桂西北板栗園區土壤養分含量分析及評價

黃曉露，戴 勤，梁文匯，趙志珩，楊卓穎，謝代祖，廖健明

(1.廣西壯族自治區林業科學研究院/廣西特色經濟林培育與利用重點實驗室，南寧 530002；2.廣西生態工程職業技術學院，廣西 柳州 545004；3.河池市林業科學研究院，廣西 河池 547000)

【研究意義】板栗(CastaneamollissimaBlume)是我國重要的木本糧食樹種之一，栗仁含有大量淀粉、蛋白、脂肪和多種維生素等營養成分，素有“鐵桿莊稼”“木本糧食”的美譽，在國際糧食危機下可作為補充產品保障國家糧食安全[1-2]。板栗耐瘠薄，適生范圍較廣，產量相對穩定，種植管理的勞動力投入相對較少，是桂西北發展山區經濟、開展鄉村振興的重要經濟樹種，截至2021年，桂西北地區板栗種植面積已達6.67×104hm2[3-4]。但傳統的板栗栽培普遍存在管理粗放、地力衰退及產量和品質不穩定等問題，制約了桂西北板栗產業的良性發展[5]。因此，分析和評價桂西北板栗園區的土壤養分狀況，有針對性地實施養分管理，對提高桂西北乃至廣西各地板栗林的經營效益具有重要意義。【前人研究進展】近年來測土配方施肥與平衡施肥技術發展迅速，也在板栗林林分管理中得到了應用。李金柱等[6]報道，湖北省28個縣(市)80%以上板栗產區的土壤pH和氮元素含量能滿足板栗生長需求，但50%以上產區需通過施肥提高土壤有機質、有效磷和有效鉀含量。鄔奇峰[7]研究發現，板栗林集約經營后的土壤活性有機碳含量顯著下降，且隨著經營時間的延長，土壤活性有機碳含量呈進一步下降趨勢。李娜等[8]研究認為，導致板栗大小年結果現象的最主要因素是樹體營養失調，需調整土壤不同養分配置來解決生長與結果的矛盾。馬天爽[9]研究表明，地膜覆蓋在垂直方向上可提高‘遵化短刺’板栗園20～30 cm土層的養分含量，在水平方向上可提高距離樹干75 cm處土壤的養分含量。王芳芳等[10]通過覆草和施肥處理可顯著提高河北遷西板栗園土壤有機質和速效養分含量，有效促進板栗根系生長和單株產量提高。Papaioannou等[11]采用秸稈、草本覆蓋與有機肥料施放結合的免耕模式將退讓的森林地塊轉變為板栗園，并有效維持了土壤肥力。胡衛濱等[12]、梁恕坤和杜啟蘭[13]針對山地板栗林土壤營養成分存在分布不均、礫石含量較高和水土流失較嚴重等問題制定了相應的施肥和培肥方法。張偉[14]研究表明，河北京東板栗園區1982—2012年的土壤磷和鉀含量增幅較大，主要因為大量施用了磷肥和鉀肥，而土壤有機質和全氮含量下降或基本保持不變。廖逸寧和郭素娟[15]研究認為，氮素是河北省遷西縣板栗園土壤養分的限制因子，合理配施有機和無機肥可緩解土壤氮素缺失，有效提高土壤有機碳、全氮和全磷含量，促進板栗細根吸收養分。宋影等[16-17]通過深施板栗枯落物、農家肥和菌渣來改良板栗園的土壤物理性質，提高土壤養分含量尤其是有效磷含量，從而有效提升板栗產量。黃承標等[18]研究提出，利用有機復混肥和綠肥可改善廣西隆安縣板栗園土壤板結及大量元素和微量元素缺乏狀況。【本研究切入點】桂西北板栗園區由于缺乏科學合理的施肥和撫育措施，長期存在枝條徒長和連年產量不均衡問題，開展測土配方施肥技術研究也相對滯后，產量低下和大小年結果現象得不到解決，而目前針對其土壤養分狀況的研究鮮見報道。【擬解決的關鍵問題】測定桂西北地區4個縣6個板栗園區有關土壤肥力指標，分析不同園區土壤養分含量差異，比對土壤養分標準進行評價，提出施肥管理建議，為下一步進行板栗園區高效施肥管理及促進桂西北板栗產業的健康發展提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

桂西北處于云貴高原東南邊緣，地貌以低山為主，屬于南亞熱帶季風氣候區，年均氣溫16.9～21.0 ℃，年均降水量1200～1600 mm，具有夏長冬短、熱量豐富、雨量充沛及水熱同期等特點[19-20]。6個板栗園區分布于桂西北板栗主要種植區的南丹縣、天峨縣、金城江區和東蘭縣4個縣(區)，各園區采樣點實測基本信息見表1。6個板栗園區均未進行施肥，天峨縣和東蘭縣園區僅進行簡易除草，南丹縣和金城江區園區因樹冠郁閉度較高，林下雜草較少而未進行除草。

表1 桂西北6個板栗園區的基本信息

1.2 試驗材料

供試材料為南丹縣園區(ND)、天峨縣-1園區(TE-1)、天峨縣-2園區(TE-2)、金城江區園區(JCJ)、東蘭縣-1園區(DL-1)和東蘭縣-2園區(DL-2)的表層(0～20 cm)和下層(20～40 cm)土壤。

1.3 試驗方法

1.3.1 樣品采集 2020年7月于6個園區在有代表性的地段隨機選取10 m×10 m樣地3個，在板栗樹樹冠下離根莖30～40 cm處，按土樣采集深度為表層和下層分別采集土壤樣品，每個樣地采集3個小樣點，將相同樣點同一土層的土樣充分混勻后用四分法取約1 kg，裝入塑料自封袋帶回實驗室，挑出植物殘體和石礫，經自然風干、去雜、磨細、過篩和混勻后裝瓶保存，用于土壤養分含量測定。

1.3.2 測定項目及方法 參考查同剛[21]的方法，土壤pH采用電位法測定，有機質含量采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測定，全氮含量采用濃H2SO4-HClO4消化凱式定氮法測定，堿解氮含量采用堿解擴散法測定，全磷含量采用NaOH堿熔鉬銻抗比色法測定，有效磷含量采用HCl-H2SO4浸提鉬銻抗比色法測定，全鉀含量采用NaOH堿熔火焰光度計法測定，速效鉀含量采用乙酸銨浸提火焰光度計法測定，交換性鈣和交換性鎂含量采用乙酸銨交換-EDTA絡合滴定法測定。

1.3.3 土壤分級標準 參考吳科生等[22]、曹小玉等[23]、王利娜等[24]的全國第二次土壤普查有關標準(表2)對土壤pH和養分含量進行分級，并進行桂西北不同地區板栗園區土壤養分豐缺狀況分析和評價。

表2 土壤pH及養分分級標準

表3 不同板栗園區土壤養分含量的方差分析

1.4 統計分析

試驗數據采用SPSS 20.0進行統計，并進行主體效應檢驗方差分析、Duncan’s多重比較和Pearson相關分析。

2 結果與分析

2.1 土壤養分含量的方差分析

如表3所示，土壤養分含量和pH在不同板栗園區間的單因子作用均達極顯著水平(P<0.01，下同)，說明土壤養分含量和pH受園區地點影響明顯，園區間的土壤狀態存在特異性；土層深度對pH及有機質、全氮、堿解氮、有效磷和交換性鈣含量的影響達極顯著水平，對全鉀含量的影響達顯著水平(P<0.05，下同)，對全磷、速效鉀和交換性鎂含量影響不顯著(P>0.05，下同)；園區地點與土層深度的交互作用除對全磷和全鉀含量無顯著影響外，對pH和其他土壤養分含量的影響均達極顯著水平。

圖柱上不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，下同Different lowercase letters on the bar represented significant difference(P<0.05)，the same as below圖1 不同板栗園區的土壤pH對比分析Fig.1 Comparative analysis of soil pH in different chestnut orchards

2.2 不同板栗園區的土壤pH比較

如圖1所示，6個板栗園區的pH為4.31～6.71，平均為5.05，均表現為0～20 cm土層低于20～40 cm土層。比對表2中的土壤pH及養分分級標準，南丹縣和天峨縣-1園區20～40 cm土層的土壤pH接近中性，分別為6.71和6.68，顯著高于其他園區各土層的土壤pH；其他園區土層的土壤均為各級別酸性，其中，金城江區和東蘭縣-1園區0～20 cm土層的土壤pH較低，達強酸級別，分別為4.47和4.31，且均顯著低于南丹縣、天峨縣-1和天峨縣-2園區各土層的土壤pH。可見，桂西北板栗園區的土壤pH隨著土層深度增加而升高，其中金城江區和東蘭縣-1園區上層土呈強酸性，不利于板栗生長。

圖2 不同板栗園區的土壤有機質含量對比分析Fig.2 Comparative analysis of soil organic matter in different chestnut orchards

2.3 不同板栗園區的土壤有機質含量比較

如圖2所示，6個板栗園區的土壤有機質含量為6.63～57.92 g/kg，平均為22.09 g/kg，其中，南丹縣園區表現為20～40 cm土層的有機質含量高于0～20 cm土層，其他園區均表現為0～20 cm土層高于20～40 cm土層。比對表2中的土壤pH及養分分級標準，金城江區園區0～20 cm土層的土壤有機質含量達很豐富水平，且顯著高于其他園區各土層；南丹縣園區20～40 cm土層的土壤有機質含量達豐富水平，且顯著高于除金城江區園區0～20 cm土層外的其他園區各土層；南丹縣園區0～20 cm土層和金城江區園區20～40 cm土層的土壤有機質含量為中等水平，二者間無顯著差異，但均顯著高于除金城江區園區0～20 cm土層和南丹縣園區20～40 cm土層外的其他園區各土層；天峨縣-2園區0～20 cm土層和東蘭縣2個園區各土層的土壤有機質含量為較缺水平，天峨縣2個園區20～40 cm土層的土壤有機質含量為缺乏水平。可見，桂西北板栗園區的土壤有機質含量總體上表現為隨著土層深度的增加而降低，金城江區和南丹縣園區的土壤有機質含量處于中等以上水平，可滿足板栗生長需求，天峨縣2個園區和東蘭縣2個園區的土壤有機質含量均存在不同程度缺乏，不利于板栗生長。

圖3 不同板栗園區的土壤氮元素含量對比分析Fig.3 Comparative analysis of soil nitrogen content in different chestnut orchards

2.4 不同板栗園區的土壤大量元素含量比較

2.4.1 氮元素含量比較 如圖3-A所示，6個板栗園區的土壤全氮含量為0.54～2.97 g/kg，平均為1.61 g/kg，其中，天峨縣-1園區和東蘭縣-2園區表現為20～40 cm土層高于0～20 cm土層，其他園區均表現為0～20 cm土層高于20～40 cm土層。比對表2中的土壤pH及養分分級標準，南丹縣園區和金城江區園區0～20 cm土層的氮元素含量(分別為2.97和2.76 g/kg)達很豐富水平，二者差異不顯著，但均顯著高于其他園區各土層；南丹縣園區、天峨縣-1園區和東蘭縣-2園區20～40 cm土層的全氮含量(分別為1.92、1.50和1.91 g/kg)均達豐富水平，三者間差異不顯著，但均明顯高于除南丹縣園區和金城江區園區0～20 cm土層外的其他園區各土層；除天峨縣-2園區2個土層的全氮含量(分別為0.96和0.54 g/kg)分別處于較缺和缺乏水平外，其他園區土層的全氮含量均為中等水平，其中天峨縣-2園區20～40 cm土層的全氮含量顯著低于其他園區各土層。

從圖3-B可看出，各園區土壤的堿解氮含量范圍為51.66～335.75 mg/kg，平均為125.31 mg/kg，其中，東蘭縣-2園區表現為20～40 cm土層高于0～20 cm土層，其他園區均表現為0～20 cm土層高于20～40 cm土層。比對表2中的土壤pH及養分分級標準，南丹縣園區2個土層和金城江區園區0～20 cm土層的堿解氮含量達很豐富水平，分別為335.75、200.46和266.12 mg/kg，三者間差異顯著，且均顯著高于其他園區各土層；天峨縣-2園區0～20 cm土層的堿解氮含量(139.30 mg/kg)達豐富水平，顯著高于除南丹縣園區2個土層和金城江區園區0～20 cm土層外的其他園區土層；金城江區20～40 cm土層的堿解氮含量(51.66 mg/kg)最低，處于缺乏水平；天峨縣-1園區2個土層、天峨縣-2園區20～40 cm土層及東蘭縣2個園區各土層的堿解氮含量均處于較缺水平。說明6個板栗園區土壤的堿解氮含量總體上表現為隨著土層深度的增加而降低。

綜合圖3-A和3-B進行分析發現，雖然大部分板栗園區的土壤全氮含量達中等以上水平，但天峨縣-1園區和東蘭縣2個園區的土壤堿解氮含量較缺乏，表明其氮元素的有效性較低；天峨縣2園區0～20 cm土層的堿解氮含量是20～40 cm土層的2.27倍，金城江區園區0～20 cm土層的全氮含量和堿解氮含量分別是20～40 cm土層的1.99和5.15倍，表明其表層和下層土壤氮元素存在分布不均現象。

2.4.2 磷元素含量比較 如圖4-A所示，6個板栗園區的土壤全磷含量為0.13～0.73 g/kg，平均為0.30 g/kg，其中，南丹縣園區、天峨縣-2園區、金城江區園區和東蘭縣-2園區表現為0～20 cm土層高于20～40 cm土層，天峨縣-1園區和東蘭縣-2園區表現為20～40 cm土層高于0～20 cm土層。比對表2中的土壤pH及養分分級標準，金城江區園區0～20 cm土層的土壤全磷含量(0.73 g/kg)達中等水平，且顯著高于其他園區個土層的土壤全磷含量；南丹縣園區2個土層的土壤全磷含量(分別為0.49和0.48 g/kg)及金城江園區20～40 cm土層的土壤全磷含量(0.41 g/kg)處于較缺水平，三者間差異不顯著；天峨縣2個園區的土壤全磷含量為缺乏水平，而東蘭縣2個園區的土壤全磷含量處于極缺乏水平。

從圖4-B可看出，各園區的土壤有效磷含量為1.03～15.76 mg/kg，平均為3.64 mg/kg，其中，南丹縣、天峨縣-2和東蘭縣-1園區表現為20～40 cm土層高于0～20 cm土層，其他園區表現為0～20 cm土層高于20～40 cm土層。比對表2中的土壤pH及養分分級標準，金城江區園區0～20 cm土層的有效磷含量(15.76 mg/kg)達中等水平，且顯著高于其他園區各土層；東蘭縣-1園區20～40 cm土層的有效磷含量(9.24 mg/kg)為較缺水平，但顯著高于除東蘭縣-1園區20～40 cm土層外的其他園區各土層；天峨縣-2園區2個土層的有效磷含量(分別為3.04和3.86 mg/kg)處于缺乏水平；其他園區土層的有效磷含量均處于極缺乏水平。

綜合圖4-A和4-B進行分析發現，桂西北板栗園區普遍存在全磷含量和有效磷含量缺乏現象，其中金城江區園區20～40 cm土層還存在土壤全磷和有效磷含量分別比0～20 cm土層低43.61%和85.66%的現象，說明其土壤磷元素在表層和下層分布不均。

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圖4 不同板栗園區的土壤磷元素含量對比分析Fig.4 Comparative analysis of soil phosphorus content in different chestnut orchards

2.4.3 鉀元素含量比較 如圖5-A所示，6個板栗園區的土壤全鉀含量為4.18～19.98 g/kg，平均為11.98 g/kg，其中，天峨縣-1園區表現為0～20 cm土層高于20～40 cm土層，其他園區表現為20～40 cm土層高于0～20 cm土層。比對表2中的土壤pH及養分分級標準，南丹縣園區2個土層的土壤全鉀含量(分別為19.04和19.98 g/kg)和東蘭縣-2園區20～40 cm土層的土壤全鉀含量(15.85 g/kg)均大于15.00 g/kg，達中等水平，均明顯高于其他園區各土層，其中南丹縣園區2個土層的土壤全鉀含量間差異不顯著，但二者均顯著高于其他園區各土層；天峨縣-1園區和金城江區園區20～40 cm土層的土壤全鉀含量(分別為9.02和5.42 g/kg)處于缺乏水平；金城江區園區0～20 cm土層的土壤全鉀含量僅4.18 g/kg，處于極缺乏水平；其他園區土層的土壤全鉀含量均為較缺水平。

從圖5-B可看出，各園區的土壤速效鉀含量為37.97～134.90 mg/kg，平均為70.97 mg/kg，其中，天峨縣-1園區和金城江區園區表現為0～20 cm土層高于20～40 cm土層，其他園區均表現為20～40 cm土層高于0～20 cm土層。比對表2中的土壤pH及養分分級標準，南丹縣園區2個土層的速效鉀含量(分別為107.40和134.90 mg/kg)均大于100.00 mg/kg，達中等水平，二者差異顯著，且均顯著高于其他園區各土層；金城江區園區20～40 cm土層的速效鉀含量(39.51 mg/kg)及東蘭縣-1園區2個土層的速效鉀含量(分別為37.97和47.38 mg/kg)均處于缺乏水平；其他園區土層的速效鉀含量均處于較缺水平。

圖5 不同板栗園區的土壤鉀元素含量對比分析Fig.5 Comparative analysis of soil kalium content in different chestnut orchards

綜合圖5-A和5-B進行分析發現，大部分板栗園區的土壤全鉀含量和速效鉀含量表現為隨著土層深度的增加而升高；除南丹縣園區外，其他園區土壤均存在不同程度的全鉀和速效鉀含量缺乏現象；東蘭縣-2園區20～40 cm土層的土壤全鉀含量雖然達中等水平，但其土壤有效鉀含量缺乏，表明其鉀元素的有效性較低。

2.5 不同板栗園區的土壤交換性鈣和交換性鎂含量比較

如圖6-A所示，6個板栗園區的土壤交換性鈣含量為54.58～423.65 mg/kg，平均為147.93 mg/kg，其中，南丹縣園區、天峨縣-2園區和東蘭縣-2園區表現為20～40 cm土層高于0～20 cm土層，其他園區的土壤交換性鈣含量表現相反。比對表2中的土壤pH及養分分級標準，南丹縣園區0～20 cm和20～40 cm土層的土壤交換性鈣含量處于較缺水平，二者差異顯著，且均顯著高于其他園區各土層，其他園區各土層均處于缺乏水平。

從圖6-B可看出，各園區的土壤交換性鎂含量為3.35～28.62 mg/kg，平均為13.98 mg/kg，其中，南丹縣園區、天峨縣-2園區和東蘭縣2個園區表現為20～40 cm土層高于0～20 cm土層，其他園區的交換性鎂含量表現相反。比對表2中的土壤pH及養分分級標準，6個園區各土層的土壤交換性鎂含量均低于50.0 mg/kg，處于缺乏水平。

圖6 不同板栗園區的土壤交換性鈣和交換性鎂含量對比分析Fig.6 Comparative analysis of soil exchangeable calcium and exchangeable magnesium content in different chestnut orchards

2.6 不同板栗園區土壤pH及土壤養分含量間的相關分析

表4 不同板栗園區土壤pH及養分含量間的相關分析

3 討 論

土壤pH是土壤養分的重要特征之一，影響土壤養分的釋放、轉化、遷移及微生物的活力[25]。本研究中，桂西北6個板栗園區的土壤pH均隨著土層深度的增加呈遞增趨勢，總體上呈酸性，與黃承標等[18]對廣西隆安縣板栗林、韋宏民等[20]對東蘭縣板栗-農作物間作模式下的土壤pH變化規律基本一致，但金城江區和東蘭縣板栗園區0～20 cm土層的土壤pH在4.50以下，明顯偏低，表現為強酸水平。已有研究表明，桂西北板栗園區的土壤pH偏低及土壤速效鉀和交換性鈣含量明顯下降，導致了土壤鉀元素供給虧缺，土壤膠體上吸附的鈣和鎂淋溶流失[26]，而土壤中的鉀和鈣元素含量與板栗抗逆能力和果實品質有關[27]。

有機質是土壤中含碳有機化合物的總稱，是土壤的重要組成物質，在維持土壤結構和生產力方面發揮關鍵作用[28-29]。本研究相關分析結果表明，板栗林土壤的有機質含量越高，土壤中氮、磷、鉀和交換性鈣含量就越高，堿解氮、有效磷和速效鉀等有效元素含量水平越高。板栗屬于落葉果樹，園區的土壤有機質來源主要為板栗球苞外殼和枯枝落葉堆積，同時受到土壤酶和土壤微生物的分解、積累及果園經營過程中有機肥料使用的影響[29]。本研究中，金城江區和南丹縣園區的土壤有機質含量可滿足板栗生長，但東蘭縣2個園區和天峨縣2個園區的土壤有機質含量存在不同程度的缺乏，尤其下層土壤的有機質含量較表層土壤更低，不利于板栗生長發育。

氮、磷和鉀作為植物生長發育的必需養分，植物對其需求量大[28]，其中，氮元素主要影響樹體枝葉和果實發育，磷元素影響雌花數量，鉀元素可促進葉片的同化作用和枝條粗壯[14]。李金柱等[6]研究提出板栗園土壤養分的適量范圍為速效氮50.0～150.0 mg/kg、速效磷10.0～50.0 mg/kg、速效鉀100.0～200.0 mg/kg、交換性鈣500.0～2000.0 mg/kg及交換性鎂100.0～300.0 mg/kg。吳科生等[22]、曹小玉等[23]、王利娜等[24]研究證實，土壤堿解氮含量達較缺水平以上即能滿足板栗生長需求，速效磷、速效鉀、交換性鈣和交換性鎂含量達中等以上水平才適宜板栗生長。本研究中，雖然天峨縣2個園區和東蘭縣2個園區的土壤堿解氮含量處于較缺水平，但含量均在50.0 mg/kg以上，可滿足板栗生長需求；除金城江區園區表層土的全磷和有效磷含量達中等水平外，其下層土及其他園區各土層土壤均普遍存在磷元素缺乏現象，有效磷含量除金城江區園區表層土外其他園區各土層均未達10.0 mg/kg，無法滿足板栗生長對磷元素的需求；除南丹縣園區土壤的全鉀含量和速效鉀含量處于中等水平外，其他園區各土層土壤的全鉀含量均未達15.00 g/kg、速效鉀含量均未達100.0 mg/kg，普遍存在土壤鉀元素缺乏現象；6個板栗園區各土層的土壤交換性鈣和交換性鎂含量均處于較缺乏和缺乏水平，也未達板栗生長要求的適宜范圍。因此，本研究中桂西北6個板栗園區施肥均應以有機肥為主，減少或維持氮肥的使用量，適當增加土壤交換性鈣和交換性鎂含量，提高土壤磷含量及其有效性，除南丹縣園區外其他園區均需提高土壤鉀元素含量及其有效性。

4 結 論

桂西北地區板栗園區的土壤養分及其有效性受土壤有機質含量影響明顯，土壤磷和鉀元素普遍缺乏，因此，其施肥應以有機肥為主，合理補充磷肥和鉀肥并提高其有效性。