江西井岡蜜柚種植區(qū)果園土壤肥力現(xiàn)狀及區(qū)域分布特征

吳強(qiáng)建，肖委明，趙曉東，謝志堅(jiān)，彭劍峰，周春火*

（1.江西農(nóng)業(yè)大學(xué)江西井岡蜜柚科技小院，南昌 330045；2.江西農(nóng)業(yè)大學(xué)國(guó)土資源與環(huán)境學(xué)院∕江西省農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用與面源污染防控產(chǎn)教融合重點(diǎn)創(chuàng)新中心，南昌 330045；3.江西省吉安市園藝場(chǎng)，江西 吉安 343016；4.井岡山農(nóng)業(yè)科技園管理委員會(huì)，江西 吉安 343016）

土壤肥力是土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)，是土壤綜合性質(zhì)的表現(xiàn)[1-2]。土壤肥力分布特征是土壤肥力的重要表征指標(biāo)[3]，是精準(zhǔn)評(píng)價(jià)土壤肥力質(zhì)量的基礎(chǔ)[4-5]。唐志文等[6]通過(guò)研究臍橙園土壤肥力分布特征，為臍橙園土壤培肥提供生產(chǎn)指導(dǎo)。盧召艷等[7]研究柑橘果園空間分布特征，得出產(chǎn)業(yè)限制的影響因子，有效提高了柑橘生產(chǎn)質(zhì)量。周利利等[8]通過(guò)對(duì)柑橘園土壤肥力狀況的研究，分析土壤肥力分布特征，為果園高產(chǎn)提供有效措施。研究土壤肥力現(xiàn)狀及分布特征對(duì)指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要意義[9-11]。

吉安市位于江西省中部，土壤類型以紅壤為主，全域丘陵和坡地面積占總面積的60%以上，是典型的南方丘陵紅壤區(qū)。研究表明，南方丘陵紅壤區(qū)柑橘、蜜柚、冰糖橙等一系列果園均存在土壤酸化和土壤養(yǎng)分失衡等問(wèn)題[12-15]。本研究利用ArcGIS 技術(shù)、相關(guān)性分析和主成分分析方法對(duì)江西井岡蜜柚種植區(qū)果園土壤肥力現(xiàn)狀及區(qū)域分布特征進(jìn)行定量分析，以期為江西省井岡蜜柚果園土壤養(yǎng)分管理和科學(xué)施肥提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

本研究以江西省吉安市（25°58′～27°57′N，113°46′～115°56′E）為研究區(qū)域，吉安位于贛江中游，羅霄山脈中段，屬亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)性氣候區(qū)，受東南季風(fēng)影響，氣候溫暖濕潤(rùn)，水熱充沛，為井岡蜜柚栽培提供了充足的水熱條件。

1.2 樣品采集與測(cè)定

選取吉安市9個(gè)井岡蜜柚主產(chǎn)區(qū)110個(gè)規(guī)模種植果園（面積不小于3 300 m2）[16]，于2020 年7 月20—28日井岡蜜柚果實(shí)膨大期采用多點(diǎn)混合的方法采集代表性土壤樣品330 個(gè)。采用S 形布點(diǎn)法，每個(gè)果園隨機(jī)選取長(zhǎng)勢(shì)基本一致的5棵果樹，分別采集0～20、20～40、40～60 cm土層土壤各300 g左右，除去石塊、根系等雜質(zhì)，同一土層土壤等量均勻混合成一個(gè)樣品，用四分法取約1 kg土樣[17]。土壤樣品經(jīng)自然風(fēng)干后，磨碎過(guò)篩，密封裝袋后保存?zhèn)溆谩?/p>

土壤指標(biāo)測(cè)定：pH 值采用玻璃電極法；有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法-稀釋熱法；堿解氮采用堿解擴(kuò)散法；有效磷采用碳酸氫鈉浸提鉬銻抗比色法；速效鉀采用乙酸銨浸提火焰光度計(jì)法；全氮采用半微量凱氏定氮法；全磷采用氫氧化鈉熔融-鉬銻抗比色法；全鉀采用氫氧化鈉熔融-火焰光度法；交換性鈣、交換性鎂采用乙酸銨提取ICP-AES 法；有效銅、有效鋅采用0.1 mol·L-1鹽酸浸提ICP-AES 法[18-19]。

1.3 土壤肥力等級(jí)劃分

土壤肥力指標(biāo)含量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)參考莊伊美[20]、魯劍巍[21]的研究方法及福建省園地土壤養(yǎng)分豐缺指標(biāo)（試行）進(jìn)行劃分（表1）。土壤pH值分級(jí)劃分：＜4.5，強(qiáng)酸性；4.5～5.5，酸性；5.5～6.5，微酸性。

表1 土壤肥力指標(biāo)含量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Classification standard of soil fertility indexes

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

利用SPSS 17 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析、主成分分析和方差分析（LSD 法，顯著水平α=0.05），利用Origin 2017制圖，利用ArcGIS 10.2繪制區(qū)域分布圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 表層土壤肥力狀況

由表2 可知，井岡蜜柚種植區(qū)果園各樣點(diǎn)土壤肥力差異較大。土壤微量元素有效銅差異性最大，其含量≤7.91 mg·kg-1，標(biāo)準(zhǔn)差為1.80，變異系數(shù)高達(dá)91.71%；中量元素交換性鈣差異性最大，其含量≤658.88 mg·kg-1，標(biāo)準(zhǔn)差為139.01，變異系數(shù)為89.03%；大量元素有效磷差異性最大，其含量為1.99～146.11 mg·kg-1，最大值與最小值相差近73倍，標(biāo)準(zhǔn)差為25.48，變異系數(shù)達(dá)87.45%；土壤pH 差異性最小，變異系數(shù)為14.67%，標(biāo)準(zhǔn)差為0.72。井岡蜜柚種植區(qū)果園土壤26.36%呈強(qiáng)酸性，68.18%呈酸性，5.46%呈微酸性。由表3 可知，井岡蜜柚種植區(qū)110個(gè)果園中，大量元素中土壤堿解氮含量缺乏比例為40%，土壤有效磷、速效鉀含量缺乏比例分別為32.73%、16.36%；中量元素中土壤交換性鈣、交換性鎂含量缺乏比例分別為97.27%、42.73%。據(jù)有關(guān)資料顯示，蜜柚適宜生長(zhǎng)pH 為5.5～6.5。由此可見，井岡蜜柚種植區(qū)果園土壤酸化面積較大，不利于蜜柚生長(zhǎng)，缺乏的營(yíng)養(yǎng)元素主要有氮、磷、鈣和鎂元素。

表2 表層土壤肥力指標(biāo)狀況Table 2 Nutrient contents of topsoil

表3 表層土壤各肥力等級(jí)的果園數(shù)量占比（%）Table 3 Proportion of orchards in each fertility grade of topsoi（l%）

2.2 不同土層土壤肥力狀況

由圖1 可知，針對(duì)土壤各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行逐層（表土層與亞表土層，亞表土層與底土層）比較，土壤pH 平均下降了0.04、0.01 個(gè)單位，有機(jī)質(zhì)平均含量降幅分別為16.95%、24.95%，堿解氮平均含量降幅分別為29.26%、29.12%，有效磷平均含量降幅分別為38.38%、46.07%，速效鉀平均含量降幅分別為17.93%、18.31%，交換性鈣平均含量降幅分別為64.93%、65.19%，交換性鎂平均含量降幅分別為16.89%、9.73%。井岡蜜柚種植區(qū)果園土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀、交換性鈣、交換性鎂、有效銅和有效鋅的含量均隨土層深度增加而顯著降低，但土壤交換性鎂含量在亞表土層與底土層之間無(wú)顯著差異，土壤pH 在各土層間無(wú)顯著差異。

圖1 不同土層土壤肥力指標(biāo)含量分布圖Figure 1 Distribution of soil fertility in different soil layers

2.3 表層土壤肥力區(qū)域分布特征

由圖2 可知，表層土壤pH 中部高四周低，泰和縣最高，為5.51，安?？h最低，為4.66；有機(jī)質(zhì)含量西高東低，遂川縣最高，為24.35 g·kg-1，吉州區(qū)最低，為15.04 g·kg-1；有效磷含量四周高中部低，安?？h最高，為56.22 mg·kg-1，泰和縣最低，為15.03 mg·kg-1；交換性鈣含量基本處于缺乏水平，泰和縣最高，為243.75 mg·kg-1，安福縣最低，為104.59 mg·kg-1；交換性鎂含量呈北高南低分布，吉安縣最高，為86.90 mg·kg-1，遂川縣最低，為45.81 mg·kg-1。由此可知，井岡蜜柚種植區(qū)果園土壤肥力區(qū)域分布差異較大。

圖2 表層土壤肥力指標(biāo)含量區(qū)域分布圖Figure 2 Regional distribution of topsoil fertility

2.4 表層土壤肥力指標(biāo)間相關(guān)性分析

由表4可知，表層土壤肥力各指標(biāo)之間存在一定的相關(guān)性。土壤pH值與交換性鎂含量呈極顯著正相關(guān)，交換性鎂含量與速效鉀、全磷、有效鋅、交換性鈣含量均呈極顯著正相關(guān)。由此可知，井岡蜜柚種植區(qū)果園土壤酸性的改善有利于提高果園土壤養(yǎng)分，尤其可以顯著提高土壤交換性鎂含量。

表4 表層土壤肥力指標(biāo)間相關(guān)性分析Table 4 Correlation analysis between topsoil fertility indexes

2.5 表層土壤肥力指標(biāo)間主成分分析

權(quán)重系數(shù)反映土壤各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)土壤肥力貢獻(xiàn)程度，由表5 可知，按照特征值大于1 的原則[22]，pH、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷的特征值均大于1，累積貢獻(xiàn)率為68.95%。利用主成分分析方法計(jì)算各有效養(yǎng)分的權(quán)重，土壤交換性鎂、交換性鈣、堿解氮和有效鋅含量的權(quán)重依次為29%、22%、13%和13%，均大于10%；土壤有機(jī)質(zhì)、pH 和速效鉀含量權(quán)重依次為9%、7%和6%，均介于5%～10%之間；土壤有效磷、有效銅含量權(quán)重均為1%，權(quán)重系數(shù)最小。因此，井岡蜜柚種植區(qū)果園土壤交換性鈣、交換性鎂、堿解氮和有效鋅含量對(duì)土壤肥力的貢獻(xiàn)程度較大。

表5 表層土壤肥力指標(biāo)主成分分析Table 5 Principal component analysis of topsoil fertility indexes

3 討論

據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)酸性土壤面積已達(dá)2.18×108hm2，占國(guó)土總面積的22.7%[23]。調(diào)研采集的110 個(gè)井岡蜜柚種植區(qū)果園表層土壤中，94.54%的土壤呈酸性至強(qiáng)酸性，酸性土壤面積較大，果園土壤pH均值為4.93，土壤酸性較強(qiáng)，不利于蜜柚生長(zhǎng)。酸性土壤形成包括自然和人為兩方向原因。江西省吉安市高溫多雨的氣候和三面環(huán)山的地形條件，使土壤極易發(fā)生脫硅富鐵鋁化過(guò)程，形成酸性土壤。本研究分析井岡蜜柚種植區(qū)果園表層土壤肥力區(qū)域分布特征發(fā)現(xiàn)，土壤pH 分布呈現(xiàn)中部高四周低的特征，這可能與吉安市地形氣候有關(guān)。黃至穎等[24]通過(guò)研究貴州省土壤pH 變化發(fā)現(xiàn)，淋溶作用可將大量鹽基離子帶入低洼地帶，因而形成高海拔低pH 的現(xiàn)象[25]。此外，在生產(chǎn)過(guò)程中，重化肥輕有機(jī)肥也可能是造成果園土壤酸化的原因之一。賈立輝等[26]的研究表明，長(zhǎng)期施用化肥將導(dǎo)致土壤pH以及土壤酸性緩沖能力下降。

土壤肥力高低是影響作物生產(chǎn)的主要因素。調(diào)研采集的110 個(gè)井岡蜜柚種植區(qū)果園表層土壤，73.64%的土壤堿解氮含量處于中低水平，58.18%的土壤有效磷含量處于中低水平，土壤交換性鈣、交換性鎂含量中低水平高達(dá)100%、86.37%，中量元素缺乏較為嚴(yán)重。此外，主成分分析顯示，井岡蜜柚種植區(qū)果園土壤交換性鎂、交換性鈣、堿解氮和有效鋅含量是影響土壤肥力的主要因素。余璇等[27]對(duì)江西省井岡蜜柚品種金沙柚的調(diào)研結(jié)果表明，金沙柚果園土壤普遍存在氮磷鉀缺乏情況，與劉秀紅[28]、孫永明等[29]對(duì)江西省柑橘調(diào)研結(jié)果基本一致。井岡蜜柚種植區(qū)果園表層土壤肥力區(qū)域分布特征顯示，土壤有效磷含量分布特征與土壤pH 分布特征恰好相反，呈現(xiàn)中部低四周高的特征，而土壤鹽基養(yǎng)分鈣、鎂、鋅和銅等元素呈現(xiàn)南少北多的分布特征，這可能與地形、氣候以及土壤pH 有關(guān)。ELIASSI 等[30]研究發(fā)現(xiàn)，低pH 土壤有利于提高磷的有效性。曹勝等[31]的研究表明，南方雨水對(duì)土壤鈣鎂具有淋洗作用，使得土壤對(duì)鈣和鎂離子吸附量下降。劉秀紅[28]發(fā)現(xiàn)南豐和衢州大部分柑橘果園施肥重大量元素輕中微量元素，這與井岡蜜柚施肥現(xiàn)狀基本一致，導(dǎo)致果園土壤鈣鎂含量較低。此外，本研究還發(fā)現(xiàn)土壤交換性鎂含量與土壤pH 呈顯著正相關(guān)。相關(guān)資料顯示，土壤酸化加劇了土壤養(yǎng)分流失，降低了土壤養(yǎng)分的生物有效性，使土壤的保肥能力和供肥能力下降[32]。王義祥等[33]的研究表明，生物炭及石灰都能顯著提高強(qiáng)酸性茶園土壤pH，且生物炭增加了土壤對(duì)酸的緩沖能力，大大提高了土壤交換性鹽基含量及鹽基飽和度。因此，在井岡蜜柚生產(chǎn)過(guò)程中，改善酸性土壤是生產(chǎn)的前提，氮磷肥的增施是高產(chǎn)的前提，中微量元素的補(bǔ)充是優(yōu)質(zhì)的保障。

井岡蜜柚根系較長(zhǎng)，對(duì)深層土壤養(yǎng)分的補(bǔ)充具有重要意義。本研究發(fā)現(xiàn)井岡蜜柚種植區(qū)果園土壤肥力隨土層深度增加而降低，土壤交換性鈣含量變幅最大，土壤pH 值變幅最小。這可能是由于井岡蜜柚表層土壤長(zhǎng)期有外源養(yǎng)分輸入，導(dǎo)致表層養(yǎng)分含量高于深層。有關(guān)研究[34-35]發(fā)現(xiàn)土壤有機(jī)質(zhì)、pH、全磷等隨土層深度增加而降低，與本研究結(jié)果一致。因此，對(duì)于在土壤中移動(dòng)性較弱的元素（如磷元素）需分層施用。分層施用既補(bǔ)充土壤深層養(yǎng)分，又促進(jìn)蜜柚根系向地下伸長(zhǎng)，提高蜜柚的根系活力。

4 結(jié)論

（1）井岡蜜柚種植區(qū)果園表層土壤pH 均值為4.93，土壤酸性較強(qiáng)；酸性至強(qiáng)酸性土壤占94.54%，酸性土壤占比大，不利于蜜柚生長(zhǎng)。

（2）改良土壤酸性、提高土壤養(yǎng)分有效性以及補(bǔ)充大量元素的同時(shí)，應(yīng)注重中微量元素及深層養(yǎng)分的補(bǔ)充，這有利于提高土壤肥力，促進(jìn)井岡蜜柚的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)。