浙西丘陵區(qū)柑橘園土壤健康狀況及管理對策

鄭銘潔，余紅偉，陳志良，章明奎

(1.建德市農(nóng)技推廣中心 土壤肥料站，浙江 建德 311600；2.浙江大學 環(huán)境與資源學院，浙江 杭州 310058)

近年來，人們逐漸認識到土壤是食品安全、水安全和更廣泛生態(tài)系統(tǒng)安全的基礎(chǔ)，土壤資源保護得到人們空前的重視[1]。2013年6月，世界糧農(nóng)組織大會通過了將每年的12月5日作為世界土壤日以及確定2015年為國際土壤年的決議，該決議也在2013年12月20日聯(lián)合國大會上得到認可。2015國際土壤年的正式口號是“健康土壤帶來健康生活”。此后，“土壤健康”一詞頻頻出現(xiàn)在多種農(nóng)學和自然資源的刊物上[2-4]。一般認為，土壤健康是土壤維持植物、動物和人類生存的重要生命生態(tài)系統(tǒng)的持續(xù)能力[5]。許多學者[6-7]認為，土壤健康關(guān)系到區(qū)域農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，并直接影響作物生產(chǎn)、食品安全和人類健康。正因為如此，近年來土壤健康調(diào)查、土壤健康評價及土壤健康管理已成為土壤研究與管理的重要內(nèi)容[8-10]。浙西是浙江省內(nèi)典型的丘陵山區(qū)，地處亞熱帶中部，氣溫適中，四季分明，光照充足，雨量豐沛，非常適合經(jīng)濟作物生產(chǎn)，是浙江省柑橘的重點產(chǎn)區(qū)。雖然這一地區(qū)的柑橘生產(chǎn)已有較長的歷史，但區(qū)內(nèi)柑橘單產(chǎn)與品質(zhì)參差不齊，除管理水平差異較大外，柑橘園土壤健康狀況對柑橘產(chǎn)量和品質(zhì)也有重要影響，因此，如何克服柑橘園土壤障礙因子，培育健康土壤，是該地區(qū)柑橘生產(chǎn)中面臨的一個重大挑戰(zhàn)。這一地區(qū)柑橘園土壤肥力已受到人們的關(guān)注[11-13]，但從土壤健康的角度全方位地調(diào)查柑橘園土壤質(zhì)量還鮮見報道。為此，本研究在浙西地區(qū)選擇了38個代表性柑橘園，從土壤物理、土壤化學、土壤生物學及土壤環(huán)境等綜合角度全面分析了該地丘陵柑橘園土壤的健康狀況，并提出了相應(yīng)的管理對策。

1 材料與方法

1.1 土壤調(diào)查與樣品采集

研究從浙西地區(qū)的杭州(建德、淳安)和衢州(柯城、衢江、江山、常山、開化)等地選擇38片代表性的柑橘園，進行土壤調(diào)查與采樣分析。采樣地涉及紅壤、紫色土和粗骨土3個土類，樣點數(shù)依次為18、12和8個。每片柑橘園各采集1個表層樣(0～20 cm)和亞表層樣(20～40 cm)。表層樣分為混合樣和原狀土樣2類。其中：混合樣由每1片果園中15個分樣混合而成(即在每1片果園中選擇15株柑橘，在每株柑橘的樹冠滴水線下各采集1個分樣)；原狀土樣在代表性柑橘下采集，分別用環(huán)刀和不銹鋼淋洗管采集，用于測定土壤容重和飽和導(dǎo)水率；亞表層樣只采集原狀土樣，用于測定土壤容重和飽和導(dǎo)水率。采集的混合樣在田間混勻后分為二部分：一部分冷藏，用于分析可培養(yǎng)微生物(細菌、真菌和放線菌)及微生物生物量碳；另一部分土樣經(jīng)室內(nèi)風干后，剔除其中石塊及植物殘體等雜質(zhì)后，研磨過2和0.15 mm土篩，用于測定土壤化學性質(zhì)和土壤養(yǎng)分(包括pH、交換性酸、交換性鋁、交換性氫、水溶性鹽分、有機碳、全氮、有效磷、速效鉀、有效鈣、有效鎂、有效硫、有效鐵、有效錳、有效鋅、有效銅、有效硼、有效鉬)及重金屬元素含量(鉛、鎘、銅、鋅、鉻、鎳、汞、砷)。

1.2 分析方法

土壤中微生物生物量碳采用氯仿熏蒸-硫酸鉀提取法提取[14]，提取液中可溶性總碳含量用Shimadzu TOC自動分析儀測定；土壤微生物墑為微生物生物量碳與有機碳的比值。土壤細菌、放線菌、真菌分別采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基、高氏1號合成培養(yǎng)基和察貝克氏培養(yǎng)基培養(yǎng)測定[15]。土壤容重采用環(huán)刀法測定[16]，土壤總孔隙度根據(jù)土壤容重計算獲得；飽和導(dǎo)水率依據(jù)森林土壤滲透性測定方法(LY/T 1218—1999)測定。其他土壤化學性質(zhì)和土壤養(yǎng)分采用常規(guī)方法測定[16]；土壤重金屬含量采用國標法測定[17]。所有數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2003處理，統(tǒng)計分析采用軟件SPSS 12.0完成。

1.3 土壤酸堿度與養(yǎng)分分級標準

有研究[12]認為，當土壤pH低于4.8時，果樹生長受到明顯抑制，為此，對柑橘園土壤酸堿度作以下劃分：pH≤ 4.8，強酸(不適宜柑橘生長，不健康)；pH >4.8～5.4，酸性(亞健康)；pH 5.5～6.4，微酸性(健康)；pH 6.5～7.4，中性(健康)；pH 7.5～8.4，微堿性(健康)。參考相關(guān)資料[12,18]，柑橘園土壤養(yǎng)分含量的分級列于表1。重金屬污染程度參照土壤環(huán)境質(zhì)量標準(GB 15618—2008)[17]。

表1 柑橘園土壤養(yǎng)分的劃分標準

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤物理性狀

選擇土壤容重、飽和導(dǎo)水率和孔隙度3項指標評估浙西柑橘園土壤物理性狀，并同時觀察表層土壤和亞表層土壤的物理性狀。結(jié)果(表2)表明，表層和亞表層土壤容重分別在1.17～1.53和1.33～1.72 g·cm-3，平均分別為1.32和1.49 g·cm-3；土壤容重>1.30 g·cm-3的比例表層為60.53%，亞表層達100.00%，土壤容重>1.50 g·cm-3的比例表層和亞表層分別為2.63%和39.47%，亞表層土壤容重普遍較高，影響了柑橘根系的伸展。一般來說，當土壤孔隙度<50%時，土壤通透性明顯變差，表2可知，浙西柑橘園表層和亞表層土壤的孔隙度平均只有50.09%和43.63%，土壤孔隙度<50%的比例表層與亞表層分別達47.37%和100.00%，土壤孔隙度<40%的比例表層為0%，亞表層達18.42%；亞表層土壤孔隙度明顯低于表層。浙西柑橘園土壤飽和導(dǎo)水率也較低，表層土壤和亞表層土壤的平均飽和導(dǎo)水率分別只有32.36和21.40 mm·d-1，表層和亞表層飽和導(dǎo)水率<30 mm·d-1的比例分別為36.84%和81.58%。

表2 土樣的土壤物理性狀

2.2 土壤化學性狀和土壤養(yǎng)分

浙西柑橘園土壤以酸性為主，土壤pH≤6.14(表3)，其中pH≤4.8的比例達36.84%，pH>4.8～5.5和>5.5～6.5的比例分別為52.63%和10.53%。相應(yīng)地，土壤交換性酸和交換性鋁都達到較高的含量。但浙西柑橘園土壤水溶性鹽分不高，在0.25～0.75 g·kg-1，平均為0.42 g·kg-1，不會對柑橘生長產(chǎn)生影響。

表3 土樣的土壤酸堿度

土壤有機碳含量在3.69～17.88 g·kg-1(相當于有機質(zhì)在6.36～30.83 g·kg-1)，平均為9.99 g·kg-1，變異系數(shù)為39.76%；土壤全氮在0.43～1.72 g·kg-1，平均為0.97 g·kg-1，變異系數(shù)為37.37%。總體上，多數(shù)柑橘園土壤有機質(zhì)較為適宜，適宜的比例為52.63%(表4)，但處于低和偏低的比例也分別達到15.79%和28.95%。土壤全氮較低，屬于適宜的比例只有13.16%，而極低、低和偏低的比例分別為5.26%、31.58%和50.00%。

表4 土樣的主要養(yǎng)分含量構(gòu)成

土壤有效磷和速效鉀分別在5.62～95.47和32.01～512.03 mg·kg-1，平均分別為28.85和98.02 mg·kg-1，變異系數(shù)分別為77.52%和63.38%。與有機質(zhì)和全氮比較，土壤有效磷和速效鉀的變化更大；土壤有效磷屬于偏低、適宜和豐富的比例分別為28.95%、65.79%和5.26%，速效鉀屬于偏低、適宜和豐富的比例分別為21.05%、23.68%和28.95%；另外，分別有5.26%和21.05%的土壤速效鉀屬于極低和低。

土壤中量營養(yǎng)元素中，有效鈣和有效鎂水平均較低，有效硫水平相對較高。土壤有效鈣、有效鎂和有效硫的含量分別在95～1864、24～269和23.25～92.15 mg·kg-1，平均分別為624.45、83.34和51.12 mg·kg-1，變異系數(shù)分別為77.21%、72.17%和25.69%。有效鈣屬于極低、低、偏低的比例分別為2.63%、15.79%和36.84%，有效鎂屬于極低、低、偏低的比例分別為34.21%、42.11%和10.53%，有效硫?qū)儆跇O低、低、偏低的比例分別為0、0和2.63%，可見浙西柑橘園土壤硫素較為充足，但缺鈣、缺鎂較為突出，其中缺鎂較為嚴重。

土壤有效態(tài)鐵、錳、鋅、銅、硼和鉬含量分別在16.65～82.54、4.26～32.14、0.56～5.64、0.35～1.65、0.11～0.75和0.05～0.32 mg·kg-1，平均分別為40.99、14.70、2.17、0.77、0.42和0.11 mg·kg-1，變異系數(shù)分別為37.39%、49.78%、50.12%、29.62%、34.96%和55.57%。浙西柑橘園土壤有效態(tài)鐵、錳、鋅、銅較為充足，除少數(shù)屬偏低外，基本上在適宜及豐富范圍。而硼和鉬的缺乏較為普遍，多數(shù)在低和偏低水平，另外還有13.16%的土壤有效鉬處于極低水平。

2.3 土壤生物學性狀

土壤微生物、動物數(shù)量等可反映土壤健康狀況[2,18]，本研究同時觀察了表層土壤中可培養(yǎng)細菌、真菌和放線菌的數(shù)量及微生物生物量碳。結(jié)果(表5)表明，浙西柑橘園土壤可培養(yǎng)細菌、真菌和放線菌的數(shù)量分別在2.25×106～10.70×106、1.00×104～5.60×104和1.40×105～9.50×105g-1，平均分別為5.38×106、2.49×104和4.39×105g-1，變異系數(shù)分別為35.47%、43.51%和43.28%；微生物豐度細菌>放線菌>真菌。土壤微生物生物量碳和微生物墑分別在30～231 mg·kg-1和6.23～15.26 mg·g-1，平均分別為102.82 mg·kg-1和10.18 mg·g-1，變異系數(shù)分別為48.54%和21.95%。不同柑橘園土壤之間可培養(yǎng)細菌、真菌和放線菌的數(shù)量及微生物生物量碳等指標存在較大的差異，表明部分柑橘園土壤生物活性較弱，微生物墑較低。

表5 土樣的微生物組成及微生物生物量碳

2.4 土壤環(huán)境質(zhì)量

表6顯示，除鎘外，浙西柑橘園土壤重金屬污染不明顯，所有土壤中鉛、銅、鋅、鉻、汞、砷和鎳含量均在篩選值以下。土壤鎘的平均含量為0.22 mg·kg-1，但有13.16%的柑橘園土壤鎘含量超過了篩選值，表明浙西柑橘園存在一定的鎘污染風險，但污染程度為輕度。

表6 土樣的重金屬元素含量

2.5 土壤健康指標

對表層土壤pH、交換性酸、交換性鋁、交換性氫、有機碳、全氮、有效磷、速效鉀、有效鈣、有效鎂、有效硫、有效鐵、有效錳、有效鋅、有效銅、有效硼、有效鉬、細菌、真菌、放線菌、微生物生物量碳、微生物墑和表層與亞表層土壤容重、孔隙度、飽和導(dǎo)水率等28個指標的相關(guān)分析表明，多數(shù)指標之間存在著不同程度的相關(guān)性，其中以pH、交換性酸、交換性鋁、交換性氫、有效鈣、有效鎂、速效鉀、有效硫、有效鋅、有效鉬、真菌、放線菌和微生物墑之間，有機碳、全氮、微生物生物量碳、細菌、放線菌、表層容重和表層孔隙度之間，亞表層孔隙度、容重和導(dǎo)水率之間的相關(guān)都達到了顯著水平。

對以上28個指標進行主成分分析，通過線性變換可把28個指標壓縮為7個主成分，累計貢獻率為81.85%，即可用7個主成分表征原有的28個指標。因子負荷分析(表7)表明，第1主成分代表pH、交換性酸、交換性鋁、有效鈣、有效鎂、交換性氫、真菌、微生物墑、速效鉀、有效鉬、有效鋅、放線菌、有效硫等指標的變化，可命名為酸度因子，其反映表層土壤酸度及與酸度有關(guān)的指標變化；第2主成分代表有機碳、全氮、微生物生物量碳、細菌、放線菌、表層容重、表層孔隙度和表層導(dǎo)水率，命名為有機碳因子，表達表層土壤有機碳及與有機碳有關(guān)的指標變化；第3主成分代表亞表層容重、導(dǎo)水率、孔隙度，命名為物理因子，反映亞表層的物理性質(zhì)通透性變化；第4主成分代表有效磷和有效硼；第5主成分代表有效錳；第6主成分代表有效鐵、有效硫；第7主成分代表有效銅?？紤]到主成分4、5、6和主成分7的特征值均相對較低，它們單獨的貢獻率也較低，為此，把這4個主成分進行合并，合稱為速效養(yǎng)分因子。另外，上文結(jié)果表明，浙西柑橘園土壤存在一定的鎘污染風險。因此，可把影響浙西柑橘園土壤健康的評價指標歸納為表層土壤酸度因子、表層土壤有機碳因子、亞表層土壤物理因子、表層土壤速效養(yǎng)分因子和表層土壤鎘污染因子5個方面。

表7 土樣的主成分及因子負荷

2017年聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織和全球土壤伙伴(GSP)聯(lián)合頒布了《可持續(xù)土壤管理準則》，其內(nèi)容包括：盡量減少土壤侵蝕，提高土壤有機質(zhì)含量，促進土壤養(yǎng)分均衡和循環(huán)轉(zhuǎn)化，防止、盡量減少和減緩?fù)寥利}漬化，防止和盡量減少土壤污染，防止和盡量減少土壤酸化，保持和加強土壤生物多樣性，盡量減少地表硬化，防止和減緩?fù)寥腊褰Y(jié)，完善土壤水管理?？梢?，以上篩選的可用于衡量浙西丘陵柑橘園健康方面的5個方面指標基本上符合《可持續(xù)土壤管理準則》。

3 土壤障礙因子及其消除途徑

3.1 土壤健康障礙因子

土壤健康是土壤生態(tài)系統(tǒng)最重要的特征之一。基于以往的研究[19]，健康的土壤具有支撐植物生長、良好物理結(jié)構(gòu)、較好滲透能力并能維持土壤水質(zhì)量、儲存和釋放養(yǎng)分、抑制病蟲害、碳固持、維持生物多樣性、降解有害化學物質(zhì)及減少溫室氣體排放等方面的能力。柑橘園土壤健康障礙因子是由外因和內(nèi)因共同造成的，外因包括施肥、灌水等田間管理、人類活動等，內(nèi)因主要與土壤本身的性狀有關(guān)。綜合以上對柑橘園土壤質(zhì)量指標分析及土壤健康指標分析，大致可把浙西柑橘園土壤障礙因子歸納為：土壤酸化明顯，可直接影響柑橘生長并影響有效態(tài)礦質(zhì)養(yǎng)分數(shù)量及生物活性；有機質(zhì)不足，影響表土生物活性及土壤松緊度；土體緊實，影響根系向下伸展及水分的入滲，容易發(fā)生水土流失；養(yǎng)分缺乏與不平衡，特別是硼、鉬等微生物量元素，影響作物的正常生長；鎘污染，影響農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)。

浙西丘陵地區(qū)柑橘園土壤主要為紅壤，且柑橘園主要施用復(fù)合肥和尿素等氮、磷、鉀肥料，因此，低pH既是土壤內(nèi)在屬性，也與人為因素有關(guān)。土壤有機質(zhì)不足主要與當?shù)赜袡C肥的施用量較少有關(guān)。土體緊實一方面與紅壤等土壤結(jié)構(gòu)不良有關(guān)，另一方面也與地面長期機械及人為活動的壓實及缺乏深耕等有關(guān)。土壤養(yǎng)分缺乏及不平衡與長期只施用氮、磷、鉀肥料、有機肥施用量少、缺乏中量與微量元素補充有關(guān)，同時，土壤酸化也在一定程度上加劇了這一現(xiàn)象。而土壤鎘的污染既與自然背景有關(guān)，也與不良農(nóng)資物質(zhì)施用有關(guān)。

3.2 土壤健康管理途徑

柑橘根系主要分布在0～30 cm土壤，而浙西丘陵地區(qū)柑橘園出現(xiàn)的健康問題也主要在根系分布的層次，因此，可通過構(gòu)建與優(yōu)化園地耕層土壤性狀，改善柑橘園根際土壤結(jié)構(gòu)、化學性狀、養(yǎng)分有效性，為柑橘生長創(chuàng)造健康的根層土壤環(huán)境，從而提高柑橘的產(chǎn)量和品質(zhì)?；谡阄鞲涕賵@土壤健康障礙因子分析，認為可從以下幾方面進行調(diào)控：施用石灰降酸克服土壤化學障礙因子；施用有機改良劑克服生物學障礙因子；深耕結(jié)合培肥克服土壤物理障礙因子；推廣平衡施肥和因缺補缺施肥技術(shù)提高土壤養(yǎng)分水平；采用安全利用技術(shù)解決部分果園的鎘污染問題。

3.2.1 施用石灰降酸克服土壤化學障礙因子

浙西柑橘主要生長在酸性土壤上，施用石灰或其他堿性物質(zhì)是調(diào)控酸性土壤常見的措施之一，并通過降酸改變土壤化學特性，顯著提高土壤pH和養(yǎng)分有效性，提高鈣、鎂等礦物營養(yǎng)元素的水平，提高柑橘的產(chǎn)量。鈣鎂磷肥、硅鈣肥、磷礦粉等除了可以為作物生長提供磷、鈣、鎂等營養(yǎng)元素外，也可以用作酸性土壤改良劑。一些工業(yè)副產(chǎn)物，如磷石膏、脫硫石膏、草木灰等無機改良劑也可以用于改良酸性土壤，增加土壤pH和鉀、鈣、鎂等養(yǎng)分的含量，降低土壤中的交換性鋁。

3.2.2 施用有機肥克服生物學障礙因子

施用有機肥或有機改良劑可改善酸性柑橘土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤有機質(zhì)含量，提高有效態(tài)養(yǎng)分，增加土壤中微生物數(shù)量、微生物活性[20]，增加土壤對酸的緩沖性，在維持土壤健康和促進作物生長等方面發(fā)揮著重要的作用。適于柑橘園施用的有機物料較廣，包括綠肥、作物秸稈、枯枝落葉、農(nóng)產(chǎn)品加工的廢棄物等植物性殘體及人畜排泄物和以上有機物料加工而成的商品有機肥等。此外，也可種植覆蓋作物或增施有益菌、生物有機肥等，提升柑橘根系土壤生物學環(huán)境。有研究表明，覆蓋作物可抑制柑橘雜草生長，減少徑流和土壤侵蝕的能力，提高土壤水分，提高土壤有機碳含量，改變土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，提升柑橘園土壤健康。

3.2.3 深耕結(jié)合培肥克服土壤物理障礙因子

每間隔4～5 a在秋、冬季結(jié)合基肥施用通過機械深耕方法疏松亞表層土壤，增加土壤的滲透能力。據(jù)試驗，深耕后亞表層土壤容重明顯下降，并可增加土壤蓄水性；經(jīng)深耕處理的果園夏季施用的沼液可有效進入土壤，提高亞表層土壤的有機質(zhì)含量和養(yǎng)分水平。

3.2.4 推廣平衡施肥和因缺補缺施肥技術(shù)提高土壤養(yǎng)分水平

柑橘對各種養(yǎng)分的需要量均較高，長期偏施氮、磷、鉀肥及土壤酸化可導(dǎo)致鈣、鎂及硼、鉬等元素的缺乏，這在浙西丘陵果園土壤上尤為突出，因此，應(yīng)推行含鈣、鎂及硼、鉬肥料的施用。在養(yǎng)分管理上應(yīng)注意肥料品種、肥料用量、施肥時間和位置。建議選擇生理中性或堿性肥料為主，減緩?fù)寥浪峄俾?。宜推廣水肥一體化技術(shù)進行滴灌施肥，避免磷素過度積累及氮肥的流失；并推進有機肥替代化肥工作。

3.2.5 采用安全利用技術(shù)降低鎘的吸收

浙西柑橘園普遍偏酸，某些鎘中輕度污染的柑橘園施用石灰物質(zhì)也可有效降低土壤中鎘的活性，達到降低鎘進入柑橘的目的。此外，施用堿性調(diào)理劑來鈍化土壤中鎘的方式也可有效提高安全生產(chǎn)水平。