成分與原11項(xiàng)指標(biāo)的線性組合函數(shù)表達(dá)式

F1=-0.068X1+0.296X2+0.572X3+0.296X4+0.883X5+0.527X6+0.186X7+0.766X8+0.707X9+0.881X10+0.812X11（3）

F2=-0.381X1+0.147X2+0.481X3+0.753X4+0.04X5+0.665X6+0.706X7+0.362X8+0.487X9+0.036X10+0.16X11（4）

F3=-0.865X1+0.004X2+0.239X3+0.069X4+0.097X5+0.168X6+0.573X7+0.063X8+0.032X9+0.201X10+0.239X11（5）

用標(biāo)準(zhǔn)化后的11個(gè)養(yǎng)分指標(biāo)數(shù)據(jù)代入公式（3）、（4）和（5）可以求出所有樣本點(diǎn)在3個(gè)主成分上得到的分?jǐn)?shù)。再根據(jù)F=∑biF1=b1F1+b2F2+…+biF1（b為方差貢獻(xiàn)率），由此得出一個(gè)函數(shù)的表達(dá)式

F綜=0.444 48F1+0.2-909F2+0.116 26F3（6）

由式（6）進(jìn)而求得渭河流域各采樣地點(diǎn)的綜合得分F綜。

由圖3可知，得分最高的是高陵區(qū)（L9），綜合得分為2.520，得分最低的是華州區(qū)（L12），綜合得分為-2.500。綜合得分越高，說(shuō)明該地土壤肥力越好。L9的各項(xiàng)土壤肥力指標(biāo)均處于前列，且作為關(guān)鍵的有機(jī)質(zhì)以及氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素也處于很高的水平。而L12肥力綜合得分低，因?yàn)槠涓黜?xiàng)成分含量均處于后列，關(guān)鍵成分的含量也處于低水平，土壤有機(jī)質(zhì)含量不高，且3種酶的含量均較低。渭河流域各采樣點(diǎn)土壤綜合肥力總體得分范圍-2.500～2.520，平均分值-0.001 5，依據(jù)主成分分析法評(píng)價(jià)土壤的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)［29］，表明黃河支流陜西段渭河流域沿岸農(nóng)業(yè)土壤整體肥力為中等水平。土壤肥力從高到低依次為高陵區(qū)（L9）>陳倉(cāng)區(qū)（L2）=眉縣（L3）>大荔縣（L13）>未央?yún)^(qū)（L8）>秦都區(qū)（L7）>楊凌區(qū)（L4）>金臺(tái)區(qū)（L1）>興平市（L6）>臨渭區(qū)（L11）>武功縣（L5）>臨潼區(qū)（L10）>華州區(qū)（L12）。

2.5 基于內(nèi)梅羅指數(shù)法的土壤肥力評(píng)價(jià)

根據(jù)土壤肥力綜合評(píng)價(jià)得分［30］結(jié)果可知，所調(diào)查的13個(gè)點(diǎn)位的土壤綜合肥力指數(shù)（P）［31］變幅在0.825～1.614之間， 平均值為1.342， 依據(jù)表1對(duì)土壤指標(biāo)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值以及內(nèi)梅羅指數(shù)的評(píng)價(jià)方法，得到黃河支流陜西段渭河流域沿岸農(nóng)業(yè)土壤的總體肥力水平為中等水平，不同地區(qū)農(nóng)業(yè)土壤綜合肥力有差異。得分最高的為陳倉(cāng)區(qū)（L2），得分為1.614。得分最低的為華州區(qū)（L12），得分為0.825。按照內(nèi)梅羅指數(shù)法得到的土壤肥力綜合評(píng)價(jià)得分，從高到低依次為陳倉(cāng)區(qū)（L2）>未央?yún)^(qū)（L8）>秦都區(qū)（L7）>大荔縣（L13）>高陵區(qū)（L9）>楊凌區(qū)（L4）>眉縣（L3）>武功縣（L5）>興平市（L6）>臨渭區(qū)（L11）>金臺(tái)區(qū)（L1）>臨潼區(qū)（L10）>華州區(qū)（L12）。由此可以看出，渭河流域各采樣點(diǎn)農(nóng)業(yè)土壤肥力差異較大。造成肥力產(chǎn)生差異的原因一方面是由于所處的地理位置條件導(dǎo)致。以整體領(lǐng)域來(lái)看，相較于渭河沿岸下游，中上游的土壤肥力相對(duì)較高，海拔相對(duì)高，形成比較封閉穩(wěn)定的土壤環(huán)境［32］，土壤中營(yíng)養(yǎng)元素受地勢(shì)影響較大，人類活動(dòng)對(duì)土壤養(yǎng)分的影響比較小，使得養(yǎng)分在土壤中的分解與損失程度較低。另一方面是由于各地區(qū)施肥品種與數(shù)量有所不同。各采樣點(diǎn)肥力水平相差較大，可能與不同的耕作方式、當(dāng)?shù)胤N植的主要作物種類、品種和人為施肥等因素有關(guān)［33］。

2.6 綜合評(píng)價(jià)

用主成分分析法和內(nèi)梅羅指數(shù)法兩種分析方法，得到的對(duì)于黃河支流陜西段渭河流域沿岸農(nóng)業(yè)土壤整體肥力評(píng)價(jià)的結(jié)果均為中等，且得分最低的地區(qū)均為華州區(qū)（L12）。這兩種分析方法對(duì)于各地區(qū)的評(píng)價(jià)有所差異，可能是由于其分別所采用的主要因子有差異。主成分分析法更看重樣本中提取的主成分，而內(nèi)梅羅指數(shù)法更看重各種參數(shù)的平均狀況。但將兩種方法評(píng)價(jià)的結(jié)果進(jìn)行均分，分為前7名與后6名兩部分，前7名雖排名略有差距，但都位于前7名的范疇內(nèi)，后6名亦然，證明了兩種結(jié)果交叉使用的可靠性。此外，對(duì)于陳倉(cāng)區(qū)（L2），主成分分析法分析結(jié)果排名第2，內(nèi)梅羅指數(shù)法分析結(jié)果排名第1，說(shuō)明該地區(qū)的人為影響因素較小，兩種方法分析的結(jié)果排名無(wú)較大影響。相反，對(duì)于高陵區(qū)（L9），主成分分析法分析結(jié)果排名第1，內(nèi)梅羅指數(shù)法分析結(jié)果排名第5，說(shuō)明人為因素影響較大，可能是由于土壤中的部分指標(biāo)處于極端值，導(dǎo)致分析結(jié)果存在較大差異。

在播種之前，可以采用機(jī)械深松、深松等措施，改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤肥力。種植時(shí)覆膜或秸稈覆蓋能改善土壤滲透性，并能有效地阻止土壤蒸發(fā)，增加土壤有機(jī)質(zhì)含量。可使用農(nóng)家肥或菌肥，提高土壤中各項(xiàng)酶的含量與活性，提高土壤肥力，改善土壤理化性質(zhì)。在未來(lái)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，要結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際，適當(dāng)?shù)厥┯酶黝惢?，加?qiáng)對(duì)耕地資源和生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。要根據(jù)實(shí)際情況，按照“該退必退”的原則，在保證耕地質(zhì)量良好穩(wěn)定的前提下，走出一條綠色、優(yōu)質(zhì)、高效，有地方特色的農(nóng)業(yè)發(fā)展之路。根據(jù)氣候、土壤類型和自然條件，采取多種措施，并結(jié)合黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展戰(zhàn)略，充分提高陜西段渭河流域農(nóng)業(yè)土壤的綜合肥力，以保障糧食生產(chǎn)的質(zhì)量與數(shù)量，從而保障陜西省乃至整個(gè)國(guó)家的糧食安全。

3 結(jié)語(yǔ)

本研究通過(guò)采集黃河支流陜西段渭河流域沿岸農(nóng)業(yè)土壤地區(qū)13個(gè)代表性地點(diǎn)的農(nóng)業(yè)土壤樣品，測(cè)定了土壤pH、電導(dǎo)率、有機(jī)質(zhì)、全鉀、速效鉀、全磷、有效磷、全氮共8個(gè)理化肥力指標(biāo)，及脲酶、蔗糖酶、過(guò)氧化氫酶3個(gè)生物肥力指標(biāo)。通過(guò)主成分分析法與內(nèi)梅羅指數(shù)法計(jì)算土壤綜合肥力，二者相互驗(yàn)證后得出以下主要結(jié)論。

1）運(yùn)用主成分分析法與內(nèi)梅羅指數(shù)法對(duì)黃河支流陜西段渭河流域沿岸土壤肥力進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，兩種方法所得的研究區(qū)域整體農(nóng)業(yè)土壤養(yǎng)分含量相對(duì)為中等，適宜于一般農(nóng)作物的生長(zhǎng)發(fā)育。且運(yùn)用兩種方法，將所得結(jié)果均分，前7名與后6名兩個(gè)部分雖排名略有差異，但所屬范疇相同，證明了兩種方法交叉使用的可靠性。

2）運(yùn)用兩種方法計(jì)算土壤綜合肥力，華州區(qū)（L12）土壤綜合肥力指數(shù)均為最低，主要原因在于其各項(xiàng)成分含量均處于后列，關(guān)鍵成分的含量也處于低水平，土壤有機(jī)質(zhì)含量不高，且3種酶的含量均不高?？赡苡捎谄渌幭掠挝恢?，由于地勢(shì)原因，相較于中上游養(yǎng)分更易流失，另外也可能與當(dāng)?shù)厥┓实姆N類相關(guān)。

3）研究區(qū)域內(nèi)各指標(biāo)分布含量存在差異，干旱的氣候以及所處地理位置是導(dǎo)致黃河支流陜西段渭河流域沿岸農(nóng)業(yè)土壤綜合肥力差異較大的主要因素，營(yíng)養(yǎng)元素受地勢(shì)影響較大。其次可能與不同的耕作方式，當(dāng)?shù)胤N植主要作物的種類、品種和人為施肥等因素有關(guān)。通過(guò)對(duì)該地區(qū)土壤綜合肥力進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)推進(jìn)渭河流域農(nóng)業(yè)土壤資源利用、渭河周邊地區(qū)生態(tài)建設(shè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展及保障整個(gè)陜西省乃至國(guó)家糧食安全具有重要的研究意義。

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（編 輯 邵 煜）

基金項(xiàng)目：國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2021YFC1808902）；陜西省教育廳國(guó)際科技合作計(jì)劃項(xiàng)目（2021KW-24）。

第一作者：姜彬，男，教授，博士生導(dǎo)師，從事環(huán)境監(jiān)測(cè)與土壤生態(tài)研究，jb1987@nwu.edu.cn。