黃土高原不同生態類型區果園地土壤肥力特征綜合評價及其區域差異特征研究

居瑪汗·卡斯木，張麗娜，范 鵬，曹 裕，李 軍

（1.西北農林科技大學 林學院，陜西 楊凌712100；2.西北農林科技大學 農學院，陜西 楊凌712100）

黃土高原東南部是我國最大的優質蘋果（Malus domestica）連片栽培區［1］。果園土壤養分消耗量遠高于農田，隨著種植年限的延長，導致其土壤養分含量普遍偏低，而土壤養分也是影響蘋果產量和品質提高的重要因素［2－5］，因此加速了果樹衰敗和果園生產力降低［6－8］。測定和分析蘋果園地深層土壤水分與養分含量及其豐缺狀況，對綜合分析和評估影響果園產量和品質的主要因素，實現果園水分、養分科學管理和合理施肥具有重大意義。

土壤養分區域分異研究是區域規劃、生態環境保護和區域可持續發展的重要基礎工作［9］。國內外研究表明，土壤養分狀況是土壤肥力的重要物質基礎，是土壤肥力的主要內容，其豐缺狀況直接影響作物的產量高低和品質優劣。土壤養分的動態變化受土壤類型、施肥、耕作、灌溉、海拔和氣候等因素的影響［10－13］。自然環境條件的改變、土地利用方式的變化等都會影響土壤養分的數量和構成［14－17］。土壤肥力水平高低既取決于土壤發育的生態環境條件，也受耕作、施肥等農業生產實踐的影響，是兩者綜合作用的產物。

本文采用多元統計分析方法，分析3個不同生態類型區果園地（南部半濕潤黃土臺塬溝壑區的陜西鳳翔，中部半濕潤易旱黃土殘塬溝壑區的陜西長武，北部半濕潤偏旱和半干旱黃土丘陵溝壑區的陜西延安）不同深度（0—20cm，20—40cm，40—60cm，60—80 cm，80—100cm，100—120cm，…，280—300cm）土壤養分含量的分布特征、肥力特征的綜合評價結果及其區域差異，為黃土高原蘋果產區養分管理和蘋果高產優質生產、生態環境重建與水土保持提供土壤養分方面的科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

黃土高原蘋果產區海拔高度800～1 200m，年均氣溫7～12.8℃，晝夜溫差可達10℃以上，年均降水量450～650mm，年日照時數2 300～2 500h，無霜期170d，氣候條件有利于優質蘋果生產［12］。地貌以黃土殘塬溝壑和黃土丘陵溝壑為主，黃土覆蓋層深厚，主要土種為褐土、黑壚土和黃綿土，土壤質地疏松，保水和保肥力強。本研究以陜西見翔、長武、延安3個典型蘋果生產基地縣（區）為試點，于2010年7月選擇了21個具有代表性的塬地、梯田和山地等不同地貌類型和不同樹齡果園為樣點，采集果園0—100cm土層土壤樣品。各試驗點主要氣候特征、土壤類型、果園地貌、果園樣點數和果樹樹齡等概況如表1所示。

表1 各試點氣候、土壤與樣點果園概況

1.2 研究方法

1.2.1 蘋果園地土壤養分測定 2010年7月中旬，選取3類典型塬地旱作果園，每類果園設置1個深層土壤樣點。取樣深度0—300cm，每隔20cm采集1個土樣，自然陰干后保存。所取土樣層包括0—20 cm，20—40cm 和40—60cm，60—80cm，80cm—100cm，…，280—300cm層。每土層取約1kg混合樣，裝于自封塑料袋并做好標記和編號。

1.2.2 樣本的測定及其分析方法 2011年11月在西北農林科技大學中國旱區節水農業研究院和農業部西北黃土高原作物生理生態與耕作栽培重點實驗室測定土壤養分，首先對土壤樣品按照常規方法進行預處理，然后分別測定土壤有機質和氮、磷、鉀全效及速效養分含量。有機質采用重鉻酸鉀外加熱法，全氮采用半微量開氏法，堿解氮采用堿解擴散法，全磷采HClO4—H2SO4鉬銻抗比色法，速效磷采用0.5mol／L浸提—鉬銻抗比色法.全鉀采用氫氧化鈉熔融火焰光度法，速效鉀采用1mol／L的NH4OAC浸提—火焰光度法測定［18］。

1.2.3 數據處理 土壤養分指數（SNI）可以綜合反映土壤肥力的相對豐缺程度，在農田和林地土壤養分比較研究中是較有成效的土壤肥力指標之一［19］。其計算公式如下：

式中：Wi——各養分元素的權重；S（Ni）——各養分元素的隸屬度值。土壤肥力的變化具有連續性，應采用連續性質的隸屬度函數，公式如下：

式中：S（Ni）——各養分指標的隸屬度值；Nij——各養分指標的原始值；Nimin，Nimax——第i項養分指標原始值的最小值和最大值

SNI計算方法是在土壤養分指標測定結果基礎上分別計算Wi和S（Ni）。采用SPSS19.0軟對各養分指標進行因子分析，獲得公因子方差，進而確定各自的權重系數Wi；S（Ni）依照式（2）使用 Microsoft Excel 2010來計算軟件，圖件繪制采用Statistica軟件。

1.3 土壤養分含量分級指標

本研究土壤養分豐缺狀況參考張進等［20］的研究，將5個關鍵養分指標分為缺乏、適宜和豐富3級。其中，有機質含量＜10g／kg為缺乏，10～20g／kg為適宜，＞20g／kg為豐富；全氮＜0.75g／kg為缺乏，0.75～1.0g／kg為適宜，＞1.0g／kg為豐富；堿解氮、速效鉀標準類似＜50mg／kg為缺乏，50～100 mg／kg為適宜，＞100mg／kg為豐富；速效磷＜5 mg／kg為缺乏，5～10mg／kg為適宜，＞10mg／kg為豐富。

2 結果與分析

2.1 蘋果園不同區段0－300cm土層土壤養分各指標含量的統計特征差異

2.1.1 陜西鳳翔蘋果園地0—300cm土層土壤養分 含量統計特征 鳳翔區段0—300cm土壤層有機質含量為13.82～15.28g／kg，平均值為17.46g／kg，變異系數為5.15%，屬于低等變異；全氮含量為3.37～3.99mg／kg間，平均值為3.77mg／kg，變異系數為9.18%，屬于中等變異；速效磷含量為0.01～0.61mg／kg，平均值為0.23mg／kg，變異系數為143.47%，屬于高等變異；全磷含量為0.09～0.15mg／kg，平均值為0.11mg／kg，變異系數為30.58%，屬于中等變異；全鉀含量為18.41～24.72mg／kg，平均值為22.13 mg／kg，變異系數為14.94%，屬于中等變異；速效鉀含量為25.84～46.43mg／kg，平均值為36.73mg／kg，變異系數為28.19%，屬于中等變異。

2.1.2 陜西長武蘋果園地0—300cm土層土壤養分含量統計特征 陜西長武區段0—300cm土壤層有機質含量為0.437～14.53g／kg，平均值為15.18g／kg，變異系數為4.35%，屬于低等變異；全氮含量為2.99～5.48mg／kg，平均值為4.34mg／kg，變異系數為28.97%，屬于中等變異；速效磷含量在0.07～0.14 mg／kg，平均值為0.11mg／kg，變異系數為32.08%，屬于高等變異；全磷含量在0.17～0.23mg／kg，平均值為0.19mg／kg，變異系數為16.41%，屬于低等變異；全鉀含量為23.25～31.24mg／kg，平均值為26.17mg／kg，變異系數為16.74%，屬于中等變異；速效鉀含量為63.46～77.44mg／kg，平均值為69.27 mg／kg，變異系數為10.55%，屬于中等變異。

2.1.3 陜西延安蘋果園地0—300cm土層土壤養分含量統計特征 陜西延安區段0—300cm土壤層有機質含量為16.97～18.55g／kg，平均值為14.95 g／kg，變異系數為4.74%，屬于低等變異；全氮含量為2.72～3.08mg／kg，平均值為2.91mg／kg，變異系數為6.28%，屬于低等變異；速效磷含量在0.01～0.04mg／kg，平 均 值 為 0.02mg／kg，變 異 系 數 為68.65%，屬于中等變異；全磷含量為0.08～0.13mg／kg，平均值為0.11mg／kg，變異系數為23.81%，屬于中等變異；全鉀含量為6.64～18.55mg／kg，平均值為11.64mg／kg，變異系數為53.21%，屬于中等變異；速效鉀含量為15.25～37.86mg／kg，平均值為25.46 mg／kg，變異系數為44.92%，屬于中等變異。

從圖1可見，黃土高原典型蘋果園地各區段0—300cm土壤剖面層有機質含量的平均值以陜西鳳翔區段的最大，延安區段的最小；有機質含量以鳳翔區段的最大，最小值以延安區段的最小。全氮含量平均值以長武區段最大，延安區段最小；全氮含量的最大值長武區段最大，延安區段最小。速效磷含量的平均值以延安區段最大，長武區段最小；速效磷含量的最大值以鳳翔區段最大，最小值以延安區段最小。全磷含量平均值以長武區段最大，鳳翔區段最小；全磷含量的最大值長武區段最大最大，最小值以延安區段最小。速效鉀含量平均值以鳳翔區段最大，延安區段最小；速效鉀含量的最大值以陜西長武區段最大，最小值以延安區段最小。全鉀含量平均值以長武區段最大，延安區段最小；全鉀含量的最大值以陜西長武區段最大，最小值以延安區域最小。

圖1 黃土高原典型蘋果園地0－300cm土層土壤養分含量統計特征

2.2 不同區段蘋果園地0－300cm土層土壤養分各指標的剖面分布

由鳳翔、長武、延安3個試點各類蘋果園地0—300cm土層土壤全氮含量剖面分布圖（圖2）可知，各地果園土壤全氮含量剖面分布規律基本相似，0—80 cm土層土壤全氮含量波動劇烈，隨土壤深度加深全氮含量迅速減少，在80cm及其以下土層全氮含量降低到最低值并保持相對穩定。

由鳳翔、長武、延安3個試點各類果園0—300 cm土層土壤全磷和速效磷含量剖面分布圖（圖2）可知，各地果園土壤全磷含量剖面分布特征類似，0—80 cm土層土壤全磷含量隨土壤深度增加而降低，在80 cm以下土層土壤全磷含量達到較低值后相對穩定。鳳翔、長武2個試點各類果園土壤速磷含量剖面分布特征也基本類似，0—80cm土層土壤速效磷含量隨土層加深而迅速降低，且降低幅度遠遠大于全磷；80 cm以下土層土壤速效磷含量不再有劇烈波動，240—300cm土層速效磷含量略呈上升趨勢。與其他2個試點相比，延安果園0—300cm土層土壤速效磷含量較低，且波動較為平緩。果園土壤速效磷剖面分布極不均勻，表層土壤速效磷含量較高，這與磷肥施用多集中于上層土壤、土壤磷素遷移率低等因素有關。

由鳳翔、長武、延安3個試點各類蘋果園地0—300cm土層土壤全鉀和速效鉀含量剖面分布圖（圖2）可知，果園土壤全鉀含量在0—300cm土層內小幅度連續波動，不同試點果園土壤全鉀含量差異明顯，且果園土壤全鉀沒有表層養分累積現象，這主要與果園土壤母質為富鉀黃土有關［15］。3個試點各類果園0—300cm土層土壤速鉀剖面分布特征類似，0—80 cm土層速效鉀含量隨土層加深而迅速降低，除延安外其余2個試點果園土壤速效鉀含量降低幅度均比較大，在80cm以下土層土壤速效鉀含量相對穩定。3個試點各類果園里長武和延安的0—300cm土層土壤有機質含量的剖面分布特征類似，沒有明顯的垂直分層現象而鳳翔0—100cm土層速效鉀含量隨土層加深而迅速降低，100—200cm土層內有機質含量的剖面含量沒有明顯的變化。

2.3 蘋果園不同區域0－60cm土層土壤養分含量豐缺狀況評價及其相應的措施

由于不同區域氣候和果園土壤條件等因素差異，導致果園土壤養分豐缺程度不同。根據全國第二次土壤普查分級標準［21］判斷，鳳翔果園0—60cm土層土壤全氮較缺，速效氮缺，速效磷中等，速效鉀較豐富。長武果園0—60cm土層土壤全氮較缺，速效氮較豐富，速效磷中等，速效鉀豐富。延安果園0—60 cm土層土壤全氮和速效氮缺，速效磷缺，速效鉀較缺。總體上，大部分試點果園土壤全氮含量較缺，土壤速效磷含量處于中等水平，土壤速效鉀處于豐富或較豐富水平，但果園需鉀量較大，需要補施鉀肥。因此，鳳翔果園應該增施有機肥和氮肥，增施鉀肥。長武果園增施有機肥，氮磷鉀肥配合施用。延安地區土壤養分狀況最差，應加大施肥力度，增施有機肥，氮磷鉀肥配合施用，實行平衡施肥。

黃土高原3個不同生態類型區果園地不同土壤剖面層養分肥力指數的平均值比較分析可發現，中部陜西長武地區土壤養分綜合肥力特征比南部的陜西鳳翔地區綜合肥力特征高，而南部的陜西鳳翔地區綜合肥力特征比北部的陜西延安的高（表2，表3）。黃土高原3個不同生態類型區果園地不同土壤剖面層養分肥力指數的最大值以南部的陜西鳳翔地區的最大，以北部的陜西延安地區的最小；黃土高原3個不同生態類型區果園地不同土壤剖面層養分肥力指數的最小值以南部的陜西鳳翔地區的最高，而以中部陜西長武地區的最小。

圖2 不同試點蘋果園地0－300cm土層土壤養分含量的剖面分布特征

表2 黃土高原不同生態蘋果園地土壤養分指標隸屬度值、權重和養分指數

續表2

表3 黃土高原不同區段的蘋果原地土壤肥力指數的基本描述

陜西龍翔地區0—100cm土壤剖面層范圍內土壤養分指數隨著土壤剖面層深度的加深而減少；100—300cm沒有明顯的規律，有的減少，有的增加。陜西長武地區0—80cm土壤剖面層范圍內土壤養分指數隨著土壤剖面層深度的加深而減少；80—300cm沒有明顯的規律，有的減少，有的增加。陜西延安地區0—20cm土壤剖面層范圍內土壤養分指數隨著土壤剖面層深度的加深而減少；20—300cm沒有明顯的規律，有的減少，有的增加。

3 討 論

土壤養分是影響蘋果產量與品質提高的重要因素之一［22－25］。黃土高原3個不同生態類型區果園地不同土壤剖面層養分特征分析可知，中部半濕潤易旱黃土殘塬溝壑區的陜西長武地區土壤養分綜合肥力特征比南部半濕潤黃土臺塬溝壑區的陜西鳳翔地區綜合肥力特征高，而鳳翔地區北部半濕潤偏旱和半干旱黃土丘陵溝壑區的陜西延安的高。原因可能在于：在相同氣候區，黃土高原3個不同生態類型區果園地土壤養分含量的空間分布受成土母質、地形地貌、土壤類型、土壤質地［26－29］、植被覆蓋度、海拔、熱量及人為管理措施等因素的影響［26］。成土母質一方面作為土壤的骨架，另一方面是植物礦質養料元素的最初來源，不僅直接影響著土壤的物理化學性質組成、土壤成土過程的性質，還影響著土壤養分累積和淋失［30］。有關研究顯示，地形和土壤類型影響土壤養分的空間分布。陜西長武地區主要土壤類型是黑鈣土。黑鈣土自然肥力水平較高，土壤養分含量較高［31］。南部的陜西鳳翔地區土壤質地較重，主要土壤類型是褐黏土，利于有機質的積累，故土壤養分含量較高，而陜西延安地區土壤類型為黃綿，質地較輕，通氣條件較好，有機質相對容易流失，因此土壤養分含量較低。

植被覆蓋度、海拔和熱量也是決定土壤養分含量的主要因素。實地考察發現，中部的陜西長武地區的植被覆蓋度比南部的陜西鳳翔地區高，而中部的陜西長武地區的植被覆蓋度比北部的陜西延安地區高。隨著海拔的降低，降雨量逐漸減少，植被覆蓋度逐漸降低，土壤養分含量也逐漸降低［2］。陜西延安地區因氣候干旱，植物稀疏，不利于土壤養分的積累。陜西龍翔、長武氣候相對比延安較濕潤，植被覆蓋度較高，這些優勢的條件為土壤養分的積累奠定了基礎。這是陜西龍翔、長武土壤養分含量相對較高的主要原因。

不同試點各類果園土壤養分狀況差異明顯，一方面是與各地果園施肥和灌水管理措施有關，另一方面也與果園土壤類型、地貌形態和氣候條件等密切相關。針對不同區域果園土壤養分含量差異，提出果園施肥建議：鳳翔果園應該增施有機肥和氮肥，增施鉀肥。長武果園增施有機肥，氮磷鉀肥配合施用。延安地區土壤養分狀況最差，應加大施肥力度，增施有機肥，氮磷鉀肥配合施用，實行平衡施肥。不同蘋果產區的果園都需增施有機肥，有機肥能改善土壤理化性狀，提高土壤肥力。有機肥源成為施肥的關鍵，除了通過傳統的方式增加土壤有機質，可采用果園生草措施來提高土壤有機質含量，改善果園生態。

4 結 論

（1）不同蘋果產區土壤全氮含量差別明顯，3個試點各類果園0—300cm土層土壤全氮含量平均值由大到小依次為：鳳翔＞長武＞延安；土壤全磷含量平均值由大到小依次為：長武＞鳳翔＞延安。土壤速效磷含量平均值由大到小依次為：長武＞鳳翔＞延安。土壤全鉀含量平均值由大到小依次為：鳳翔＞長武＞延安。土壤速效鉀含量平均值由大到小依次為：長武＞鳳翔＞延安。黃土高原3個不同生態類型區果園地不同土壤剖面層養分特征分析可知，陜西長武地區土壤養分綜合肥力特征比陜西鳳翔的高，而陜西鳳翔地區綜合肥力特征比陜西延安的高。

（2）各地（鳳翔、長武、延安）各類蘋果園地0—300cm土層土壤全氮含量剖面分布規律基本相似；各地（鳳翔、長武、延安）各類蘋果園地0—300cm土層土壤全磷含量剖面分布特征類似；鳳翔、長武2個試點各類果園土壤速效磷含量剖面分布特征也基本類似，延安果園0—300cm土層土壤速效磷含量較低，且波動較為平緩；果園土壤全鉀含量在0—300 cm土層內小幅度連續波動，不同試點果園土壤全鉀含量差異明顯，且果園土壤全鉀沒有表層養分累積現象；3個試點各類果園0—300cm土層土壤速鉀剖面分布特征類似。

（3）針對不同區域果園土壤養分含量差異，提出果園施肥建議：鳳翔果園應該增施有機肥和氮肥，增施鉀肥。長武果園增施有機肥，氮磷鉀肥配合施用。延安地區土壤養分狀況最差，應加大施肥力度，增施有機肥，氮磷鉀肥配合施用，實行平衡施肥。

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