土壤調(diào)理劑和生草互作對果園酸化土壤化學(xué)性質(zhì)及產(chǎn)量的影響

孫 瑤，馬金昭，傅國海，張培蘋，馬榮輝，孫景寬，董凱凱

（1.煙臺市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，山東 煙臺 264000；2.濱州學(xué)院山東省黃河三角洲生態(tài)環(huán)境重點實驗室，山東 濱州 256603；3.全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心，北京 100125；4.山東省土壤肥料總站，山東 濟(jì)南 250100）

果樹是農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的重要組成部分，我國果樹的種植面積和產(chǎn)量均為世界第一［1-2］。然而在我國的果園種植中存在嚴(yán)重的土壤酸化問題，如75%以上的山東果園出現(xiàn)不同程度的土壤酸化，特別是以棕壤為主的膠東地區(qū)土壤酸化最為嚴(yán)重，且隨著種植年限的增加，有日益嚴(yán)重的趨勢［3-5］。土壤酸化容易造成土壤礦質(zhì)元素的流失和土壤肥力下降，促進(jìn)重金屬的活化進(jìn)而毒害植物，并能影響土壤微生物及土壤酶的活性，最終導(dǎo)致蘋果產(chǎn)量與品質(zhì)的降低［5-7］。

土壤改良劑施用是改良酸化土壤的主要方法，并具有保持水分和釋放養(yǎng)分作用，對土壤和植物產(chǎn)生有益的影響，其種類主要包括石灰類、微生物肥料、有機(jī)肥料、生物炭等［3，8］。石灰是最為常見的酸化土壤改良劑，可在短時間內(nèi)顯著提高土壤pH值，然而有研究表明長期使用可能加速提高土壤礦化速率，造成離子失衡、土壤板結(jié)和復(fù)酸化等問題［9-10］；另外研究表明有機(jī)肥能提高土壤肥力，增加土壤微生物的活性，有效提高土壤對酸堿的緩沖性，進(jìn)而提高作物產(chǎn)量［7，11］；張瑞清等［6］發(fā)現(xiàn)添加果木和稻殼生物質(zhì)炭后土壤交換性酸顯著降低了0.38～1.84 cmol/kg，提高了土壤pH值；于曉東等［12］和陳士更等［3］研究發(fā)現(xiàn)，腐植酸類土壤調(diào)理劑使土壤pH有效提高0.07～0.45個單位，并能改善土壤理化性質(zhì)。然而由于不同改良劑的有效成分、作用機(jī)理不同，其施用效果特別是在不同土壤類型上的施用效果差異較大［9］。

在我國傳統(tǒng)果園管理中主要以清耕為主，長期易破壞土壤結(jié)構(gòu)，減少土壤有機(jī)質(zhì)含量，影響果樹的生長發(fā)育［13］。國內(nèi)外大量研究發(fā)現(xiàn)，與清耕相比，果園生草技術(shù)能夠有效改善土壤結(jié)構(gòu)、提高蓄水保墑能力、增加土壤有機(jī)質(zhì)、提高土壤微生物和土壤酶的活性，并能有效減少除草劑和人工成本的投入，是果園增產(chǎn)增效的方式之一［14-17］。Qian等［14］研究發(fā)現(xiàn)植體覆蓋的土壤中總有機(jī)碳含量顯著增加了16%～44%，白三葉和小冠花覆蓋下的土壤總氮比未覆蓋的提高了50%，井趙斌等［16］發(fā)現(xiàn)鴨茅、黑麥草和三葉草混種后土壤中的細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)量分別較對照增加了121.63%、49.23%和31.86%。然而果園生草技術(shù)對于酸化土壤的改良效果研究較少，特別是生草與土壤調(diào)理劑互作對酸化果園的改良效果鮮有報道。

本研究采用土壤調(diào)理劑和生草技術(shù)互作的方式，探討其對土壤酸化果園蘋果產(chǎn)量、品質(zhì)、土壤與植株養(yǎng)分含量的影響，以期為果園的酸化土壤改良提供科學(xué)理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗于2015年10月～2016年11月在山東省棲霞市觀里鎮(zhèn)喬家寶蘋果園（37°21′ N，120°74′E）進(jìn)行，年平均氣溫10.5～11℃，全年≥10℃，有效積溫為3858.7℃，無霜期170～180 d，年總降水量為750 mm以下。供試品種為紅富士，樹齡12年，株行距3 m×4 m，840株/hm2。果園地勢平坦，土壤類型為棕壤（簡育濕潤淋溶土），其0～40 cm土層基本理化性狀為：pH 4.50，有機(jī)質(zhì)9.09 g/kg，堿解氮102.4 mg/kg，有效磷53.4 mg/kg，速效鉀215.0 mg/kg，交換性鈣1.296 g/kg，交換性鎂0.189 g/kg。

供試土壤改良劑為生石灰（當(dāng)?shù)厥覐S購買，CaO≥85.0%）、化學(xué)土壤調(diào)理劑（煙臺科寶生物肥業(yè)有限公司提供，CaO≥35.0%，MgO≥8.0%，pH 8.5～11.0，1.0～4.5 mm粒度≥80.0%）、腐植酸類土壤調(diào)理劑（山東創(chuàng)新腐植酸科技股份有限公司提供，pH 9.0～11.0、有機(jī)質(zhì)≥60%、腐植酸≥60%、K2O≥10%）和生物有機(jī)肥（煙臺地元生物科技有限公司提供，固體粉劑，有效活菌數(shù)≥2億/g，有機(jī)質(zhì)≥65%）。復(fù)合肥（15-15-15）和復(fù)合肥（17-8-15）均由眾德肥料（煙臺）有限公司提供；基施的有機(jī)肥（有機(jī)質(zhì)≥45%，N+P2O5+K2O≥5%）由山東寶源生物科技股份有限公司提供。

果園生草品種為鼠茅草（Vulpia myuros），播種期為上一年9月底到10月上旬，播種量為22.5 kg/hm2，播種方式采用撒播，行間生草方式，草帶距離樹盤外緣50 cm左右。播種前將鼠茅草種子與細(xì)沙混合均勻，在無風(fēng)天氣撒播到果園，播種后用鐵耙輕拉覆土，然后鎮(zhèn)壓，防止種子吊干。于次年6月份自然枯萎，無需刈割。

1.2 試驗設(shè)計

采用裂區(qū)試驗設(shè)計，以不同土壤調(diào)理劑為主區(qū)：不施土壤調(diào)理劑（CK）、生石灰（QL）、化學(xué)土壤調(diào)理劑（KB）、腐植酸類土壤調(diào)理劑（SC）和生物有機(jī)肥（BOM）；以果園清耕（CT）與生草（GR）為副區(qū)，共設(shè)10個處理：（1）不施土壤調(diào)理劑+清耕（CK-CT）；（2）不施土壤調(diào)理劑+生草（CK-GR）；（3）生石灰+清耕（QL-CT）；（4）生石灰+生草（QL-GR）；（5）化學(xué)土壤調(diào)理劑+清耕（KB-CT）；（6）化學(xué)土壤調(diào)理劑+生草（KB-GR）；（7）腐植酸類土壤調(diào)理劑+清耕（SCCT）；（8）腐植酸類土壤調(diào)理劑+生草（SC-GR）；（9）生物有機(jī)肥+清耕（BOM-CT）；（10）生物有機(jī)肥+生草（BOM-GR）。其中生石灰和化學(xué)土壤調(diào)理劑用量均為1500 kg/hm2，在翌年3月中旬將生石灰或化學(xué)土壤調(diào)理劑分別與細(xì)沙混合，全園撒施后用鐵耙輕拉覆土；生物有機(jī)肥和腐植酸土壤調(diào)理劑的用量均為5 kg/株，采用放射性溝施，深度為20 cm。每個處理選擇樹勢一致的9棵果樹作為一次重復(fù)，重復(fù)3次。

施肥按照當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)方法進(jìn)行：上一年果實采收后（10～11月）施基肥：復(fù)合肥（15-15-15）1.5 kg/株，有機(jī)肥10.0 kg/株；次年果樹萌芽期（3月中旬）第一次追肥：復(fù)合肥（15-15-15）1.5 kg/株，牛糞37.5 t/hm2；果實膨大期（6月底至7月初）第二次追肥：復(fù)合肥（17-8-15）1.5 kg/株?；屎妥贩实氖┓史椒ㄊ蔷嚯x蘋果樹主干50～60 cm處挖深和寬均為20 cm左右的放射溝約5～6條，牛糞為農(nóng)民自行購買，在全園均勻撒施。果樹追肥和施用土壤調(diào)理劑時，先將鼠茅草移開，施用結(jié)束后，及時將鼠茅草移回原位，壓實、澆水。各處理的剪枝、病蟲害防治和疏花疏果等田間管理措施均與當(dāng)?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣保持一致。

1.3 樣品采集與測定

蘋果產(chǎn)量及品質(zhì)測定：于2016年10月9日一次性收獲采收果實，各小區(qū)產(chǎn)量以實際全部收獲稱量為準(zhǔn)。每個處理選取3株樹，分別從每株樹上、中、下層隨機(jī)選取10個單果稱重，計算單果質(zhì)量，稱重后裝箱，帶回實驗室備用。采用自動數(shù)字折射儀（ATAGO RX-5000α）測定果實的可溶性固形物，NaOH中和滴定法測定果實中的可滴定酸，2，6-二氯酚靛酚鈉滴定法測定果實中Vc的含量［18］。

土壤樣品采集與測定：于2016年果實收獲期進(jìn)行土壤取樣，采用土鉆（Φ=4 cm）在距離樹干1～1.5 m范圍內(nèi)避開施肥部位隨機(jī)選取5個點，取0～40 cm的土樣。將土樣充分混勻后帶回實驗室攤平晾干，待自然風(fēng)干后，分別過2和0.25 mm篩保存待測。土壤pH采用賽多利斯Sartorius酸度計PB-10測定；有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀外加熱法測定；堿解氮采用堿解擴(kuò)散法測定；有效磷采用鉬藍(lán)比色法測定；速效鉀采用醋酸銨提取、火焰光度法測定［19］。

果樹葉片采集及營養(yǎng)元素含量測定：于2016年7月中旬，隨機(jī)采供試樹上生長健壯的新梢中部完整葉片，每樹取50片葉片帶回實驗室于烘箱內(nèi)105℃殺青30 min，80℃烘干至恒重，使用植株磨樣機(jī)磨碎過篩待測。葉片經(jīng)H2SO4-H2O2消煮，全氮采用凱氏定氮法，全磷采用釩鉬黃比色法，全鉀采用火焰光度法［19］。葉片全量的鈣、鎂、銅、鋅、鐵、錳采用微波消解-原子吸收法測定［18］。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)處理采用 Excel 2010軟件，并用SAS 8.0統(tǒng)計軟件采用雙因素分析方法進(jìn)行差異顯著性分析及ANOVA方差分析；采用Sigmaplot 12.0進(jìn)行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤調(diào)理劑和生草互作對蘋果產(chǎn)量的影響

土壤調(diào)理劑和生草條件對蘋果產(chǎn)量存在顯著的交互作用，其中未施用土壤調(diào)理劑的CK-CT和CK-GR處理的產(chǎn)量最低（表1）。與未施用土壤調(diào)理劑CK處理相比，SC、BOM、QL和KB均顯著提高了蘋果產(chǎn)量，且QL和KB較高，較CK顯著增加了12.9%和12.0%，但SC和BOM 之間以及QL和KB之間的產(chǎn)量無顯著差異。GR和CT條件下的蘋果產(chǎn)量沒有顯著差異。QL-CT處理的產(chǎn)量較BOM-CT、SC-CT和CK-CT處理分別顯著增加了5.2%、4.4%和13.5%，KB-GR處理的產(chǎn)量較KB-CT和CK-GR分別顯著增加了7.5%和16.5%。土壤調(diào)理劑和生草條件對蘋果的單果重存在顯著的交互作用，SC、QL和KB處理的單果重較CK處理顯著增加6.0%～8.5%，GR亦較CT處理顯著增加了12.3%。

表1 土壤調(diào)理劑和生草互作下的蘋果產(chǎn)量和單果重

2.2 土壤調(diào)理劑和生草互作對蘋果品質(zhì)的影響

土壤調(diào)理劑和生草處理對蘋果的可溶性固形物和Vc含量存在顯著的交互作用（表2）。QL處理的可溶性固形物含量最低，較CK、SC和BOM顯著減少了4.7%～7.5%；SC-GR處理的可溶性固形物含量最高，較CK-CT和SC-CT處理分別顯著增加了14.9%和8.6%。SC、BOM、QL和KB處理的Vc含量均較CK處理得到了顯著提高，其中SC-GR較其余處理均有顯著提高。與CT處理相比，GR處理的可溶性固形物、Vc和固酸比分別顯著增加了9.8%、16.1%和8.2%。

表2 土壤調(diào)理劑和生草互作下的蘋果品質(zhì)

2.3 土壤調(diào)理劑和生草互作對土壤pH和養(yǎng)分含量的影響

土壤調(diào)理劑和生草條件對土壤的化學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生影響，且對土壤的pH存在顯著的交互作用（表3）。QL、KB和BOM處理的pH較CK顯著增加了9.9%～12.6%，較SC處理顯著增加了4.6%～7.1%；SC較CK的pH顯著增加了5.1%。GR處理的pH較CT顯著增加了9.1%。在各處理中以CK-CT的pH最低，其余處理土壤的pH均得到了顯著提高。SC和BOM處理的土壤有機(jī)質(zhì)較CK顯著提高了14.3%和18.4%，QL與CK處理之間并未有顯著差異；GR較CT處理顯著提高了12.9%。SC和BOM處理較CK處理顯著增加了土壤中堿解氮的含量，而BOM處理的有效磷和速效鉀含量與CK相比未有顯著變化。GR較CT顯著增加了土壤中堿解氮的含量，而對于有效磷和速效鉀含量無顯著差異。

2.4 土壤調(diào)理劑和生草互作對葉片SPAD值的影響

不同土壤調(diào)理劑和生草條件下的葉片葉綠素SPAD值與CK-CT處理差異顯著（圖1）。CK-CT處理的SPAD值最低，其余各處理較其顯著增加了4.9%～11.4%。在相同的土壤調(diào)理劑（SC、BOM、QL和KB）處理中，GR與CT間的SPAD值無顯著差異，而未添加土壤調(diào)理劑的CK-GR處理的葉片SPAD值較CK-CT處理得到了顯著增加。

表3 土壤調(diào)理劑和生草互作下的土壤pH和養(yǎng)分含量

圖1 土壤調(diào)理劑和生草互作下的蘋果葉片SPAD值

2.5 土壤調(diào)理劑和生草互作對葉片營養(yǎng)元素的影響

土壤調(diào)理劑和生草互作對蘋果葉片營養(yǎng)元素含量的影響顯著（圖2）。BOM-CT處理的葉片全氮含量較KB-GR處理得到了顯著增加，而其余各處理間差異不顯著。CK-CT和KB-CT處理的葉片全磷含量最低；除CK-GR處理外，SC-GR處理較其余處理的全磷含量顯著增加了18.2%～62.5%。SC-GR處理葉片全鉀含量較BOM-GR除外的其他處理顯著增加了12.4%～39.7%，SC-GR處理顯著提高了葉片全磷和全鉀的含量。除BOM-GR和QL-GR處理的全鈣含量增加外，各處理無顯著性差異。QL-CT處理的全鎂含量較QL-GR和BOM-GR除外的其余處理顯著增加了21.3%~65.5%。QL-CT、SC-CT和BOM-GR處理的全錳含量較CK-CT分別顯著增加了20.4%、19.6%和18.9%。SC-GR、BOM-GR、QL-GR和KB-GR處理的全銅含量較CK-CT和CK-GR處理顯著降低了16.1%～29.9%。CK-GR較CK-CT處理的全鋅含量顯著增加了37.6%，各處理間的葉片全鐵含量無顯著性差異。

圖2 土壤調(diào)理劑和生草互作下的蘋果葉片營養(yǎng)元素含量

2.6 相關(guān)性分析和主成分分析

對蘋果產(chǎn)量、品質(zhì)和土壤的化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)土壤的pH、速效鉀與蘋果的產(chǎn)量呈顯著的正相關(guān)關(guān)系（表4）。果實的Vc含量與土壤的pH、有機(jī)質(zhì)、堿解氮和有效磷呈顯著的正相關(guān)關(guān)系；固酸比和土壤有機(jī)質(zhì)呈顯著的正相關(guān)關(guān)系。從表中可知，土壤的pH、有機(jī)質(zhì)和堿解氮的增加可以顯著提高蘋果果實的Vc含量，有機(jī)質(zhì)可顯著提高蘋果的固酸比。

表4 土壤化學(xué)性質(zhì)與蘋果產(chǎn)量、品質(zhì)的相關(guān)性分析

果樹葉片的營養(yǎng)元素含量可以影響蘋果的產(chǎn)量和品質(zhì)，同時也對土壤的理化性質(zhì)產(chǎn)生一定的反饋效應(yīng)，并且各環(huán)境因子之間也相互影響。因此有必要在眾多的營養(yǎng)元素因子中提取出主要的因子，即需要對葉片的營養(yǎng)元素進(jìn)行主成分分析（表5）。依據(jù)主成分特征值>1的原則，共可選取4個主成分，累計貢獻(xiàn)率達(dá)75.4%，能夠較好地反映9個指標(biāo)的表達(dá)信息。從主因子載荷向量可以看出，第一主因子F1貢獻(xiàn)率是29.06%，是以全磷和全鉀為代表的營養(yǎng)元素因子；第二主因子F2累計貢獻(xiàn)率為47.87%，其中起主要作用的正向負(fù)載因子是全鎂、全鐵和全鈣；第三主因子F3累計貢獻(xiàn)率達(dá)64.10%，以全錳和全氮為主要正向負(fù)載因子；第四主因子F4累計貢獻(xiàn)率可達(dá)75.40%，全鋅正向負(fù)荷量最大。

表5 葉片各營養(yǎng)元素的主成分分析

3 討論

3.1 土壤調(diào)理劑和生草互作對土壤pH和營養(yǎng)元素的影響

土壤酸化是指土壤中的H+增加，取代土壤膠體表面吸附的鹽基離子引起pH下降的過程［6］。果園土壤酸化的主要原因是長期過量施用氮肥造成土壤中積累的NH4+經(jīng)過硝化作用產(chǎn)生大量的H+，導(dǎo)致pH降低［20］。在本試驗中，添加土壤調(diào)理劑均會有效地提高pH值，并且和生草處理具有顯著的交互作用（表2），其主要原因是改良劑本身含有的堿性物質(zhì)能夠起到中和作用，其中的一些大分子物質(zhì)還能夠與土壤中的部分離子結(jié)合成鹽，形成能夠相互轉(zhuǎn)化的緩沖體系［9］。有機(jī)肥不僅含有植物必需的營養(yǎng)元素，還能夠提高微生物活性，改善土壤理化性質(zhì)，試驗中施用有機(jī)肥調(diào)理劑顯著提高了土壤pH和有機(jī)質(zhì)含量，進(jìn)而增加了果樹的產(chǎn)量，這與孫瑤等［7］的研究一致。腐植酸類土壤調(diào)理劑的有機(jī)質(zhì)含量較CK處理顯著增加了14.3%，因為其自身含有多種官能團(tuán)的大分子芳香化合物，可以作為有機(jī)碳源補充土壤中有機(jī)質(zhì)含量［3］。本研究中SC處理顯著增加了土壤的堿解氮和有效磷含量，主要原因可能是因為腐植酸可以顯著提高土壤中微生物數(shù)量和活性，進(jìn)而增加土壤中速效養(yǎng)分的含量。果園生草是維持土壤肥力的有效方法之一，能夠降低土壤容重、增加土壤孔隙度，提高土壤有機(jī)碳和養(yǎng)分含量，本試驗中生草處理顯著增加了土壤pH、有機(jī)質(zhì)和堿解氮含量，主要因為鼠茅草可提高土壤孔隙度，改善土壤的物理性狀［21］，并在次年6月份自然枯萎，這不僅有效地避免了與果樹爭水爭肥，還在其枯萎后的降解過程中增加了土壤的C/N值［22］，進(jìn)而起到改善土壤質(zhì)量的作用。

3.2 土壤調(diào)理劑和生草互作對蘋果產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

蘋果樹的生長依賴于土壤環(huán)境狀況，土壤的理化性質(zhì)與蘋果的產(chǎn)量和品質(zhì)密切相關(guān)。秦旭等［23］研究發(fā)現(xiàn)土壤調(diào)理劑能夠有效改善果園土壤結(jié)構(gòu)、提高果樹產(chǎn)量和品質(zhì)；李丹等［9］發(fā)現(xiàn)，施用多種土壤調(diào)理劑均能提高土壤pH，進(jìn)而提高辣椒的產(chǎn)量和品質(zhì)；陳士更等［3］、于曉東等［12］施用腐植酸土壤調(diào)理劑改善了土壤理化性質(zhì)，顯著提高了小麥和蘋果的產(chǎn)量。本試驗中，各土壤調(diào)理劑均能有效地提高蘋果的產(chǎn)量，并在前人研究基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)能和生草處理產(chǎn)生顯著的交互作用（表1）。礦質(zhì)營養(yǎng)是植物生長發(fā)育、品質(zhì)提高的物質(zhì)基礎(chǔ)，不僅可以促進(jìn)蘋果樹體生長健壯、代謝旺盛，還能增強其抵御逆境的能力，本試驗中增施土壤調(diào)理劑和生草互作增加了蘋果葉片部分營養(yǎng)元素的含量（圖2），并在果實的可溶性固形物和Vc方面有顯著的交互作用，并且生草較清耕處理顯著增加了果實的可溶性固形物和Vc含量（表2）。添加不同土壤調(diào)理劑和生草處理均較CK-CT處理顯著增加了蘋果葉片的SPAD值，提高了作物的光合作用。長期生草能夠有效地提高果園土壤營養(yǎng)元素含量和土壤酶的活性［24］，通過分析發(fā)現(xiàn)，葉片中的全磷和全鉀含量是第一主因子的代表因子（表5），這可能與果園長期過量施用氮肥有關(guān)；土壤調(diào)理劑和生草處理提高土壤的pH，可顯著增加蘋果產(chǎn)量和Vc含量，有機(jī)質(zhì)與果實的固酸比和Vc含量密切相關(guān)。

4 結(jié)論

土壤調(diào)理劑和生草對提高蘋果的產(chǎn)量和部分品質(zhì)指標(biāo)具有顯著的交互作用。施用土壤調(diào)理劑各處理的產(chǎn)量較不施處理顯著增加了8.2%～12.9%；對于可溶性固形物和Vc含量，SC-GR較CK-CT處理得到了顯著提高；生草較清耕處理顯著提高了果實的可溶性固形物、可滴定酸和固酸比。土壤調(diào)理劑均可顯著提高土壤pH值，與生草有顯著的交互作用。施用腐植酸土壤調(diào)理劑和生物有機(jī)肥較不施調(diào)理劑均可顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)含量。在相同生草條件下，生物有機(jī)肥處理較化學(xué)土壤調(diào)理劑顯著增加了葉片的SPAD值以及葉片的全氮、全鈣和全鎂含量。綜上所述，腐植酸和有機(jī)肥土壤調(diào)理劑和生草互作可更好地改良果園酸化土壤，提高蘋果的產(chǎn)量和品質(zhì)。