不同種植年限桃樹根區土壤肥力變異特征

郭新送，于曉東，張 晶，張培蘋，趙 花，杜棟梁，馬鑫磊，丁方軍,,

（1農業部腐植酸類肥料重點實驗室，山東泰安 271000；2山東省腐植酸高效利用示范工程技術研究中心，山東農大肥業科技有限公司，山東泰安 271000；3山東合泰檢測技術服務有限公司，山東泰安 271000；4煙臺農業農村局，山東煙臺 264000；5肥城市農業農村局，山東泰安 271000）

0 引言

桃(Prunus persica)是中國重要的落葉果樹，栽培面積達71.3萬hm2，總產量803.2萬t，栽培面積和產量均居世界首位[1]。然而，中國桃產業發展存在產量波動大、優質果產量低、生產效率低等問題[2]，其中水肥管理措施不當，果園土壤理化性狀變差是重要原因之一。根區土壤是果樹生長的養分供應核心區域，根區土壤肥力直接影響果樹的產量和品質[3]。因此，果園根區土壤肥力的變化，包括物理、化學和生物學性狀的變化是桃樹生產重點關注問題。

土壤理化及生物學性狀在果實生長中起著重要作用。土壤的物理性狀，如容重、孔隙度等影響田間持水量和土壤呼吸強度，土壤團聚體影響土壤中氮、磷、鉀等養分的含量[4]。土壤化學性狀，如土壤速效養分，是植物直接吸收利用的營養來源，直接影響果實產量和品質。土壤生物學性狀，包括土壤酶和微生物活性，間接反映了土壤肥力，在維持土壤結構、有機質分解和植物養分利用等方面發揮著重要作用[5]。土壤肥力是一個動態變化指標，這種動態變化不僅體現在不同地區間的土壤肥力因子上，而且體現在不同種植年限上。研究顯示，果園土壤容重隨著種植年限的延長逐年降低，果園土壤結構隨種植年限增加日趨穩定[6]；隨種植年限延長，土壤有機碳和全氮呈增加趨勢，但C/N降低[7-8]；同時，還有研究表明，土壤酶活性與土壤有機碳、有機質、有效磷等養分含量呈顯著相關，隨著種植年限的延長，土壤酶活性呈現不同程度下降[9]；盡管不同種植年限對土壤肥力的影響已引起廣泛關注，但不同種植年限桃園土壤肥力的變化規律尚不清楚。

本研究選取了4個不同種植年限的桃樹，對其根區土壤機械組成、土壤養分、酶活性以及微生物的變化進行綜合分析，并通過探究土壤肥力因子間的交互作用和影響桃產量、品質的關鍵因素，以期為桃樹的根區土壤養分精準管理提供了重要依據。

1 材料和方法

1.1 試驗地基本概況

試驗地點位于山東省肥城市儀陽鎮劉臺村。該區為肥城桃主產區，屬溫帶大陸季風氣候，四季分明，光照充足，年日照時數約為2610 h，氣候溫暖，年平均氣溫13℃，無霜期200天左右，平均降雨量660 mm，適宜桃樹種植。

當地果園習慣性施肥是以桃樹為中心，環狀開溝，其內徑為20～30 cm，外徑為80～100cm，在環狀土壤表面均勻撒施肥料。每棵桃樹于秋季11月初施用無機肥料(N-P2O5-K2O=15-15-15)3 kg，春季3月初施用無機肥料(N-P2O5-K2O=22-10-10)2 kg，膨果期7月中旬施用無機肥料(N-P2O5-K2O=15-5-23)1.5 kg。

1.2 土壤樣品采集

土壤樣品采集時間為2019年10月，選取該村同一農戶種植年限分別為5年(FYT5)、10年(FYT10)、15年(FYT15)、20年(FYT20)的桃園進行土壤采樣。以5株生長相似的桃樹根區為采樣區。取每棵桃樹根區0～20 cm的土壤樣品，土壤樣品去除石礫，植物根系等雜質，分成兩部分，一部分風干，磨細過2 mm篩待用，另一部分樣品于4℃冰箱保存。

1.3 土壤指標的測定

土壤理化性狀的測定方法：田間持水量、孔隙度、土壤容重、比重用環刀法測定；土壤機械組成采用濕篩法；土壤全氮用半微量凱式定氮法；土壤有效磷用0.5 mol/L NaHCO3浸提，鉬藍比色法；土壤速效鉀用1 mol/L NH4OAC浸提，火焰光度法；土壤有機質用重鉻酸鉀容量法。

土壤酶測定方法：土壤脲酶采用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法；過氧化氫酶采用K2MOn4滴定法測定；蔗糖酶采用3,5-二硝基水楊酸比色法測定。

微生物生物量碳和氮采用氯仿熏蒸，K2SO4溶液浸提，用Multi 2011N/C TOC儀測定。

產量測定按照每個處理在果樹不同方位隨機采集8個桃，稱重，取平均計算單果重，根據每棵桃樹結果量計算出單株產量，再根據每公頃種植720株果樹計算出產量；可溶性固形物測定采用折光儀法。

1.4 統計分析

不同年份土壤指標的顯著差異(P＜0.05)采用Duncan多元極差法分析。土壤機械組成與其他物理指標、土壤呼吸與土壤化學指標、蘋果產量與土壤化學指標的相關性(P＜0.05，P＜0.01)采用Pearson相關系數分析。圖表制作采用SAS 8.0和Microsoft Office Excel 2007軟件完成。

2 結果與分析

2.1 土壤機械組成

不同種植年限桃園土壤機械組成有一定差異（表1）。桃園根區土壤粘粒和粉粒含量隨種植年限的增加而增加，而砂粒含量的變化則相反。種植年限15年和20年的土壤粘粒和粉粒含量顯著高于其他年份，種植年限20年的土壤砂粒含量顯著小于其他年份。20年的種植年限，桃園土壤質地未發生變化，一直為粉質壤土。

表1 不同種植年限桃園土壤機械組成

2.2 土壤物理性狀

不同種植年限桃園田間持水量和土壤孔隙度隨種植年限發生顯著變化（表2）。20年間，土壤田間持水量和孔隙度先增大后減小，而土壤容重和比重變化則呈相反趨勢。土壤田間持水量以種植年限15年較大，顯著高于5年和10年，與20年種植年限差異不顯著。種植年限15年的果園土壤容重和比重顯著低于其他年份(P＜0.05)，分別降低7.8%～12.1%和6.9%～30.4%，而種植年限15年的果園土壤孔隙度顯著高于其他年份。

表2 不同種植年限桃園土壤物理特性

2.3 土壤養分含量

土壤養分含量隨種植年限的變化差異顯著(P＜0.05)（表3）。土壤有機質、全氮、有效磷、速效鉀含量整體呈現增加趨勢。種植年限5年和10年的土壤有機質含量無顯著差異，但均顯著低于種植年限15年和20年，這可能是隨著種植年限延長，枯枝落葉、秸稈還田等條件下，有機質含量提升。土壤全氮、速效鉀含量均以種植年限20年的最大，顯著高于其他種植年限，土壤全氮含量高出7.7%～26.9%，土壤速效鉀含量高出7.9%～54.2%；土壤有效磷含量以種植年限15年和20年的較高，顯著高于5年和10年種植年限。由于常年投入大量無機養分，形成了土壤養分富集現象，土壤養分隨種植年限延長而增加。

表3 不同種植年限桃園土壤養分含量

2.4 土壤酶活性

不同種植年限的桃園土壤酶活性發生明顯變化（圖1）。土壤脲酶活性先升高后降低，以種植15年的土壤酶活性最高，顯著高于其他處理，較其他種植年限提高7.5%～65.3%。不同種植年限的土壤過氧化氫酶活性與脲酶表現一致，以種植年限15年的過氧化氫酶活性較高，顯著高于種植年限5年和10年。不同種植年限的土壤蔗糖酶活性隨種植年限整體呈逐年升高趨勢，種植20年的土壤蔗糖酶活性較其他年份提高11.2%～73.1%，差異顯著。

圖1 不同種植年限土壤酶活性

2.5 土壤微生物總量變化

土壤微生物是土壤中最活躍的部分，其積極參與土壤養分循環，為植物生長提供營養物質，土壤微生物群落結構的變化直接反映土壤環境變化。不同種植年限的桃園土壤微生物群落結構發生較大變化，土壤細菌數量隨種植年限延長整體呈減少趨勢，種植年限5年和10年的土壤細菌數量顯著高于15年和20年，而兩者之間差異不顯著，說明種植年限10年為一個分水嶺，超過10年后土壤細菌數量大幅減少。土壤真菌數量變化趨勢與細菌基本一致，種植20年的桃樹根區真菌數量顯著低于其他種植年限，較其他種植年限，土壤真菌數量降低10.8%～23.8%。不同種植年限的土壤放線菌的數量與細菌、真菌不同，20年的桃樹種植對土壤放線菌數量無顯著影響。

2.6 微生物生物量碳氮含量

不同種植年限桃園土壤微生物量碳、氮含量的變化如圖2所示。隨著種植年限的增加，土壤微生物量碳呈現出先增加后減少的趨勢。種植15年的土壤微生物量碳最高，較其他種植年限增加19.7%～106.8%，種植10年與20年的土壤微生物量碳差異不顯著，但均顯著高于5年種植年限。土壤微生物量氮隨種植年限的增加而減少，種植年限20年的果園微生物量氮比其他樹齡果園降低19.8%～42.0%，差異顯著，即隨桃樹種植年限的增加，土壤微生物氮量逐漸降低，這可能與微生物活性或代謝速率有關。

圖2 不同種植年限的土壤微生物碳氮含量

表4 不同種植年限桃園土壤微生物量

2.7 桃樹產量及品質

不同種植年限桃樹產量如圖3所示。桃產量隨種植年限的增長先增加后降低。種植年限15年和20年的桃樹產量無顯著差異，但種植15年的桃樹顯著高于5年和10年種植年限，較2個種植年限的桃產量分別增加5.5%、18.1%，說明種植年限15年達到桃樹豐產年份。

圖3 不同種植年限桃樹產量和可溶性固形物的含量

果實中可溶性固形物含量是果實品質的主要指標。隨種植年限，桃可溶性固形物含量呈先升高后降低趨勢，在種植10年時，果實中可溶性固形物含量達到最大值，較其他年份提高3.3%～15.6%，當種植年限達到20年時，果實可溶性固形物含量顯著降低，這可能隨著種植年限的延長，一直投入無機養分，忽視有機養分的補充，導致果實品質下降。

3 討論

3.1 土壤理化性狀變化

土壤機械組成是衡量土壤生產力的重要物理性狀指標[10]。在本研究中，不同種植年限桃園土壤物理性狀變化顯著（表1、2），雖然果園土壤質地沒有顯著變化，但土壤的機械組成卻有顯著差異（表1），土壤粘粒和粉粒含量呈先升后降的趨勢，砂粒含量變化則呈相反趨勢，這可能與土壤有機質含量的變化有關。土壤孔隙度和田間持水量與土壤機械組成密切相關，粘粒含量對田間持水量、容重、比重和孔隙度有明顯的影響（圖5），這與Peck等[11]研究一致。不同種植年限桃園土壤化學性狀變化顯著，土壤有機質、全氮、速效鉀含量逐漸增加，這一結果與魏樹偉等[12]研究一致。這可能是由于枯枝落葉、秸稈還田等條件下，有機質含量提高，同時常年投入大量無機養分，形成了土壤養分富集現象，土壤養分隨種植年限延長而增加。

3.2 土壤生物性狀變化

土壤酶是土壤養分形態轉化的催化劑，土壤酶活性高低直接反映土壤養分轉化速率，在一定程度上表征土壤肥力。本研究中，桃園土壤脲酶、過氧化氫酶活性隨種植年限先升高后降低，蔗糖酶活性一直升高（圖2），這與Ye等[13]的研究一致。土壤脲酶活性與土壤微生物量碳呈正相關，土壤過氧化氫酶活性與土壤微生物量碳、有效磷含量呈正相關，土壤蔗糖酶活性與土壤全氮、速效鉀含量及土壤粘粒含量呈正相關（圖5）。土壤微生物參與土壤養分循環和轉化，土壤微生物量與土壤濕度、溫度、有機質含量和pH密切相關[14]，不同種植年限的桃園土壤微生物群落結構發生較大變化，土壤細菌、真菌數量隨種植年限延長整體呈減少趨勢，這與陳月星等[15]研究基本一致。土壤微生物生物量碳、氮含量與土壤微生物量呈正相關，本研究中，隨種植年限桃樹土壤微生物量碳先增加后減少趨勢，而土壤微生物量氮呈下降趨勢，兩者均與土壤全氮、有效磷、速效鉀呈負相關（圖4）。

圖4 土壤理化及生物學性狀之間相關性

3.3 土壤肥力和桃產量相關性分析

為了闡明不同種植年限的土壤肥力因子對桃樹產量的影響，對土壤有機質、全氮等12個土壤肥力因子與桃樹產量進行了相關性分析（圖5）。結果發現，桃產量與土壤速效鉀、有機質、微生物量碳含量以及脲酶活性呈顯著正相關。因此，土壤速效鉀、有機質、微生物量碳含量和脲酶活性是影響桃產量的主要因素。

圖5 桃產量與土壤肥力相關性分析

3.4 土壤肥力和桃品質相關性分析

影響桃品質的因素有很多，土壤肥力是基礎因素。對土壤有機質、全氮等12個土壤肥力因子與桃可溶性固形物進行了相關性分析（圖6）。結果發現，桃可溶性固形物與土壤速效鉀、有機質、微生物量碳含量及土壤脲酶、蔗糖酶活性呈顯著正相關。因此，土壤速效鉀、有機質、微生物量碳含量和土壤脲酶、蔗糖酶活性是影響桃可溶性固形物的主要因素。

圖6 桃品質與土壤肥力相關性分析

4 結論

（1）隨著種植年限的增加，桃園土壤物理、化學和生物性狀發生了顯著變化。土壤粘粒、粉粒含量增加，但土壤質地未改變；土壤有機質、全氮、有效磷、速效鉀含量呈增加趨勢；土壤脲酶、過氧化氫酶活性以種植年限15年達到最大值；土壤真菌和細菌數量隨種植年限呈減少趨勢；微生物量氮逐年降低。

（2）土壤肥力因子之間存在一定相關性，不同土壤肥力因子間的交互關系影響桃園土壤肥力變化，其中土壤有機質含量、微生物量碳含量以及土壤酶活性是影響土壤肥力的主要因素。

（3）桃樹產量以種植年限15年最大，種植年限超過15年桃品質下降。土壤肥力因子中土壤速效鉀、有機質、微生物量碳含量和土壤脲酶活性是影響桃產量和品質（可溶性固形物）的主要因素。