寧夏賀蘭山東麓釀酒葡萄不同子產(chǎn)區(qū)土壤肥力特征與評價(jià)

胡澤軍，張亞紅*，張曉煜，王 銳

（1．寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院，寧夏 銀川 750021；2．寧夏氣象科學(xué)研究所，寧夏 銀川 750002）

寧夏賀蘭山東麓是我國3個(gè)葡萄酒原產(chǎn)地認(rèn)證保護(hù)的最佳產(chǎn)區(qū)之一，是國際公認(rèn)出產(chǎn)釀酒葡萄的“黃金地帶”［1］。賀蘭山東麓地理位置優(yōu)越，氣候條件適宜［2］，憑借其獨(dú)特地理優(yōu)勢，成為世界重要的葡萄酒產(chǎn)區(qū)。產(chǎn)區(qū)土壤環(huán)境對葡萄的影響十分重要［3-4］，寧夏氣候條件適宜，土壤肥力不高成為限制其發(fā)展的主要因子［5］。土壤為植物提供養(yǎng)分和水分［6］，土壤養(yǎng)分狀況影響釀酒葡萄著色［7-8］、產(chǎn)量［9］和品質(zhì)［10-11］。楊海江等［12］通過研究寧夏銀川市4個(gè)葡萄園C、N、P含量，發(fā)現(xiàn)C、N、P含量在不同區(qū)域間差異明顯，整體處于全國較低水平；李文超等［13］通過研究不同質(zhì)地土壤對釀酒葡萄的影響，發(fā)現(xiàn)土壤質(zhì)地會(huì)顯著影響果實(shí)的品質(zhì)，其中以砂石的土壤條件最佳；施明等［14］通過對寧夏玉泉營的研究發(fā)現(xiàn)，玉泉營土壤呈強(qiáng)堿性，土壤貧瘠，有機(jī)質(zhì)含量少，增施腐植酸會(huì)顯著改善釀酒葡萄的品質(zhì)；Zsófi等［15］通過研究葡萄品質(zhì)與土壤質(zhì)地的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)土壤質(zhì)地會(huì)顯著影響葡萄的品質(zhì)指標(biāo)。以上研究結(jié)果均表明，土壤肥力對葡萄品質(zhì)的影響較大。前人對土壤肥力的研究主要集中在某一子產(chǎn)區(qū)，且對產(chǎn)區(qū)肥力區(qū)劃的研究較少，小產(chǎn)區(qū)固化難以凸顯產(chǎn)區(qū)特色［16］。因此，本文以寧夏賀蘭山東麓5個(gè)子產(chǎn)區(qū)的18個(gè)酒莊為研究對象，分析不同區(qū)域間土壤肥力的差異，評價(jià)不同子產(chǎn)區(qū)土壤肥力狀況，為進(jìn)一步明確賀蘭山東麓釀酒葡萄產(chǎn)區(qū)土壤肥力區(qū)劃特征，指導(dǎo)葡萄品質(zhì)和產(chǎn)量的提升提供科學(xué)理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

研究區(qū)位于寧夏賀蘭山東麓，地處37°43′N～39°23′ N，105°45′E～106°47′ E，海拔高度1100 m左右，屬典型的溫帶大陸性氣候。全年日照2851～3106 h，日較差大，平均為12.5℃；年降水量148.7～228.1 mm，多集中在夏季；無霜期160～190 d；干燥度大于3.5。

1.2 土壤樣品的采集

本研究于2018年10月葡萄采收完成后對土壤樣品進(jìn)行采集，采用對角線5點(diǎn)采樣法分別采集了賀蘭山東麓18個(gè)酒莊種植基地內(nèi)0～20、20～40、40～60 cm土層的土壤樣品，采樣均在葡萄行間內(nèi)進(jìn)行，剔除石塊和植物殘根等雜物，風(fēng)干后過2 mm篩，用于土壤肥力指標(biāo)的測定。將18個(gè)酒莊種植基地分為銀北、金山、永寧、青銅峽、紅寺堡5個(gè)子產(chǎn)區(qū)，產(chǎn)區(qū)劃分及采樣點(diǎn)信息如圖1所示。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

土壤pH值采用pH酸度計(jì)（電位法）測定；土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法（外加熱-硫酸亞鐵滴定）測定；全氮采用凱式定氮法測定；全磷采用NaOH熔融-鉬銻抗比色法測定；有效磷采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測定；堿解氮采用堿解擴(kuò)散法測定；速效鉀采用火焰光度法測定；土壤全鹽用電導(dǎo)率儀測定；以上測定方法均參照魯如坤［17］的方法。

1.4 數(shù)據(jù)分析

本研究采用Excel 2016對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，SPSS 21.0對數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析、因子分析與聚類分析，多重比較采用LSD法。

土壤各指標(biāo)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理的公式為［18］：

式中，Xin為n處理i指標(biāo)；Ximin和Ximax代表i指標(biāo)中該指標(biāo)的最大值和最小值；Yin為n處理i指標(biāo)的隸屬函數(shù)數(shù)值。如果某一指標(biāo)與土壤質(zhì)量呈正相關(guān)依據(jù)公式（1），反之依據(jù)公式（2），對標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)進(jìn)行因子分析與聚類分析。

根據(jù)因子分析后對賀蘭山東麓不同子產(chǎn)區(qū)種植基地土壤肥力進(jìn)行綜合評價(jià)［19-20］，計(jì)算公式為：

式中，Z為綜合得分值，R為對應(yīng)因子貢獻(xiàn)率，F(xiàn)為對應(yīng)因子。

2 結(jié)果與分析

2.1 賀蘭山東麓釀酒葡萄土壤肥力的特征分析

2.1.1 土壤pH

表1 是賀蘭山東麓釀酒葡萄土壤肥力的化學(xué)指標(biāo)，由表1可知，賀蘭山釀酒葡萄土壤pH值變化范圍為7.08～9.15，均值為8.56，變異系數(shù)為1.7%～4.4%，子產(chǎn)區(qū)間表現(xiàn)為微弱的變異性，不同子產(chǎn)區(qū)pH值由高到低依次為永寧產(chǎn)區(qū)、紅寺堡產(chǎn)區(qū)、青銅峽產(chǎn)區(qū)、銀北產(chǎn)區(qū)、金山產(chǎn)區(qū)。

2.1.2 土壤有機(jī)質(zhì)

由表1可知，有機(jī)質(zhì)含量變化范圍為2.14～27.34 g·kg-1，均值為10.81 g·kg-1，變異系數(shù)為24.8%～49.5%，處于中等變異水平。依據(jù)第二次全國土壤普查養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)，其處在第4級水平（中等偏下）。不同子產(chǎn)區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量由高到低依次為銀北產(chǎn)區(qū)、金山產(chǎn)區(qū)、青銅峽產(chǎn)區(qū)、永寧產(chǎn)區(qū)、紅寺堡產(chǎn)區(qū)。

2.1.3 土壤氮磷鉀

土壤全氮、堿解氮、全磷、有效磷、速效鉀是衡量土壤氮、磷、鉀大量養(yǎng)分的主要指標(biāo)。由表1知，除有效磷外，其它指標(biāo)變異系數(shù)波動(dòng)區(qū)間為28.5%～99.9%，呈中等變異。土壤全氮含量范圍為0.00～4.06 g·kg-1，均值為0.60 g·kg-1，不同子產(chǎn)區(qū)土壤全氮含量由高到低依次為金山產(chǎn)區(qū)、銀北產(chǎn)區(qū)、青銅峽產(chǎn)區(qū)、永寧產(chǎn)區(qū)、紅寺堡產(chǎn)區(qū)；土壤堿解氮含量為0.00～59.85 mg·kg-1，均值為12.28 mg·kg-1，不同子產(chǎn)區(qū)土壤堿解氮含量變化由高到低依次為青銅峽產(chǎn)區(qū)、紅寺堡產(chǎn)區(qū)、金山產(chǎn)區(qū)、永寧產(chǎn)區(qū)、銀北產(chǎn)區(qū)；土壤全磷含量范圍為0.14～1.78 g·kg-1，均值為0.54 g·kg-1，不同子產(chǎn)區(qū)全磷含量變化由高到低依次為金山產(chǎn)區(qū)、銀北產(chǎn)區(qū)、青銅峽產(chǎn)區(qū)、紅寺堡產(chǎn)區(qū)、永寧產(chǎn)區(qū)；土壤有效磷含量范圍為0.63～321.45 mg·kg-1，均值為34.40 mg·kg-1，不同子產(chǎn)區(qū)土壤有效磷含量變化由高到低依次為青銅峽產(chǎn)區(qū)、銀北產(chǎn)區(qū)、紅寺堡產(chǎn)區(qū)、永寧產(chǎn)區(qū)、金山產(chǎn)區(qū)；土壤速效鉀含量范圍為9.78～367.88 mg·kg-1，均值為123.82 mg·kg-1，不同子產(chǎn)區(qū)土壤速效鉀含量變化由高到低依次為青銅峽產(chǎn)區(qū)、紅寺堡產(chǎn)區(qū)、金山產(chǎn)區(qū)、永寧產(chǎn)區(qū)、銀北產(chǎn)區(qū)。

依據(jù)第二次全國土壤普查養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)，其堿解氮處在第6級水平（極低）；全氮處在第5級水平（很缺水平）；全磷處在第4級水平（中等偏下）；速效鉀處在第3級水平（中等）；有效磷處在第2級水平（高水平）?？傮w來看賀蘭山東麓土壤氮、磷、鉀含量處于全國較低水平。

2.1.4 土壤鹽分

由表1可知，全鹽含量范圍為0.24～4.95 g·kg-1，均 值為0.62 g·kg-1，遠(yuǎn)低于鹽 漬 化水平1 g·kg-1。除紅寺堡產(chǎn)區(qū)為強(qiáng)變異外，其他4個(gè)子產(chǎn)區(qū)均處于中等變異水平，變異系數(shù)為45.9%～73.3%，不同產(chǎn)區(qū)土壤鹽分含量變化由高到低依次為紅寺堡產(chǎn)區(qū)、金山產(chǎn)區(qū)、永寧產(chǎn)區(qū)、青銅峽產(chǎn)區(qū)、銀北產(chǎn)區(qū)。

表1 賀蘭山東麓不同子產(chǎn)區(qū)釀酒葡萄土壤肥力的基本化學(xué)指標(biāo)

綜上可知，5個(gè)產(chǎn)區(qū)中，銀北產(chǎn)區(qū)有機(jī)質(zhì)和氮、磷含量處于中等偏上水平、速效養(yǎng)分含量處于中等偏低水平；金山產(chǎn)區(qū)土壤pH值較低，其他土壤指標(biāo)處于中等偏上水平；永寧產(chǎn)區(qū)土壤pH值較高，其他土壤指標(biāo)處于中等偏低水平；青銅峽產(chǎn)區(qū)速效養(yǎng)分含量高，土壤堿解氮、有機(jī)質(zhì)、全磷含量均處于中等偏上水平，全磷含量處于中等偏下；紅寺堡產(chǎn)區(qū)土壤pH值、全鹽含量高，有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、有效磷含量處于中等偏低水平。

2.2 賀蘭山東麓土壤肥力隨土層深度的變化

由表2可知，對18個(gè)酒莊3個(gè)層次土壤分別求平均值，在垂直剖面上，有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、速效鉀、全鹽隨土壤深度的增加而下降。這些指標(biāo)具有明顯的表聚性，0～20 cm土層有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、速效鉀、全鹽含量高于40～60 cm土層，0～20 cm土層較40～60 cm土層有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、速效鉀、全鹽含量分別提高了19.3%、19.6%、15.7%、58.2%、24.6%。0～20 cm土 層 速效鉀與20～40、40～60 cm土層相比具有顯著性差異；隨土壤深度的增加pH呈增加趨勢；堿解氮先升高后降低，土壤深度間無顯著性差異；有效磷先降低后升高，土壤深度間無顯著性差異。

表2 土壤肥力隨土壤深度的變化

2.3 賀蘭山東麓不同酒莊種植基地土壤肥力的聚類分析

為減小人為因素對酒莊基地土壤的影響，對各基地0～60 cm土層土壤肥力指標(biāo)平均值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，以土壤pH值、有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、堿解氮、速效鉀、有效磷、全鹽作為聚類指標(biāo)，各酒莊標(biāo)準(zhǔn)化處理后的值作為聚類數(shù)據(jù)，采用歐式距離作為衡量不同酒莊土壤肥力的標(biāo)準(zhǔn)，用組件連接法對土壤樣品進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析（圖2）。

當(dāng)閾值為10時(shí)，可將18個(gè)酒莊土壤肥力聚為5類，其中軒尼詩、禹皇、天得、紅粉世家、西鴿、玉泉國際、東方裕興、立蘭8個(gè)酒莊為第Ⅰ類，主要集中在永寧、青銅峽、紅寺堡偏南部產(chǎn)區(qū)，占總酒莊的44.4%，表現(xiàn)為pH值高于平均值，其他指標(biāo)遠(yuǎn)低于平均值；觀蘭、長城云漠、西域王泉、美賀為第Ⅱ類，主要集中在銀北、金山偏北部產(chǎn)區(qū)，占總酒莊的22.2%，表現(xiàn)為pH值和全鹽、堿解氮、有效磷、速效鉀含量低于平均值，有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷高于平均值；巴格斯、金沙灣、賀東莊園為第Ⅲ類，占總酒莊的16.7%，表現(xiàn)為pH值和全鹽、堿解氮、速效鉀含量低于平均值，有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、有效磷含量高于平均值；留世、御馬為第Ⅳ類，占總酒莊的11.1 %，表現(xiàn)為pH值、全鹽含量低于平均值，其他土壤指標(biāo)高于平均值；匯達(dá)為第Ⅴ類，占總酒莊的5.6%，速效鉀和全鹽含量高，其他指標(biāo)低于平均值。由以上分析可知，賀蘭山東麓北部產(chǎn)區(qū)總體土壤肥力高于南部產(chǎn)區(qū)，為進(jìn)一步了解產(chǎn)區(qū)肥力狀況，再對其進(jìn)行綜合評價(jià)。

2.4 賀蘭山東麓不同子產(chǎn)區(qū)種植基地土壤肥力的綜合評價(jià)

經(jīng)過SPSS 21.0分析，葡萄種植基地土壤肥力存在相關(guān)性，KMO測度為0.624>0.6，巴特利球形檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量為80.115，伴隨概率sig=0.000<0.05，符合因子分析的前提；根據(jù)特征值≥1的原則提取3個(gè)公因子。由表3可知，其特征值依次為3.570、1.912、1.106，方差貢獻(xiàn)率依次為44.630%、23.906%、13.824%，累計(jì)貢獻(xiàn)率為82.360%，因此，這3個(gè)指標(biāo)可以代替原始數(shù)據(jù)進(jìn)行因子分析。因子1在有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷有較高載荷，其因子負(fù)荷值分別為0.932、0.917、0.764，表明因子1主要反映有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷3個(gè)指標(biāo)的信息；因子2主要在速效鉀、pH值2個(gè)指標(biāo)有較高載荷，分別為0.872、0.729，表明因子2主要反映速效鉀、pH值值2個(gè)指標(biāo)的信息；因子3主要在有效磷有較高載荷，載荷值為0.856，表明因子3主要反映有效磷的信息。

表3 旋轉(zhuǎn)因子載荷矩陣及累計(jì)貢獻(xiàn)

根據(jù)因子得分矩陣與方差貢獻(xiàn)率建立因子得分表達(dá)式（表4）。

表4 因子得分矩陣

表達(dá)式中X1～X8為分別為標(biāo)準(zhǔn)化的pH值、有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、堿解氮、有效磷、速效鉀、全鹽，Z為綜合得分。

根據(jù)綜合得分可知（表5），第一類為金山產(chǎn)區(qū)綜合得分0.37，屬肥力極好；第二類為銀北產(chǎn)區(qū)，綜合得分值0.31，屬高肥力；第三類為青銅峽產(chǎn)區(qū)，綜合得分0.23，屬中等肥力；第四類為紅寺堡產(chǎn)區(qū)，綜合得分0.15，屬低肥力；第五類為永寧產(chǎn)區(qū)，綜合得分0.13，屬極低肥力，以上劃分等級高低均為相對值。

表5 不同子產(chǎn)區(qū)土壤肥力的評價(jià)

3 討論

3.1 賀蘭山東麓土壤肥力特點(diǎn)

土壤養(yǎng)分是影響釀酒葡萄品質(zhì)的重要因素之一［21-22］，其含量受自然和人為因素的影響［23-24］。本試驗(yàn)研究表明，土壤有機(jī)質(zhì)和全磷含量平均值分別為10.81、0.54 g·kg-1，處在第4級水平；全氮、堿解氮含量平均值分別為0.60、12.28 mg·kg-1，分別處在第5級水平和第6級水平；速效鉀含量平均值為123.82 mg·kg-1，處在第3級水平。這可能是由于賀蘭山東麓總體發(fā)展酒莊年限較短，管理粗放，不施或少施有機(jī)肥，造成土壤養(yǎng)分貧瘠；研究發(fā)現(xiàn)賀蘭山東麓土壤以淡灰鈣土為主，多富含礫石、砂粒［25］，使土壤漏水漏肥嚴(yán)重，土壤有機(jī)質(zhì)含量低［26-27］。同一土壤剖面上、下層土壤間存在差異。40～60 cm土層較0～20 cm土層有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、速效鉀、全鹽含量分別下降了19.3%、19.6%、15.7%、58.2%、24.6%。這 與葡萄根系生長與耕作方式密切相關(guān)，釀酒葡萄根系生長范圍為0～60 cm，但土壤養(yǎng)分主要集中在20～40 cm［28］，根系密集會(huì)促進(jìn)養(yǎng)分的吸收，表層養(yǎng)分易從土壤肥料中獲得，但深層難以補(bǔ)給，由此造成同一土壤剖面上、下層土壤間存在差異。

3.2 賀蘭山東麓不同子產(chǎn)區(qū)間土壤肥力的變化

各子產(chǎn)區(qū)成土母質(zhì)不同，由此造成各子產(chǎn)區(qū)土壤條件也不盡相同，沉積物來源和成土母質(zhì)會(huì)顯著影響土壤的化學(xué)成分［8］。由聚類分析可知，總體偏北部地區(qū)土壤肥力高于偏南部地區(qū)；通過綜合評價(jià)進(jìn)一步可知，金山產(chǎn)區(qū)>銀北產(chǎn)區(qū)>青銅峽產(chǎn)區(qū)>紅寺堡產(chǎn)區(qū)>永寧產(chǎn)區(qū)。銀北產(chǎn)區(qū)土壤以風(fēng)沙土和灰漠土為主，土壤濕潤，腐殖質(zhì)含量多，土壤保水保肥能力強(qiáng)［29］，銀北產(chǎn)區(qū)綜合得分0.31，屬高肥力產(chǎn)區(qū)；金山產(chǎn)區(qū)和永寧產(chǎn)區(qū)土壤類型均屬風(fēng)沙土，但金山產(chǎn)區(qū)綜合得分0.37，肥力極好；永寧產(chǎn)區(qū)綜合得分0.13，肥力極低，這與種植年限有關(guān)。金山產(chǎn)區(qū)是最早發(fā)展酒莊的產(chǎn)區(qū)，由于管理早、種植年限長、投入多，使土壤養(yǎng)分含量提升［30］；永寧產(chǎn)區(qū)酒莊發(fā)展較晚，由此造成土壤養(yǎng)分之間存在差異；青銅峽產(chǎn)區(qū)和紅寺堡產(chǎn)區(qū)土壤類型均屬灰鈣土［31］，青銅峽產(chǎn)區(qū)綜合得分0.23，屬中等肥力產(chǎn)區(qū)；紅寺堡產(chǎn)區(qū)綜合得分0.15，屬低肥力產(chǎn)區(qū)，這與地理位置和管理方式有關(guān)。青銅峽產(chǎn)區(qū)位于賀蘭山東麓中南部，產(chǎn)區(qū)換土、投入多使土壤養(yǎng)分條件改善；紅寺堡產(chǎn)區(qū)位于賀蘭山東麓最南端，且處在洪積扇末端水分聚集區(qū)，土壤全鹽含量高，產(chǎn)區(qū)投入相對較少，使土壤養(yǎng)分含量較低。

4 結(jié)論

通過對賀蘭山東麓5個(gè)子產(chǎn)區(qū)土壤肥力特征分析可知，賀蘭山東麓土壤pH值平均值為8.56，呈強(qiáng)堿性，土壤有機(jī)質(zhì)和全磷含量平均值分別為10.81、0.54 g·kg-1，處在第4級水平，全氮含量平均值為0.60 g·kg-1，處在第5級水平；土壤剖面間存在差異，40～60 cm土層較0～20 cm土層有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、速效鉀、全鹽含量分別下降了19.3%、19.6%、15.7%、58.2%、24.6%；5個(gè) 子 產(chǎn)區(qū)的18個(gè)酒莊基地土壤肥力可分為5類，總體偏北部地區(qū)土壤肥力高于偏南部地區(qū)；通過綜合評價(jià)分析進(jìn)一步可知，土壤肥力水平為金山產(chǎn)區(qū)>銀北產(chǎn)區(qū)>青銅峽產(chǎn)區(qū)>紅寺堡產(chǎn)區(qū)>永寧產(chǎn)區(qū)。