摘要
为掌握河北滨海盐碱区设施土壤质量优劣并分析其影响因素，以位于河北沧州的黄骅市、海兴县和唐山市的乐亭县、滦南县、丰南区、曹妃甸区的 129 个设施大棚为研究对象，通过调查样点基本信息和采集土壤样品开展分析测试，所得数据先采用主成分分析方法进行分析，后综合各指标综合载荷值的大小及其之间的相关性，建立最小数据集（MDS），将土壤质量指标标准化后计算土壤质量指数（SQI）进行土壤质量分级与评价。结果表明：（1）开展河北省滨海盐碱区设施土壤质量评价的 MDS 包括土壤碱解氮含量、可溶性盐含量、容重、真菌丰度和速效钾含量，按 SQI 大小将土壤质量分为五级，其中Ⅰ级、Ⅱ级土壤样点有 52.72%，Ⅲ级土壤样点有 28.68%， Ⅳ级、Ⅴ级土壤样点占 18.60%，土壤质量整体较好；（2）从区域来看，滦南、乐亭、丰南土壤质量较好，黄骅、曹妃甸土壤质量较差，海兴土壤质量差异较大。造成不同区域间土壤质量差异的主要 MDS 指标是土壤容重和土壤可溶性盐含量，耕作方式及用养模式是影响土壤容重变化的主要因素。（3）主要考虑的影响土壤质量的因素有种植制度、耕作方式、施肥和灌溉 4 个方面，黄骅和海兴因灌溉水矿化度高而导致土壤含盐量普遍较高，土壤质量较低。涉及研究区域氮、磷肥投入量过大，导致土壤有效磷严重过量，存在潜在环境风险。（4）随着设施种植年限的增加土壤细菌丰度大幅度下降，真菌丰度先减小后增加，种植年限在 11 ～ 15 年期间的设施大棚真菌丰度最低，真菌丰度会随着土壤可溶性盐含量的增加而降低，真菌比细菌容易受到盐分的抑制。
Abstract
In order to master the quality of soil facilities in Hebei Binhai saline-alkali area and analyze its influencing factors， 129 greenhouses of facilities were selected as the research objects，which located in Huanghua county and Haixing county in Cangzhou city，and Leting county，Luanan county，Fengnan district and Caofeidian district in Tangshan city，Hebei province. The basic information of sample points and soil samples were investigated and analyzed. The obtained data were analyzed by principal component analysis method，and then the values of cormbined load values of various indicators and their correlation were combined. The minimum data set（MDS）was established，and the soil quality index（SQI）was calculated after the soil quality index was standardized for soil quality classification and evaluation. The results showed that： （1）The MDS used to evaluate the soil quality of facilities in coastal saline-alkali areas of Hebei province included soil alkaline hydrolytic nitrogen content，soluble salt content，bulk density，fungal abundance and available potassium coutent. The soil quality was divided into five levels according to SQI，of which 52.72% soil samples were in grade I and II，and 28.68% were in grade III soil samples，while grade Ⅳ and Ⅴ soil samples accounted for 18.60%，and the overall soil quality was good.（2）From the regional perspective，the soil quality in Luanan，Leting and Fengnan was good，the soil quality in Huanghua and Caofeidian was poor，and the soil quality in Haixing was significantly different. The main MDS indexes that caused the difference of soil quality between different regions were soil bulk density and soil soluble salt content. The tillage method and cultivation mode were the main factors affecting soil bulk density change.（3）This paper mainly considered four factors affecting soil quality，namely planting system，tillage method，fertilization and irrigation. Huanghua and Haixing had generally high soil salt content and low soil quality due to high salinity of irrigation water. It involved excessive nitrogen and phosphate fertilizer input in the study area，resulting in serious excess of soil available phosphorus，which had potential environmental risks.（4）With the increase of planting years，the abundance of soil bacteria decreased significantly，and the abundance of fungi first decreased and then increased. The abundance of fungi in greenhouse facilities during the planting years of 10-15 years was the lowest，and the abundance of fungi would decrease with the increase of soil salt concentration， and fungi were more susceptible to salt inhibition than bacteria.
我国设施播种面积占全球的 80%[1]，环渤海区域为我国第一大设施种植产区，在满足环京区域蔬菜需求，促进农民增收和区域经济持续发展方面发挥着重要作用[2]。设施栽培环境相对封闭，土壤缺乏雨水淋洗[3-4]，复种指数高、生产高度集约化、肥料施用量大[5]，引发一系列土壤质量退化问题，如土壤酸化、次生盐渍化、养分失衡、土传病害的加重，已成为制约设施蔬菜发展的瓶颈[6-8]。
土壤质量是一个复杂的综合概念，不能直接测定，需要综合评价其理化性质而实现[9]，反映土壤运行其功能的能力[10]。随着对土壤质量研究的深入，越来越多的数学方法由于其算法准确、可信度高而被越来越多地应用到土壤质量的评价中[11]，如土壤质量指数法[12]，内梅罗综合指数法[13]、TOPSIS 法[14]、灰色关联分析法[15]、物元法[16] 等。其中，土壤质量指数法被广泛应用。土壤物理、化学、生物学指标均可用于土壤质量评价，最小数据集（MDS）因包含的反映土壤质量的指标最少、简单易操作而在筛选土壤质量评价指标时被广泛应用。王相宜等[17]利用 MDS 法研究不同肥料投入对土壤质量的影响发现，土壤有机质对土壤质量影响最大，施加餐厨有机肥比商品有机肥和绿肥更有利于提升有机菜田的质量；高海峰等[18]基于 MDS 评价新疆沙湾市农田土壤质量及障碍诊断发现，有机质含量低、氮素缺失、电导率高是影响当地土壤质量的主要障碍因子；胡伟等[19]对青藏高原人工草地土壤质量评估发现，基于 MDS 计算的土壤质量指数（SQI）对评价青藏高原地区早熟禾属牧草生产具有较高的生物学意义。目前，利用 MDS 法评价河北滨海盐碱区设施土壤质量的研究还未见报道，因此，本研究对河北滨海盐碱区设施土壤理化性质及生物学指标进行测定分析，通过主成分分析法构建最小数据集，对土壤质量进行评价，为掌握研究区域设施土壤现状、因地制宜利用设施开展生产和改良设施土壤提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 研究区概况
研究区域位于河北省滨海盐碱区唐山和沧州，地理坐标范围为 37°58′～39°31′N，117°21′～119°8′E，属温带半湿润季风型大陆性气候，年日照时数为 2415～2579 h，土壤类型为盐渍土。设施蔬菜大棚种植年限范围为 1～25 年，种植作物种类有黄瓜、番茄、豆角、茄子、辣椒、火龙果、葡萄、甜瓜、西瓜、韭菜、茴香、桃树等。
1.2 样品采集与分析
选择河北滨海盐碱区典型设施大棚，以设施大棚集中区域为采样单元，每个采样单元内以 1∶20 确定采样大棚数量，若采样单元大棚数量少于 20 个，采 1 个样，共采集土壤样品 129 个。其中，唐山乐亭县 32 个、滦南县 16 个、曹妃甸区 17 个、丰南区 27 个，沧州黄骅市 17 个，海兴县 20 个。样品采集于 2023 年 7 月，每个采样大棚内以蛇形采集 0～20 cm 土层的土壤样品，混合均匀后留取约 1 kg 样品置于无菌袋中放入车载冰箱，运送至实验室后分成两份，一份自然风干，研磨后测定土壤理化性质；另一份置于-80℃冷冻保存，测定土壤微生物丰度；同时，铲去地表浮土后用 100 cm3 的环刀采集土壤容重样品，同时记录该设施大棚的种植年限、种植作物类型、施肥量、耕作方式等信息。样点分布见表1。
测定土壤理化性质有容重、盐分、pH、全氮、全磷、全钾、有机质、碱解氮、有效磷、速效钾，测定方法参照《土壤农化分析》[20]，用环刀取样、烘干称重法测定容重，用电导法（DDS-11A 电导率仪）测定盐分，用玻璃电极法（2.5 ∶ 1 水土比）测定 pH，用半微量开氏法测定全氮，用氢氧化钠熔融-钼锑抗比色法测定全磷，用氢氧化钠熔融-火焰光度法测定全钾，用硫酸-重铬酸钾氧化法测定有机质，用碱解扩散法测定碱解氮，用 0.5 mol/L 碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定有效磷，用 1 mol/L 中性醋酸铵浸提-火焰光度法测定速效钾。用实时荧光定量 PCR 法[21]测定细菌和真菌基因拷贝数。
1.3 土壤质量评价
1.3.1 主成分分析确定土壤质量最小数据集
综合参考戈悦等[11]、李桂林等[12]、赵瑾等[22]的研究方法，本研究中土壤质量评价全数据集（TDS）选取的土壤物理化学指标包括容重、盐分、pH、全氮、全磷、全钾、有机质、碱解氮、有效磷、速效钾；设施大棚在 7—8 月通常会持续进行半个月以上的高温闷棚以杀死土壤中的病原菌，较大程度影响土壤微生物丰度及其多样性，由于微生物多样性为非数量指标，无法用于评价值计算，故选择细菌丰度和真菌丰度作为 TDS 的生物学指标。通过主成分分析、Pearson 相关性分析结合，筛选出土壤质量 MDS，其包含的指标数量少于 TDS 且可代表 TDS 进行土壤质量评价，是评价土壤质量的最小指标单元。
首先，对 129 个土壤样品的 12 个土壤指标进行主成分分析，在所得的主成分组别中，保留特征值≥ 1 且累积初始特征值方差百分比达到 80% 以上的主成分。将每组主成分中因子载荷绝对值 ≥ 0.5 的土壤指标分为一组，若某个指标因子载荷值在两组主成分中都≥ 0.5，则将该指标归并到与其他土壤指标相关性较低的那组主成分中[22]。分组后，计算各土壤指标的 Norm 值，Norm 值越大，代表其综合荷载值越高，Norm 值的计算公式如下：
(1)
表1研究区域样点分布
式中，Norm 为第 i 个变量在特征值≥ 1 的前 k 个主成分上的综合荷载；uik 为第 i 个变量在第 k 个主成分上的荷载；λk 为第 k 个主成分的特征值。
将特征值 >1 且荷载值≥ 0.5 的指标归为一组，比较每组中指标的 Norm 值和相关性，若相关系数高，则选择 Norm 值大的指标进入 MDS，若相关性不高，则全部纳入 MDS。若一个指标在 2 个主成分中因子载荷都≥ 0.5，则将其归入相关性较低的一组[23]。确定 MDS 指标构成后，计算 TDS 和 MDS 的权重。
1.3.2 土壤质量指标标准化
确定进入 MDS 的指标后，计算土壤质量指标标准化得分，即对每个土壤指标按照相应的隶属函数进行计算[24]得到各指标的线性得分（Si 值），用于计算的隶属函数一般有 3 种：（1）“越大越好” 型函数。该函数通常被应用到对土壤质量起促进作用的指标中，本研究中土壤有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾、细菌丰度、真菌丰度用此函数计算。（2）“越小越好”型函数。通常被应用到对土壤质量起抑制作用的指标中，本研究中土壤可溶性盐含量以此函数计算。（3）“梯形” 函数。常被应用到最适范围的土壤指标中，本研究容重和 pH 以此计算。计算函数见表2。
表2土壤指标隶属度函数类型及参数
注：容重、pH 的最小值、最大值列的数据分别为最适范围下界、最适范围上界。
1.3.3 土壤质量指数的计算
得到 MDS 中各个指标 Si 值后，采用加权平均法计算各指标的 SQI，SQI 的数值在 0～1 之间，数值越大则土壤质量越好。
(2)
式中，SQI 代表土壤质量指数，Wi 是土壤指标的权重，Si 是第 i 个土壤指标的线性得分，n 是变量的数量。
MDS 中各指标的权重值由各指标所在主成分的贡献率所占比例求得，土壤 TDS 中指标的权重值为各指标公因子方差占公因子方差之和的比例，公因子方差由主成分分析得到。根据式（2）分别计算出全数据集土壤质量指数（SQI-TDS）和最小数据集土壤质量指数（SQI-MDS），通过计算 SQI-TDS 和 SQI-MDS 的线性关系来反映 MDS 筛选和 SQI 构建的准确性[22]。
2 结果与分析
2.1 土壤理化性质分析
由表3可以看出，与《土地质量地球化学评价规范》（DZ/T 0295—2016）（国土资源部，2016 年）相比较，研究区域，土壤盐渍化样点占比 58.14%，其中，中度、重度盐渍化占比 18.61%，与全国第二次土壤普查土壤养分分级标准[22]相比较，土壤容重整体适宜偏紧实，全氮含量极缺，碱解氮含量中下、极缺，全磷含量中上、极丰富，有效磷含量极丰富，全钾及速效钾含量极丰富，土壤有机质含量处于中等偏下水平。调查区域土壤 pH、全钾为弱变异（变异系数≤ 0.1），容重、有机质、碱解氮、速效钾为中等变异（0.1<变异系数 <0.5），土壤可溶性盐含量、全氮、全磷、有效磷、细菌丰度、真菌丰度为强变异（变异系数 >0.5），可见，研究区域土壤可溶性盐含量、全氮、全磷、有效磷、细菌丰度、真菌丰度空间分布不平衡，因此土壤质量在区域间有差异。
表3调查区域土壤指标描述性统计分析
2.2 土壤质量评价
2.2.1 最小数据集的建立
通过主成分分析，得到了 5 个主成分，试验所检测的 12 个指标对 5 个主成分的贡献率不同 （表4）。5 种主成分可以在 80.1% 程度上解释研究区域土壤理化指标对土壤质量的影响。由各指标的公因子方差可知：所得 5 种主成分能够解释土壤碱解氮、真菌丰度 90% 以上的差异；土壤有机质、全磷、全钾、有效磷、速效钾 80% 以上的差异； 土壤可溶性盐、pH 70% 以上的差异；土壤容重、细菌丰度 60% 以上的差异；土壤全氮 50% 以上的差异。选择载荷矩阵中每个主成分上载荷值绝对值 ≥ 0.5 的指标，可以将土壤质量指标分为 5 组主成分，土壤有机质、全氮、全磷、碱解氮、有效磷为第 1 组，可溶性盐和全钾为第 2 组，土壤容重和细菌丰度为第 3 组，pH 和真菌丰度为第 4 组，速效钾为第 5 组。
结合指标相关性（图1），先计算各指标的 Norm 值（公式 1），然后在上述各组中选择指标 Norm 值位于最高值的 10% 区间内、主成分载荷值与其它指标的相关性较小且自身变异系数较大的指标进入 MDS[22]。经综合选择，进入 MDS 的指标第 1 组为碱解氮，第 2 组为可溶性盐，第 3 组为土壤容重，第 4 组为真菌丰度，第 5 组中仅有速效钾的载荷值≥ 0.5，故直接将其纳入最小数据集。
表4土壤指标主成分分析的结果及分组
注：Norm 为综合荷载。
图1各土壤指标间相关性矩阵
注：图中红色表示正相关，蓝色表示负相关，颜色越深表示相关性越大。*、**、*** 分别表示 P<0.05、P<0.01、P<0.001。
2.2.2 MDS 可靠性检验
通过各指标所属的隶属度函数和相关参数 （表2）计算各指标的标准化得分，其中梯形函数最适范围的上下界根据全国第二次土壤普查土壤养分分级标准[22]确定。MDS 指标选择的合理性影响土壤质量评价的准确性。由 1.3.3 所述方法计算出 SQI-TDS 和 SQI-MDS 后，对 SQI-TDS 和 SQI-MDS 进行线性回归分析，验证 MDS 评价结果的可靠性，结果显示：SQI-TDS 与 SQI-MDS 之间有显著的正相关关系（P<0.01），相关系数为 0.8678，R2 =0.7531 （图2）。因此，本研究按照以上方法选出的 MDS 是合理的，可以用 MDS 的指标代表总体土壤指标。
图2最小数据集的可靠性检验
注：SQI-MDS、SQI-TDS 分别为最小数据集土壤质量指数、全数据集土壤质量指数。下同。
2.2.3 土壤质量评价
经计算，SQI-TDS 介于 0.16～0.67 之间，平均值为 0.41，SQI-MDS 介于 0.05～0.69 之间，平均值为 0.41。由表5可见，以 SQI-MDS 为划分依据，将研究区域土壤质量划分为五级，由Ⅰ级至Ⅴ级土壤质量逐渐变差，Ⅰ级土壤质量样点有 23 个 （17.83%），Ⅱ级土壤质量样点有 45 个（34.88%）， Ⅲ级土壤质量样点有 37 个（28.68%），Ⅳ级土壤质量样点有 22 个（17.05%），Ⅴ级土壤质量样点有 2 个（1.55%）。研究区域整体土壤质量中等偏上，绝大多数样点（81.4%）土壤质量为Ⅲ级以上，以Ⅱ级最多。以 SQI-TDS 为划分依据，84.5% 的样点土壤质量为Ⅲ级以上，以Ⅲ级最多。
表5土壤质量分级标准
比较不同区域土壤 SQI 值（图3）发现，曹妃甸区的 SQI 平均为 0.340，滦南的 SQI 平均为 0.489，乐亭的 SQI 平均为 0.459，丰南的 SQI 平均为 0.412，黄骅的 SQI 平均为 0.343，海兴的 SQI 平均为 0.375，土壤质量在不同区域存在显著的空间差异。从不同区域下各个等级样点占比来看 （图4），滦南设施土壤全部为Ⅰ级和Ⅱ级，土壤质量最好；乐亭Ⅰ级、Ⅱ级土壤总占比 59.38%，Ⅲ 级土壤占比 40.62%；丰南Ⅰ级土壤占比 14.81%， Ⅰ级、Ⅱ级总占比 62.96%；海兴Ⅰ级、Ⅱ级总占比 45%，黄骅Ⅰ级、Ⅱ级总占比 29.41%，Ⅰ级占比仅 5.88%；曹妃甸Ⅱ级土壤占比 23.53%。Ⅰ级、Ⅱ 级土壤占比滦南 >丰南 >乐亭 >海兴 >黄骅 >曹妃甸，Ⅰ级土壤占比滦南 >乐亭 >海兴 >丰南 >黄骅 >曹妃甸。总体看（图5），滦南、乐亭、丰南土壤质量较好，黄骅、曹妃甸土壤质量较差，海兴居中且土壤质量差异较大。
图3不同区域土壤质量
注：不同大、小写字母分别表示 TDS、MDS 在区域间具有显著性差异。TDS、MDS 分别为全数据集、最小数据集。下同。
图4不同区域各级别土壤占比
图5采样点土壤质量空间分布
3 讨论
3.1 不同区域下 MDS 指标的差异
将不同区域 SQI 值按照 MDS 中的指标分解为 5 个部分，每部分的值记为 VSQI，VSQI= 指标的标准化得分 × 其权重值（表6），VSQI 的大小可以代表 MDS 中的各个指标对 SQI 的贡献率，VSQI 的变异程度代表该指标对不同区域 SQI 值的影响程度 （图6）。
表6全数据集和最小数据集中各指标的权重
由图6可见，研究区域土壤容重的 VSQI 最大，其次为碱解氮，此二者对土壤 SQI 值的贡献率在丰南为 62.87%，在乐亭为 78.82%，其余各地均超过 80%，土壤可溶性盐含量、速效钾含量、真菌丰度的 VSQI 较小。由上可知，土壤容重和碱解氮含量是构成土壤质量的最主要因素，影响土壤质量的高低。虽然碱解氮含量的 VSQI 较大，但在不同区域间相差不大，不是造成不同研究区域间土壤质量差异的主要土壤指标，这可能是因为该区域全氮、碱解氮含量整体处于中等、缺乏水平区域间无差异所致。
图6不同采样区域最小数据集指标对土壤质量指数的影响程度
注：VSQI 为指标的标准化得分 × 其权重值。
与碱解氮含量不同，容重、速效钾、真菌丰度、可溶性盐含量的 VSQI 在各个区域间差异较大。其中，土壤容重 VSQI 在黄骅和滦南较大，乐亭和丰南次之，曹妃甸和海兴最低，是构成土壤质量和影响区域间土壤质量差异的最主要因素，一方面土壤容重受土壤质地的影响在区域间差异较大，另一方面，设施土壤较为集中的人工管理措施导致土壤有机质和土壤结构的改变，从而引起土壤容重的空间变异性。
速效钾含量的 VSQI 在滦南较低，在其它区域间差异不大，由于该区域成土母质富钾且风化淋溶程度较高，区域土壤全钾、速效钾含量普遍极丰富，因此速效钾并非限制该区域土壤质量高低的因素。
河北滨海区由于濒临渤海，土壤多以盐碱土为主，地下水多以咸水为主，且受季节性水位升降影响，土壤容易返盐，土壤盐碱化一直是影响设施土壤质量的关键因素。本研究中由于计算土壤可溶性盐含量标准化得分的隶属函数类型为“越小越好” 型，黄骅、海兴两地土壤可溶性盐含量较高，计算所得标准化得分为负值，因此其 VSQI 为负值，土壤可溶性盐含量的 VSQI 在丰南、乐亭、滦南、曹妃甸四地递减，可溶性盐含量对土壤质量的影响程度与 VSQI 值相反。综合来看，土壤可溶性盐含量在各研究区域间差异较大，也是造成区域间土壤质量差异的主要因素。
土壤真菌是土壤微生物的重要组成部分，在土壤环境中扮演着多重角色，既是有机物质的主要分解者，也是植物常见的有益菌，更是植物的主要病原菌[25]。设施条件下，由于环境因子的多变性容易引起土壤真菌丰度的变化。本研究中土壤真菌丰度 VSQI 在滦南最高，黄骅和曹妃甸最低，可能是受不同区域土壤盐分含量的影响所致，曹妃甸和黄骅土壤可溶性盐含量高而真菌丰度较低。刘银双等[25]的研究表明盐渍化是决定土壤真菌多样性降低的主要因素，Zhang 等[26]的研究发现，在盐渍化土壤中，真菌与细菌的比例会随着土壤盐浓度的增加而降低，真菌比细菌容易受到盐分的抑制[27-28]，与本研究结果一致。另外，有机肥的使用也是真菌群落结构和丰度发生变化的重要因素，子囊菌门和担子菌门都是土壤有机质的分解者，李锐等[29]研究表明，设施生产中由于有机肥投入量大，土壤中担子菌门所占比例显著提高，不易分解有机质的门类被淘汰，导致了设施土壤中真菌丰度的下降。
3.2 不同种植年限对土壤质量影响
一般认为随着种植年限的增加，设施土壤可耕性下降，理化性质变差，产生土壤酸化、次生盐碱化、养分失衡等一系列问题[30]。由图7可见，研究区域 SQI 前 20 年内呈波动增加的趋势，20 年后土壤质量指数开始下降。可能由于设施大棚的投入使用初期精细的管理和充分的水肥投入使得短时间内土壤养分含量、益耕性增加[31-32]。由表7见，土壤有机质、碱解氮、有效磷、速效钾含量均随种植年限增加而升高，20 年后略有下降。袁丽金等[33]2010 年对河北省设施土壤分析结果表明有效磷含量高达 449 mg/kg，依据全国菜地土壤丰缺标准，菜地土壤有效磷适宜含量为 50～100 mg/kg，大于 150 mg/kg 为过量，本研究所涉及的大部分区域有效磷含量均已严重过量，存在潜在环境风险[34]。
表7不同种植年限设施土壤理化性质
图7不同种植年限设施土壤质量指数
过量施肥是设施栽培普遍存在的问题[35-38]，最终导致设施土壤有效磷和速效钾含量过高。同时，受设施农户种植技术水平限制，沿袭大田作物施肥习惯，施肥技术较粗放，造成肥料利用率低，设施氮素当季利用率仅有 19%[39]。据调查计算，本研究涉及区域设施生产的氮、磷肥年投入量为 450 kg/hm2 以上，为提高作物品质，在设施生产后期有追施高钾肥的习惯，钾肥年投入量在 550 kg/hm2 以上，随着连年的高化肥投入，导致养分和盐分在表层土壤大量累积，由表7所示，土壤可溶性盐含量随种植年限变化不大，可能是随着耕作年限的延长，养分和盐分随着灌溉水会不断向深层土壤淋溶[40]，且因采样季节为 7 月初春茬末期或刚收获完，由于频繁灌水压盐，土壤表层可溶性盐含量并不高，在后续研究中，将重点关注犁底层和心土层土壤养分及盐分累积量变化。
由表7还发现，土壤细菌丰度随着设施种植年限的增加大幅度下降，真菌丰度随设施种植年限的增加呈先减小后增加的趋势，种植年限在 11～15 年期间的设施大棚真菌丰度最低，之后逐渐升高。影响土壤细菌、真菌丰度变化的因素是多元的，一方面，目前设施生产中普遍采用夏季高温闷棚的方式进行消毒，高温加消毒剂的使用在杀死病原菌的同时也使有益细菌、真菌大幅度死亡，丰度降低且结构多样性重组。另一方面，随种植年限的增加而引起的微生物丰度及多样性的变化其重要原因在于长期连作，赵阳阳等[41]对不同种植年限的番茄土壤的研究表明：多年种植番茄后土壤细菌和真菌的丰富度和多样性均降低，种植 >10 年的设施土壤有益菌属相对丰度降低，土壤抑病能力下降。孔晨晨等[42]研究表明，随着连作年限增加，土壤中的优势微生物由细菌转变为真菌，真菌在代谢过程中会产生抑制作物生长的毒素，根系自毒物质及土壤养分的损失导致细菌生长缓慢，致使其丰度和多样性降低[43-44]。本研究中种植 15 年以上设施土壤中真菌丰度开始增加则可能是因为动物粪便肥的大量施用，增加了某些病原真菌的相对丰度[45]。
3.3 人类活动对不同土地利用方式下 SQI 的影响
设施蔬菜生产中，人类活动主要以种植制度，耕作方式，施肥（上文已做分析）、灌溉等具体形式影响土壤质量的变化。
选择合适的作物进行轮作生产可以降低因单一作物连作后根系和秸秆分解产生的代谢物累积，减轻土壤病原生物（病原菌和线虫）的危害[46]，利用不同作物养分需求差异提高养分利用率，以及利用不同作物和微生物互作关系提高设施土壤微生物群落和功能多样性[47]，还能利用作物生长发育特性和光、温优势灵活安排作物茬口，提高设施耕地利用率。调查发现，由于集中生产和销售优势明显，各地普遍存在整村种植 1~2 种作物或者某一种作物连作的现象，乐亭西石碑村和铁庄子投入使用 20 年的设施大棚，连年种植杭椒近 5 年，产生了严重的辣椒连作障碍。如何在繁多的设施蔬菜种类中选择适宜的种类，开展有效的轮作模式是解决该问题的核心。生产上葫芦科瓜类蔬菜（黄瓜、哈密瓜）因根系分泌酚类、黄酮类物质易发生自毒作用和对线虫敏感等[48-49]，常与茄科茄果类蔬菜（番茄、辣椒）和豆类蔬菜（菜豆、豇豆）轮作，对设施土壤质量提升效果良好[50]。还有其他不同的菜间轮作都能够有效提升土壤质量。
通过前文分析可知，土壤容重和土壤可溶性盐含量是构成调查区域土壤质量和影响区域间土壤质量差异的最主要因素，土壤质地作为土壤容重的初始构成因素与区域土壤成土母质及成土过程息息相关，较难改变，耕作方式及用养模式成为影响土壤容重后期变化的主要因素。调查区域设施大棚多为简易塑料钢架大棚和日光温室，大型机械难进入，土壤翻耕浅，很难打破犁底层，土壤通气透水性相对较差，加上长期单一偏施化肥，有机物质补充欠缺，土壤有机质含量偏低，影响土壤团粒结构的形成[51]，土壤变得黏重，容重增大。此外，河北滨海盐碱区普遍淡水缺乏但有丰富的咸水资源，前期研究表明安全合理的咸水灌溉不仅能缓解淡水资源缺乏、还能提高农作物品质和水分利用率[52-53]，咸水灌溉在黄骅和海兴已有小规模应用，但长期利用咸水灌溉使土壤中的盐分积聚，导致土壤盐渍化加重，咸水中携带的钠离子会导致土壤钠质化、土壤颗粒分散、水稳性大团聚体结构遭到破坏，土壤孔隙度和导水性降低[54]。因此，在当前耕作、灌溉现状下，积极探寻切实有效的改良方式是防止设施土壤退化、提升设施生产土壤质量、保障设施生产可持续的根本途径。
4 结论与展望
基于主成分分析法对河北滨海盐碱区设施土壤的 12 个土壤理化指标的分析表明，土壤碱解氮、可溶性盐含量、容重、真菌丰度和速效钾含量构成土壤指标 MDS。按照 SQI 值的大小将本区域土壤质量分为五级，所采集 129 个样品有 52.72% 的样点属于Ⅰ级、Ⅱ级，28.68% 为Ⅲ级，Ⅳ级、Ⅴ级仅占 18.60%，土壤质量整体较好。从区域来看，滦南、乐亭、丰南土壤质量较好，黄骅、曹妃甸土壤质量较差，海兴居中且土壤质量差异较大。造成不同区域间土壤质量差异的主要 MDS 指标是土壤容重和土壤可溶性盐含量。随着设施种植年限的增加土壤细菌丰度大幅度下降，真菌丰度先减小后增加，种植年限在 11～15 年期间的设施大棚真菌丰度最低。
本研究中主要考虑了区域、种植年限、人为活动对设施土壤质量的影响，其中人为活动着重介绍了种植制度、耕作方式、施肥、灌溉 4 个方面，灌溉频率和灌溉方式较大程度上影响土壤水盐运移从而影响耕层土壤盐含量，土壤含水率、采样时期较大程度上影响土壤微生物丰度，目前我国设施生产主要以小农生产为主，设施生产的各个环节均具有普遍的灵活性，今后对设施土壤质量的调查和针对性改良利用需进一步综合考虑以上因素。