姚志龍，韓 萍，王軍鋒

(1.隴東學(xué)院 農(nóng)林科技學(xué)院，甘肅 慶陽 745000；2.慶陽市果業(yè)發(fā)展中心，甘肅 慶陽 745000)

蘋果產(chǎn)業(yè)是我國很多地區(qū)的支柱產(chǎn)業(yè)，是當?shù)剞r(nóng)民的主要經(jīng)濟來源。近年來，越來越多的科研工作者開始關(guān)注蘋果園土壤養(yǎng)分問題，普遍認為蘋果的產(chǎn)量和品質(zhì)與其自身的營養(yǎng)狀況以及土壤養(yǎng)分之間存在著明顯的相關(guān)性。

有關(guān)土壤養(yǎng)分含量及其對果樹營養(yǎng)的影響研究成果較多。彭福(2001)[1]在研究中發(fā)現(xiàn)，隨果實發(fā)育果皮葉綠素含量逐漸下降，其中不施氮處理下降最快，并且其葉綠素含量始終低于施氮處理；同時提出蘋果產(chǎn)量與土壤堿解氮含量呈正相關(guān)，幼苗期保證氮素供應(yīng)對形成豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)植株起決定性作用。氮素對果樹的營養(yǎng)生長、花芽分化、光合作用均有促進作用，氮素供應(yīng)充足可促進成花、坐果和果實膨大(趙林，2009)[2]。

關(guān)于果園土壤養(yǎng)分動態(tài)變化及豐缺評價等研究也有諸多成果：黃國嫣等(2019)[3]對昭通蘋果產(chǎn)區(qū)的土壤有機質(zhì)、速效氮、磷、鉀及鈣、鎂、鐵、鋅等含量進行測試分析，并參照全國農(nóng)田養(yǎng)分豐缺標準進行了比較評價；劉小勇等(2010)[4]對甘肅靜寧縣和涇川縣蘋果園土壤養(yǎng)分進行調(diào)查，對果園土壤有機質(zhì)、有效氮、磷、鉀含量的豐缺水平進行了定性描述；姚志龍等(2016)[5]132-140對隴東旱塬蘋果園土壤主要養(yǎng)分性狀動態(tài)變化和空間分布開展了研究。

徐澤、阮建云等(2010)[6]采用fuzzy綜合指標評判法對重慶茶園土壤進行肥力質(zhì)量評價。開展此類研究，為區(qū)域蘋果產(chǎn)地土壤劃分肥力等級，調(diào)控水肥，以地定產(chǎn)，對做好旱地蘋果生產(chǎn)規(guī)劃和成本效益預(yù)算，推動蘋果產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級很有必要。

1 材料與方法

1.1 試驗地基本情況

甘肅省慶陽市西峰區(qū)位于甘肅省東部，涇河上游，位于隴東黃土高原董志塬腹地，地理坐標為東經(jīng)107°27′42″～107°52′48″，北緯35°25′55″～35°51′11″。該區(qū)屬黃土高原溝壑區(qū)，海拔885～2089m，年降水量480～600mm，年平均氣溫7～10℃，無霜期140～180天。果園施肥一般都采用條溝或點穴等集中施肥方法。土壤多以黑壚土為主，有機質(zhì)含量低，水平空間上不同果園之間差異化程度較低，而在垂直空間上，各養(yǎng)分含量基本表現(xiàn)為上層大于下層。腐殖質(zhì)層深厚，通透性良好，還有一部分是黃綿土。該地光熱資源豐富，晝夜溫差大，氣候和土壤條件適宜蘋果栽培，栽培品種以“紅富士”為主。

1.2 研究內(nèi)容

1.2.1 果園土壤養(yǎng)分含量調(diào)查分析

以甘肅省慶陽市30個生產(chǎn)力水平各不相同的果園為研究對象，對果園土壤有機質(zhì)、全氮、堿解氮、速效磷、速效鉀等5個養(yǎng)分指標進行3年跟蹤測定分析。

1.2.2 果園土壤養(yǎng)分分布變異分析

對蘋果園土壤養(yǎng)分空間分布進行變異性分析，總結(jié)果園土壤養(yǎng)分含量的空間變化特點。

1.2.3 蘋果園土壤肥力量化評價

用數(shù)理統(tǒng)計的方法對果園土壤肥力進行綜合評價，為果園土壤劃分肥力等級，總結(jié)肥力特點，指導(dǎo)果園施肥。

1.3 研究方法

1.3.1 土壤樣品的采集與處理

2017—2019年，連續(xù)三年采集30個果園土壤樣品，采樣土層為0～20cm和20～40cm，帶回實驗室預(yù)處理備用。結(jié)果分析及肥力質(zhì)量評價采用3年測定結(jié)果的算數(shù)平均值。

1.3.2 土壤樣品的測定

土壤有機質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法(外加熱法)；土壤全氮采用濃硫酸消煮-凱氏定氮儀測定法；土壤堿解氮采用堿解擴散法；土壤速效磷采用0.5mol/LNaHCO3浸提，鉬銻抗比色法；土壤速效鉀采用1mol/LNH4OAc浸提，火焰光度法(鮑士旦，2011)[7]。

1.3.3 土壤養(yǎng)分分級標準的確定

由于黃土高原溝壑區(qū)蘋果園土壤缺乏統(tǒng)一的土壤養(yǎng)分含量指標分級標準，土壤養(yǎng)分等級劃分采用農(nóng)田土壤養(yǎng)分含量分級標準(表1)。

1.3.4 土壤肥力質(zhì)量評價方法

采用Fuzzy(模糊)綜合評判法。

1.3.5 數(shù)據(jù)分析與整理

采用Excel和SPSS數(shù)據(jù)處理方法。

表1 甘肅省土壤養(yǎng)分含量分級標準

表2 蘋果園土壤養(yǎng)分含量統(tǒng)計分析結(jié)果

2 蘋果園土壤養(yǎng)分結(jié)果分析與質(zhì)量評價

2.1 果園土壤養(yǎng)分結(jié)果與分析

對蘋果園0～20cm和20～40cm土層土壤養(yǎng)分指標進行室內(nèi)分析，結(jié)果統(tǒng)計分析如表2。

2.1.1 土壤有機質(zhì)含量分析

土壤有機質(zhì)含量是衡量土壤綜合肥力的重要指標，其豐缺程度基本可以反映出果園土壤的氮素營養(yǎng)水平，對土壤全氮含量的影響更為明顯。

由表2知，慶陽蘋果園0～20cm土壤有機質(zhì)含量范圍在32.7～6.74g/kg，平均值為14.7g/kg，從均值來看，土壤有機質(zhì)含量為Ⅴ級，屬于較低水平，變異系數(shù)為29.60%；20～40cm土層土壤有機質(zhì)含量范圍在22.7～5.64g/kg，平均值為11.6g/kg，處于較低水平，變異系數(shù)為28.87%；上層(0～20cm)土壤有機質(zhì)變異程度要高于下層(20～40cm)。果園土壤有機質(zhì)整體變化程度不是很大，且上層土壤有機質(zhì)含量大部分要高于下層；11號果園有機質(zhì)含量明顯要高于其他果園，這與連年大量有機肥的施用有關(guān)。

表3 果園土壤有機質(zhì)等級分布比例(%)

由表3可以看出，66.7%的果園表層土壤有機質(zhì)含量屬于Ⅴ級，即偏低水平；26.7%的果園表層土壤有機質(zhì)含量屬Ⅳ級；80%以上果園20～40cm土層土壤有機質(zhì)含量在Ⅴ級以下，有機質(zhì)缺乏或極度缺乏；Ⅲ級以上含量的果園僅有1個。

2.1.2 土壤氮素含量分析

全氮是土壤氮素養(yǎng)分的儲備，很大程度上決定著土壤速效氮含量及果樹對氮素營養(yǎng)的利用效率。絕大部分果園土壤全氮含量隨取土深度的增加而減少，且上層全氮變異系數(shù)要高于下層，整體土壤含氮量空間變化程度不大。由表4可知，70%以上果園，兩層土壤全氮含量在Ⅴ級以下，全氮普遍缺乏。上層土壤堿解氮含量整體高于下層，且變異程度都較高，果園間差異較大。研究表明，與其他作物相比，蘋果樹對氮肥的利用率要低一些(高義民，2013)[8]，加上速效氮含量不足，是部分果園樹勢偏弱的主要原因所在。

2.1.3 土壤磷素含量分析

土壤磷主要來源于土壤礦物風(fēng)化和含磷有機化合物，熟化程度較高果園土壤其總磷含量相對穩(wěn)定，但有效磷受水肥管理影響較大。

表4 果園土壤氮、磷、鉀含量分布比例(%)

上層土壤速效磷含量整體高于下層，1、22號果園速效磷含量相差較小，這與土壤深耕耕作有關(guān)，11、18、23號果園速效磷含量異常偏高，這是過量磷肥連年施用，且吸收利用較差而殘留積累的結(jié)果。由表4可知，上層土壤速效磷在Ⅰ級至Ⅲ級所占比例高達93.4%，Ⅳ級至Ⅵ級僅為6.6%，下層速效磷Ⅰ級至Ⅳ級所占比例分別為20%、23.3%，13.3%，26.8%，Ⅴ級以下僅占16.6%。說明絕大部分果園土壤速效磷含量豐富或極豐富。

2.1.4 土壤鉀素分析

慶陽旱地土壤天然富鉀，其主要來源于土壤礦物風(fēng)化，但果樹對鉀的吸收量和利用率相對較高，其在土壤中的流動又較為活躍，所以適量補充鉀肥對蘋果產(chǎn)量和品質(zhì)提升很有必要。

絕大多數(shù)果園上層土壤速效鉀含量高于下層，18、23、29號果園速效鉀含量下層卻高于上層，這與深耕耕作及水溶性鉀肥的深施等因素有關(guān)。由表4可知，果園0～20cm土層土壤速效鉀含量分布比例Ⅰ級占比34.5%，Ⅳ級占比24.1%，Ⅴ級占比38%，20～40cm土層土壤含鉀量處在Ⅳ級以下的果園占比72.4%，說明根系集中分布層土壤鉀素含量不足。另外，60%以上速效鉀含量偏低的果園大多為新建幼園，鉀肥施用尚未進入正常狀態(tài)。

2.2 果園土壤肥力質(zhì)量綜合評價

采用Fuzzy(模糊)綜合評判法，通過隸屬度函數(shù)和相關(guān)分析原理，對慶陽旱地蘋果園土壤肥力質(zhì)量進行綜合評價。

2.2.1 單項肥力指標的確定

本文選取有機質(zhì)、全氮、堿解氮、速效磷、速效鉀等5個肥力因素作為評價指標，采用“S”型隸屬度函數(shù)：

上式中X1和X2分別對應(yīng)各肥力指標在0.1和0.9處隸屬度函數(shù)的取值。由于各單項肥力指標對不同的作物和土壤影響程度不同，所以，轉(zhuǎn)折點處的取值視實際情況而定。根據(jù)隸屬度函數(shù)計算出各肥力指標的隸屬度值Ni，此值在0.1～1之間，隸屬度值為最大值1時，表明土壤肥力質(zhì)量狀態(tài)最好；最小值0.1表明土壤肥力水平低下(表5)。

表5 各肥力指標隸屬度情況

由表5可知，0～20cm土層有機質(zhì)的隸屬度值小于0.5，這說明有機質(zhì)是限制土壤肥力的主要因子；在20～40cm有機質(zhì)、全氮、堿解氮、速效磷和速效鉀的隸屬度值均小于0.5，各因子都對土壤肥力起到了限制作用，且以有機質(zhì)和堿解氮最為明顯。

2.2.2 單項肥力指標權(quán)重的確定

采用相關(guān)系數(shù)分析法，計算出各肥力指標之間的相關(guān)系數(shù)矩陣，求出各肥力指標與其他指標相關(guān)系數(shù)的平均值，該平均值占所有肥力指標相關(guān)系數(shù)平均值的和的百分數(shù)即為該項指標的權(quán)重(Wi)。

2.2.3 綜合肥力指標計算

通過運用模糊數(shù)學(xué)綜合評價法對調(diào)查區(qū)30個果園的5個土壤肥力指標建立IFI模型，進行綜合評價，計算公式如下：

IFI=∑Wi×Ni

式中Wi和Ni分別表示第i種指標的權(quán)重和隸屬度值。

根據(jù)IFI值計算結(jié)果將調(diào)查區(qū)各果園肥力質(zhì)量等級結(jié)果分析如表6所示。

表6 果園肥力等級分布比例(%)

表6分析結(jié)果表明，慶陽果園0～20cm土層土壤肥力質(zhì)量處于Ⅰ級和Ⅱ級的果園各占3.3%，土壤肥力質(zhì)量屬于較高水平；Ⅲ級果園占66.7%，土壤肥力質(zhì)量中等；Ⅳ級果園占23.4%，土壤肥力質(zhì)量較差；Ⅴ級果園占3.3%，土壤肥力質(zhì)量差；這說明大部分果園土壤肥力質(zhì)量處于正常水平。在20～40cm土層深度，中等以上土壤肥力的果園占20%，76.7%的果園土壤肥力質(zhì)量較差，等級為Ⅳ。總體而言，慶陽果園土壤肥力質(zhì)量中等偏下，底層土壤肥力質(zhì)量問題更為突出。

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

(1)慶陽旱地蘋果園土壤養(yǎng)分豐度的基本特征表現(xiàn)為：90%以上果園土壤有機質(zhì)和氮素營養(yǎng)缺乏；80%的果園速效磷含量豐富或極豐富；速效鉀平均含量較為豐富，40%果園速效鉀含量豐富，60%果園中等偏下，兩極分化態(tài)勢明顯。

(2)慶陽旱地蘋果園土壤養(yǎng)分的空間分布特點是：水平空間上，有機質(zhì)、全氮、堿解氮的變異系數(shù)較小，不同果園之間差異化程度較低；速效磷和速效鉀變異系數(shù)較大，不同果園測定值分散度高，養(yǎng)分水平差異較大；速效鉀含量在30個果園中呈現(xiàn)兩極分化。垂直空間上，各養(yǎng)分含量基本表現(xiàn)為上層大于下層。

(3)慶陽旱地蘋果園土壤肥力質(zhì)量的基本狀況是：上層土壤肥力質(zhì)量略好于下層；總體而言，90%以上的果園土壤肥力質(zhì)量處在中等偏下水平(Ⅲ級及其以下)。

3.2 討論

(1)慶陽旱地蘋果園土壤養(yǎng)分豐度和空間分布隨時間變化不大，這一特點與姚志龍等2016年的研究結(jié)果基本一致[5]132-140。果園土壤速效磷含量都很豐富，絕大多數(shù)果園速效磷含量都處于高水平或過高水平，一是因為當?shù)赝寥捞烊徊蝗绷?，但主要原因在于果園常年過量施用磷肥、磷在堿性條件下有效轉(zhuǎn)化慢、果樹對磷的吸收利用率低、磷在土壤中遷移難等因素，造成磷素大量積累。速效鉀含量總體較為豐富，這是黑壚土的自然屬性之一。慶陽蘋果園土壤速效鉀含量出現(xiàn)兩極分化態(tài)勢，有40%左右的果園土壤速效鉀含量達到豐富或極豐富水平，而近60%的果園土壤速效鉀含量在中等偏低水平，這與當?shù)爻升g果園和新建果園的比例大體相當，四年及以下樹齡的果園鉀素營養(yǎng)補充非常有限，鉀肥施用尚未進入正常狀態(tài)。

(2)采用Fuzzy(模糊)綜合評判法對土壤肥力進行量化評價，能較為客觀地反映土壤的綜合肥力狀況。

(3)現(xiàn)代果園施肥一般都采用條溝或點穴等集中施肥方法，水肥一體化模式受輸水管線方位限制，也是長期定點集中施肥。土壤調(diào)查中樣品采集有需要刻意回避集中施肥點，肥料養(yǎng)分在土壤的遷移范圍非常有限[9]，所以，土壤樣品農(nóng)化分析結(jié)果一般會小于根際土壤的真實含量，這也是部分養(yǎng)分指標結(jié)果偏低，肥力質(zhì)量評價結(jié)果偏差的影響因素。因此在土壤樣品采集方法上，應(yīng)該充分考慮集中施肥區(qū)對果樹生長發(fā)育的特殊影響，用集中施肥區(qū)土壤和施肥區(qū)外的根際土壤組成混合樣品，其農(nóng)化分析結(jié)果更具代表性。