山西省喬化蘋果園土壤養分分布現狀調查分析*

閆 敏，李 磊，陳曉斌，何永波，李 倩，朱曉萍，趙 琪

（1 山西農業大學資源環境學院，太原 030031）（2 山西農業大學園藝學院）

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。據2017 年中國農業年鑒統計，山西省蘋果面積15.86 萬hm2，總產量為417.2 萬t，分別位列全國第7 位和第4 位，占據山西省當年水果總面積的44.0%，水果總產量的61.1%，已成為山西農業的優勢產業。

土壤作為種植蘋果的物質基礎，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‘紅富士’果園土壤養分和施肥量調查分析表明，土壤的全氮、速效磷以及速效鉀與該地區氮、磷、鉀肥的施用量有顯著相關性。鄭朝霞等[2]調查表明，陜西省蘋果主產區土壤養分含量總體較低，不同地區蘋果園土壤有機質和氮磷鉀有效養分含量差異較大。鄭小春[3]對陜西省白水縣果園施肥調查發現，該地區長期以化肥為主，導致土壤有機質含量偏低。不同地區土壤養分差異較大，其土壤養分含量的高低對蘋果的品質和產量也有一定影響。如土壤鉀素過量會影響蘋果樹對其他養分的吸收利用，降低果樹產量和果實品質[4]。續海紅等[5]對山西省6 個地區土壤養分與果實品質分析得出，土壤中礦質元素含量與果實營養成分呈正相關。張強等[6]對兩大優勢產區果園土壤養分和果實品質調查發現，不同產區同一果實品質因子受不同土壤養分的影響。

蘋果園土壤養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分進行了調查，隨后雖然也有學者對山西省蘋果園土壤養分進行研究，但是只涉及到省內部分地區[5,8]。而近年來調查發現，山西省蘋果園化肥的不合理施用，已經導致土壤養分比例的失調[9]。因此，為了進一步了解山西省土壤養分狀況，課題組2016 年對山西省喬化蘋果園的土壤養分含量進行測定并分析了養分豐缺狀況，以期為蘋果園合理施肥，提高山西省土壤肥力，增加蘋果產量提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 數據來源

土壤數據、施肥數據以及產量數據來源于課題組2016 年對山西省晉中市、臨汾市、運城市3 個蘋果主產區22 個縣區最具代表性的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。具體調查地點見表1。

表1 調查地點和樣本數

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、全氮、硝態氮、速效磷、速效鉀含量。

其中，化肥氮磷鉀的投入量根據農戶施入的化肥養分計算所得。

蘋果百千克養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分分級標準

表2 為山西省蘋果園土壤養分分級標準。參考已有研究資料[10,12]，結合山西省黃土高原優勢蘋果產區的區域特征建立。

表2 山西省蘋果園土壤養分分級標準

1.4 數據分析

所有數據均使用SPSS 24.0 軟件進行統計分析，然后用Excel 制圖。

2 結果與分析

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 個產區中，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。化肥提供的氮磷鉀養分分別為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 個市蘋果園土壤養分分布

2.2.1 0～40 cm 土壤養分

由表4 可知，晉中、運城、臨汾地區蘋果園0～40 cm 土壤有機質含量平均值為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，低水平以下農戶占56.1%，中等水平占23.5%，高水平以上的占20.4%，可見產區果園內0～40 cm 土壤有機質含量多數還處于低水平以下（表5）。

表4 晉中等3 個市喬化蘋果園不同土層土壤養分含量

表5 晉中等3 個市喬化蘋果園土壤養分各級所占比率 %

晉中、運城、臨汾地區蘋果園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、臨汾地區蘋果園0～40 cm 土壤硝態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 土壤硝態氮含量分布極不均勻，晉中、臨汾地區低水平樣本在50%以上，運城地區則高、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，臨汾產區明顯高于晉中、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 土壤養分

從表4 可以看出，除臨汾市的硝態氮外，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 層土壤養分數據樣本分級比率發現，臨汾地區出現底層高于表層的樣本占到58.6%，可見臨汾產區大多數農戶都出現了硝態氮深層淋洗、底層聚集的問題。

2.3 化肥養分盈余量和土壤養分相關性分析

化肥養分盈余量和土壤養分相關性分析可知，化肥氮、磷、鉀的土壤養分盈余量和土壤硝態氮、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 化肥養分盈余量和土壤養分相關性分析

2.4 根系密集區0～40 cm 土壤養分含量與產量的線性分析

分析果園根系密集區0～40 cm 土壤養分含量與果園產量的線性關系可見，由于采樣點多，數據分散，線性相關性不顯著，但由圖2 還是可以看出，土壤有機質、硝態氮、速效鉀、速效磷與產量有一定的線性關系。以土壤養分含量限定標準過量的數據為劃分，可以看到土壤硝態氮、速效磷和速效鉀含量在標準以下時，蘋果產量隨養分含量的增加而增加，但是隨著含量的進一步增加表現出負相關即降低的趨勢，即在一定范圍內隨著土壤硝態氮、速效磷和速效鉀的提高有上升趨勢，但隨著養分含量達到過量的限量標準產量會略有下降；從土壤有機質和產量的線性關系來看，蘋果產量隨土壤有機質含量線性增加的趨勢明顯好于硝態氮、速效磷、速效鉀，并沒有表現下降的趨勢。以上數據可見，在當前的土壤養分含量水平下，隨著硝態氮、速效磷、速效鉀含量的提高，都表現出先增產后減產的現象，而土壤有機質沒有減產的趨勢，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 土壤養分與產量的線性關系

3 結論與討論

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

通過對山西省蘋果園土壤養分與產量相關性分析發現，隨著硝態氮、速效磷、速效鉀含量的提高，都表現出先增產后減產的現象，這與楊玥等[15]研究結果相似，而土壤有機質含量增高則沒有減產的趨勢。這主要是由于土壤有機質含量過低的原因，在發達國家土壤有機質含量一般都在2%以上，而我們的調查數據有機質超過2%的只占到7%，因此表現出較強的正相關的線性關系。從土壤速效養分和土壤養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氮、速效鉀增高的主要原因。結合深層土壤數據可見，除硝態氮外，速效養分大多聚集在土壤的表層，只有臨汾的土壤硝態氮58.6%的農戶出現深層滲漏，導致底層土壤62.0%的農戶處于中等水平以上，而果樹的根系密集區主要集中在0～40 cm 范圍內，大量的氮無法被利用，成為了環境脅迫的安全隱患。對果園速效磷含量調查發現，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，臨汾產區則高、低含量各占40%。由于山西土壤多數是偏堿性，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查發現，山西省蘋果種植區內土壤速效鉀同常規農田相比含量普遍偏高，這可能是因為黃土高原土壤母質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。尤其臨汾產區，調查發現60%以上的農戶速效鉀含量超過400 mg/kg 的極高水平。這主要是由于果農大量施用復合肥，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，尤其在臨汾產區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，臨汾產區的化肥用量遠高于晉中、運城，但是三地表層30%～60%土壤硝態氮都出現了缺氮的現象，再結合底層土壤的養分含量樣本分級比率發現，晉中、運城的硝態氮是由于初始土壤養分含量過低，即使出現氮肥施用過量的現象，但是氮積累還沒有達到養分殘留過量的程度。臨汾產區則由于氮肥施用量過大，養分殘余過多，大量硝態氮發生明顯下移的現象。究其原因，可能是臨汾產區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。