遼寧綏中蘋果園土壤肥力現(xiàn)狀調(diào)查研究*

李燕青，車升國(guó)，李 壯，程存剛，楊 安

（1 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹研究所，遼寧省落葉果樹礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)與肥料高效利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部園藝作物種質(zhì)資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，興城125100）（2 菏澤市林業(yè)技術(shù)服務(wù)中心）

遼寧省綏中縣蘋果栽培歷史悠久，資源豐富，主栽品種有寒富、紅富士、喬納金、金冠等。目前蘋果栽培面積已突破3.3 萬(wàn)hm2，年總產(chǎn)量超50 萬(wàn)t，從業(yè)人員近40 萬(wàn)人[1]。蘋果產(chǎn)業(yè)已逐漸成為推動(dòng)當(dāng)?shù)孛撠毠?jiān)、鄉(xiāng)村振興的特色產(chǎn)業(yè)和主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。合理施肥可提高土壤肥力，為果樹生長(zhǎng)發(fā)育提供必需營(yíng)養(yǎng)元素，是保證蘋果高產(chǎn)、高效、優(yōu)質(zhì)的重要農(nóng)藝措施之一[2-4]。許敏[2]在渭北黃土區(qū)開展的蘋果施肥試驗(yàn)表明，施肥處理較對(duì)照不施肥處理紅富士蘋果增產(chǎn)14.8%～40.1%。但當(dāng)前果園普遍存在片面追求高產(chǎn)而盲目投入化肥的現(xiàn)象，極易導(dǎo)致果園土壤養(yǎng)分失衡，土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)受損，土壤板結(jié)、酸化，生理病害嚴(yán)重等一系列問(wèn)題。趙佐平[3]指出，蘋果產(chǎn)量并不會(huì)隨著氮肥用量的持續(xù)增加而顯著提高，達(dá)到一定閾值后無(wú)明顯增產(chǎn)效應(yīng)，甚至品質(zhì)會(huì)隨著氮肥用量的繼續(xù)增加而降低，可溶性糖含量呈下降趨勢(shì)，可滴定酸含量增高，糖酸比降低?？茖W(xué)施肥是果園肥料運(yùn)籌管理的目標(biāo)，而研究土壤肥力的空間分布特征，是實(shí)現(xiàn)果園土壤養(yǎng)分資源科學(xué)有效管理的關(guān)鍵。2019 年我們調(diào)查了綏中縣蘋果產(chǎn)區(qū)的土壤養(yǎng)分情況，分析了蘋果園土壤養(yǎng)分的剖面分布特征和豐缺程度，以期為當(dāng)?shù)靥O果園的科學(xué)施肥、果園土壤培肥、果品質(zhì)量提升提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 調(diào)查地概況

綏中縣（北緯39°59′～40°37′，東經(jīng)119°34′～120°31′）位于遼寧省葫蘆島市，屬溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候，四季分明、雨熱同期、日照充足，年平均氣溫9.6 ℃，平均年降水量630 mm，平均年日照時(shí)數(shù)2 540 h，無(wú)霜期141～196 d，是環(huán)渤海灣區(qū)的蘋果優(yōu)勢(shì)產(chǎn)區(qū)。全縣果園土壤類型主要為棕壤，地形主要為山地、丘陵等。

1.2 采樣點(diǎn)選擇及土壤采集方法

全縣以前所鎮(zhèn)和沙河鎮(zhèn)2 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)為代表。在前所鎮(zhèn)選擇21 個(gè)代表性果園，在沙河鎮(zhèn)選擇30 個(gè)代表性果園。2018 年9 月下旬至10 月上旬，于蘋果園施用基肥前在選擇好的果園中多點(diǎn)隨機(jī)均勻取樣，具體根據(jù)果園大小確定采樣點(diǎn)數(shù)量，3～6 個(gè)，最后混勻?yàn)? 個(gè)土壤樣品。采樣點(diǎn)設(shè)置在長(zhǎng)勢(shì)中庸的蘋果樹冠投影距樹干2/3 處。根據(jù)深度0～20、20～40、40～60 cm 土層取樣；土層深度不足60 cm時(shí)，取0～20、20～40 cm。土鉆采集多點(diǎn)樣品后，四分法留取約1 kg 的樣品，風(fēng)干后備用。前所鎮(zhèn)共取得土樣54 份，沙河鎮(zhèn)共取得土樣89 份。

1.3 土壤測(cè)試分析

風(fēng)干后的土壤樣品過(guò)2 mm 篩，測(cè)定pH 值和速效磷、速效鉀、速效鈣、速效鎂含量；過(guò)0.25 mm篩，測(cè)定有機(jī)質(zhì)和全氮含量。

土壤pH 值以水浸提后（水土體積質(zhì)量比為1∶1）用pH 計(jì)測(cè)定，有機(jī)質(zhì)含量采用外加熱-重鉻酸鉀容量法測(cè)定（浸提液與土的體積質(zhì)量比10∶1），全氮含量采用濃硫酸消煮-凱氏定氮法測(cè)定，速效磷含量采用Olsen 法測(cè)定，速效鉀含量采用乙酸銨浸提-火焰光度法測(cè)定，速效鈣、速效鎂含量采用原子吸收法測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用辦公軟件預(yù)處理后進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)分析。果園土壤有機(jī)質(zhì)含量等分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)參照第2 次土壤普查養(yǎng)分指標(biāo)等分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[5-7]，見表1。

表1 土壤養(yǎng)分含量分級(jí)

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤pH 值

由表2 可知，綏中縣蘋果園0～20 cm 土層土壤pH 值平均值為5.09，變異系數(shù)為15.32%，集中在4.45～5.62。20～40 cm 土層土壤pH 值集中在4.38～5.56，平均值為5.02，變異系數(shù)為17.13%。40～60 cm 土層土壤pH 值集中在4.22～5.68，平均值為5.00，變異系數(shù)為18.41%。沙河鎮(zhèn)蘋果園土壤pH值明顯低于前所鎮(zhèn)相同土層深度的。前所鎮(zhèn)蘋果園0～20、20～40、40～60 cm 土層土壤pH 值分別為5.42、5.06、5.15，而沙河鎮(zhèn)為4.93、4.99、4.92。

表2 綏中縣蘋果園不同土層土壤pH 值

綏中縣蘋果園0～60 cm 土層土壤pH 值中性樣本數(shù)僅占總樣本數(shù)的2.13%～4.35%，弱酸性的占23.40%～25.49%，而酸性的占70.59%～72.34%。而沙河鎮(zhèn)蘋果園土壤pH 值酸性樣本數(shù)占比更高，在70.00%～83.33%，中性的僅占0～3.33%。這表明，綏中縣蘋果園土壤pH 值整體偏低，存在土壤酸化問(wèn)題，特別是沙河鎮(zhèn)蘋果園土壤酸化情況尤為嚴(yán)重（表2）。

2.2 土壤有機(jī)質(zhì)含量

由表3 可知，綏中縣蘋果園0～20 cm 土層土壤平均有機(jī)質(zhì)含量13.01 g/kg，變異系數(shù)49.02%，集中在8.55～16.49 g/kg；20～40 cm 土層土壤平均有機(jī)質(zhì)含量11.26 g/kg，變異系數(shù)46.60%，集中在7.35～13.95 g/kg；40～60 cm 土層土壤平均有機(jī)質(zhì)含量10.08 g/kg，變異系數(shù)51.76%，集中在6.92～12.47 g/kg。前所鎮(zhèn)蘋果園0～20、20～40、40～60 cm土層土壤平均有機(jī)質(zhì)含量分別為16.61、14.27、12.84 g/kg，分別較沙河鎮(zhèn)高72.84%、49.42%、48.44%。

表3 綏中縣蘋果園不同土層土壤有機(jī)質(zhì)含量及豐缺程度

綏中縣蘋果園0～20 cm 土層土壤有機(jī)質(zhì)含量明顯高于20～40、40～60 cm 土層，分別高15.54%和29.07%。0～20 cm 土層土壤有機(jī)質(zhì)含量處于豐富水平的占7.84%，中等水平的占50.98%，缺乏的占41.18%。這表明，綏中縣蘋果園土壤有機(jī)質(zhì)含量仍屬中等及偏低水平（表3）。

2.3 土壤全氮、速效磷、速效鉀含量

由表4 可知，綏中縣蘋果園0～20 cm 土層土壤全氮含量集中在1.01～2.29 g/kg，平均為1.67 g/kg，變異系數(shù)46.77%；20～40 cm 土層土壤全氮含量集中在1.06～1.87 g/kg，平均為1.51 g/kg，變異系數(shù)40.86%；40～60 cm 土層土壤全氮含量集中在0.98～1.70 g/kg，平均為1.39 g/kg，變異系數(shù)42.57%。前所鎮(zhèn)蘋果園0～20、20～40、40～60 cm 土層土壤全氮含量分別為1.88、1.75、1.62 g/kg，較沙河鎮(zhèn)蘋果園0～20、20～40、40～60 cm 土層土壤全氮含量的1.11、1.38、1.27 g/kg，分別高69.37%、26.81%和27.56%。

表4 綏中縣蘋果園不同土層土壤全氮含量及豐缺程度

由表5 可知，綏中縣蘋果園0～20 cm 土層土壤速效磷含量平均為112.30 mg/kg，變異系數(shù)91.47%；20～40 cm 土層土壤速效磷含量平均為93.39 mg/kg，變異系數(shù)93.75%；40～60 cm 土層土壤速效磷含量平均為83.97 mg/kg，變異系數(shù)90.37%。前所鎮(zhèn)蘋果園0～20、20～40、40～60 cm 土層土壤速效磷含量分別為104.50、104.00、88.61 mg/kg，沙河鎮(zhèn)分別為118.80、87.40、81.57 mg/kg。

由表6 可知，綏中縣蘋果園0～20 cm 土層土壤速效鉀含量平均為174.2 mg/kg，變異系數(shù)60.58%；20～40 cm 土層土壤速效鉀含量平均為164.4 mg/kg，變異系數(shù)59.96%；40～60 cm 土層土壤速效鉀含量平均為153.4 mg/kg，變異系數(shù)58.68%。前所鎮(zhèn)蘋果園0～20、20～40、40～60 cm 土層土壤速效鉀含量分別為209.6、214.2、192.7 mg/kg，分別較沙河鎮(zhèn)高54.46%、57.27%、44.67%。

表6 綏中縣蘋果園不同土層土壤速效鉀含量及豐缺程度

綏中縣蘋果園0～20 cm 土層土壤全氮、速效磷和速效鉀含量最高，分別較20～40 cm 土層高10.60%、20.25%、5.96%，分別較40～60 cm 土層高20.14%、33.74%、13.56%。

綏中縣蘋果園0～20 cm 土層土壤全氮、速效磷、速效鉀含量高。土壤全氮豐富水平的占52.94%，中等水平的占23.53%，缺乏的占23.53%。土壤速效磷豐富水平的占86.27%，中等水平的占9.81%，缺乏的占3.92%。土壤速效鉀豐富水平的占50.98%，中等水平的占23.53%，缺乏的占25.49%。

2.4 土壤速效鈣、速效鎂含量

由表7 可知，綏中縣蘋果園0～20 cm 土層土壤速效鈣含量集中在415.0～854.6 mg/kg，平均值為645.7 mg/kg，變異系數(shù)60.57%；20～40 cm 土層土壤速效鈣含量集中在408.1～743.6 mg/kg，平均為640.6 mg/kg，變異系數(shù)60.09%；40～60 cm 土層土壤速效鈣含量集中在386.3～836.8 mg/kg，平均為663.0 mg/kg，變異系數(shù)63.37%。前所鎮(zhèn)蘋果園0～20、20～40、40～60 cm 土壤速效鈣含量分別為825.6、700.2、722.0 mg/kg，分別較沙河鎮(zhèn)高47.85%、15.01%和13.97%。

表7 綏中縣蘋果園不同土層土壤速效鈣含量及豐缺程度

由表8 可知，綏中縣蘋果園0～20 cm 土層土壤速效鎂含量集中在313.3～535.4 mg/kg，平均為436.1 mg/kg，變異系數(shù)38.17%；20～40 cm 土層土壤速效鎂含量集中在298.5～517.7 mg/kg，平均為443.1 mg/kg，變異系數(shù)41.78%；40～60 cm 土層土壤速效鎂含量集中在303.9～545.1 mg/kg，平均為442.5 mg/kg。前所鎮(zhèn)蘋果園0～20、20～40、40～60 cm 土層土壤速效鎂含量分別為481.1、479.6、455.8 mg/kg，較沙河鎮(zhèn)高13.04%、13.54%、4.61%。

表8 綏中縣蘋果園不同土層土壤速效鎂含量及豐缺程度

綏中縣蘋果園0～20 cm 土層土壤速效鈣含量高，但兩極分化較為嚴(yán)重，豐富水平的占總樣本的50.98%，而缺乏的占31.37%，特別是沙河鎮(zhèn)果園，0～20 cm 土層土壤速效鈣含量缺乏的占41.38%。0～20 cm 土層土壤速效鎂含量極為豐富，其中豐富水平的占92.16%，中等水平的占7.84%。

3 討論與結(jié)論

土壤養(yǎng)分作為表征耕地質(zhì)量和土壤肥力的重要指標(biāo)，其含量和分布特征受成土母質(zhì)、地形、氣候、土壤類型等結(jié)構(gòu)性變異因素的影響，而施肥、灌溉等隨機(jī)性變異因素會(huì)削弱結(jié)構(gòu)性因素造成的空間自相關(guān)作用，顯著增加了土壤養(yǎng)分的空間異質(zhì)性[7-10]。本研究表明，綏中縣蘋果園0～20、20～40、40～60 cm 土層土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷、速效鉀、速效鈣、速效鎂等空間變異巨大，變異程度基本大于40%，土壤速效磷空間變異程度甚至超過(guò)90%。馮悅晨等[9]研究山西平陸果園土壤養(yǎng)分空間分布及其影響因素發(fā)現(xiàn)，0～30 cm 土層土壤堿解氮、有效磷和有效鉀空間變異系數(shù)分別為62.2%、52.6%、57.9%，30～60 cm 土層土壤堿解氮、有效磷和有效鉀空間變異系數(shù)分別為77.8%、130.4%、70.2%。影響該縣土壤綜合肥力的主要因素是樹齡和坡度。坡度主要與陡坡造成施肥困難有關(guān)，而樹齡是連年土壤培肥，土壤養(yǎng)分得以顯著提高。賴寧等[10]利用GIS 系統(tǒng)對(duì)南疆果園的肥力評(píng)價(jià)表明，溫宿縣果園土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、速效磷、速效鉀等空間變異程度分別為38.5%、30.8%、41.2%、112.2%、31.5%。土壤養(yǎng)分的空間異質(zhì)性與果園人類的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)，特別是施肥密切相關(guān)。施肥量和施肥方式影響著土壤養(yǎng)分的空間異質(zhì)性。縣域尺度土壤養(yǎng)分因其大的空間異質(zhì)性，雖然達(dá)不到田塊尺度土壤養(yǎng)分評(píng)價(jià)的精準(zhǔn)性，但其代表了一段時(shí)間內(nèi)一定地區(qū)的果園土壤養(yǎng)分肥力狀況，摸清掌握果園土壤養(yǎng)分的空間分布情況，對(duì)果園土壤養(yǎng)分的科學(xué)管理、果實(shí)品質(zhì)的改善具有重要的意義。

近年來(lái)，果園有機(jī)肥的施用逐漸得到重視，果園覆草等土壤培肥制度不斷推廣，果園土壤有機(jī)質(zhì)含量逐步提高。本研究發(fā)現(xiàn)，綏中縣蘋果園0～20 cm 土層土壤有機(jī)質(zhì)平均含量達(dá)13.01 g/kg，較1997—1998 年綏中縣前衛(wèi)、高嶺、沙河（10.1 g/kg）提高了28.81%[8]，但是較2014 年（13.4 g/kg，n＝279）卻降低了2.91%[7]，而且土壤有機(jī)質(zhì)豐富水平的樣本數(shù)僅占總樣本數(shù)的7.84%，而土壤有機(jī)質(zhì)匱乏、低于1%的樣本數(shù)占到了41.18%。特別是綏中縣的沙河鎮(zhèn)蘋果園表層土壤有機(jī)質(zhì)平均含量?jī)H為9.61 g/kg，整體處于匱乏水平。李燕青等[11]研究遼西地區(qū)2009 年和2018 年2 個(gè)時(shí)間段土壤肥力的差異表明，2018 年蘋果園土壤有機(jī)質(zhì)含量達(dá)16.26 g/kg，較2009 年提高27.0%，但整體已處于較低水平。這可能與當(dāng)?shù)赜袡C(jī)肥的投入密切相關(guān)。李燕青等[12]采用實(shí)地走訪結(jié)合問(wèn)卷記錄的方式調(diào)查了2015 年蘋果園肥料施用情況，發(fā)現(xiàn)遼寧省蘋果園有機(jī)肥的投入量較以前雖有大幅度增加，但依然有17%的果農(nóng)不施用有機(jī)肥，平均用量也僅為24 476 kg/hm2。有機(jī)肥投入量低于12 500 kg/hm2的占總樣本數(shù)的34.21%，在12 500～25 000 kg/hm2偏低水平的占18.42%，施用合理的僅占32.89%。有機(jī)肥投入偏少現(xiàn)象在我國(guó)各果園普通存在[13-16]。陜西蘋果園有機(jī)肥施用的農(nóng)戶比率僅為50.15%，且有機(jī)肥投入實(shí)物量?jī)H為19 980 kg/hm2[16]。秦嶺北麓獼猴桃果園不施有機(jī)肥的農(nóng)戶比率高達(dá)36.4%，施用有機(jī)肥的果園中，94.3%的有機(jī)肥投入嚴(yán)重不足，且提供的有機(jī)養(yǎng)分不足總養(yǎng)分量的30%[15]。有機(jī)肥投入不足會(huì)導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)含量逐漸成為部分果園增產(chǎn)和提質(zhì)的限制因子。

高經(jīng)濟(jì)效益驅(qū)動(dòng)果園生產(chǎn)管理常常出現(xiàn)化肥投入嚴(yán)重過(guò)量的問(wèn)題[17]。河北省保定市和石家莊市等中南部蘋果園中化肥平均施用量為N 750 kg/hm2，P2O5480 kg/hm2，K2O 950 kg/hm2[18]。華北桃主產(chǎn)區(qū)化肥平均施用量為N 794 kg/hm2，P2O5444 kg/hm2，K2O 640 kg/hm2[19]。山東省煙臺(tái)市蘋果園化肥N、P2O5、K2O 養(yǎng)分平均投入量分別為508.3、544.5、521.8 kg/hm2，超出合理范圍的農(nóng)戶分別占44.1%、67.6%、39.7%[20]。遼寧省蘋果主產(chǎn)地蘋果園施肥情況調(diào)查分析顯示[12]，蘋果園化肥平均施肥量為N 694 kg/hm2，P2O5467 kg/hm2，K2O 605 kg/hm2，N、P、K養(yǎng)分過(guò)量施用比率分別達(dá)85%、97%、85%。盲目施用化肥很容易導(dǎo)致果園土壤養(yǎng)分富集、土壤酸化現(xiàn)象的發(fā)生[21-23]。河北省蘋果園0～20 cm 土層土壤全氮、有效磷、速效鉀含量分別是第2 次土壤普查時(shí)期耕地養(yǎng)分的1.84 倍、17.94 倍和2.24 倍[24]。遼西地區(qū)蘋果園0～40 cm 土層土壤pH 均值由2009年的6.22 下降到2018 年的5.53，下降近0.7[11]。本研究顯示，綏中縣蘋果園0～20 cm 土層土壤全氮、速效磷、速效鉀、速效鈣、速效鎂含量分別為1.67 g/kg、112.30 mg/kg、174.2 mg/kg、645.7 mg/kg、436.1 mg/kg，達(dá)到豐富水平的分別占52.94%、86.27%、50.98%、50.98%、92.16%，果園土壤養(yǎng)分多處于富余狀態(tài)。然而，綏中縣幾乎所有蘋果園的蘋果品種不同程度出現(xiàn)了蘋果苦痘病和蘋果痘斑病等生理性缺鈣癥狀[25]。這一現(xiàn)象的主要原因，不是果園土壤缺鈣，而是蘋果樹根系吸收鈣素營(yíng)養(yǎng)受阻，不能滿足正常的生理活動(dòng)。李強(qiáng)等[25]、仉服春等[7]研究認(rèn)為，果園土壤pH 值過(guò)低不利于蘋果樹根系從土壤中吸收足量鈣，從而導(dǎo)致果實(shí)發(fā)生缺鈣癥。本研究也顯示，綏中縣蘋果園0～20 cm 土層土壤pH 值平均值為5.09，弱酸性和酸性樣本數(shù)占總樣本數(shù)的96.08%，土壤酸化現(xiàn)象已非常顯著，連年過(guò)量施入化肥是造成土壤酸化的根本原因。

綏中縣蘋果園多采用清耕制，且施肥不深施，有機(jī)肥甚至直接鋪在地面和樹干周圍[1]，果園土壤養(yǎng)分表層富集現(xiàn)象明顯。研究發(fā)現(xiàn)，綏中縣蘋果園0～20 cm 土層土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷、速效鉀、速效鈣、速效鎂含量明顯高于20～40 cm 和40～60 cm 土層，隨土層深度增加，土壤養(yǎng)分含量降低。0～20 cm 土層土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷、速效鉀含量分別為13.01 g/kg、1.67 g/kg、112.30 mg/kg、174.2 mg/kg，分別較20～40 cm 土層高15.54%、10.60%、20.25%、5.96%，較40～60 cm 土層高29.07%、20.14%、33.74%、13.56%。果園土壤養(yǎng)分表層富集現(xiàn)象與蘋果根系密集區(qū)的錯(cuò)位，容易出現(xiàn)土壤有效養(yǎng)分含量高而生物有效性低的問(wèn)題，特別是磷和微量元素等在土壤中移動(dòng)性較差的養(yǎng)分更為突出，導(dǎo)致養(yǎng)分利用率低下。施肥要充分考慮蘋果根系形態(tài)構(gòu)型和土壤剖面空間分布特征，以充分吸收利用土壤有效養(yǎng)分，提高肥料利用率。