運(yùn)城市蘋果主產(chǎn)區(qū)豐產(chǎn)果園土壤養(yǎng)分狀況分析

袁嘉瑋，張 健，薛琴琴，張鵬飛，張戰(zhàn)備，王玉香，段國琪，楊印斌，梁哲軍

（山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所，山西運(yùn)城044000）

土壤肥力是蘋果生產(chǎn)的基礎(chǔ)，是提高果品產(chǎn)量和生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)果品的基本條件與保障[1-2]。目前，國內(nèi)外學(xué)者已對(duì)有關(guān)蘋果主產(chǎn)區(qū)果園土壤養(yǎng)分狀況進(jìn)行了大量調(diào)查與分析，但由于各地果園栽培管理措施以及土壤與氣候條件的不同，使不同地域之間果園土壤各養(yǎng)分水平存在較大差異。2003 年農(nóng)業(yè)部制定《蘋果優(yōu)勢(shì)區(qū)域發(fā)展規(guī)劃》，確定了渤海灣和黃土高原兩大優(yōu)勢(shì)產(chǎn)區(qū)。在渤海灣優(yōu)勢(shì)產(chǎn)區(qū)中，河北省果園總體水平磷含量豐富，其土壤養(yǎng)分情況主要限制因子是有機(jī)質(zhì)與速效鉀[3]；山東省果園總體水平土壤有機(jī)質(zhì)含量低，氮、磷、鉀含量在不同土層間差異顯著[4]；北京市蘋果主產(chǎn)區(qū)大多數(shù)果園氮、磷含量豐富，鉀含量缺乏[5]；遼寧省蘋果主產(chǎn)區(qū)果園土壤中，有機(jī)質(zhì)與堿解氮含量偏低[6]。而在黃土高原優(yōu)勢(shì)產(chǎn)區(qū)，甘肅慶陽地區(qū)果園土壤養(yǎng)分水平整體偏低，應(yīng)補(bǔ)充有機(jī)質(zhì)與堿解氮含量[7-8]；河南三門峽地區(qū)蘋果主產(chǎn)區(qū)果園土壤整體養(yǎng)分水平較佳，有效磷、鉀含量豐富，應(yīng)適度控制磷、鉀肥的施用[7]；陜西省蘋果主產(chǎn)區(qū)果園土壤有機(jī)質(zhì)含量相對(duì)較高，大部分果園堿解氮含量偏低[9]。土壤肥力的不平衡，制約著果品的產(chǎn)量和品質(zhì)，而盲目地施用肥料，則可能會(huì)給當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境帶來不利的影響。運(yùn)城市地處山西省南部區(qū)域，屬于黃土高原優(yōu)勢(shì)產(chǎn)區(qū)，但在前人研究中，并未對(duì)運(yùn)城市果園土壤進(jìn)行系統(tǒng)的調(diào)查與分析。

本研究通過調(diào)查運(yùn)城市蘋果主產(chǎn)區(qū)不同縣域、不同海拔、不同樹齡的果園土壤養(yǎng)分狀況，綜合分析運(yùn)城地區(qū)土壤養(yǎng)分情況，旨在為確立運(yùn)城市果園土壤養(yǎng)分含量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)、改善運(yùn)城地區(qū)果園土壤條件、提升果品品質(zhì)、促進(jìn)蘋果產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

運(yùn)城蘋果主產(chǎn)區(qū)是指農(nóng)業(yè)部于2003 年劃定的位于黃土高原蘋果優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)帶的4 個(gè)國家級(jí)蘋果重點(diǎn)生產(chǎn)縣。該地區(qū)屬暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，其近5 a 年平均氣溫13.3～14.4 ℃，年日照時(shí)數(shù)1 988.4～2 088.0 h，年降水量387.9～615.0 mm，無霜期212～230 d，海拔370～830 m，土壤母質(zhì)為黃土，果園土壤類型以褐土為主，部分為潮土。

1.2 樣品采集

樣品于2017 年11—12 月在運(yùn)城市蘋果主產(chǎn)縣隨機(jī)選取樹齡在5 a 以上的110 個(gè)果園內(nèi)采集，每個(gè)果園按照東、西、南、北、中選取果樹樣點(diǎn)，取樣時(shí)避開施肥區(qū)，選取樹冠落雨線附近土壤，用土鉆鉆取3 個(gè)0～40 cm 土樣，混合均勻后，取500 g 土樣待測。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

土壤養(yǎng)分測定項(xiàng)目及方法如表1 所示。

表1 土壤養(yǎng)分測定項(xiàng)目及方法

1.4 土壤肥力評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

山西果園土壤養(yǎng)分含量指標(biāo)的豐缺目前尚未有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，為便于評(píng)價(jià)運(yùn)城市豐產(chǎn)果園土壤養(yǎng)分狀況，參照李柳瑩等[10]關(guān)于洛川蘋果園養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)、張進(jìn)等[11]關(guān)于渭北蘋果園速效養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)、王留好[12]關(guān)于陜西省果園速效養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)、中華人民共和國農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（NY/T 391—2000）綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合本次調(diào)查數(shù)據(jù)，擬定運(yùn)城果園土壤養(yǎng)分含量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（表2），為今后運(yùn)城市果園土壤養(yǎng)分含量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的確立提供參考。

表2 運(yùn)城果園土壤養(yǎng)分含量分級(jí)參考標(biāo)準(zhǔn)

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2016，SPSS 19.0 軟件進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤有機(jī)質(zhì)含量分析

土壤有機(jī)質(zhì)作為土壤的重要組成部分以及植物礦物質(zhì)營養(yǎng)的主要來源，其含量和動(dòng)態(tài)直接影響著土壤的其他理化性質(zhì)[13-14]，同時(shí)也通過直接為果樹生長提供營養(yǎng)元素和生理活性物質(zhì)促進(jìn)果實(shí)的生長發(fā)育，直接影響著果實(shí)的產(chǎn)量和品質(zhì)[1，15]。果園土壤有機(jī)質(zhì)不僅是果園土壤肥力狀況的重要指標(biāo)，同時(shí)也是果園能否穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)及生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)果品的基本條件[16]。

表3 運(yùn)城市果園采樣點(diǎn)土壤養(yǎng)分含量檢測結(jié)果

從表3 可以看出，運(yùn)城市蘋果主產(chǎn)區(qū)豐產(chǎn)果園土壤有機(jī)質(zhì)平均含量為1.13%，變幅為0.54%～2.05%，變異系數(shù)為27.2%。依據(jù)擬定的運(yùn)城果園土壤養(yǎng)分含量分級(jí)參考標(biāo)準(zhǔn)（表2），調(diào)查的110 個(gè)果園中土壤有機(jī)質(zhì)含量達(dá)到Ⅲ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的占12.7%，平陸縣果園土壤有機(jī)質(zhì)含量達(dá)到Ⅲ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的占41.3%，海拔高度在700～850 m 的果園土壤有機(jī)質(zhì)含量達(dá)到Ⅲ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的占42.9%。

從圖1 可以看出，依據(jù)縣域劃分，平陸縣有機(jī)質(zhì)含量平均值顯著高于其他縣域，但未達(dá)到Ⅲ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；依據(jù)海拔高度劃分，海拔高度在700～850 m 的果園土壤有機(jī)質(zhì)含量平均值顯著高于海拔低于700 m 的果園，但同樣未達(dá)到Ⅲ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；依據(jù)樹齡劃分，不同樹齡跨度之間果園土壤有機(jī)質(zhì)含量差異不顯著。由此可知，運(yùn)城市果園土壤有機(jī)質(zhì)含量整體偏低，絕大多數(shù)果園土壤有機(jī)質(zhì)含量嚴(yán)重缺乏，需要增施有機(jī)肥，提高土壤有機(jī)質(zhì)含量。

2.2 土壤氮素含量分析

氮是植物生長發(fā)育所必需的礦質(zhì)營養(yǎng)元素，大量研究發(fā)現(xiàn)，土壤中有機(jī)質(zhì)含量與全氮含量呈正相關(guān)，果園土壤中全氮含量與果樹生產(chǎn)能力和潛力密切相關(guān)，土壤中氮素含量直接影響著果樹光合速率、光合葉面積、花芽分化、坐果率等生理因素[2，17-19]。而堿解氮是易被植物吸收的必需元素，土壤中堿解氮的含量是土壤氮素肥力的重要指標(biāo)，能直觀體現(xiàn)果園土壤近期內(nèi)的氮素肥力供應(yīng)強(qiáng)度[20-21]。

由表3 可知，運(yùn)城市豐產(chǎn)果園土壤全氮的平均含量為0.82 g/kg，變異系數(shù)為18.3%，變幅為0.45～1.17 g/kg，變幅較大。

從圖2 可以看出，不同縣域之間除臨猗縣果園土壤全氮總體水平偏低，平均值未達(dá)到綠色食品產(chǎn)地土壤肥力分級(jí)Ⅲ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)外，其余各縣平均值均達(dá)到Ⅲ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，其中，芮城縣、平陸縣果園土壤全氮含量達(dá)到Ⅲ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的分別占60%和72.4%。從海拔高度上看，運(yùn)城市處于400～550 m 的果園全氮含量平均值較低，未達(dá)到Ⅲ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，而700～850 m 的果園土壤全氮含量達(dá)到Ⅲ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的占52.4%。從樹齡上看，不同樹齡之間全氮平均含量差異不顯著。

運(yùn)城市豐產(chǎn)果園土壤堿解氮的平均含量為38.25 mg/kg，變幅為19.87～59.60 mg/kg，變異系數(shù)為25.1%，整體處于較低水平。其中，臨猗縣果園堿解氮受全氮水平情況的影響，其總體水平也相對(duì)偏低，平均值僅為27.58 mg/kg，低于芮城縣和平陸縣豐產(chǎn)果園土壤堿解氮含量的最低值，且其最高值與運(yùn)城市豐產(chǎn)果園土壤堿解氮的平均值相近。海拔高度處于700～850 m 的果園土壤堿解氮含量平均值顯著高于400～550，550～700 m 的果園。樹齡大于20 a 的果園園土壤堿解氮含量平均值顯著低于樹齡在10～20，10 a 以下的果園（圖3）。

由此可以看出，運(yùn)城市大部分果園全氮含量達(dá)到了Ⅲ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，但是大部分果園的堿解氮含量低于50 mg/kg，未達(dá)到Ⅲ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，且含量大于50 mg/kg 的果園僅占12.7%，這可能是由于單施化肥造成施入土壤的氮肥大多迅速被微生物分解成硝酸鹽，后通過反硝化、氨揮發(fā)、淋失等途徑從土壤中損失[17]。因此，堿解氮含量低的果園應(yīng)注重有機(jī)肥施用，增加土壤有機(jī)質(zhì)。

2.3 土壤有效磷含量分析

磷素對(duì)土壤生態(tài)環(huán)境和果業(yè)可持續(xù)發(fā)展有重要影響[22]。我國蘋果園平均純磷施用量已由2008 年的181.5 kg/hm2提高到2013 年的238.5 kg/hm2，呈現(xiàn)逐年增加的趨勢(shì)[23]，且目前果樹等經(jīng)濟(jì)林木種植面積的大幅度增加使其投入的磷素量約占環(huán)境中磷素總量的60%[24]。隨著磷肥的過量施用，果園土壤磷素盈余量不斷增加，果園土壤磷環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)也隨之加大[25]。從表3、圖4 可以看出，運(yùn)城市豐產(chǎn)果園有效磷的平均值為33.47 mg/kg，遠(yuǎn)超過運(yùn)城果園土壤養(yǎng)分分級(jí)Ⅰ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，且有效磷的最高值是Ⅰ級(jí)指標(biāo)臨界值的4 倍以上。

從不同縣域的果園磷含量對(duì)比可以看出，萬榮縣、芮城縣以及平陸縣大部分果園土壤有效磷水平達(dá)到Ⅰ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，臨猗縣果園土壤有效磷平均值接近Ⅰ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；從不同樹齡的果園磷含量可以看出，除樹齡大于20 a 的老果園有效磷平均值僅達(dá)到Ⅲ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)外，其余果園有效磷大部分處于高水平（圖4）。由此可以得出，運(yùn)城市果園土壤有效磷整體處于高水平，部分高磷果園可減少磷肥使用，老果園可適當(dāng)增施磷肥。

2.4 土壤速效鉀含量分析

鉀是植物生長發(fā)育所必需的大量元素之一，其參與了植物呼吸作用、光合作用、能量儲(chǔ)存等生理生化過程，并通過促進(jìn)果樹根系形成和生長，提高了植物的適生能力[26]。在蘋果需要的多種養(yǎng)分中，鉀起著至關(guān)重要的作用，在產(chǎn)量方面，路永莉[27]研究發(fā)現(xiàn)，增施鉀肥能顯著提高蘋果產(chǎn)量，增幅達(dá)14.9%～42.8%；在果實(shí)品質(zhì)方面，諶琛[28]和李書田等[29]研究發(fā)現(xiàn)，鉀可增加果實(shí)含糖量，提高果實(shí)可溶性固性物、維生素C、可滴定酸含量，增加葉片鮮質(zhì)量、葉綠素含量，提升果面著色度、香味和耐貯性，降低果實(shí)中鈣、鎂含量以及果實(shí)硬度。同時(shí)意味著過度施用鉀肥，可能會(huì)由于鈣、鎂含量的降低而引起病害。速效鉀可相對(duì)反映土壤的供鉀水平，并可依此判斷果園土壤是否需要增施鉀肥[26]。

運(yùn)城市果園土壤速效鉀的平均值是210.80 mg/kg，變幅為104.0～339.5 mg/kg，變異系數(shù)為26.3%，變幅很大（表3）。

依據(jù)運(yùn)城果園土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，從圖5 可以看出，僅臨猗縣果園和樹齡大于20 a 的老果園土壤速效鉀平均含量處于Ⅱ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，其余果園速效鉀大部分處于高水平，運(yùn)城市高鉀果園可適度減少鉀肥用量，防止發(fā)生生理性病害。

2.5 土壤pH 值分析

土壤pH 值對(duì)各種礦質(zhì)元素的有效性起著關(guān)鍵性作用[30]。有研究表明，土壤pH 值與土壤堿解氮、有效磷和速效鉀含量呈顯著負(fù)相關(guān)[30-32]。土壤微生物對(duì)土壤中營養(yǎng)物質(zhì)的分解、轉(zhuǎn)化以及植物根系的吸收利用起著重要作用[33]，田稼等[34]研究發(fā)現(xiàn)，土壤pH 值可通過影響土壤中微生物種類及種群數(shù)量而影響土壤養(yǎng)分狀況，土壤pH 值與土壤微生物種群數(shù)量呈顯著負(fù)相關(guān)，土壤微生物種群數(shù)量與壤堿解氮、有效磷和速效鉀含量呈顯著正相關(guān)。運(yùn)城市果園土壤呈弱堿性，pH 值變幅為8.05～8.69，平均值為8.35，而蘋果樹適宜生長在微酸性到中性土壤中。因此，運(yùn)城市果園可通過改良土壤酸堿度、增加果園微生物種群數(shù)量、提高土壤中有機(jī)營養(yǎng)成分含量、降低土壤pH 值，從而改善果園土壤微生態(tài)環(huán)境。

3 結(jié)論與討論

本研究通過對(duì)運(yùn)城蘋果主產(chǎn)區(qū)110 個(gè)豐產(chǎn)果園的抽樣調(diào)查表明，運(yùn)城市蘋果主產(chǎn)區(qū)豐產(chǎn)果園土壤有機(jī)質(zhì)含量相對(duì)較低，只有12.7%的果園土壤有機(jī)質(zhì)含量達(dá)到了土壤肥力分級(jí)Ⅱ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。且運(yùn)城市果園土壤養(yǎng)分中全氮含量與堿解氮含量呈現(xiàn)明顯不對(duì)稱，因此，運(yùn)城市果園應(yīng)采取增施有機(jī)肥、改良土壤酸堿度等措施，注重提高果園土壤有機(jī)質(zhì)含量。由于運(yùn)城市果園土壤呈現(xiàn)出富磷、富鉀的土壤養(yǎng)分特征，因而，在果園施肥中需要控制磷肥和鉀肥，防止出現(xiàn)生理性病害。此外，除根據(jù)土壤中各養(yǎng)分含量針對(duì)性施肥外，運(yùn)城市果園還應(yīng)積極采取果園生草、水肥一體化等方法提高果園有機(jī)質(zhì)、礦質(zhì)養(yǎng)分和水分等含量，進(jìn)而影響樹體生長發(fā)育和果實(shí)品質(zhì)，改善果園中的生態(tài)效應(yīng)[35-38]。

本試驗(yàn)對(duì)不同縣域、不同海拔高度以及不同樹齡蘋果園的土壤養(yǎng)分狀況進(jìn)行了對(duì)比研究，可為運(yùn)城地區(qū)確立果園土壤診斷標(biāo)準(zhǔn)值提供基礎(chǔ)，但在研究中未涉及到蘋果果實(shí)、葉片中礦物質(zhì)含量與土壤養(yǎng)分狀況的相關(guān)性，其還有待進(jìn)一步研究，以期為運(yùn)城蘋果園的土肥管理提供理論依據(jù)。