湖南省柑橘園土壤pH和主要養(yǎng)分特征及其相互關(guān)系

曹 勝，歐陽夢云，周衛(wèi)軍*，崔浩杰，劉 沛，譚 潔

（1．湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，湖南 長沙 410128；2．湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院，湖南 長沙 410128）

湖南省是我國柑橘主產(chǎn)優(yōu)勢區(qū)之一，屬大陸性亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，截止到2017年末，全省柑橘種植面積為38萬 hm2，年產(chǎn)量在517萬t以上。雖然柑橘經(jīng)濟效益突出，但果園土壤面臨土壤肥力退化，果實品質(zhì)下降的問題。大量研究表明柑橘園土壤營養(yǎng)狀況對柑橘優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)有著重要的影響，鮑江峰等［1］的研究表明，土壤中諸多因子直接影響湖北省紐荷爾臍橙的生長發(fā)育和品質(zhì)表現(xiàn)，土壤pH值、堿解氮和速效鉀含量顯著影響果皮亮度和果實可滴定酸含量；淳長品等［2］，魯劍?。?］和Zhou等［4］研究表明，多數(shù)果園土壤大量元素的有效態(tài)養(yǎng)分含量處于缺乏范圍，土壤pH值與有機質(zhì)含量對果實營養(yǎng)元素含量影響顯著；同時由于氣候、土壤條件等差異，柑橘園土壤養(yǎng)分存在地域性差別。如重慶柑橘園土壤堿解氮、有效磷和有效硼含量缺乏最為嚴(yán)重［5］，湖北柑橘園土壤主要有機質(zhì)、有效鋅和有效硼含量普遍偏低［6］，廣西柑橘園土壤鈣、銅、鋅、硼含量明顯不足［7］。

土壤是柑橘生產(chǎn)的基礎(chǔ)，土壤理化性質(zhì)影響土壤保肥和供肥能力，只有了解柑橘園土壤養(yǎng)分障礙因子，才能有針對性的開展土壤培肥改土工作［8-11］。近年來，針對旱地果園土壤養(yǎng)分特征的研究已有相關(guān)報道，溫明霞等［12］調(diào)查了浙江省柑橘主產(chǎn)區(qū)土壤養(yǎng)分現(xiàn)狀；程琛等［13］分析了福建蜜柚園土壤Cu含量狀況及其影響因素；馬小川等［14］研究了湖南省溫州蜜柑園土壤營養(yǎng)狀況及其對果實品質(zhì)的影響。前人的研究僅局限于簡單的土壤養(yǎng)分狀態(tài)的評價或者單個土壤養(yǎng)分指標(biāo)的分析，而關(guān)于湖南省柑橘園土壤pH與諸多養(yǎng)分特征及其相互關(guān)系的系統(tǒng)研究尚鮮見報道。為了科學(xué)地指導(dǎo)湖南省柑橘園土壤培肥管理，改善土壤理化性質(zhì)，提高柑橘果品質(zhì)量，于2017年對湖南省84個柑橘主產(chǎn)區(qū)土壤pH和主要養(yǎng)分含量進行了采樣分析，研究了果園土壤養(yǎng)分豐缺狀況和養(yǎng)分限制因子，并就柑橘園土壤pH與養(yǎng)分含量相關(guān)性進行了探討，以期為湖南省柑橘園制定施肥策略提供參考。

1 材料與方法

1.1 土樣的采集

2017年11～12月，在湖南省柑橘主產(chǎn)區(qū)，包括江永、臨武、宜章、永興、新寧、零陵、冷水灘、黔城、瀘溪、麻陽、永順、洪江、臨澧和石門等14個縣，選擇84個典型的柑橘主產(chǎn)區(qū)定點調(diào)查（圖1），在果實成熟期采樣（按照S型），選取樹冠滴水線內(nèi)側(cè)10 cm位置，避開施肥穴，采集5點以上的0～40 cm土層土壤樣品，混合均勻后，按四分法分取1 kg左右土樣，于室內(nèi)風(fēng)干、混勻、磨細、過2 mm尼龍篩，裝袋保存?zhèn)溆谩?/p>

圖1 湖南省柑橘園分布

1.2 測定指標(biāo)與方法

采用電位法測定土壤的pH 值，土水比1∶2.5；重鉻酸鉀容量法測定土壤的有機質(zhì)含量；堿解擴散法測定土壤堿解氮；氟化銨-鹽酸浸提-鉬銻抗比色法測定土壤有效磷；乙酸銨浸提-火焰光度法測定土壤速效鉀；乙酸銨浸提-電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定土壤交換性鈣、鎂；DTPA浸提法-電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定土壤中的鐵、錳、銅、鋅含量；沸水浸提后用EDTA-電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定土壤有效硼；土壤有效硫含量用 BaSO4比濁法測定［15-16］。

1.3 土壤pH和養(yǎng)分的分級指標(biāo)

柑橘園土壤pH分級標(biāo)準(zhǔn)［17］：pH≤4.5為強酸性，4.5～5.5為酸性，5.5～6.5為弱酸性，6.5～ 7.5為中性，7.5～8.5為堿性，＞8.5為強堿性。柑橘適宜微酸性土壤，pH過高或者過低均不適合柑橘果樹的生長，最為適宜的pH值為5.5 ～ 6.5［3］。

柑橘園土壤有機質(zhì)分級標(biāo)準(zhǔn)［3］：有機質(zhì)含量≤5 g/kg為極其缺乏，5～10 g/kg為缺乏，10～15 g/kg為偏低水平，15～30 g/kg為適宜含量，＞30 g/kg為高量水平。柑橘生長發(fā)育要求土壤有機質(zhì)最適宜范圍為15～30 g/kg。其他速效養(yǎng)分參照莊伊美［18］、魯劍巍［3］對柑橘生長適應(yīng)性研究劃分的土壤養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 柑橘園土壤養(yǎng)分含量分級標(biāo)準(zhǔn) （mg/kg）

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010進行數(shù)據(jù)處理，用SPSS 20.0軟件統(tǒng)計分析，Origin 2017制圖，文中數(shù)據(jù)為3次重復(fù)樣的平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差。

2 結(jié)果與分析

2.1 柑橘園土壤營養(yǎng)狀況分析

2.1.1 柑橘園土壤pH值狀況

湖南省柑橘園土壤pH值的變化幅度為4.02～7.20，平均值為4.58，變異系數(shù)為17.54%，總體土壤酸化嚴(yán)重，強酸和酸性土壤樣點比例占調(diào)查果園總數(shù)的86.90%，僅有9.52%的果園土壤pH在5.5～6.5范圍內(nèi)適宜優(yōu)質(zhì)柑橘生產(chǎn)（表2）。

表2 柑橘園土壤pH值分布

2.1.2 柑橘園土壤有機質(zhì)和養(yǎng)分豐缺狀況

湖南省柑橘主產(chǎn)區(qū)土壤有機質(zhì)和養(yǎng)分水平差異較大（表3），土壤有機質(zhì)含量整體變幅為10.09～39.68 g/kg，76.56%果園有機質(zhì)含量均處于適宜范圍內(nèi)。堿解氮是衡量土壤肥力的一個重要指標(biāo)，柑橘主產(chǎn)區(qū)土壤堿解氮平均值為164.98 mg/kg，適宜含量的樣點果園比例達到100.00%；土壤有效磷平均含量為24.67 mg/kg，61.56%柑橘園適宜柑橘種植，然而空間分布不均勻，變異系數(shù)較高，有效磷含量低于15 mg/kg的樣點果園占總數(shù)的32.88%；土壤速效鉀平均含量為165.91 mg/kg，適宜含量的樣點果園比例為45.31%，其中速效鉀含量處于低量水平的樣點占26.56%。

柑橘主產(chǎn)區(qū)土壤交換性鈣平均含量為1 592.59 mg/kg，一般酸性土壤中發(fā)生缺鈣現(xiàn)象較為普遍，有效鈣含量處于低量水平的樣點占43.75%；果園土壤交換性鎂平均含量為160.39 mg/kg，處于低量水平的樣點占56.25%，空間分布不均勻，兩種養(yǎng)分變異系數(shù)高達70%以上；湖南柑橘園土壤有效硫含量富集明顯，平均含量為62.99 mg/kg，69.88%柑橘園土壤樣品處于高量水平，變異系數(shù)為53.98%。

柑橘園土壤有效鐵、錳和銅的平均含量分別是89.07、45.21、1.93 mg/kg， 其 中87.50%、65.63%和64.06%果園表現(xiàn)為過量水平，各有效養(yǎng)分含量變異較大。土壤有效鋅平均含量3.16 mg/kg，76.56%果園表現(xiàn)為適宜水平。但有效硼極其缺乏，平均含量只有0.32 mg/kg，85.94%樣點果園低于適宜含量值。

表3 湖南省柑橘園土壤有機質(zhì)和養(yǎng)分狀況及豐缺評價

2.2 柑橘園土壤有機質(zhì)、養(yǎng)分含量、pH間的相關(guān)性

湖南省柑橘園土壤pH值與有機質(zhì)、養(yǎng)分間的相關(guān)性見表4，柑橘園土壤pH值與交換性鈣（r=0.830**）、交換性鎂（r=0.623**）含量間呈極顯著正相關(guān)，與有效鐵（r=-0.222*）呈顯著負相關(guān)，與有效硫（r=-0.404**）、有效磷（r=-0.368**）和有機質(zhì)（r=-0.308**）呈極顯著負相關(guān)，這可能是因為土壤有機質(zhì)分解過程中產(chǎn)生酸性物質(zhì)降低了土壤pH值，且土壤中有效磷含量過高，會使土壤pH值降低，常見的磷肥包括磷酸二氫鈣、過磷酸鈣、磷酸銨、磷酸二氫銨等；土壤有機質(zhì)含量與有效磷（r=0.458**）、有效鋅（r=0.507**）、有效硼（r=0.499**）、有效硫（r=0.285**）含量呈極顯著正相關(guān)，與有效銅（r=0.228**）含量呈顯著正相關(guān)，說明增施有機肥能提高果園土壤有效養(yǎng)分含量。此外，土壤礦質(zhì)元素間相關(guān)系數(shù)較大的包括有效磷與有效鐵含量（r=0.523**）、速效鉀與有效鋅含量（r=0.518**）、交換性鈣與交換性鎂含量（r=0.640**）、有效銅與有效鋅含量（r=0.509**）、有效鋅與有效硼含量（r=0.449**）、有效硫與有效硼含量（r=0.441**）。土壤養(yǎng)分之間關(guān)系比較復(fù)雜，元素之間普遍具有協(xié)同和拮抗作用，pH值過高或過低均會造成營養(yǎng)元素失調(diào)，因此，改善土壤酸堿度、增施有機肥、平衡施用化肥是果園管理的有效措施。

表4 柑橘園土壤有機質(zhì)、有效養(yǎng)分、pH間的相關(guān)關(guān)系

2.3 柑橘園土壤pH對土壤肥力的影響

土壤酸堿性對土壤肥力的影響，首先表現(xiàn)在土壤養(yǎng)分的有效性方面，按照柑橘生長適應(yīng)性分級標(biāo)準(zhǔn)將土壤pH值分成4組：≤4.5強酸性、4.5～5.5酸性、5.5～6.5弱酸性、6.5～7.5中性，各組平均值分別為4.01±0.31、4.79±0.22、5.77±0.16、7.25±0.21。統(tǒng)計土壤pH組間各有效養(yǎng)分含量的平均值，分析土壤pH對土壤有效養(yǎng)分含量的影響，結(jié)果表明（圖2），湖南省柑橘園土壤有機質(zhì)、堿解氮和有效磷含量受土壤酸化影響較小，在pH值為5.5～6.5時較高；土壤速效鉀含量則逐漸升高，至pH值5.5～6.5時最高，之后降低；土壤交換性鈣和交換性鎂含量在pH≤5.5時變化不大，之后迅速升高，而土壤有效鐵含量在pH≤6.5時緩慢下降，之后快速降低；土壤pH≤6.5時，有效硫含量大幅度下降，之后逐漸降低；土壤有效錳和有效銅含量隨土壤pH值先升高后降低，峰值出現(xiàn)在pH值4.5～5.5；對于土壤有效鋅、有效硼含量，受pH值的影響比較復(fù)雜，處于1.81～3.60 mg/kg、0.29～0.35 mg/kg低水平范圍上下波動。綜上可知，當(dāng)土壤pH值在5.5～6.5時，氮、磷、鉀、鈣、鎂和硼元素有效養(yǎng)分含量豐富，而鐵、錳、銅、鋅和硫的有效性較低，適宜的土壤pH可避免營養(yǎng)元素的缺乏和毒害作用，因此施肥時應(yīng)注意不同養(yǎng)分的配比，才能保證作物根際養(yǎng)分的最大吸收率。

圖2 pH組間土壤有效養(yǎng)分狀況

2.4 柑橘園土壤養(yǎng)分、pH間回歸方程建立

土壤養(yǎng)分含量、pH間的關(guān)系錯綜復(fù)雜，簡單相關(guān)分析只能說明一些現(xiàn)象，結(jié)合專業(yè)知識與統(tǒng)計分析結(jié)果篩選出土壤養(yǎng)分與土壤pH具有顯著影響的量化指標(biāo)，將分組后的土壤養(yǎng)分（y）與pH值（x）進行曲線擬合，研究結(jié)果表明：

（1）與有機質(zhì)的關(guān)系。由圖3可以看出，湖南省柑橘園土壤有機質(zhì)含量在15～30 mg/kg適宜水平分布的較為廣泛，對土壤pH和有機質(zhì)含量擬合二次曲線方程y有機質(zhì)=2.38x2-26.78x+92.26，通過求解方程最優(yōu)值可知，當(dāng)土壤pH值為5.6時，土壤中有機質(zhì)含量為16.93 g/kg，在適宜含量15～30 g/kg范圍內(nèi)；當(dāng)pH＞5.6時，pH值與土壤有機質(zhì)含量之間呈正相關(guān)關(guān)系，隨著土壤pH值增大，有機質(zhì)含量呈現(xiàn)增加趨勢；當(dāng)pH＜5.6時，反之則降低。

（2）與有效磷的關(guān)系。果園土壤有效磷含量大部分處于40 mg/kg以下，對土壤pH和有效磷含量之間擬合二次曲線方程y有效磷=6.31x2-74.05x+225.91，通過求解方程最優(yōu)值可知，當(dāng)土壤pH值為5.9時，土壤中有效磷含量為9.01 g/kg，低于15～80 mg/kg適宜含量；當(dāng)pH＞5.9時，pH值與土壤有效磷含量之間呈正相關(guān)關(guān)系，隨著土壤酸堿度增大，有效磷含量呈現(xiàn)升高趨勢；當(dāng)pH＜5.9時，酸性過強，土壤活性鐵、鋁與磷酸形成難溶性的磷酸鐵或磷酸鋁沉淀而被固定，降低土壤中磷的有效性和供磷能力。

（3）與交換性鈣、交換性鎂的關(guān)系。酸性土壤及含鈉高的鹽堿土易發(fā)生缺鈣、缺鎂的癥狀，當(dāng)土壤pH降低時土壤中正電荷增加，對鈣、鎂等養(yǎng)分離子吸附減少［19］。果園土壤交換性鈣和交換性鎂含量大部分處于2 000和300 mg/kg以下的低量水平。分別對土壤pH與交換性鈣和交換性鎂含量之間擬合最優(yōu)回歸曲線，y交換性鈣=55.06x3-476.10x2+1 899.12x-2 646.68，y交換性鎂=81.13x-217.45。表明土壤中交換性鈣、交換性鎂的含量與pH值之間呈正相關(guān)關(guān)系，隨著pH值的上升而呈現(xiàn)升高趨勢。湖南省柑橘園土壤普遍呈酸性，酸性土壤中H+和Al3+對Ca2+和Mg2+的釋放有明顯的抑制作用。

（4）與有效硫的關(guān)系。由圖3可見，果園土壤有效硫含量大部分處于40 mg/kg以上的高量水平。對土壤pH與有效硫含量之間擬合最優(yōu)回歸曲線，y有效硫=7.21x2-90.35x+320.68，通過求解方程最優(yōu)值可知，當(dāng)土壤pH值為6.3時，土壤中有效硫含量為37.66 mg/kg，在24～40 mg/kg適宜含量范圍內(nèi)；當(dāng)pH＜6.3時，pH值與土壤有效硫含量之間呈負相關(guān)關(guān)系，隨著土壤pH值上升而呈現(xiàn)降低趨勢；當(dāng)pH＞6.3時，反之則升高。

（5）與有效鐵的關(guān)系。土壤pH越高，鐵的溶解度越低。對土壤pH與有效鐵含量之間擬合最優(yōu)回歸曲線，y有效鐵=-21.41x+188.73，土壤中有效鐵含量與pH之間呈負相關(guān)關(guān)系，隨著pH值的上升而降低的趨勢。

綜上可知，湖南省柑橘園土壤pH值在5.6～6.3時，土壤中礦質(zhì)元素有效養(yǎng)分含量大部分適宜，能夠滿足柑橘營養(yǎng)需求，這與謝志南等［20］、魯劍巍等［6］研究認為適宜柑橘栽培的土壤pH值為5.5～6.5的結(jié)論吻合。

圖3 土壤有機質(zhì)、養(yǎng)分含量、pH之間變化趨勢

3 討論

土壤酸堿性是土壤的重要屬性之一，對于土壤營養(yǎng)成分有效性、土壤微生物活性及作物的生長發(fā)育均有明顯的影響［21］。土壤過酸，易引起土壤板結(jié)，透氣透水性差，造成土壤營養(yǎng)物質(zhì)的吸附能力降低，加速養(yǎng)分流失，影響柑橘生長發(fā)育［22］。湖南省柑橘園果樹種植年限大部分超過20年，超過80%的果園土壤pH≤5.5，處于酸性至強酸性環(huán)境，這可能與柑橘栽培過程中果農(nóng)長期偏施化肥有關(guān)，而一般認為，適宜柑橘栽培的土壤pH值為5.5～6.5［6］。合理施用石灰能夠調(diào)節(jié)土壤酸堿性，改善果實品質(zhì)，張影等［23]研究發(fā)現(xiàn)，酸性土壤施用石灰可以顯著提升果樹營養(yǎng)成分吸收，降低果實酸度，提高果實可溶性固形物與可滴定酸的比值。土壤有機質(zhì)含量是土壤肥力的重要指標(biāo)，不僅含有植物所需的各種營養(yǎng)元素，如氮、磷和鉀，同時腐殖質(zhì)也是土壤團粒結(jié)構(gòu)的重要組成部分，影響著土壤的水分、溫度、松緊度等物理性狀，測定有機質(zhì)含量，可以作為施肥改土、提高土壤肥力的依據(jù)［24-25］。國外豐產(chǎn)園有機質(zhì)甚至高達20～60 g/kg，湖南柑橘園土壤有機質(zhì)含量整體較高，其中85.94%的柑橘園土壤有機質(zhì)含量處于適宜或高量水平，調(diào)查顯示果農(nóng)對于有機肥的施用意識普遍提高，在柑橘果園養(yǎng)分管理時，常施用菜枯、桐麩和畜禽糞等有機肥料。

84個樣點果園堿解氮、有效磷和速效鉀的平均含量適宜，適宜比例分別為100.00%、61.56%和45.31%，這與多年來增施15-15-15和17-17-17的高氮磷鉀復(fù)合肥有關(guān)，然而區(qū)域間養(yǎng)分差異顯著，有效磷含量嚴(yán)重缺乏（≤15 mg/kg）的樣點果園占32.88%，造成果園有效磷含量偏低的原因除土壤中總磷含量偏低外，酸性土壤中很大一部分磷與鐵、鋁、鈣等結(jié)合成不溶性的磷酸鐵、磷酸鋁和磷酸鈣而被固定有關(guān)［26］。速效鉀含量處于低量水平的樣點果園占26.56%，部分地區(qū)柑橘園速效鉀含量虧缺的原因是柑橘園砂質(zhì)土、近代河湖沖沉積物和第四季紅色粘土等土壤鉀背景值較低，同時橘園多分布在丘陵山地水土流失嚴(yán)重，土壤淋溶性強［19］。

酸性土壤中發(fā)生缺鈣、缺鎂的現(xiàn)象較為普遍，這可能與湖南亞熱帶氣候地區(qū)土壤風(fēng)化和淋溶作用強烈有關(guān)，當(dāng)土壤pH下降時土壤中正電荷增加，對鈣和鎂等養(yǎng)分離子的吸附量顯著減少［27］。土壤中的鈣、鎂等中量元素養(yǎng)分主要來自人為施用的肥料，調(diào)查中果園土壤有效鈣含量處于低量水平的樣點果園占43.75%，交換鎂含量處于低量水平的樣點占56.25%。南方酸性土壤缺乏交換性鈣、鎂含量已經(jīng)成為制約柑橘果實品質(zhì)提升的重要因素，酸性土壤通過施用石灰能夠提高交換性鈣的含量，而且施用生石灰可以緩沖土壤的酸堿性，降低鋁的溶解度，減輕毒害。其中69.88%柑橘園土壤樣品有效硫含量處于高量水平，可能是長期施用含硫肥料容易導(dǎo)致硫酸根離子出現(xiàn)過量富集現(xiàn)象。本研究中部分柑橘園土壤微量元素有效鐵、錳和銅過量，有效鋅含量適宜，土壤有效硼缺乏，這可能是因為柑橘病蟲害防治時大量使用銅制劑、波爾多液和代森錳鋅等殺菌劑造成，而湖南柑橘土壤有效硼的缺乏現(xiàn)象嚴(yán)重，柑橘園土壤缺硼比例高達85.94%，主要原因在于土壤有效硼含量較低，另外，柑橘園施肥時忽視硼肥的補充也是造成土壤缺硼的原因之一。

土壤養(yǎng)分的可利用性受土壤酸堿性和有效態(tài)養(yǎng)分的平穩(wěn)作用，土壤pH值過高或過低均會影響元素在土壤中存在形態(tài)，研究柑橘園土壤養(yǎng)分間相互關(guān)系對正確培肥和土壤改良具有指導(dǎo)作用。Pearson相關(guān)分析表明，土壤養(yǎng)分含量受pH值影響最大，土壤pH值與交換性鈣（r=0.830**）、交換性鎂（r=0.623**）含量間呈極顯著正相關(guān)水平，與有機質(zhì)（r=-0.308**）、有效磷（r=-0.368**）和有效硫（r=-0.404**）間呈極顯著負相關(guān)水平，與有效鐵（r=-0.222*）呈顯著負相關(guān)水平，不同研究者觀點不一致，可能與土壤條件、施肥習(xí)慣等差異有關(guān)。各養(yǎng)分含量在不同土壤pH組間存在極顯著差異，擬合回歸曲線證明了在pH為5.6～6.3弱酸性環(huán)境時，各養(yǎng)分有效含量基本適宜［28］。湖南省柑橘園土壤酸化趨勢應(yīng)引起足夠重視，柑橘園土壤進行改良與培肥時，建議采用測土配方施肥技術(shù)，全面考慮大中微量元素養(yǎng)分的配比選取合適的肥料品種平衡施肥，而不是只施用某一種單質(zhì)肥。

4 結(jié)論

整體上湖南省柑橘園土壤養(yǎng)分肥力偏低且分布不平衡，土壤酸化嚴(yán)重，土壤養(yǎng)分比例失調(diào)尤其以有效鈣、鎂和硼元素的缺乏較為嚴(yán)重，部分柑橘園土壤有效鐵、錳、銅和鋅元素含量較高。研究表明柑橘園土壤酸堿性與土壤肥力的關(guān)系密切，建議園區(qū)培肥管理時應(yīng)結(jié)合營養(yǎng)診斷進行平衡施肥，調(diào)節(jié)土壤酸堿性，改善土壤理化性質(zhì)，控制氮、磷、鉀肥施用比例，增施鈣、鎂和硼肥。