山西核桃主產(chǎn)區(qū)土壤養(yǎng)分狀況現(xiàn)狀

趙瑞芬，程 濱，張一弓，滑小贊，王 森，王 釗

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，山西太原030031）

核桃（Juglans regiaL.）為胡桃科屬，其核仁具有很高的營養(yǎng)價值和保健價值，是世界著名的“四大干果”之一。山西省地處黃土高原東部，屬于溫帶大陸性氣候，晝夜溫差大，日照充足，是我國優(yōu)質(zhì)核桃的生產(chǎn)基地之一；隨著核桃種植的迅猛發(fā)展，核桃產(chǎn)業(yè)已成為山西多地的農(nóng)業(yè)主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，現(xiàn)有種植面積已超過53萬hm2[1]，但單位面積產(chǎn)量不到國家豐產(chǎn)林標(biāo)準(zhǔn)的1/3[2]，產(chǎn)量低、品質(zhì)差制約著山西省核桃產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。有研究表明[3-5]，科學(xué)合理地施肥有利于改善土壤性狀、提高核桃產(chǎn)量和品質(zhì)。核桃園土壤是核桃生長的基礎(chǔ)，土壤肥力的高低直接影響核桃的產(chǎn)量的高低和品質(zhì)的好壞。因此，了解并客觀評價核桃種植地土壤的養(yǎng)分狀況，對改善土壤肥力、指導(dǎo)核桃產(chǎn)地土壤合理施肥、促進(jìn)核桃生產(chǎn)發(fā)展具有重要意義。而土壤養(yǎng)分狀況受氣候、地形、地貌、土壤條件、植被及人類活動等因素的綜合影響。目前，針對不同種植園的土壤養(yǎng)分狀況，學(xué)者已進(jìn)行了大量研究。廣西桑樹不同種植區(qū)甚至同一種植區(qū)土壤養(yǎng)分差異較大，主產(chǎn)區(qū)50% 以上的桑園土壤速效氮、磷、鉀缺乏[6]；四川廣元核桃林地土壤總體偏堿性，土壤肥沃程度總體較低，多數(shù)土壤有機(jī)質(zhì)、微量元素缺乏[7]；新疆烏什縣大多數(shù)核桃園土壤有機(jī)質(zhì)含量較低，速效氮、磷、鉀、鐵、錳和銅缺乏[8]；重慶市柑橘園87.5% 的土壤有機(jī)質(zhì)含量偏低、速效氮和有效磷缺乏，速效鉀缺乏和過量并存[9]；重慶獼猴桃主產(chǎn)區(qū)土壤pH值普遍高，速效磷豐富，有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效鉀適中，存在部分有效硫、鐵、錳缺乏或過量現(xiàn)象[10]。不同地區(qū)土壤養(yǎng)分狀況各異，同一地區(qū)土地種植方式不同土壤養(yǎng)分狀況也不同。核桃產(chǎn)地土壤養(yǎng)分狀況的研究已在四川[7]、新疆[8]和陜西[11]等地報道，而關(guān)于山西核桃園土壤養(yǎng)分肥力狀況還未見系統(tǒng)研究。

本研究對山西省核桃主產(chǎn)區(qū)汾陽、左權(quán)、盂縣、黎城、古縣等5個縣市的土壤養(yǎng)分含量現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查與分析，并利用土壤養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)對其作出相應(yīng)的評價，旨在為科學(xué)地指導(dǎo)山西主產(chǎn)區(qū)核桃園施肥和實(shí)現(xiàn)養(yǎng)分資源綜合管理提供一定的科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 土壤樣品采集

選擇核桃種植面積較大的汾陽、左權(quán)、盂縣、古縣、黎城5個縣市作為研究區(qū)，在各縣市中選取核桃種植已成規(guī)模的53個鄉(xiāng)鎮(zhèn)作為采樣點(diǎn)。于2017年9—10月核桃成熟期，考慮核桃樹齡、地形部位和土壤類型等因素，選擇10～15 a的核桃園進(jìn)行土壤樣品采集。每個樣點(diǎn)按照“S”型采樣方法，在樹冠滴水線附近，視核桃園的大小，隨機(jī)采取5～10個0～30 cm土層樣品，經(jīng)混合后取1 kg土樣作為該取樣點(diǎn)的土壤農(nóng)化樣，共采集288個有代表性的樣本。土樣置室內(nèi)陰干，研磨過1 mm或0.25 mm的尼龍篩，裝入干凈的紙袋中，備用。同時，記錄采樣點(diǎn)核桃的立地條件、農(nóng)戶施肥管理和核桃產(chǎn)量情況。

1.2 測定項目及方法

分析項目包括pH、有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀、有效銅、有效鋅、有效錳、有效鐵等10個指標(biāo)，采用常規(guī)方法進(jìn)行分析[12]。其中，土壤pH采用土水比（1∶2.5）pH酸度計進(jìn)行測定；有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀外加熱-容量法進(jìn)行測定；全氮含量采用半微量凱氏定氮法進(jìn)行測定；堿解氮含量采用堿解擴(kuò)散法進(jìn)行測定；有效磷含量采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法進(jìn)行測定；速效鉀含量采用乙酸銨浸提-火焰光度法進(jìn)行測定；有效銅、有效鋅、有效錳、有效鐵含量采用中性DTPA浸提-火焰原子吸收分光光度法進(jìn)行測定。

1.3 數(shù)據(jù)處理及參考養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)

數(shù)據(jù)采用Excel 2007和SPSS 18.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行分析。

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)核桃種植多為農(nóng)林復(fù)合種植，因此，土壤pH值、有機(jī)質(zhì)、全氮、大量元素和微量元素養(yǎng)分分級指標(biāo)參考我國第二次土壤普查制定的養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)[13]。

土壤pH分級標(biāo)準(zhǔn)為：pH值在5.6～6.5時為弱酸性土壤，可以種植核桃；pH值在6.6～7.5時為中性土壤，最適宜核桃的生長；pH值在7.5～8.5時為微堿性土壤，比較適宜種植核桃；pH值在8.5～9.0時為堿性土壤，可以種植核桃，但產(chǎn)量會受影響。有機(jī)質(zhì)與其他養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1土壤養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤pH狀況

核桃適應(yīng)性較強(qiáng)，可以在多種土壤上生長，通常在土壤pH值為5.5～8.2的微酸性到堿性土壤中均可正常生長，而在相對偏中性土壤中生長更好（pH值為6.4～7.2）[14]。由表2可知，調(diào)查區(qū)土壤pH值主要分布在7.71～8.71，平均為8.26，綜合變異系數(shù)為2.05% ，說明研究區(qū)土壤pH基本一致；山西核桃主產(chǎn)區(qū)95.2% 的土壤樣本pH值在7.6～8.5，為弱堿性土壤，可以種植核桃；各縣市pH均值都在適宜范圍內(nèi)。在pH值較高的地方，生產(chǎn)中可以適當(dāng)施用酸性肥料來調(diào)節(jié)pH值。

表2核桃園土壤pH值和分布頻率

2.2 土壤有機(jī)質(zhì)豐缺狀況

土壤有機(jī)質(zhì)含量大小是反映土壤肥力高低最重要的指標(biāo)之一，是土壤中各種營養(yǎng)元素特別是氮、磷的重要來源，其高低能夠反映當(dāng)季土壤養(yǎng)分供應(yīng)能力的大小[15]。由表3可知，調(diào)查區(qū)核桃種植地土壤樣本有機(jī)質(zhì)含量變化范圍為4.7～46.6 g/kg，平均為15.4 g/kg，變異系數(shù)為36.1% 。有機(jī)質(zhì)含量適宜和豐富的樣本比例為14.8% ，其中，左權(quán)占23.8% ，盂縣只占8.8% ；有機(jī)質(zhì)含量缺乏（10～20 g/kg）的樣本比例為70.2% ，其中，古縣（80.7% ）占的比例最大，其次依次為黎城（77.8% ）、汾陽（70.2% ）、左權(quán)（64.3% ）、盂縣（58.7% ）；有機(jī)質(zhì)含量很缺和極缺的樣本比例為15.0% ，其中，盂縣（32.6% ）占的比例最大。

表3核桃園土壤有機(jī)質(zhì)含量和分布頻率

2.3 土壤全氮豐缺狀況

土壤含氮量是衡量土壤氮素的重要基礎(chǔ)肥力指標(biāo)，其含量多少可反映土壤供氮潛力的高低[15]。由表4可知，調(diào)查區(qū)核桃種植地土壤樣本全氮含量變化范圍為0.13～1.81 g/kg，平均為0.90 g/kg，變異系數(shù)為36.4% 。全氮含量超過1.0 g/kg在適量范圍的樣本比例占35.1% ，其中，左權(quán)占66.7% 、黎城占38.9% 、古縣占27.7% 、盂縣占21.7% 、汾陽占8.8% ；全氮含量缺乏（0.75～1.0 g/kg）的樣本比例占35.1% ，其中，汾陽（50.9% ）占的比例最大，其次是黎城（44.4% ）；全氮含量低于0.75 g/kg處于很缺和極缺范圍的土壤占29.8% ，其中，盂縣（56.6% ）占的比例最大，其次是汾陽（38.5% ）。

表4核桃園土壤全氮含量和分布頻率

2.4 土壤大量元素狀況

土壤中有效養(yǎng)分含量是影響作物產(chǎn)量和品質(zhì)的重要因素之一。由表5可知，調(diào)查區(qū)核桃種植地土壤堿解氮含量變化范圍為10.2～152.5 mg/kg，平均為52.3 mg/kg，變異系數(shù)為51.0% ，土壤中的氮主要受外界環(huán)境如施肥的影響。從分布頻率來看，9.3% 的土壤堿解氮含量在適量及以上水平，分布在黎城（8.3% ）和古縣（6.5% ）；23.3% 的土壤堿解氮含量在適量水平，各縣市分布頻率依次為黎城19.5% 、古縣17.1% 、左權(quán)7.2% 、盂縣4.3% 、汾陽1.7% ；調(diào)查區(qū)土壤堿解氮含量在60 mg/kg以下很缺和極缺級占67.5% ，缺氮較為嚴(yán)重的是汾陽（93.0% ）和盂縣（76.1% ），其次依次是左權(quán)（69.0% ）、黎城（55.5% ）和古縣（36.1% ）。在嚴(yán)重缺氮的核桃種植地應(yīng)增施氮肥。

表5核桃園土壤堿解氮含量和分布頻率

土壤有效磷是土壤磷素養(yǎng)分供應(yīng)水平高低的指標(biāo)，土壤磷素含量高低在一定程度上反映了土壤中磷的貯存量和供應(yīng)能力。從表6可以看出，調(diào)查區(qū)核桃種植地土壤有效磷含量變化范圍為2.3～55.2 mg/kg，平均為11.0 mg/kg，變異系數(shù)為75.1% ，各區(qū)域土壤有效磷變異系數(shù)大小依次為汾陽（82.4% ）、左權(quán)（65.4% ）、盂縣（64.0% ）、古縣（62.7% ）和黎城（46.7% ），說明各縣市有效磷含量存在差別。從分布頻率來看，汾陽和盂縣分別有14.0% 和19.4% ，有效磷含量偏高；調(diào)查區(qū)土壤有效磷含量在10 mg/kg以下缺乏、很缺和極缺級占60.0% ，缺磷較為嚴(yán)重的是左權(quán)（78.6% ）和古縣（72.3% ），其次依次是黎城（63.9% ）、汾陽（49.2% ）、和盂縣（41.3% ）。

表6核桃園土壤有效磷含量和分布頻率

核桃果實(shí)需要的鉀較多，土壤中速效鉀的豐缺會影響核桃的產(chǎn)量及品質(zhì)[8]。從表7可以看出，調(diào)查區(qū)核桃種植地土壤速效鉀含量變化范圍為75～459 mg/kg，其變幅較大，平均為170 mg/kg，變異系數(shù)為34.8% 。含量在適宜范圍（100～150 mg/kg）的土壤樣本比例以黎城（55.5% ）最大，其次依次是盂縣（39.1% ）、古縣（38.3% ）、和汾陽（35.6% ），左權(quán)最小（16.7% ）；調(diào)查區(qū)土壤有61.9% 的土壤存在鉀過量現(xiàn)象，如左權(quán)過量比例占76.2% 、汾陽占52.6% 、古縣占46.8% 、黎城占30.6% ，盂縣所占比例最小（17.4% ），各縣之間的差異除與當(dāng)?shù)赝寥滥纲|(zhì)有關(guān)外，這與近年來各地實(shí)施秸稈還田的力度有很大關(guān)系。

表7核桃園土壤速效鉀含量和分布頻率

2.5 土壤微量元素養(yǎng)分狀況

由表8可知，土壤有效鐵含量范圍為2.04～15.60 mg/kg，平均為5.25 mg/kg，變異系數(shù)為36.5% ；全區(qū)土壤有效鐵含量有61.0% 屬適量及以上水平，約有39.0% 的核桃種植地土壤有效鐵缺乏，其中，黎城所占比例最大，約為58.4% ，其次依次是古縣（46.8% ）、汾陽（42.1% ）、盂縣（30.5% ）和左權(quán)（19.1% ）。

表8核桃園土壤有效鐵含量和分布頻率

由表9可知，土壤有效錳含量范圍為0.14～6.18 mg/kg，平均為0.89 mg/kg，變異系數(shù)為83.3% ，說明不同縣市、同一縣市不同取樣點(diǎn)土壤有效錳含量變異較大；約有52.2% 的土壤有效錳含量屬適量水平，其中，汾陽所占比例最大，為96.5% ；約有47.8% 土壤存在缺錳現(xiàn)象，其中，古縣占的比例最大，為87.2% 。

表9核桃園土壤有效錳含量和分布頻率

由表10可知，土壤有效銅含量范圍為0.21～1.76 mg/kg，平均為0.85 mg/kg，變異系數(shù)為41.4% ；全區(qū)土壤有效銅含量有71.0% 屬適量水平，28.9% 屬豐富水平；平均含量最大的為汾陽，最小的為古縣。

由表11可知，土壤有效鋅含量范圍為1.49～13.30 mg/kg，平均為5.34 mg/kg，變異系數(shù)為35.1% ；全區(qū)土壤有效鋅含量有72.0% 屬適量及以上水平，其中，汾陽約有50.8% 、黎城約有44.5% ，有28.0% 的核桃種植地土壤有效鋅缺乏，其中，古縣占比最大，約為68.0% ，其次依次是左權(quán)（33.3% ）、盂縣（30.5% ）。

表10核桃園土壤有效銅含量和分布頻率

表11核桃園土壤有效鋅含量和分布頻率

總體來看，山西省核桃主產(chǎn)區(qū)土壤有不同程度的鐵、錳和鋅缺乏及銅、鋅過量現(xiàn)象。在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)微量元素養(yǎng)分豐缺情況，在鐵、錳和鋅缺乏的地塊增施鐵、錳和鋅肥；在銅和鋅過量的區(qū)域不施銅肥和鋅肥，并禁止施用含銅、鋅的農(nóng)藥等。

2.6 土壤養(yǎng)分相關(guān)性分析

受成土母質(zhì)、風(fēng)化過程等自然因素及土地利用方式等人為因素的影響，土壤不同養(yǎng)分含量間具有一定的相關(guān)性[9，16]。山西核桃產(chǎn)區(qū)土壤樣品的各養(yǎng)分含量之間相關(guān)性分析結(jié)果表明（表12），土壤pH與有機(jī)質(zhì)、全氮及各有效養(yǎng)分含量之間無相關(guān)性；土壤有機(jī)質(zhì)與全氮、有效銅間呈極顯著正相關(guān)（r＝0.374和r＝0.182），與有效鋅間呈顯著正相關(guān)（r＝0.139）；土壤全氮與堿解氮間呈極顯著正相關(guān)（r＝0.357），與速效鉀間呈顯著正相關(guān)（r＝0.165）；土壤堿解氮與有效銅、有效錳間呈極顯著負(fù)相關(guān)（r＝-0.238和r＝-0.199）；土壤有效磷與速效鉀、有效銅和有效錳間呈極顯著正相關(guān)（r＝0.235、r＝0.176和r＝0.229）；土壤速效鉀與有效鋅間呈顯著正相關(guān)（r＝0.165）；土壤有效銅與有效鋅、有效錳間呈極顯著正相關(guān)（r＝0.416和r＝0.636）；土壤有效鋅與有效錳間呈極顯著正相關(guān)（r＝0.324），與有效鐵間呈極顯著正相關(guān)（r＝0.228）。

表12核桃園土壤pH、有機(jī)質(zhì)、全氮及有效養(yǎng)分間的相關(guān)性分析（n＝228）

3 結(jié)論與討論

pH對土壤中養(yǎng)分元素的有效性影響較大，核桃在土壤pH值為5.5～8.2的微酸性到堿性土壤中均可正常生長；而土壤pH值在6.5～7.5時，土壤養(yǎng)分有效性最高[14，17]。李青軍等[17]研究發(fā)現(xiàn)，pH值的升高或降低都會影響核桃的產(chǎn)量。山西核桃主產(chǎn)區(qū)95.2% 的土壤樣本pH值在7.6～8.5，為弱堿性土，可以種植核桃。但為了實(shí)現(xiàn)土壤養(yǎng)分平衡，獲得核桃優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)，應(yīng)在核桃園增施有機(jī)肥或使用酸性肥料以降低pH值。

土壤有機(jī)質(zhì)是評價土壤肥力的重要指標(biāo)，有機(jī)質(zhì)可以改善土壤物理性狀、影響化肥的肥效，進(jìn)而影響農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)[18]。土壤有機(jī)質(zhì)與其他有效養(yǎng)分不同，在周年植物生長期間土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化較小[19]。本研究表明，山西省核桃主產(chǎn)區(qū)土壤總體有機(jī)質(zhì)含量偏低，平均達(dá)15.4 g/kg，只有14.8% 的土壤有機(jī)質(zhì)含量超過20 g/kg，不同縣區(qū)情況不同，如左權(quán)土壤有機(jī)質(zhì)含量超過20 g/kg的比例占23.8% ，而盂縣只占8.8% ，原因可能是由于左權(quán)的畜牧業(yè)比較發(fā)達(dá)，有機(jī)肥來源多；另外，左權(quán)的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)為農(nóng)業(yè)，農(nóng)戶對土壤培肥比較重視，而盂縣一直以來都以煤業(yè)為主，對農(nóng)業(yè)不重視，導(dǎo)致土壤比較貧瘠。有機(jī)質(zhì)含量的多少直接影響土壤其他營養(yǎng)元素的豐缺，因此，在生產(chǎn)中應(yīng)增施有機(jī)肥、提高土壤肥力，進(jìn)而促進(jìn)核桃優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)。

土壤全氮是衡量土壤氮素的重要基礎(chǔ)肥力指標(biāo)，其含量大小還能反映出土壤供氮潛力的高低，堿解氮是當(dāng)季作物可以利用的有效態(tài)氮。本研究相關(guān)分析表明，山西核桃主產(chǎn)區(qū)堿解氮與全氮間存在極顯著相關(guān)性，土壤全氮含量平均為0.90 g/kg，堿解氮含量平均為52.3 mg/kg，氮水平總體偏低；不同縣區(qū)（市）土壤全氮和堿解氮含量空間差異略有不同，左權(quán)土壤全氮含量超過1.0 g/kg在適量范圍的樣本比例為66.7% ，而堿解氮含量超過90 mg/kg在適量范圍的樣本比例僅為7.2% ；盂縣土壤全氮含量低于0.75 g/kg，處于很缺和極缺范圍的樣本比例為56.6% ，堿解氮含量在60 mg/kg以下很缺和極缺范圍的樣本比例為76.1% 。這是因為全氮與有機(jī)質(zhì)間存在極顯著相關(guān)性，而堿解氮水平主要受人為施肥管理的調(diào)控。因此，應(yīng)科學(xué)施用氮肥，進(jìn)行測土施肥，有條件的可以開展水肥一體化，以提高氮肥利用率。

磷是植物生長的三大必需營養(yǎng)元素之一，有研究表明，土壤有效磷顯著影響核桃產(chǎn)量[17]及山核桃果實(shí)中粗脂肪含量[20-21]。山西省核桃主產(chǎn)區(qū)土壤有效磷含量變化范圍為2.3～52.2 mg/kg，變異系數(shù)為75.1% ，說明磷水平的空間差異性較大；土壤有效磷含量平均為11.0 mg/kg，較第二次土壤普查時耕地土壤有明顯增加[22]，這與近年來增施磷肥有關(guān)，但在10 mg/kg以下缺乏、很缺和極缺級仍占60.0% ，主要是因為山西大多數(shù)土壤為石灰性土壤，土壤中碳酸鈣含量較高，磷肥施入土壤后易與鈣形成磷酸二鈣、磷酸八鈣、羥基磷灰石以及難溶的磷灰石等磷酸鈣鹽沉淀，從而降低磷的有效性[23]。有研究發(fā)現(xiàn)，施肥特別是施用酸性肥料和氮肥有助于提高土壤的有效磷含量[24]。因此，核桃主產(chǎn)區(qū)需增施磷肥，在選擇肥料時優(yōu)選酸性肥料。

鉀素可以提高作物抗逆性及促進(jìn)豐產(chǎn)和提升農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)。有研究表明，核桃需鉀量較大，其葉片和果實(shí)硬殼中含鉀高，周年葉片和硬殼帶走的鉀量較大[25-26]。因此，核桃周年生育期內(nèi)需充足的鉀供應(yīng)。本研究調(diào)查區(qū)核桃種植地土壤樣本速效鉀含量平均為170 mg/kg；有61.9% 的土壤存在鉀過量現(xiàn)象，31.1% 的土壤速效鉀含量在適宜范圍（100～150 mg/kg），7.0% 的土壤速效鉀為缺乏水平，主要分布在盂縣，這可能與農(nóng)戶重氮磷肥輕鉀肥有關(guān)。所以，在生產(chǎn)中，要根據(jù)土壤情況，適當(dāng)增施鉀肥。

微量元素與植物的生長息息相關(guān)，鋅參與葉綠素和生長素及其他生物酶的合成，能提高碳氮代謝，促進(jìn)細(xì)胞分裂生長[21]；銅會影響植物的光合作用，土壤缺銅時植物會出現(xiàn)生長不良的情況，但當(dāng)植物體內(nèi)含銅過多時，則會造成植物銅中毒；鐵能提高亞硝酸還原酶和次亞硝酸還原酶的活性[27]；錳會影響植物中其他營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和同化。山西核桃主產(chǎn)區(qū)土壤有效銅含量均為適量或豐富水平，而本研究調(diào)查發(fā)現(xiàn)，主產(chǎn)區(qū)農(nóng)民沒有施用微肥的習(xí)慣，土壤中銅含量增加除與土壤母質(zhì)有關(guān)外，也有可能與含銅殺菌劑如波爾多液的使用有關(guān)。本研究調(diào)查區(qū)有47.8% 的土壤缺錳，39.0% 的土壤有效鐵缺乏，28.0% 的土壤有效鋅缺乏，這可能與核桃多年生長吸收、帶走土壤中微量元素和農(nóng)民習(xí)慣施肥有關(guān)。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)微量元素養(yǎng)分豐缺情況，在鐵、錳和鋅缺乏的地塊增施鐵、錳和鋅肥，在銅和鋅過量的區(qū)域不施銅肥和鋅肥。