山西省喬化蘋果園土壤養(yǎng)分分布現(xiàn)狀調(diào)查分析*

閆 敏，李 磊，陳曉斌，何永波，李 倩，朱曉萍，趙 琪

（1 山西農(nóng)業(yè)大學資源環(huán)境學院，太原 030031）（2 山西農(nóng)業(yè)大學園藝學院）

山西省運城市、臨汾市和晉中市是黃土高原蘋果最佳栽培地區(qū)。據(jù)2017 年中國農(nóng)業(yè)年鑒統(tǒng)計，山西省蘋果面積15.86 萬hm2，總產(chǎn)量為417.2 萬t，分別位列全國第7 位和第4 位，占據(jù)山西省當年水果總面積的44.0%，水果總產(chǎn)量的61.1%，已成為山西農(nóng)業(yè)的優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)。

土壤作為種植蘋果的物質(zhì)基礎，易受耕作方式、施肥制度和果園立地條件的影響。高義民等[1]對陜西渭北地區(qū)‘紅富士’果園土壤養(yǎng)分和施肥量調(diào)查分析表明，土壤的全氮、速效磷以及速效鉀與該地區(qū)氮、磷、鉀肥的施用量有顯著相關性。鄭朝霞等[2]調(diào)查表明，陜西省蘋果主產(chǎn)區(qū)土壤養(yǎng)分含量總體較低，不同地區(qū)蘋果園土壤有機質(zhì)和氮磷鉀有效養(yǎng)分含量差異較大。鄭小春[3]對陜西省白水縣果園施肥調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)長期以化肥為主，導致土壤有機質(zhì)含量偏低。不同地區(qū)土壤養(yǎng)分差異較大，其土壤養(yǎng)分含量的高低對蘋果的品質(zhì)和產(chǎn)量也有一定影響。如土壤鉀素過量會影響蘋果樹對其他養(yǎng)分的吸收利用，降低果樹產(chǎn)量和果實品質(zhì)[4]。續(xù)海紅等[5]對山西省6 個地區(qū)土壤養(yǎng)分與果實品質(zhì)分析得出，土壤中礦質(zhì)元素含量與果實營養(yǎng)成分呈正相關。張強等[6]對兩大優(yōu)勢產(chǎn)區(qū)果園土壤養(yǎng)分和果實品質(zhì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，不同產(chǎn)區(qū)同一果實品質(zhì)因子受不同土壤養(yǎng)分的影響。

蘋果園土壤養(yǎng)分狀況對果園土壤管理和施肥具有重要指導意義，早在2000 年時，武懷慶[7]對山西省中南部的蘋果園土壤養(yǎng)分進行了調(diào)查，隨后雖然也有學者對山西省蘋果園土壤養(yǎng)分進行研究，但是只涉及到省內(nèi)部分地區(qū)[5,8]。而近年來調(diào)查發(fā)現(xiàn)，山西省蘋果園化肥的不合理施用，已經(jīng)導致土壤養(yǎng)分比例的失調(diào)[9]。因此，為了進一步了解山西省土壤養(yǎng)分狀況，課題組2016 年對山西省喬化蘋果園的土壤養(yǎng)分含量進行測定并分析了養(yǎng)分豐缺狀況，以期為蘋果園合理施肥，提高山西省土壤肥力，增加蘋果產(chǎn)量提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

土壤數(shù)據(jù)、施肥數(shù)據(jù)以及產(chǎn)量數(shù)據(jù)來源于課題組2016 年對山西省晉中市、臨汾市、運城市3 個蘋果主產(chǎn)區(qū)22 個縣區(qū)最具代表性的98 個盛果期喬化蘋果園（10～20 年生果園），其中晉中市13 個，臨汾市29 個，運城市56 個。具體調(diào)查地點見表1。

表1 調(diào)查地點和樣本數(shù)

1.2 土樣的采集和分析項目及方法

每個果園采用“S”形取樣法，選5 株蘋果樹，在樹冠外緣投影處（距離樹干1.5～2.0 m），避開施肥溝，分別采集0～40、40～80 cm 土樣，相同土層的土樣混合均勻后，按四分法取樣，帶回實驗室，風干后過篩裝袋待測。參照李磊等[9]的方法測定土壤有機質(zhì)、全氮、硝態(tài)氮、速效磷、速效鉀含量。

其中，化肥氮磷鉀的投入量根據(jù)農(nóng)戶施入的化肥養(yǎng)分計算所得。

蘋果百千克養(yǎng)分吸收量參照姜遠茂等[10-11]，N為 0.8 kg，P2O5為0.56 kg，K2O 為0.64 kg。

1.3 山西省蘋果園土壤養(yǎng)分分級標準

表2 為山西省蘋果園土壤養(yǎng)分分級標準。參考已有研究資料[10,12]，結(jié)合山西省黃土高原優(yōu)勢蘋果產(chǎn)區(qū)的區(qū)域特征建立。

表2 山西省蘋果園土壤養(yǎng)分分級標準

1.4 數(shù)據(jù)分析

所有數(shù)據(jù)均使用SPSS 24.0 軟件進行統(tǒng)計分析，然后用Excel 制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 晉中等3 個市蘋果園施肥情況

從表3 可以看出，有機肥施用量晉中市最多，平均值為41 662.62 kg/hm2，變幅為0～199 995 kg/hm2；運城市次之，平均值為35 181.52 kg/hm2，變幅為0～251 190 kg/hm2；臨汾市最少，平均值為19 823.55 kg/hm2，變幅為0～154 770 kg/hm2。有機肥平均帶入的氮磷鉀養(yǎng)分依次為512.67、167.82、311.36 kg/hm2。

表3 晉中等3 個市喬化蘋果園施肥情況

3 個產(chǎn)區(qū)中，臨汾市的化肥施用量最高，平均為4 114.72 kg/hm2，變幅為900～10 732.50 kg/hm2；其次為運城市，平均為2 693.02 kg/hm2，變幅為0～6 240 kg/hm2；晉中市施用量最少，平均為2 502.69 kg/hm2，變幅為750～6 750 kg/hm2?；侍峁┑牡租涴B(yǎng)分分別為533.61、358.15、436.05 kg/hm2，從晉中、運城到臨汾，氮肥由381.83 kg/hm2增加到737.45 kg/hm2，增加了93.1%；磷肥由236.12 kg/hm2增加到460.01 kg/hm2，增加了94.8%；鉀肥由310.22 kg/hm2增加到607.47 kg/hm2，增加了95.8%（表3）。

2.2 晉中等3 個市蘋果園土壤養(yǎng)分分布

2.2.1 0～40 cm 土壤養(yǎng)分

由表4 可知，晉中、運城、臨汾地區(qū)蘋果園0～40 cm 土壤有機質(zhì)含量平均值為7.09、8.64、16.29 g/kg，晉中、運城處于低等水平，臨汾處于高等水平。從分級比率來看，晉中76.9%、運城76.8%的蘋果園0～40 cm 土壤有機質(zhì)含量處于低水平以下，臨汾93.1%處于中等及以上水平。三地綜合來看，低水平以下農(nóng)戶占56.1%，中等水平占23.5%，高水平以上的占20.4%，可見產(chǎn)區(qū)果園內(nèi)0～40 cm 土壤有機質(zhì)含量多數(shù)還處于低水平以下（表5）。

表4 晉中等3 個市喬化蘋果園不同土層土壤養(yǎng)分含量

表5 晉中等3 個市喬化蘋果園土壤養(yǎng)分各級所占比率 %

晉中、運城、臨汾地區(qū)蘋果園0～40 cm 土壤全氮含量平均值分別為0.09%、0.09%、0.11%（表4），都在中等以上水平，臨汾略高于晉中、運城。從分級比率來看，晉中、運城、臨汾0～40 cm 蘋果園土壤全氮含量處于中等以上水平的分別占100.0%、85.7%、93.1%。三地綜合來看，0～40 cm 土壤全氮含量低水平以下的蘋果園占10.2%，中等水平的占57.1%，高水平以上的占32.6%，蘋果園0～40 cm土壤全氮水平各地差異不大，整體處于中等以上水平（表5）。

晉中、運城、臨汾地區(qū)蘋果園0～40 cm 土壤硝態(tài)氮平均值含量差異不明顯，平均值分別為70.93、86.44、53.90 mg/kg（表4），均處于中等水平，但是三地分級比率差別極大，處于低水平肥力的樣本分別占到53.9%、30.3%、65.5%，中等肥力水平的樣本分別占到23.1%、37.5%、10.3%，高肥力以上水平的樣本分別占到23.1%、32.1%、24.1%。可見三地蘋果園0～40 cm 土壤硝態(tài)氮含量分布極不均勻，晉中、臨汾地區(qū)低水平樣本在50%以上，運城地區(qū)則高、中、低3 種肥力水平分布較均勻，都是30%左右；三地高肥力以上水平均在20%～30%。三地綜合來看，43.9%的蘋果園處于低等水平，27.6%的處于中等水平，28.6%的處于高等以上水平，19.4%的蘋果園硝態(tài)氮過量。

晉中、運城、臨汾三地蘋果園0～40 cm 土壤速效磷含量平均值分別為18.02、19.15、38.69 mg/kg（表4），其中，晉中、運城處于低水平，臨汾處于高水平。從分級比率來看，晉中、運城分別有75.0%、83.9%的蘋果園0～40 cm 土壤速效磷含量處于低水平以下；臨汾處于低、中、極高水平的蘋果園分別占到44.8%、17.2%、37.9%，分布特征呈中間少、兩頭高，晉中、運城極高水平比率占不到11%。三地綜合來看，71.2%的蘋果園缺磷，17.5%的速效磷過量（表5）。

晉中、運城、臨汾地區(qū)蘋果園0～40 cm 土壤速效鉀含量平均值分別為221.10、261.88、432.27 mg/kg（表4），分別處于低、中、極高3 個水平，臨汾產(chǎn)區(qū)明顯高于晉中、運城。從分級比率來看，晉中、運城、臨汾處于低水平以下的蘋果園分別占76.9%、46.4%、13.8%，中等水平的分別占0、16.1%、17.2%，高水平以上的分別占23.1%、37.5%、69.0%，極高水平的分別占7.7%、32.1%、62.1%，臨汾蘋果園0～40 cm 土壤鉀含量過量非常普遍。三地綜合來看，50.8%的蘋果園缺鉀，14.3%的適當，37.8%的過量。

2.2.2 40～80 cm 土壤養(yǎng)分

從表4 可以看出，除臨汾市的硝態(tài)氮外，其他各項指標都隨著土層深度的增加而降低。從表5 可以看出，臨汾40～80 cm 土壤硝態(tài)氮中等水平以上的樣本占62.0%，其平均含量為84.60 mg/kg，底層較表層高出40.3%，處于低、中、高肥力水平以上的農(nóng)戶分別占到13.8%、17.2%、17.2%，極高水平占到27.6%。再對比2 層土壤養(yǎng)分數(shù)據(jù)樣本分級比率發(fā)現(xiàn)，臨汾地區(qū)出現(xiàn)底層高于表層的樣本占到58.6%，可見臨汾產(chǎn)區(qū)大多數(shù)農(nóng)戶都出現(xiàn)了硝態(tài)氮深層淋洗、底層聚集的問題。

2.3 化肥養(yǎng)分盈余量和土壤養(yǎng)分相關性分析

化肥養(yǎng)分盈余量和土壤養(yǎng)分相關性分析可知，化肥氮、磷、鉀的土壤養(yǎng)分盈余量和土壤硝態(tài)氮、速效磷、速效鉀含量呈正相關，其中和氮、鉀線性回歸均顯著，磷不顯著。但是計算有機肥、化肥投入的磷總量盈余和土壤速效磷含量呈顯著性正相關，且線性回歸方程顯著（圖1）。這說明土壤硝態(tài)氮、速效鉀的殘留，主要還是化學氮肥、鉀肥的過量問題，有機肥對此的貢獻不大；但是土壤速效磷的殘留，化肥、有機肥的磷供應都起到了重要的作用。

圖1 化肥養(yǎng)分盈余量和土壤養(yǎng)分相關性分析

2.4 根系密集區(qū)0～40 cm 土壤養(yǎng)分含量與產(chǎn)量的線性分析

分析果園根系密集區(qū)0～40 cm 土壤養(yǎng)分含量與果園產(chǎn)量的線性關系可見，由于采樣點多，數(shù)據(jù)分散，線性相關性不顯著，但由圖2 還是可以看出，土壤有機質(zhì)、硝態(tài)氮、速效鉀、速效磷與產(chǎn)量有一定的線性關系。以土壤養(yǎng)分含量限定標準過量的數(shù)據(jù)為劃分，可以看到土壤硝態(tài)氮、速效磷和速效鉀含量在標準以下時，蘋果產(chǎn)量隨養(yǎng)分含量的增加而增加，但是隨著含量的進一步增加表現(xiàn)出負相關即降低的趨勢，即在一定范圍內(nèi)隨著土壤硝態(tài)氮、速效磷和速效鉀的提高有上升趨勢，但隨著養(yǎng)分含量達到過量的限量標準產(chǎn)量會略有下降；從土壤有機質(zhì)和產(chǎn)量的線性關系來看，蘋果產(chǎn)量隨土壤有機質(zhì)含量線性增加的趨勢明顯好于硝態(tài)氮、速效磷、速效鉀，并沒有表現(xiàn)下降的趨勢。以上數(shù)據(jù)可見，在當前的土壤養(yǎng)分含量水平下，隨著硝態(tài)氮、速效磷、速效鉀含量的提高，都表現(xiàn)出先增產(chǎn)后減產(chǎn)的現(xiàn)象，而土壤有機質(zhì)沒有減產(chǎn)的趨勢，因此應該限量施用化肥而加大有機肥的投入力度。

圖2 蘋果園0～40 cm 土壤養(yǎng)分與產(chǎn)量的線性關系

3 結(jié)論與討論

土壤有機質(zhì)作為土壤肥力的核心物質(zhì)，是反映土壤肥力的重要指標。對山西省3 個蘋果主產(chǎn)區(qū)蘋果園土壤有機質(zhì)含量調(diào)查發(fā)現(xiàn)，晉中和運城地區(qū)土壤有機質(zhì)含量處于中等以下水平，晉中地區(qū)有機質(zhì)最為嚴重缺乏。對晉中地區(qū)施肥量統(tǒng)計調(diào)查發(fā)現(xiàn)，有機肥的施用量雖然高于臨汾、運城2 個地區(qū)，但由于土壤本身比較貧瘠，導致該地區(qū)有機質(zhì)含量仍然較低。臨汾地區(qū)的有機質(zhì)含量整體處于中等以上水平，明顯高于晉中和運城地區(qū)，而且隨著人們有機肥施用量的增加，土壤有機質(zhì)含量較之前有所增 加。全省的有機質(zhì)含量平均為10 g/kg，其含量明顯低于國內(nèi)優(yōu)質(zhì)蘋果園土壤有機質(zhì)最低標準值[13-14]。因此，在以后的施肥過程中，仍然要鼓勵農(nóng)民增加有機肥施用量。

通過對山西省蘋果園土壤養(yǎng)分與產(chǎn)量相關性分析發(fā)現(xiàn)，隨著硝態(tài)氮、速效磷、速效鉀含量的提高，都表現(xiàn)出先增產(chǎn)后減產(chǎn)的現(xiàn)象，這與楊玥等[15]研究結(jié)果相似，而土壤有機質(zhì)含量增高則沒有減產(chǎn)的趨勢。這主要是由于土壤有機質(zhì)含量過低的原因，在發(fā)達國家土壤有機質(zhì)含量一般都在2%以上，而我們的調(diào)查數(shù)據(jù)有機質(zhì)超過2%的只占到7%，因此表現(xiàn)出較強的正相關的線性關系。從土壤速效養(yǎng)分和土壤養(yǎng)分盈余量的相關性分析可以說明，化肥的投入量是導致土壤硝態(tài)氮、速效鉀增高的主要原因。結(jié)合深層土壤數(shù)據(jù)可見，除硝態(tài)氮外，速效養(yǎng)分大多聚集在土壤的表層，只有臨汾的土壤硝態(tài)氮58.6%的農(nóng)戶出現(xiàn)深層滲漏，導致底層土壤62.0%的農(nóng)戶處于中等水平以上，而果樹的根系密集區(qū)主要集中在0～40 cm 范圍內(nèi)，大量的氮無法被利用，成為了環(huán)境脅迫的安全隱患。對果園速效磷含量調(diào)查發(fā)現(xiàn)，其含量整體處于中等以下水平。晉中、運城的速效磷含量有75%以上處于低含量水平，臨汾產(chǎn)區(qū)則高、低含量各占40%。由于山西土壤多數(shù)是偏堿性，磷肥利用率在高pH 值條件下很低，因此采用過磷酸鈣、磷酸一銨等酸性磷肥最好。研究表明，磷是黃土高原土壤肥力的重要起動因子[16]，當磷含量達到一定水平，施用肥料才能起到一定的增產(chǎn)作用[17]，尤其晉中、運城果園普遍缺磷，應該加大晉中、運城磷肥的施用量，控制臨汾的磷肥用量。對土壤速效鉀含量調(diào)查發(fā)現(xiàn)，山西省蘋果種植區(qū)內(nèi)土壤速效鉀同常規(guī)農(nóng)田相比含量普遍偏高，這可能是因為黃土高原土壤母質(zhì)本身就含有豐富的鉀[18]，再加上人們過量地使用化肥最終導致山西省果園速效鉀含量偏高。尤其臨汾產(chǎn)區(qū)，調(diào)查發(fā)現(xiàn)60%以上的農(nóng)戶速效鉀含量超過400 mg/kg 的極高水平。這主要是由于果農(nóng)大量施用復合肥，往往過多考慮氮肥的投入量，而忽視了鉀的帶入量。已有的研究表明，土壤鉀素過量顯著降低蘋果樹對氮、鈣、鎂的吸收；土壤鉀素過量降低果實硬度、可溶性固形物含量、可滴定酸及果皮花青苷含量[19-21]。因此在以后施肥過程中要嚴格控制氮肥和鉀肥的施用量，尤其在臨汾產(chǎn)區(qū)要減少化肥鉀的施用。

晉中、運城、臨汾三地的化肥氮用量分別為381.83、481.55、737.45 kg/hm2，臨汾產(chǎn)區(qū)的化肥用量遠高于晉中、運城，但是三地表層30%～60%土壤硝態(tài)氮都出現(xiàn)了缺氮的現(xiàn)象，再結(jié)合底層土壤的養(yǎng)分含量樣本分級比率發(fā)現(xiàn)，晉中、運城的硝態(tài)氮是由于初始土壤養(yǎng)分含量過低，即使出現(xiàn)氮肥施用過量的現(xiàn)象，但是氮積累還沒有達到養(yǎng)分殘留過量的程度。臨汾產(chǎn)區(qū)則由于氮肥施用量過大，養(yǎng)分殘余過多，大量硝態(tài)氮發(fā)生明顯下移的現(xiàn)象。究其原因，可能是臨汾產(chǎn)區(qū)多為黃土高原的山地，果園多為清耕，土壤保肥能力差，易淋洗。同時也可能是施用量過高、施肥和灌溉方法不合理導致。