趙瑞芬,程 濱,張一弓,滑小贊,王 森,王 釗
(山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院,山西太原030031)
核桃(Juglans regiaL.)為胡桃科屬,其核仁具有很高的營養(yǎng)價(jià)值和保健價(jià)值,是世界著名的“四大干果”之一。山西省地處黃土高原東部,屬于溫帶大陸性氣候,晝夜溫差大,日照充足,是我國優(yōu)質(zhì)核桃的生產(chǎn)基地之一;隨著核桃種植的迅猛發(fā)展,核桃產(chǎn)業(yè)已成為山西多地的農(nóng)業(yè)主導(dǎo)產(chǎn)業(yè),現(xiàn)有種植面積已超過53萬hm2[1],但單位面積產(chǎn)量不到國家豐產(chǎn)林標(biāo)準(zhǔn)的1/3[2],產(chǎn)量低、品質(zhì)差制約著山西省核桃產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。有研究表明[3-5],科學(xué)合理地施肥有利于改善土壤性狀、提高核桃產(chǎn)量和品質(zhì)。核桃園土壤是核桃生長的基礎(chǔ),土壤肥力的高低直接影響核桃的產(chǎn)量的高低和品質(zhì)的好壞。因此,了解并客觀評(píng)價(jià)核桃種植地土壤的養(yǎng)分狀況,對(duì)改善土壤肥力、指導(dǎo)核桃產(chǎn)地土壤合理施肥、促進(jìn)核桃生產(chǎn)發(fā)展具有重要意義。而土壤養(yǎng)分狀況受氣候、地形、地貌、土壤條件、植被及人類活動(dòng)等因素的綜合影響。目前,針對(duì)不同種植園的土壤養(yǎng)分狀況,學(xué)者已進(jìn)行了大量研究。廣西桑樹不同種植區(qū)甚至同一種植區(qū)土壤養(yǎng)分差異較大,主產(chǎn)區(qū)50% 以上的桑園土壤速效氮、磷、鉀缺乏[6];四川廣元核桃林地土壤總體偏堿性,土壤肥沃程度總體較低,多數(shù)土壤有機(jī)質(zhì)、微量元素缺乏[7];新疆烏什縣大多數(shù)核桃園土壤有機(jī)質(zhì)含量較低,速效氮、磷、鉀、鐵、錳和銅缺乏[8];重慶市柑橘園87.5% 的土壤有機(jī)質(zhì)含量偏低、速效氮和有效磷缺乏,速效鉀缺乏和過量并存[9];重慶獼猴桃主產(chǎn)區(qū)土壤pH值普遍高,速效磷豐富,有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效鉀適中,存在部分有效硫、鐵、錳缺乏或過量現(xiàn)象[10]。不同地區(qū)土壤養(yǎng)分狀況各異,同一地區(qū)土地種植方式不同土壤養(yǎng)分狀況也不同。核桃產(chǎn)地土壤養(yǎng)分狀況的研究已在四川[7]、新疆[8]和陜西[11]等地報(bào)道,而關(guān)于山西核桃園土壤養(yǎng)分肥力狀況還未見系統(tǒng)研究。
本研究對(duì)山西省核桃主產(chǎn)區(qū)汾陽、左權(quán)、盂縣、黎城、古縣等5個(gè)縣市的土壤養(yǎng)分含量現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查與分析,并利用土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其作出相應(yīng)的評(píng)價(jià),旨在為科學(xué)地指導(dǎo)山西主產(chǎn)區(qū)核桃園施肥和實(shí)現(xiàn)養(yǎng)分資源綜合管理提供一定的科學(xué)依據(jù)。
選擇核桃種植面積較大的汾陽、左權(quán)、盂縣、古縣、黎城5個(gè)縣市作為研究區(qū),在各縣市中選取核桃種植已成規(guī)模的53個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)作為采樣點(diǎn)。于2017年9—10月核桃成熟期,考慮核桃樹齡、地形部位和土壤類型等因素,選擇10~15 a的核桃園進(jìn)行土壤樣品采集。每個(gè)樣點(diǎn)按照“S”型采樣方法,在樹冠滴水線附近,視核桃園的大小,隨機(jī)采取5~10個(gè)0~30 cm土層樣品,經(jīng)混合后取1 kg土樣作為該取樣點(diǎn)的土壤農(nóng)化樣,共采集288個(gè)有代表性的樣本。土樣置室內(nèi)陰干,研磨過1 mm或0.25 mm的尼龍篩,裝入干凈的紙袋中,備用。同時(shí),記錄采樣點(diǎn)核桃的立地條件、農(nóng)戶施肥管理和核桃產(chǎn)量情況。
分析項(xiàng)目包括pH、有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀、有效銅、有效鋅、有效錳、有效鐵等10個(gè)指標(biāo),采用常規(guī)方法進(jìn)行分析[12]。其中,土壤pH采用土水比(1∶2.5)pH酸度計(jì)進(jìn)行測定;有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀外加熱-容量法進(jìn)行測定;全氮含量采用半微量凱氏定氮法進(jìn)行測定;堿解氮含量采用堿解擴(kuò)散法進(jìn)行測定;有效磷含量采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法進(jìn)行測定;速效鉀含量采用乙酸銨浸提-火焰光度法進(jìn)行測定;有效銅、有效鋅、有效錳、有效鐵含量采用中性DTPA浸提-火焰原子吸收分光光度法進(jìn)行測定。
數(shù)據(jù)采用Excel 2007和SPSS 18.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析。
調(diào)查發(fā)現(xiàn),研究區(qū)核桃種植多為農(nóng)林復(fù)合種植,因此,土壤pH值、有機(jī)質(zhì)、全氮、大量元素和微量元素養(yǎng)分分級(jí)指標(biāo)參考我國第二次土壤普查制定的養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[13]。
土壤pH分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為:pH值在5.6~6.5時(shí)為弱酸性土壤,可以種植核桃;pH值在6.6~7.5時(shí)為中性土壤,最適宜核桃的生長;pH值在7.5~8.5時(shí)為微堿性土壤,比較適宜種植核桃;pH值在8.5~9.0時(shí)為堿性土壤,可以種植核桃,但產(chǎn)量會(huì)受影響。有機(jī)質(zhì)與其他養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。
表1土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)
核桃適應(yīng)性較強(qiáng),可以在多種土壤上生長,通常在土壤pH值為5.5~8.2的微酸性到堿性土壤中均可正常生長,而在相對(duì)偏中性土壤中生長更好(pH值為6.4~7.2)[14]。由表2可知,調(diào)查區(qū)土壤pH值主要分布在7.71~8.71,平均為8.26,綜合變異系數(shù)為2.05% ,說明研究區(qū)土壤pH基本一致;山西核桃主產(chǎn)區(qū)95.2% 的土壤樣本pH值在7.6~8.5,為弱堿性土壤,可以種植核桃;各縣市pH均值都在適宜范圍內(nèi)。在pH值較高的地方,生產(chǎn)中可以適當(dāng)施用酸性肥料來調(diào)節(jié)pH值。
表2核桃園土壤pH值和分布頻率
土壤有機(jī)質(zhì)含量大小是反映土壤肥力高低最重要的指標(biāo)之一,是土壤中各種營養(yǎng)元素特別是氮、磷的重要來源,其高低能夠反映當(dāng)季土壤養(yǎng)分供應(yīng)能力的大小[15]。由表3可知,調(diào)查區(qū)核桃種植地土壤樣本有機(jī)質(zhì)含量變化范圍為4.7~46.6 g/kg,平均為15.4 g/kg,變異系數(shù)為36.1% 。有機(jī)質(zhì)含量適宜和豐富的樣本比例為14.8% ,其中,左權(quán)占23.8% ,盂縣只占8.8% ;有機(jī)質(zhì)含量缺乏(10~20 g/kg)的樣本比例為70.2% ,其中,古縣(80.7% )占的比例最大,其次依次為黎城(77.8% )、汾陽(70.2% )、左權(quán)(64.3% )、盂縣(58.7% );有機(jī)質(zhì)含量很缺和極缺的樣本比例為15.0% ,其中,盂縣(32.6% )占的比例最大。
表3核桃園土壤有機(jī)質(zhì)含量和分布頻率
土壤含氮量是衡量土壤氮素的重要基礎(chǔ)肥力指標(biāo),其含量多少可反映土壤供氮潛力的高低[15]。由表4可知,調(diào)查區(qū)核桃種植地土壤樣本全氮含量變化范圍為0.13~1.81 g/kg,平均為0.90 g/kg,變異系數(shù)為36.4% 。全氮含量超過1.0 g/kg在適量范圍的樣本比例占35.1% ,其中,左權(quán)占66.7% 、黎城占38.9% 、古縣占27.7% 、盂縣占21.7% 、汾陽占8.8% ;全氮含量缺乏(0.75~1.0 g/kg)的樣本比例占35.1% ,其中,汾陽(50.9% )占的比例最大,其次是黎城(44.4% );全氮含量低于0.75 g/kg處于很缺和極缺范圍的土壤占29.8% ,其中,盂縣(56.6% )占的比例最大,其次是汾陽(38.5% )。
表4核桃園土壤全氮含量和分布頻率
土壤中有效養(yǎng)分含量是影響作物產(chǎn)量和品質(zhì)的重要因素之一。由表5可知,調(diào)查區(qū)核桃種植地土壤堿解氮含量變化范圍為10.2~152.5 mg/kg,平均為52.3 mg/kg,變異系數(shù)為51.0% ,土壤中的氮主要受外界環(huán)境如施肥的影響。從分布頻率來看,9.3% 的土壤堿解氮含量在適量及以上水平,分布在黎城(8.3% )和古縣(6.5% );23.3% 的土壤堿解氮含量在適量水平,各縣市分布頻率依次為黎城19.5% 、古縣17.1% 、左權(quán)7.2% 、盂縣4.3% 、汾陽1.7% ;調(diào)查區(qū)土壤堿解氮含量在60 mg/kg以下很缺和極缺級(jí)占67.5% ,缺氮較為嚴(yán)重的是汾陽(93.0% )和盂縣(76.1% ),其次依次是左權(quán)(69.0% )、黎城(55.5% )和古縣(36.1% )。在嚴(yán)重缺氮的核桃種植地應(yīng)增施氮肥。
表5核桃園土壤堿解氮含量和分布頻率
土壤有效磷是土壤磷素養(yǎng)分供應(yīng)水平高低的指標(biāo),土壤磷素含量高低在一定程度上反映了土壤中磷的貯存量和供應(yīng)能力。從表6可以看出,調(diào)查區(qū)核桃種植地土壤有效磷含量變化范圍為2.3~55.2 mg/kg,平均為11.0 mg/kg,變異系數(shù)為75.1% ,各區(qū)域土壤有效磷變異系數(shù)大小依次為汾陽(82.4% )、左權(quán)(65.4% )、盂縣(64.0% )、古縣(62.7% )和黎城(46.7% ),說明各縣市有效磷含量存在差別。從分布頻率來看,汾陽和盂縣分別有14.0% 和19.4% ,有效磷含量偏高;調(diào)查區(qū)土壤有效磷含量在10 mg/kg以下缺乏、很缺和極缺級(jí)占60.0% ,缺磷較為嚴(yán)重的是左權(quán)(78.6% )和古縣(72.3% ),其次依次是黎城(63.9% )、汾陽(49.2% )、和盂縣(41.3% )。
表6核桃園土壤有效磷含量和分布頻率
核桃果實(shí)需要的鉀較多,土壤中速效鉀的豐缺會(huì)影響核桃的產(chǎn)量及品質(zhì)[8]。從表7可以看出,調(diào)查區(qū)核桃種植地土壤速效鉀含量變化范圍為75~459 mg/kg,其變幅較大,平均為170 mg/kg,變異系數(shù)為34.8% 。含量在適宜范圍(100~150 mg/kg)的土壤樣本比例以黎城(55.5% )最大,其次依次是盂縣(39.1% )、古縣(38.3% )、和汾陽(35.6% ),左權(quán)最?。?6.7% );調(diào)查區(qū)土壤有61.9% 的土壤存在鉀過量現(xiàn)象,如左權(quán)過量比例占76.2% 、汾陽占52.6% 、古縣占46.8% 、黎城占30.6% ,盂縣所占比例最?。?7.4% ),各縣之間的差異除與當(dāng)?shù)赝寥滥纲|(zhì)有關(guān)外,這與近年來各地實(shí)施秸稈還田的力度有很大關(guān)系。
表7核桃園土壤速效鉀含量和分布頻率
由表8可知,土壤有效鐵含量范圍為2.04~15.60 mg/kg,平均為5.25 mg/kg,變異系數(shù)為36.5% ;全區(qū)土壤有效鐵含量有61.0% 屬適量及以上水平,約有39.0% 的核桃種植地土壤有效鐵缺乏,其中,黎城所占比例最大,約為58.4% ,其次依次是古縣(46.8% )、汾陽(42.1% )、盂縣(30.5% )和左權(quán)(19.1% )。
表8核桃園土壤有效鐵含量和分布頻率
由表9可知,土壤有效錳含量范圍為0.14~6.18 mg/kg,平均為0.89 mg/kg,變異系數(shù)為83.3% ,說明不同縣市、同一縣市不同取樣點(diǎn)土壤有效錳含量變異較大;約有52.2% 的土壤有效錳含量屬適量水平,其中,汾陽所占比例最大,為96.5% ;約有47.8% 土壤存在缺錳現(xiàn)象,其中,古縣占的比例最大,為87.2% 。
表9核桃園土壤有效錳含量和分布頻率
由表10可知,土壤有效銅含量范圍為0.21~1.76 mg/kg,平均為0.85 mg/kg,變異系數(shù)為41.4% ;全區(qū)土壤有效銅含量有71.0% 屬適量水平,28.9% 屬豐富水平;平均含量最大的為汾陽,最小的為古縣。
由表11可知,土壤有效鋅含量范圍為1.49~13.30 mg/kg,平均為5.34 mg/kg,變異系數(shù)為35.1% ;全區(qū)土壤有效鋅含量有72.0% 屬適量及以上水平,其中,汾陽約有50.8% 、黎城約有44.5% ,有28.0% 的核桃種植地土壤有效鋅缺乏,其中,古縣占比最大,約為68.0% ,其次依次是左權(quán)(33.3% )、盂縣(30.5% )。
表10核桃園土壤有效銅含量和分布頻率
表11核桃園土壤有效鋅含量和分布頻率
總體來看,山西省核桃主產(chǎn)區(qū)土壤有不同程度的鐵、錳和鋅缺乏及銅、鋅過量現(xiàn)象。在實(shí)際生產(chǎn)中,應(yīng)根據(jù)微量元素養(yǎng)分豐缺情況,在鐵、錳和鋅缺乏的地塊增施鐵、錳和鋅肥;在銅和鋅過量的區(qū)域不施銅肥和鋅肥,并禁止施用含銅、鋅的農(nóng)藥等。
受成土母質(zhì)、風(fēng)化過程等自然因素及土地利用方式等人為因素的影響,土壤不同養(yǎng)分含量間具有一定的相關(guān)性[9,16]。山西核桃產(chǎn)區(qū)土壤樣品的各養(yǎng)分含量之間相關(guān)性分析結(jié)果表明(表12),土壤pH與有機(jī)質(zhì)、全氮及各有效養(yǎng)分含量之間無相關(guān)性;土壤有機(jī)質(zhì)與全氮、有效銅間呈極顯著正相關(guān)(r=0.374和r=0.182),與有效鋅間呈顯著正相關(guān)(r=0.139);土壤全氮與堿解氮間呈極顯著正相關(guān)(r=0.357),與速效鉀間呈顯著正相關(guān)(r=0.165);土壤堿解氮與有效銅、有效錳間呈極顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.238和r=-0.199);土壤有效磷與速效鉀、有效銅和有效錳間呈極顯著正相關(guān)(r=0.235、r=0.176和r=0.229);土壤速效鉀與有效鋅間呈顯著正相關(guān)(r=0.165);土壤有效銅與有效鋅、有效錳間呈極顯著正相關(guān)(r=0.416和r=0.636);土壤有效鋅與有效錳間呈極顯著正相關(guān)(r=0.324),與有效鐵間呈極顯著正相關(guān)(r=0.228)。
表12核桃園土壤pH、有機(jī)質(zhì)、全氮及有效養(yǎng)分間的相關(guān)性分析(n=228)
pH對(duì)土壤中養(yǎng)分元素的有效性影響較大,核桃在土壤pH值為5.5~8.2的微酸性到堿性土壤中均可正常生長;而土壤pH值在6.5~7.5時(shí),土壤養(yǎng)分有效性最高[14,17]。李青軍等[17]研究發(fā)現(xiàn),pH值的升高或降低都會(huì)影響核桃的產(chǎn)量。山西核桃主產(chǎn)區(qū)95.2% 的土壤樣本pH值在7.6~8.5,為弱堿性土,可以種植核桃。但為了實(shí)現(xiàn)土壤養(yǎng)分平衡,獲得核桃優(yōu)質(zhì)高產(chǎn),應(yīng)在核桃園增施有機(jī)肥或使用酸性肥料以降低pH值。
土壤有機(jī)質(zhì)是評(píng)價(jià)土壤肥力的重要指標(biāo),有機(jī)質(zhì)可以改善土壤物理性狀、影響化肥的肥效,進(jìn)而影響農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)[18]。土壤有機(jī)質(zhì)與其他有效養(yǎng)分不同,在周年植物生長期間土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化較小[19]。本研究表明,山西省核桃主產(chǎn)區(qū)土壤總體有機(jī)質(zhì)含量偏低,平均達(dá)15.4 g/kg,只有14.8% 的土壤有機(jī)質(zhì)含量超過20 g/kg,不同縣區(qū)情況不同,如左權(quán)土壤有機(jī)質(zhì)含量超過20 g/kg的比例占23.8% ,而盂縣只占8.8% ,原因可能是由于左權(quán)的畜牧業(yè)比較發(fā)達(dá),有機(jī)肥來源多;另外,左權(quán)的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)為農(nóng)業(yè),農(nóng)戶對(duì)土壤培肥比較重視,而盂縣一直以來都以煤業(yè)為主,對(duì)農(nóng)業(yè)不重視,導(dǎo)致土壤比較貧瘠。有機(jī)質(zhì)含量的多少直接影響土壤其他營養(yǎng)元素的豐缺,因此,在生產(chǎn)中應(yīng)增施有機(jī)肥、提高土壤肥力,進(jìn)而促進(jìn)核桃優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)。
土壤全氮是衡量土壤氮素的重要基礎(chǔ)肥力指標(biāo),其含量大小還能反映出土壤供氮潛力的高低,堿解氮是當(dāng)季作物可以利用的有效態(tài)氮。本研究相關(guān)分析表明,山西核桃主產(chǎn)區(qū)堿解氮與全氮間存在極顯著相關(guān)性,土壤全氮含量平均為0.90 g/kg,堿解氮含量平均為52.3 mg/kg,氮水平總體偏低;不同縣區(qū)(市)土壤全氮和堿解氮含量空間差異略有不同,左權(quán)土壤全氮含量超過1.0 g/kg在適量范圍的樣本比例為66.7% ,而堿解氮含量超過90 mg/kg在適量范圍的樣本比例僅為7.2% ;盂縣土壤全氮含量低于0.75 g/kg,處于很缺和極缺范圍的樣本比例為56.6% ,堿解氮含量在60 mg/kg以下很缺和極缺范圍的樣本比例為76.1% 。這是因?yàn)槿c有機(jī)質(zhì)間存在極顯著相關(guān)性,而堿解氮水平主要受人為施肥管理的調(diào)控。因此,應(yīng)科學(xué)施用氮肥,進(jìn)行測土施肥,有條件的可以開展水肥一體化,以提高氮肥利用率。
磷是植物生長的三大必需營養(yǎng)元素之一,有研究表明,土壤有效磷顯著影響核桃產(chǎn)量[17]及山核桃果實(shí)中粗脂肪含量[20-21]。山西省核桃主產(chǎn)區(qū)土壤有效磷含量變化范圍為2.3~52.2 mg/kg,變異系數(shù)為75.1% ,說明磷水平的空間差異性較大;土壤有效磷含量平均為11.0 mg/kg,較第二次土壤普查時(shí)耕地土壤有明顯增加[22],這與近年來增施磷肥有關(guān),但在10 mg/kg以下缺乏、很缺和極缺級(jí)仍占60.0% ,主要是因?yàn)樯轿鞔蠖鄶?shù)土壤為石灰性土壤,土壤中碳酸鈣含量較高,磷肥施入土壤后易與鈣形成磷酸二鈣、磷酸八鈣、羥基磷灰石以及難溶的磷灰石等磷酸鈣鹽沉淀,從而降低磷的有效性[23]。有研究發(fā)現(xiàn),施肥特別是施用酸性肥料和氮肥有助于提高土壤的有效磷含量[24]。因此,核桃主產(chǎn)區(qū)需增施磷肥,在選擇肥料時(shí)優(yōu)選酸性肥料。
鉀素可以提高作物抗逆性及促進(jìn)豐產(chǎn)和提升農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)。有研究表明,核桃需鉀量較大,其葉片和果實(shí)硬殼中含鉀高,周年葉片和硬殼帶走的鉀量較大[25-26]。因此,核桃周年生育期內(nèi)需充足的鉀供應(yīng)。本研究調(diào)查區(qū)核桃種植地土壤樣本速效鉀含量平均為170 mg/kg;有61.9% 的土壤存在鉀過量現(xiàn)象,31.1% 的土壤速效鉀含量在適宜范圍(100~150 mg/kg),7.0% 的土壤速效鉀為缺乏水平,主要分布在盂縣,這可能與農(nóng)戶重氮磷肥輕鉀肥有關(guān)。所以,在生產(chǎn)中,要根據(jù)土壤情況,適當(dāng)增施鉀肥。
微量元素與植物的生長息息相關(guān),鋅參與葉綠素和生長素及其他生物酶的合成,能提高碳氮代謝,促進(jìn)細(xì)胞分裂生長[21];銅會(huì)影響植物的光合作用,土壤缺銅時(shí)植物會(huì)出現(xiàn)生長不良的情況,但當(dāng)植物體內(nèi)含銅過多時(shí),則會(huì)造成植物銅中毒;鐵能提高亞硝酸還原酶和次亞硝酸還原酶的活性[27];錳會(huì)影響植物中其他營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和同化。山西核桃主產(chǎn)區(qū)土壤有效銅含量均為適量或豐富水平,而本研究調(diào)查發(fā)現(xiàn),主產(chǎn)區(qū)農(nóng)民沒有施用微肥的習(xí)慣,土壤中銅含量增加除與土壤母質(zhì)有關(guān)外,也有可能與含銅殺菌劑如波爾多液的使用有關(guān)。本研究調(diào)查區(qū)有47.8% 的土壤缺錳,39.0% 的土壤有效鐵缺乏,28.0% 的土壤有效鋅缺乏,這可能與核桃多年生長吸收、帶走土壤中微量元素和農(nóng)民習(xí)慣施肥有關(guān)。因此,在實(shí)際生產(chǎn)中,應(yīng)根據(jù)微量元素養(yǎng)分豐缺情況,在鐵、錳和鋅缺乏的地塊增施鐵、錳和鋅肥,在銅和鋅過量的區(qū)域不施銅肥和鋅肥。