盐碱地是重要的后备耕地资源，是实现国家粮食安全的重要保障。我国有3.5×10⁸ hm²的盐碱地，占世界盐碱地总面积的4% 左右^[1-2]。其中，滨海滩涂盐碱地是我国盐碱地的重要组成部分，总面积达1×10⁶ hm^2[3-4]，受海潮和海水型地下水的双重作用，土壤水盐运动活跃，盐碱化持久反复，土壤pH高，有机质含量低，水肥保蓄能力弱，造成粮食单产低且不稳，严重制约了耕地地力的提升^[5]。因此，合理高效地利用滨海滩涂盐碱耕地资源对于保障粮食安全、端牢中国饭碗具有重要的战略意义。

虽然盐碱消障是盐碱地产能保障的前提，但土壤肥力仍是决定土地生产力的关键所在，其状况良好是农业可持续发展的前提。土壤综合肥力是衡量土壤能够提供作物生长所需的各种养分的能力，是土壤各种基本性质的综合表现^[6]，但由于不同学者对土壤肥力的内涵定义并不一致，目前尚未形成统一的土壤肥力评价标准方法^[7]。土壤肥力因子判别方面，通常认为酸碱度、有机质及氮磷钾含量等是肥力的重要表现^[8]，此外还需要根据土地利用方式的独特性和区域差异选取合适的指标^[9]。评价方法是评价的基础，国内外进行土壤肥力综合质量评价的方法较多，目前主流方法包括内梅罗指数法、因子分析法、相关系数法、模糊综合评价法、层次分析法、主成分分析法、聚类分析法等^[10-17]，其中运用改进的内梅罗指数法进行土壤综合肥力评价，可较大程度减少人为的主观性^[18]。包耀贤等^[19]对比了因子分析法、相关系数法和内梅罗指数法在长期试验土壤综合肥力评价的应用效果后也发现，内梅罗指数法得到的综合肥力评价指数和作物产量之间的相关性更好，评价结果灵敏度较高。此外，现有的土壤肥力评价方法仍是基于土壤零散指标数据整合的数理统计，无法全面直观反映土壤养分和综合肥力的地理空间分布特征信息，存在一定的局限性。

基于此，本研究以江苏滨海滩涂盐碱耕地作为主要研究对象，采用普通克里格插值法分析盐碱耕地土壤含盐量、酸碱度、有机质养分的空间分布特征，以此栅格数据集为基础，利用改进的内梅罗指数法计算土壤综合肥力指数，并通过Mantel检验、多元回归阐明其影响机制，以期为盐碱耕地养分管理和盐碱障碍土壤改良提供理论依据。

1 材料与方法 1.1 研究区概况

研究区位于江苏省盐城东台市(32°34′32″N ~ 33°01′17″N、120°06′12″E ~ 120°58′03″E)，临近黄海(图 1A、1B)，平均海拔约为3 ~ 5 m，地势平坦，大多为平原地貌。属于北亚热带湿润季风气候区，四季分明，温暖湿润，年均气温约15 ℃，年平均日照为2 080 h，年均降水量为1 000 mm，主要集中在夏季的梅雨期和台风季节。水系发达，河网密布，属于淮河流域东部水域，拥有丰富的地下水资源和沿海滩涂湿地。土壤类型多样，包括潮土、盐碱土、沙质土等，沿海区域土地资源广阔，围垦面积较大，农作物以种植水稻、小麦、大麦、油菜等粮油作物为主。

1.2 样品采集与处理

前期根据当地农户调查信息以及东台县志资料，确定了研究区盐碱耕地的围垦年限范围，分为短期(开垦年限 < 10 a)、中期(开垦年限10 ~ 30 a)、长期(开垦年限 > 30 a)三类。于2024年5月对每个围垦年限的盐碱耕地进行样品采集，每个围垦年限范围至少保证采集5个以上样点，同时需兼顾海岸线距离，最终共采集108个样点(图 1C)。当季种植作物均为大麦。采样时用GPS进行定位，采用“S”形采集0 ~ 20 cm土壤混合为一份；采集土样风干、过筛并去除石块、肉眼可见的植物残体等用于土壤指标测定。

1.3 测定指标与方法

土壤指标测定参照《土壤农业化学分析方法》^[20]。土壤pH采用电位法测定(水土质量比为5∶1)。土壤可溶性八大离子中K⁺、Ca²⁺、Na⁺、Mg²⁺采用ICP-MS测定，Cl^-、SO₄^2-采用离子色谱仪测定，HCO₃^-、CO₃^2-采用双指示剂–中和滴定法测定。土壤含盐量(TS)通过可溶性八大离子含量加和得到。土壤有机质(SOM)采用浓硫酸–重铬酸钾外加热法测定，全氮(TN)采用凯式定氮法测定，全磷(TP)采用酸溶–钼锑抗比色法测定，全钾(TK)采用酸溶–原子吸收法测定，碱解氮(AN)采用碱解扩散法测定，有效磷(AP)采用碳酸氢钠浸提–钼锑抗比色法测定，速效钾(AK)采用火焰光度计法测定。

1.4 数据处理与分析

利用SPSS 27.0软件对数据进行描述性统计分析。使用GS + 9.0软件进行半方差函数分析，按决定系数越接近1、残差较小原则^[21]，拟合出土壤指标数据的最优半变异函数模型，并且利用ArcGIS 10.7软件进行普通克里格插值绘制出其空间分布图，得到该地区土壤理化性质的空间分布情况。参照秦明周和赵杰^[22]的标准化方法，利用隶属度函数法结合栅格计算器得到各个评价因子的标准化栅格图层；标准化处理后土壤肥力指标的分级标准参照《全国第二次土壤普查养分分级标准》^[23]和前人研究成果^{[8, 18, 22]}，确定土壤各评价指标的分肥力系数(IFI_i)；用改进的内梅罗综合指数法^[24]计算土壤综合肥力指数(IFI)。使用R语言进行Mantel检验、多元回归分析，阐明影响土壤综合肥力的关键影响因素。

分肥力系数IFI_i计算公式如下：

$\mathrm{IFI}_i=\left\{\begin{array}{cc} \frac{X}{X_{\mathrm{a}}} & X \leqslant X_{\mathrm{a}} \\ 1+\frac{X-X_{\mathrm{a}}}{X_{\mathrm{c}}-X_{\mathrm{a}}} & X_{\mathrm{a}}<X \leqslant X_{\mathrm{c}} \\ 2+\frac{X-X_c}{X_{\mathrm{p}}-X_{\mathrm{c}}} & X_{\mathrm{c}}<X \leqslant X_{\mathrm{p}} \\ 3 & X>X_{\mathrm{p}} \end{array}\right.$

(1)

其中本研究区土壤呈碱性，pH、TS与土壤肥力呈负相关，所以计算公式如下：

$\operatorname{IFI}_i=\left\{\begin{array}{cc} \frac{X_{\mathrm{a}}}{X} & X>X_{\mathrm{a}} \\ 1+\frac{X_{\mathrm{a}}-X}{X_{\mathrm{a}}-X_{\mathrm{c}}} & X_c<X \leqslant X_{\mathrm{a}} \\ 2+\frac{X_c-X}{X_c-X_{\mathrm{p}}} & X_{\mathrm{p}}<X \leqslant X_{\mathrm{c}} \\ 3 & X \leqslant X_{\mathrm{p}} \end{array}\right.$

(2)

式中：IFI_i是评价因子标准化系数；X为测定值；X_a、X_c和X_p值参照表 1。

采用改进的内梅罗综合指数法计算土壤综合肥力指数：

$ {\text{IFI}} = \sqrt {\frac{{{\text{IFI}}_{i{\text{min}}}^2 + {\text{IFI}}_{i{\text{mean}}}^2}}{2}} \times \frac{{n - 1}}{n} $

(3)

式中：IFI为土壤综合肥力指数，IFI值介于0 ~ 3，值越大表示土壤综合肥力越高；IFI_imin为各分系数最小值，IFI_imean为各系数平均值；n为评价因子的个数。依据表 2对土壤综合肥力等级进行划分。

2 结果与分析 2.1 土壤pH、盐分和养分描述性统计特征

由表 3可知：滨海滩涂盐碱耕地土壤指标的变异系数为TS > AK > AP > SOM > TN > TP > TK > AN > pH。其中，AN和pH为弱变异(变异系数小于10%)^[25]，其余指标属于中等变异。经单一样本K-S方法检验，土壤TP、TK、AP、pH符合正态分布，TN、AP属于幂指数正态分布，AN、AK、TS符合对数正态分布。土壤pH均值为8.4，TS含量均值为1.82 g/kg，说明采样点土壤大多属于轻度盐碱土壤。根据《全国第二次土壤普查养分分级标准》^[23]，采样点土壤SOM、TN平均含量处于Ⅴ、Ⅵ级，属于差、较差水平；AN平均含量处于Ⅳ级，属于适宜水平；TP、TK、AP、AK处于Ⅱ、Ⅲ级，属于较适宜到丰富以上水平。表明江苏滨海盐碱地SOM和TN显著缺乏。

2.2 土壤pH、盐分和养分的半方差模型拟合

对各土壤指标进行半方差模型拟合，就决定系数(R²)和残差平方和(RSS)而言，9项土壤指标的半方差函数拟合较好，说明9项指标均具有明显的空间结构特征(表 4)。其中，土壤pH采用球面模型进行拟合，土壤TN、TP、AP、AK采用指数模型，土壤TS、SOM、TK、AN采用高斯模型进行拟合。块金值表示由随机因素引起的变异；基台值表示系统内总的变异；块基比指空间变异程度，表示由随机因素引起的空间变异占系统总变异的比例^[26-27]。当块基比 < 25%，表明系统具有强烈的空间自相关性；块基比25% ~ 75% 时，为中等空间相关性；当块基比 > 75% 时，为弱空间相关性。土壤pH、TS、TP、块基比为25.00%、25.00%、48.70%，说明它们均具有中等的空间相关性，其空间变异受结构性因素和随机性因素的共同影响。SOM、TN、TK、AN、AP、AK的块基比在6.67% ~17.43%，具有强空间自相关性，说明上述指标主要受结构性因素的影响^[28]。变程结果表明，SOM含量的变程为33 862 m，空间自相关距离最大；土壤TN、TK、AP的变程小，空间相关距离较小，与其强空间自相关性的结论一致。

2.3 土壤pH、盐分和养分的空间分布

如图 2所示，滨海滩涂盐碱耕地土壤pH和TS含量的分布相似，自西向东逐渐增加；这是由于采样点向内陆延伸，海水顶托对土壤含盐量的影响逐渐减弱。土壤SOM、TN、AN含量均呈现从西向东逐渐减少的趋势。土壤SOM和TN含量大多低于10 g/kg和0.3 g/kg，为Ⅴ、Ⅵ级，属于较差水平；土壤AN含量大多为60 ~ 120 mg/kg，属于Ⅲ、Ⅳ级，处于适宜、较适宜水平。土壤TP、AP含量总体上呈现出由内部向四周递增的趋势，其中TP大多为Ⅲ、Ⅳ级，处于适宜、较适宜水平；AP大多为Ⅳ级，处于适宜水平。土壤TK、AK含量呈自西向东逐渐增加的趋势，TK整体处于较适宜–极丰富水平，AK处于适宜–极丰富水平。

2.4 土壤综合肥力质量评价

结果表明，研究区盐碱地土壤综合肥力指数为1.18 ~ 2.22，主要集中于1.25 ~ 1.75(图 3)，平均值为1.62，肥力平均等级为Ⅲ级，说明滨海滩涂盐碱地土壤综合肥力处于中等水平。进一步根据表 2划分标准可知，研究区土壤综合肥力以Ⅲ、Ⅳ级为主，二者的面积占比分别为71.46%、25.20%。此外，由图 3可知，离海岸线越远，开垦年限越长，滨海滩涂盐碱耕地土壤综合肥力指数越高，表明盐碱地开垦过程中的一些调控改良措施有助于提高土壤综合肥力。

2.5 土壤综合肥力的影响因素

采用Mantel检验评估影响土壤综合肥力指数的关键因素，分析结果如图 4所示。开垦年限(Year)、SOM、TN、TP、AN、pH、Cl^–、TS、SO₄^2–、TK等指标与IFI显著相关。进一步通过多元回归模型综合分析开垦年限、盐碱障碍(含盐量和离子组成)和土壤养分对土壤综合肥力质量的影响。由图 5A可知，上述指标共同解释了土壤综合肥力指数93% 的变异。其中，土壤养分指标对土壤综合肥力指数总解释方差的相对贡献最大，为75.33%；其次，盐碱障碍对土壤综合肥力指数总解释方差的相对贡献为19.37%。就土壤养分而言，AN、TK、TP、TN、SOM均对IFI有显著正向作用；且SOM的相对重要性最大，为23.48%(图 5B)，这说明SOM是影响滨海盐碱地土壤肥力的关键因素。此外，图 5结果显示，开垦年限的影响也不能完全忽视，本研究中开垦年限对土壤综合肥力指数总解释方差的影响最小，仅为5.30%，可能与土壤有机质的改善效果不明显有关。如图 6所示，无论是短期开垦、中期开垦、长期开垦、还是SOM和IFI均呈现极显著正相关(P < 0.001)，且斜率K值高度相近。综上可知，SOM含量会显著影响滨海滩涂盐碱耕地的综合肥力质量，后续盐碱地改良研究需要注意有机质调控和养分管理。

3 讨论

滨海滩涂盐碱耕地肥力变化受自然资源禀赋和人为耕作管理的双重作用影响，土壤肥力调查及评价是土壤资源合理利用的重要依据。本研究通过在江苏滨海滩涂盐碱地的大规模调研发现，除土壤pH、TP、TS的空间变异受结构性因素和随机性因素的共同影响外，SOM、TN、TK、AN、AP、AK等养分指标的块基比在6.67% ~ 17.43%，主要受结构性因素的影响(表 4)。这意味着滨海滩涂盐碱障碍受到耕作、灌溉等人为活动和地形、水文等自然条件的共同作用；而土壤肥力提升目前主要受制于成土母质、土壤类型、地形等自然条件^[27]。潘昱伶等^[28]在黄河宁夏段典型滩涂土壤的研究显示，土壤SOM、TN、TP、TK、AN、AP的块基比均小于25%，表现为强烈的空间自相关性，也证实了盐碱地土壤养分主要受自然资源约束。此外，姚荣江等^[29]在黄河三角洲地区典型地块土壤盐渍剖面的研究也发现，土壤含盐量呈“积盐–淋溶”的季节性动态变化趋势。

从空间分布格局来看，SOM、TN、AN含量从西向东逐渐减少，pH、TS、TK、AK含量自西向东逐渐增加(图 2)。Mental分析结果表明，SOM、AN与围垦年限呈显著正相关关系(P < 0.001)，与土壤pH、TS呈显著负相关关系(图 4)。这说明离海岸线越近，围垦年限越短，土壤pH和TS越高，土壤碳氮含量越低^{[30- 31]}。这主要是由于以下两方面原因：一方面，盐基离子增加会导致土壤颗粒发生崩解、膨胀和分散，土壤团聚结构破坏，土壤碳氮库难存蓄^[32]；另一方面，随着土壤盐基离子增加，盐基离子产生的渗透压抑制土壤微生物活性，延缓土壤养分周转，导致土壤碳氮库容下降^[33]。此外，土壤盐碱化对植物生长等毒害也会减少土壤凋落物数量，影响土壤碳氮库容量。土壤TK、AK含量的空间分布和pH、TS较为一致，可能是由于沿海地区受海潮咸水顶托、海水型地下水反复浸润，造成海水中丰富的钾元素会随地下水或者地表水进入土壤，在土壤富集(图 2)。表 1结果也显示，根据《全国第二次土壤普查养分分级标准》，本研究区的TK、AK平均含量分别处于Ⅲ、Ⅱ级，属于丰富到较适宜水平，块基比结果也证实了沿海地区的地形地貌特征可能是影响土壤钾素分布的重要原因。此外，图 4结果表明，土壤TK、AK和TS、pH均呈现显著正相关关系。由此可见，滨海滩涂盐碱耕地钾素丰富，围垦过程中可适当减少钾肥施用。值得注意的是，本研究中土壤TP、AP含量呈由内部向四周递增的空间分布趋势，且呈斑块状。土壤TP、AP的块基比明显高于其他养分指标，说明土壤磷素的空间分布特征可能与人为耕作管理有关。盐碱耕地磷肥利用率低^[2]，农户为了稳产增收通常投入大量磷肥，导致土壤磷过量；而高pH条件下土壤磷易与Ca²⁺、Mg²⁺结合从而被固定，土壤磷素大量累积。Mental检验结果表明，围垦年限与土壤TP呈显著正相关关系(P < 0.01)，与土壤AP呈显著负相关关系(P < 0.05)，这一结果也从侧面论证了人为管理对滨海盐碱耕地磷素供应的重要驱动作用。

本文进一步通过改进的内梅罗指数法探讨了滨海盐碱耕地的土壤综合肥力特征，结果表明，研究区IFI平均值为1.62，肥力平均等级为Ⅲ级，处于中等水平(图 3)。乔俊等^[8]通过模糊综合评价和改进的内梅罗指数法分析了山西河津黄河盐碱滩土壤综合肥力现状，结果表明，该地区的土壤综合肥力指数为0.72 ~ 0.78，低于本研究结果。这可能与气候差异有关，本文研究区属于北亚热带湿润季风气候区，年均降水量为1 000 mm；而山西河津黄河盐碱地属于温带大陆性气候区，年均降水量为545 mm，与河套盐碱区相似，属于半干旱区，降水少，蒸发量大，水资源相对缺乏，土壤盐分上移形成表聚。此外，通过图 7可知，土壤综合肥力随着盐分(TS、Na⁺、Cl^-)含量的增加逐渐降低。值得注意的是，本研究中的土壤含盐量范围为0.30 ~ 13.49 g/kg，河津盐碱地土壤含盐量为0.9 ~ 5.1 g/kg，而河津盐碱地SOM、TN、AP、AK却显著低于本研究结果，侧面反映了土壤盐化障碍可能并不直接影响土壤养分库容，而是通过物理–化学–生物的综合调控影响土壤养分库容。本研究结果表明，土壤养分指标对综合肥力指数总解释方差的相对贡献最大，其中SOM的相对重要性又最大(图 5)。这与乔俊等^[8]研究表明SOM、TN是关键养分限制因子的观点一致，说明SOM是土壤地力的核心，要实现土壤肥力改善，除了要解决盐碱障碍外，必须要快速增加SOM储量。施用外源有机物质(如有机肥、腐植酸等)是最常见的土壤肥力提升方法。例如，李玉等^[34]在滨州市无棣县渤海粮仓试验基地的连续两年定位试验发现，有机肥替代化肥比例越大，SOM含量越高，土壤养分供应能力越强，作物增产效果越好。马栗炎等^[35]在江苏省东台市弶港镇条子泥垦区，以轻中度盐碱障碍土壤为研究对象开展田间试验，结果显示黄腐酸结合300 kg/hm²氮肥处理改良效果最好，使小麦季和水稻季土壤总有机碳积累量分别增加31.0%、120%，其增效机制可能源于黄腐酸活性官能团对盐分离子的络合作用，以及氮素供应对作物根系生长的协同促进效应。通过分析不同围垦年限SOM含量和IFI的相关关系(图 6)可知，无论是短期开垦、中期开垦，还是长期开垦，SOM和IFI均呈极显著正相关(P < 0.001)，且斜率K值高度相近，从侧面说明滨海滩涂盐碱障碍土壤SOM含量增加非常重要。然而，当土壤到达一定的有机碳量瓶颈后，增量不增效，盲目添加外源有机物质会导致成本增加，经济效益降低；同时各类有机物质的性质并不明确，改良效果也存在争议。高宏哲等^[36]对比了水稻秸秆还田、腐熟鸡粪、腐熟猪粪和生物质炭对苏打盐碱土壤水稳性团聚体的影响，发现各有机培肥措施均增加土壤大团聚体比例，但对团聚体组分有机碳含量贡献度效果有显著差别，生物质炭相较于其他有机物料更能够提升大团聚体和微、粉黏粒团聚体有机碳含量，改善土壤肥力。姜雪等^[37]对比了有机肥、粉煤灰、生物质炭、糠醛渣、蚯蚓粪、腐植酸及其复配处理等11种土壤有机调理剂对河西灌区盐碱地土壤肥力的影响，结果显示，生物质炭+糠醛渣显著增加了土壤SOM、TN、TP、TK含量。但也有研究认为动物源有机物质含盐量高、生物质炭pH高并不适用于盐碱地土壤改良。综上所述，滨海滩涂盐碱耕地肥力与土壤有机质密切相关，然而不同的有机物质类型会显著影响改善效果，因此后续江苏滨海盐碱地改良研究需要注意有机量质调控和养分管理。

应当指出，本文重点关注了江苏滨海滩涂盐碱耕地养分区域分布特征和土壤综合肥力评价，明确了其关键限制因素；然而，不同气候区域的盐碱耕地土壤肥力存在较大差异，且盐分(TS、Na⁺、Cl^-)年季和季节性动态变化也会影响土壤综合肥力，土壤养分管理策略仍需深入探究。未来有必要扩大研究范围，通过“点-面”结合绘制全国乃至全球尺度的盐碱障碍耕地养分图谱，并进一步围绕“有机质显著影响盐碱耕地土壤肥力”这一观点，分类分策构建快速增碳有机调控养分管理策略。

4 结论

1) 土壤养分空间分异特征显示：除pH、TS、TP外，SOM、TN、TK、AN、AP、AK等指标的空间变异主要受结构性因素支配，表明成土母质、地形地貌等自然本底条件是制约该区域土壤养分累积的关键因子。

2) 空间分异格局呈现显著海陆梯度特征，随着采样点与海岸线距离的缩短(自西向东)，SOM、TN、AN含量呈现梯度递减趋势，而pH、TS、TK、AK则呈递增态势。TP与AP含量呈现由研究区中部向四周辐射递增的分布特征，这可能与农田管理措施的空间异质性密切相关。

3) 土壤综合肥力指数(IFI)均值为1.62，参照肥力分级标准处于Ⅲ级中等水平。通过多元线性回归分析揭示，SOM对综合肥力的相对重要性达23.48%，高于其他指标，凸显有机质积累是改良滨海盐碱耕地的基础环节。建议优先通过有机物料还田、增施腐植酸等措施定向提升土壤有机质库容，同步优化氮磷养分管理以协同改善土壤肥力。