陇东旱地苹果园土壤主要养分调查及肥力质量评价

姚志龙，韩 萍，王军锋

(1.陇东学院 农林科技学院，甘肃 庆阳 745000；2.庆阳市果业发展中心，甘肃 庆阳 745000)

苹果产业是我国很多地区的支柱产业，是当地农民的主要经济来源。近年来，越来越多的科研工作者开始关注苹果园土壤养分问题，普遍认为苹果的产量和品质与其自身的营养状况以及土壤养分之间存在着明显的相关性。

有关土壤养分含量及其对果树营养的影响研究成果较多。彭福(2001)[1]在研究中发现，随果实发育果皮叶绿素含量逐渐下降，其中不施氮处理下降最快，并且其叶绿素含量始终低于施氮处理；同时提出苹果产量与土壤碱解氮含量呈正相关，幼苗期保证氮素供应对形成丰产稳产植株起决定性作用。氮素对果树的营养生长、花芽分化、光合作用均有促进作用，氮素供应充足可促进成花、坐果和果实膨大(赵林，2009)[2]。

关于果园土壤养分动态变化及丰缺评价等研究也有诸多成果：黄国嫣等(2019)[3]对昭通苹果产区的土壤有机质、速效氮、磷、钾及钙、镁、铁、锌等含量进行测试分析，并参照全国农田养分丰缺标准进行了比较评价；刘小勇等(2010)[4]对甘肃静宁县和泾川县苹果园土壤养分进行调查，对果园土壤有机质、有效氮、磷、钾含量的丰缺水平进行了定性描述；姚志龙等(2016)[5]132-140对陇东旱塬苹果园土壤主要养分性状动态变化和空间分布开展了研究。

徐泽、阮建云等(2010)[6]采用fuzzy综合指标评判法对重庆茶园土壤进行肥力质量评价。开展此类研究，为区域苹果产地土壤划分肥力等级，调控水肥，以地定产，对做好旱地苹果生产规划和成本效益预算，推动苹果产业转型升级很有必要。

1 材料与方法

1.1 试验地基本情况

甘肃省庆阳市西峰区位于甘肃省东部，泾河上游，位于陇东黄土高原董志塬腹地，地理坐标为东经107°27′42″～107°52′48″，北纬35°25′55″～35°51′11″。该区属黄土高原沟壑区，海拔885～2089m，年降水量480～600mm，年平均气温7～10℃，无霜期140～180天。果园施肥一般都采用条沟或点穴等集中施肥方法。土壤多以黑垆土为主，有机质含量低，水平空间上不同果园之间差异化程度较低，而在垂直空间上，各养分含量基本表现为上层大于下层。腐殖质层深厚，通透性良好，还有一部分是黄绵土。该地光热资源丰富，昼夜温差大，气候和土壤条件适宜苹果栽培，栽培品种以“红富士”为主。

1.2 研究内容

1.2.1 果园土壤养分含量调查分析

以甘肃省庆阳市30个生产力水平各不相同的果园为研究对象，对果园土壤有机质、全氮、碱解氮、速效磷、速效钾等5个养分指标进行3年跟踪测定分析。

1.2.2 果园土壤养分分布变异分析

对苹果园土壤养分空间分布进行变异性分析，总结果园土壤养分含量的空间变化特点。

1.2.3 苹果园土壤肥力量化评价

用数理统计的方法对果园土壤肥力进行综合评价，为果园土壤划分肥力等级，总结肥力特点，指导果园施肥。

1.3 研究方法

1.3.1 土壤样品的采集与处理

2017—2019年，连续三年采集30个果园土壤样品，采样土层为0～20cm和20～40cm，带回实验室预处理备用。结果分析及肥力质量评价采用3年测定结果的算数平均值。

1.3.2 土壤样品的测定

土壤有机质采用重铬酸钾容量法(外加热法)；土壤全氮采用浓硫酸消煮-凯氏定氮仪测定法；土壤碱解氮采用碱解扩散法；土壤速效磷采用0.5mol/LNaHCO3浸提，钼锑抗比色法；土壤速效钾采用1mol/LNH4OAc浸提，火焰光度法(鲍士旦，2011)[7]。

1.3.3 土壤养分分级标准的确定

由于黄土高原沟壑区苹果园土壤缺乏统一的土壤养分含量指标分级标准，土壤养分等级划分采用农田土壤养分含量分级标准(表1)。

1.3.4 土壤肥力质量评价方法

采用Fuzzy(模糊)综合评判法。

1.3.5 数据分析与整理

采用Excel和SPSS数据处理方法。

表1 甘肃省土壤养分含量分级标准

表2 苹果园土壤养分含量统计分析结果

2 苹果园土壤养分结果分析与质量评价

2.1 果园土壤养分结果与分析

对苹果园0～20cm和20～40cm土层土壤养分指标进行室内分析，结果统计分析如表2。

2.1.1 土壤有机质含量分析

土壤有机质含量是衡量土壤综合肥力的重要指标，其丰缺程度基本可以反映出果园土壤的氮素营养水平，对土壤全氮含量的影响更为明显。

由表2知，庆阳苹果园0～20cm土壤有机质含量范围在32.7～6.74g/kg，平均值为14.7g/kg，从均值来看，土壤有机质含量为Ⅴ级，属于较低水平，变异系数为29.60%；20～40cm土层土壤有机质含量范围在22.7～5.64g/kg，平均值为11.6g/kg，处于较低水平，变异系数为28.87%；上层(0～20cm)土壤有机质变异程度要高于下层(20～40cm)。果园土壤有机质整体变化程度不是很大，且上层土壤有机质含量大部分要高于下层；11号果园有机质含量明显要高于其他果园，这与连年大量有机肥的施用有关。

表3 果园土壤有机质等级分布比例(%)

由表3可以看出，66.7%的果园表层土壤有机质含量属于Ⅴ级，即偏低水平；26.7%的果园表层土壤有机质含量属Ⅳ级；80%以上果园20～40cm土层土壤有机质含量在Ⅴ级以下，有机质缺乏或极度缺乏；Ⅲ级以上含量的果园仅有1个。

2.1.2 土壤氮素含量分析

全氮是土壤氮素养分的储备，很大程度上决定着土壤速效氮含量及果树对氮素营养的利用效率。绝大部分果园土壤全氮含量随取土深度的增加而减少，且上层全氮变异系数要高于下层，整体土壤含氮量空间变化程度不大。由表4可知，70%以上果园，两层土壤全氮含量在Ⅴ级以下，全氮普遍缺乏。上层土壤碱解氮含量整体高于下层，且变异程度都较高，果园间差异较大。研究表明，与其他作物相比，苹果树对氮肥的利用率要低一些(高义民，2013)[8]，加上速效氮含量不足，是部分果园树势偏弱的主要原因所在。

2.1.3 土壤磷素含量分析

土壤磷主要来源于土壤矿物风化和含磷有机化合物，熟化程度较高果园土壤其总磷含量相对稳定，但有效磷受水肥管理影响较大。

表4 果园土壤氮、磷、钾含量分布比例(%)

上层土壤速效磷含量整体高于下层，1、22号果园速效磷含量相差较小，这与土壤深耕耕作有关，11、18、23号果园速效磷含量异常偏高，这是过量磷肥连年施用，且吸收利用较差而残留积累的结果。由表4可知，上层土壤速效磷在Ⅰ级至Ⅲ级所占比例高达93.4%，Ⅳ级至Ⅵ级仅为6.6%，下层速效磷Ⅰ级至Ⅳ级所占比例分别为20%、23.3%，13.3%，26.8%，Ⅴ级以下仅占16.6%。说明绝大部分果园土壤速效磷含量丰富或极丰富。

2.1.4 土壤钾素分析

庆阳旱地土壤天然富钾，其主要来源于土壤矿物风化，但果树对钾的吸收量和利用率相对较高，其在土壤中的流动又较为活跃，所以适量补充钾肥对苹果产量和品质提升很有必要。

绝大多数果园上层土壤速效钾含量高于下层，18、23、29号果园速效钾含量下层却高于上层，这与深耕耕作及水溶性钾肥的深施等因素有关。由表4可知，果园0～20cm土层土壤速效钾含量分布比例Ⅰ级占比34.5%，Ⅳ级占比24.1%，Ⅴ级占比38%，20～40cm土层土壤含钾量处在Ⅳ级以下的果园占比72.4%，说明根系集中分布层土壤钾素含量不足。另外，60%以上速效钾含量偏低的果园大多为新建幼园，钾肥施用尚未进入正常状态。

2.2 果园土壤肥力质量综合评价

采用Fuzzy(模糊)综合评判法，通过隶属度函数和相关分析原理，对庆阳旱地苹果园土壤肥力质量进行综合评价。

2.2.1 单项肥力指标的确定

本文选取有机质、全氮、碱解氮、速效磷、速效钾等5个肥力因素作为评价指标，采用“S”型隶属度函数：

上式中X1和X2分别对应各肥力指标在0.1和0.9处隶属度函数的取值。由于各单项肥力指标对不同的作物和土壤影响程度不同，所以，转折点处的取值视实际情况而定。根据隶属度函数计算出各肥力指标的隶属度值Ni，此值在0.1～1之间，隶属度值为最大值1时，表明土壤肥力质量状态最好；最小值0.1表明土壤肥力水平低下(表5)。

表5 各肥力指标隶属度情况

由表5可知，0～20cm土层有机质的隶属度值小于0.5，这说明有机质是限制土壤肥力的主要因子；在20～40cm有机质、全氮、碱解氮、速效磷和速效钾的隶属度值均小于0.5，各因子都对土壤肥力起到了限制作用，且以有机质和碱解氮最为明显。

2.2.2 单项肥力指标权重的确定

采用相关系数分析法，计算出各肥力指标之间的相关系数矩阵，求出各肥力指标与其他指标相关系数的平均值，该平均值占所有肥力指标相关系数平均值的和的百分数即为该项指标的权重(Wi)。

2.2.3 综合肥力指标计算

通过运用模糊数学综合评价法对调查区30个果园的5个土壤肥力指标建立IFI模型，进行综合评价，计算公式如下：

IFI=∑Wi×Ni

式中Wi和Ni分别表示第i种指标的权重和隶属度值。

根据IFI值计算结果将调查区各果园肥力质量等级结果分析如表6所示。

表6 果园肥力等级分布比例(%)

表6分析结果表明，庆阳果园0～20cm土层土壤肥力质量处于Ⅰ级和Ⅱ级的果园各占3.3%，土壤肥力质量属于较高水平；Ⅲ级果园占66.7%，土壤肥力质量中等；Ⅳ级果园占23.4%，土壤肥力质量较差；Ⅴ级果园占3.3%，土壤肥力质量差；这说明大部分果园土壤肥力质量处于正常水平。在20～40cm土层深度，中等以上土壤肥力的果园占20%，76.7%的果园土壤肥力质量较差，等级为Ⅳ。总体而言，庆阳果园土壤肥力质量中等偏下，底层土壤肥力质量问题更为突出。

3 结论与讨论

3.1 结论

(1)庆阳旱地苹果园土壤养分丰度的基本特征表现为：90%以上果园土壤有机质和氮素营养缺乏；80%的果园速效磷含量丰富或极丰富；速效钾平均含量较为丰富，40%果园速效钾含量丰富，60%果园中等偏下，两极分化态势明显。

(2)庆阳旱地苹果园土壤养分的空间分布特点是：水平空间上，有机质、全氮、碱解氮的变异系数较小，不同果园之间差异化程度较低；速效磷和速效钾变异系数较大，不同果园测定值分散度高，养分水平差异较大；速效钾含量在30个果园中呈现两极分化。垂直空间上，各养分含量基本表现为上层大于下层。

(3)庆阳旱地苹果园土壤肥力质量的基本状况是：上层土壤肥力质量略好于下层；总体而言，90%以上的果园土壤肥力质量处在中等偏下水平(Ⅲ级及其以下)。

3.2 讨论

(1)庆阳旱地苹果园土壤养分丰度和空间分布随时间变化不大，这一特点与姚志龙等2016年的研究结果基本一致[5]132-140。果园土壤速效磷含量都很丰富，绝大多数果园速效磷含量都处于高水平或过高水平，一是因为当地土壤天然不缺磷，但主要原因在于果园常年过量施用磷肥、磷在碱性条件下有效转化慢、果树对磷的吸收利用率低、磷在土壤中迁移难等因素，造成磷素大量积累。速效钾含量总体较为丰富，这是黑垆土的自然属性之一。庆阳苹果园土壤速效钾含量出现两极分化态势，有40%左右的果园土壤速效钾含量达到丰富或极丰富水平，而近60%的果园土壤速效钾含量在中等偏低水平，这与当地成龄果园和新建果园的比例大体相当，四年及以下树龄的果园钾素营养补充非常有限，钾肥施用尚未进入正常状态。

(2)采用Fuzzy(模糊)综合评判法对土壤肥力进行量化评价，能较为客观地反映土壤的综合肥力状况。

(3)现代果园施肥一般都采用条沟或点穴等集中施肥方法，水肥一体化模式受输水管线方位限制，也是长期定点集中施肥。土壤调查中样品采集有需要刻意回避集中施肥点，肥料养分在土壤的迁移范围非常有限[9]，所以，土壤样品农化分析结果一般会小于根际土壤的真实含量，这也是部分养分指标结果偏低，肥力质量评价结果偏差的影响因素。因此在土壤样品采集方法上，应该充分考虑集中施肥区对果树生长发育的特殊影响，用集中施肥区土壤和施肥区外的根际土壤组成混合样品，其农化分析结果更具代表性。