秦皇島產(chǎn)區(qū)葡萄園土壤養(yǎng)分狀況調(diào)查與分析

王茜，朱曉寶，姜英，王娜*，秦子禹*

（河北科技師范學(xué)院園藝科技學(xué)院，河北秦皇島 066004）

秦皇島葡萄酒產(chǎn)區(qū)是河北省三大優(yōu)勢(shì)葡萄酒產(chǎn)區(qū)之一，核心區(qū)為昌黎縣、盧龍縣和撫寧區(qū)[1]。該產(chǎn)區(qū)地處河北北部，南臨渤海，北依燕山，以碣石山為腹地，屬于溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候，擁有適合釀酒葡萄生長(zhǎng)的優(yōu)越生態(tài)條件[2]。中國(guó)第一瓶干紅葡萄酒于1983年誕生于秦皇島的昌黎，該產(chǎn)地?fù)碛欣矢袼?、華夏、茅臺(tái)等國(guó)內(nèi)外知名品牌企業(yè)[3]。

土壤和氣候是影響釀酒葡萄生長(zhǎng)及果實(shí)品質(zhì)的重要環(huán)境因子[4]。不同區(qū)域具有不同的土壤和氣候條件，賦予葡萄和葡萄酒獨(dú)有的品質(zhì)，基于此形成了“風(fēng)土”的概念[5-6]。前人研究表明，土壤結(jié)構(gòu)、質(zhì)地、肥力狀況及理化性質(zhì)等可直接影響葡萄的生長(zhǎng)發(fā)育和果實(shí)品質(zhì)[7]。

目前，關(guān)于秦皇島產(chǎn)區(qū)葡萄園土壤狀況相關(guān)的研究報(bào)道不夠全面，尤其是對(duì)影響釀酒葡萄品質(zhì)的關(guān)鍵土壤因子報(bào)道較少。本文選取秦皇島產(chǎn)區(qū)具有代表性的6個(gè)釀酒葡萄種植園，對(duì)其土壤的pH、水解氮、速效磷、速效鉀等9個(gè)理化指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定和分析，并采用土壤質(zhì)量綜合指數(shù)評(píng)價(jià)法進(jìn)行評(píng)價(jià)，旨在探明秦皇島產(chǎn)區(qū)釀酒葡萄園土壤的綜合質(zhì)量水平，以期為該產(chǎn)區(qū)葡萄園的土壤管理提供數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于河北省東北部，屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，晝夜溫差大，年均日照時(shí)數(shù)2745～2809 h，年均溫10.2～11 ℃，降雨量638.33～730.7 mm，全年68%的降雨集中在7—8月。土壤以棕褐色沙壤土和礫石為主。根據(jù)秦皇島產(chǎn)區(qū)釀酒葡萄種植園的地理位置、種植規(guī)模及影響力等情況，選取具有代表性的葡萄園為樣品采集點(diǎn)，具體位置信息見(jiàn)表1。

表1 6個(gè)釀酒葡萄園基本概況Table 1 Basic overview of six vineyards

1.2 土壤樣品的采集和處理

各試驗(yàn)園均采用“S”形取樣法設(shè)置3個(gè)取樣點(diǎn)，土壤采樣深度為0～60 cm。在各取樣點(diǎn)分別鉆取深度為0～20、20～40、40～60 cm的土壤樣品，將同一種植園相同深度的土樣均勻混合，并采用四分法舍去多余樣品，最終將保留土樣裝袋標(biāo)記后帶回實(shí)驗(yàn)室做風(fēng)干處理，過(guò)篩去除雜質(zhì)備用。

1.3 土壤養(yǎng)分指標(biāo)的選擇及檢測(cè)方法

土壤pH是反映土壤酸堿強(qiáng)弱的重要指標(biāo)；氮、磷、鉀是葡萄生長(zhǎng)必需的大量元素，直接影響果實(shí)生長(zhǎng)和芳香物質(zhì)的積累；硼、錳、銅、鋅、鉬是葡萄生長(zhǎng)必需的微量元素，其中，硼、銅、鋅、鉬影響葡萄的產(chǎn)量和品質(zhì)等問(wèn)題；錳是形成葉綠素的重要組分，缺錳時(shí)影響葡萄的光合作用[8]。因此，本研究對(duì)pH值、水解氮、速效磷、速效鉀等9個(gè)理化指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定。

土壤pH采用電位法測(cè)定，水解性氮采用堿解擴(kuò)散法，有效磷采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法，速效鉀采用醋酸銨浸提-火焰光度計(jì)法，微量元素全錳、速效硼、全銅、全鋅、全鉬采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定[9-11]。

1.4 土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

土壤水解氮、速效磷和速效鉀參照李寶鑫的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分級(jí)[12]（表2）；土壤速效硼和全錳、銅、鋅、鉬參照全國(guó)第二次土壤普查標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分級(jí)（表3）。

表2 土壤大量元素分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Classification standard of soil macroelements mg·kg-1

表3 土壤微量元素分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Table 3 Classification standard of soil trace elements mg·kg-1

1.5 土壤質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)

采用SQI土壤質(zhì)量指數(shù)評(píng)價(jià)法對(duì)試驗(yàn)園的土壤質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，參考任艷華的方法[13]。具體步驟為：先用隸屬函數(shù)公式計(jì)算各指標(biāo)的隸屬函數(shù)值，其中土壤速效氮、磷、鉀、硼和全量錳、銅、鋅、鉬使用上升型函數(shù)計(jì)算公式：

土壤pH值采用下降型函數(shù)計(jì)算公式[14-15]：

式中Xi為各指標(biāo)實(shí)測(cè)值；Ximax和Ximin分別為各指標(biāo)的最大值和最小值。

再根據(jù)主成分分析法來(lái)確定權(quán)重。具體為：對(duì)9個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，獲得公因子方差，由公因子方差計(jì)算出權(quán)重。

最后將各指標(biāo)的隸屬值和權(quán)重值代入公式（4）中，計(jì)算出SQI值。

公式中Ci為主成分分析中公因子方差；Wi、Mi分別是第i個(gè)指標(biāo)的權(quán)重和隸屬度值；n為指標(biāo)個(gè)數(shù)。

1.6 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2016和SPSS 26.0進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 秦皇島產(chǎn)區(qū)釀酒葡萄園土壤養(yǎng)分特征

整體上看，不同葡萄園的土壤養(yǎng)分含量存在差異，且同一葡萄園隨著土壤深度的增加，土壤水解氮、速效磷、速效鉀、速效硼、全銅含量呈降低趨勢(shì)。隨土壤深度的增加，仁軒和金士葡萄園土壤全錳、全鋅含量呈先降低后上升的趨勢(shì)；朗格斯全錳含量呈上升趨勢(shì)；耿氏、華夏、香格里拉全錳和全鋅含量以及朗格斯的土壤全鋅含量呈下降趨勢(shì)；華夏、耿氏土壤全鉬含量隨土壤深度的增加呈上升趨勢(shì)，朗格斯和香格里拉呈先上升后下降的趨勢(shì)，仁軒和金士種植園呈下降趨勢(shì)（圖1）。同時(shí)由表4可知，秦皇島產(chǎn)區(qū)土壤養(yǎng)分各項(xiàng)指標(biāo)之間存在較大差異。養(yǎng)分?jǐn)?shù)值差異最大的是速效鉀，變異范圍為285.28～785.88 mg·kg-1；其他各養(yǎng)分差異從大至小依次為：全錳＞速效磷＞全銅＞水解氮＞全鋅＞全鉬＞速效硼。此外，從8個(gè)養(yǎng)分含量指標(biāo)變異強(qiáng)度來(lái)看，變異系數(shù)從大到小依次為速效磷、速效硼、全銅、水解氮、速效鉀、全鋅、全鉬、全錳。指標(biāo)范圍均在10%～100%之間，屬于中等變異。6個(gè)酒莊土壤pH最小值為4.28，最大值為6.88，變異系數(shù)為8.7%，屬于弱變異。

表4 秦皇島產(chǎn)區(qū)釀酒葡萄園土壤養(yǎng)分含量特征統(tǒng)計(jì)表Table 4 Statistical table of soil nutrient content characteristics of wine grape plantations in Qinhuangdao region mg·kg-1

根據(jù)土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（表2，表3），由表4數(shù)據(jù)可以得出，秦皇島產(chǎn)區(qū)葡萄園土壤速效磷、速效鉀平均含量達(dá)到很豐富水平，分別為89.27、426.96 mg·kg-1；水解氮和全錳含量處于中等水平，分別為73.93、543.13 mg·kg-1；全銅、鋅、鉬含量分別為47.83、75.85、5.24 mg·kg-1，達(dá)到較豐富、豐富、上限值水平；速效硼含量較少，為0.3 mg·kg-1，處于稍缺水平。

2.2 秦皇島產(chǎn)區(qū)葡萄園土壤養(yǎng)分的比較

6個(gè)葡萄園中，耿氏、華夏、仁軒、金士和朗格斯為弱酸性土壤，pH值分別為5.52、6.07、5.65、6.07和5.51；香格里拉為酸性土壤，pH值為5.40。

由表5可以看出，6個(gè)種植園土壤養(yǎng)分含量差異較大。其中金士的水解氮含量缺乏，耿氏的土壤水解氮含量最高，為114.33 mg·kg-1，約為金士的4.4倍。耿氏的速效磷含量極豐富，仁軒、香格里拉和朗格斯的速效磷含量為豐富水平，金士速效磷含量最低，為21.47 mg·kg-1。耿氏、華夏、香格里拉、朗格斯的土壤速效鉀含量很豐富，分別為476.56、509.80、462.39、432.42 mg·kg-1；仁軒和金士速效鉀含量豐富。金士速效硼含量缺乏，為0.18 mg·kg-1，其余5個(gè)種植園速效硼含量處于稍缺水平。仁軒全錳含量豐富，耿氏全錳含量較低，為405.41 mg·kg-1，處于稍缺水平。耿氏和華夏全銅含量達(dá)到上限值，仁軒和朗格斯土壤全銅含量較豐富，香格里拉和金士全銅含量豐富。仁軒的全鋅含量較豐富，為85.12 mg·kg-1；耿氏、華夏和金士全鋅含量豐富，香格里拉和朗格斯土壤全鋅含量中等。6個(gè)葡萄園的土壤全鉬含量均達(dá)到上限值。

表5 6個(gè)葡萄園土壤養(yǎng)分指標(biāo)Table 5 Soil nutrient index of six vineyards mg·kg-1

2.3 土壤各指標(biāo)之間相關(guān)性分析

由表6可知，土壤各指標(biāo)之間均存在一定的相關(guān)性。其中，土壤pH值與水解氮，速效鉀與全錳，全錳與全鉬呈顯著負(fù)相關(guān)；水解氮與速效磷，速效鉀與全銅，速效磷與速效鉀、全銅，速效鉀與速效硼、全銅，全銅與全鋅呈極顯著正相關(guān)；水解氮與全錳，速效鉀與全錳呈顯著負(fù)相關(guān)。由此可見(jiàn)，土壤中某一種養(yǎng)分含量的多少不能代表該種植園的土壤養(yǎng)分質(zhì)量，因此需利用土壤質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)法對(duì)該土壤進(jìn)行評(píng)價(jià)。

表6 土壤各指標(biāo)間的相關(guān)性Table 6 Correlation among soil indexes

2.4 秦皇島產(chǎn)區(qū)葡萄園土壤質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)

用SPSS軟件中的主成分分析功能對(duì)9個(gè)土壤指標(biāo)進(jìn)行降維處理，結(jié)果表明（表7），前4項(xiàng)主成分累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)到93.71%，說(shuō)明前4個(gè)主成分信息可以代表最初的9個(gè)土壤指標(biāo)信息。其中，第1主成分貢獻(xiàn)率為46.22%，水解氮、速效磷、速效鉀和全銅在第1主成分上載荷相對(duì)較高，分別為0.91、0.92、0.73和0.82；第2主成分貢獻(xiàn)率為18.75%，pH值和全鋅在第2主成分上有著較高載荷，主成分載荷分別為0.65和0.84；第3主成分貢獻(xiàn)率為16.27%，速效硼主成分載荷最高，為0.87；第4主成分貢獻(xiàn)率為12.47%，pH值和速效鉀、全鉬在第4主成分上載荷相對(duì)較高，為0.61、0.52和0.5。

表7 土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)因子載荷矩陣、公因子方差及權(quán)重Table 7 Factor load matrix, common factor variance and weight of soil quality evaluation index

利用隸屬函數(shù)值和權(quán)重，計(jì)算出6個(gè)釀酒葡萄種植園的土壤質(zhì)量的評(píng)分值（SQI值）。由圖2所示，6個(gè)葡萄園的土壤質(zhì)量指數(shù)在0.27～0.57，綜合評(píng)價(jià)結(jié)果為耿氏＞華夏＞香格里拉＞朗格斯＞仁軒＞金士。耿氏酒莊葡萄園的SQI值最高，為0.57；該種植園土壤水解氮、速效磷、全銅、速效銅含量相對(duì)較高，且在第1主成分上載荷較高，貢獻(xiàn)率大。金士酒莊的SQI值最低，為0.27，貢獻(xiàn)率小。

參照五級(jí)分類(lèi)法[16]對(duì)秦皇島產(chǎn)區(qū)的6個(gè)葡萄園進(jìn)行整體分級(jí)，結(jié)果表明（表8），16.67%的種植園土壤質(zhì)量屬于較低水平，83.33%的種植園土壤質(zhì)量屬于中等水平。總體來(lái)看，秦皇島產(chǎn)區(qū)葡萄園土壤質(zhì)量屬于中等水平。

表8 土壤綜合質(zhì)量分級(jí)Table 8 Soil comprehensive quality classification

3 討論與結(jié)論

土壤是植物養(yǎng)分的主要來(lái)源，是葡萄養(yǎng)分的源庫(kù)和承載庫(kù)，其養(yǎng)分狀況直接影響葡萄的生長(zhǎng)[7]。本研究表明，隨著土壤深度的增加，水解氮、速效磷、速效鉀、速效硼、全銅含量呈下降趨勢(shì)，表層土壤養(yǎng)分含量高于下層土壤，具有明顯的表聚現(xiàn)象。這可能與葡萄園土壤類(lèi)型、微生物狀況、肥料施用、人為耕作措施等有關(guān)。

土壤pH值能影響?zhàn)B分的有效性，土壤微生物的活動(dòng)、數(shù)量及組成[17]。前人研究表明，最利于葡萄生長(zhǎng)的土壤pH值為6.0～7.5，土壤過(guò)酸或過(guò)堿均不利于葡萄的生長(zhǎng)發(fā)育[8]。在本研究中，秦皇島產(chǎn)區(qū)土壤pH值范圍為4.28～6.88，均值為5.70，以偏酸性為主，這與范海榮等[18]研究結(jié)果一致。

土壤中的氮、磷、鉀是植物生長(zhǎng)的必需元素[19]。氮素能促進(jìn)植株莖葉繁茂、延遲葉片脫落，并能促進(jìn)葡萄果實(shí)芳香物質(zhì)的積累；磷和鉀元素能促進(jìn)花和果實(shí)的生長(zhǎng)[20]。在本試驗(yàn)中，秦皇島產(chǎn)區(qū)土壤速效磷、速效鉀平均含量分別為89.27、426.96 mg·kg-1，達(dá)到豐富水平；水解氮平均含量為73.93 mg·kg-1，居中等水平。個(gè)別種植園存在氮、磷養(yǎng)分含量偏低的情況。這與王探魁[21]的研究結(jié)果一致。

硼是土壤微量元素之一，適當(dāng)?shù)氖┯糜欣谄咸衙妊俊㈤_(kāi)花及坐果[8]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，秦皇島產(chǎn)區(qū)土壤速效硼平均含量處于稍缺水平，這與梁倩等[22]、尹興等[20]的研究結(jié)果一致。土壤中的全鋅、全銅、全鉬含量較高，分別達(dá)到豐富、較豐富、上限值水平；全錳含量均處于中等水平。

土壤質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)結(jié)果表明，秦皇島產(chǎn)區(qū)釀酒葡萄種植園土壤綜合質(zhì)量總體處于中等水平，個(gè)別處于較差水平。針對(duì)耿氏酒堡葡萄園土壤pH值偏低，速效硼、全錳含量稍缺的情況，建議施用石灰或生理堿性肥料來(lái)改善土壤酸化的問(wèn)題，同時(shí)結(jié)合秋施基肥施入適量硼肥和錳肥補(bǔ)充土壤微量元素，也可在花前葉面噴施硼砂和硫酸錳溶液來(lái)滿足植株生長(zhǎng)的需要。針對(duì)華夏種植園速效硼含量稍低的狀況，建議結(jié)合秋施基肥添加硼肥或花前噴施硼砂的方式進(jìn)行補(bǔ)充。針對(duì)仁軒和朗格斯葡萄園存在速效硼稍缺及土壤酸化的問(wèn)題，建議施用石灰或生理堿性肥料改良土壤，花前葉面噴施硼肥或在基肥中添加硼肥。金士葡萄園水解氮、速效磷、速效硼含量均缺乏，生產(chǎn)中建議開(kāi)展配方施肥，適量增加氮肥、磷肥施用比例，并補(bǔ)充微量元素硼。香格里拉葡萄園各大量和微量元素含量居中等偏上水平，但也存在土壤pH偏低的問(wèn)題，建議對(duì)土壤進(jìn)行改良，并開(kāi)展配方施肥，適當(dāng)調(diào)整各元素的比例[12]。