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    山东省果园土壤养分状况研究

    时间:2023-01-21 08:21:01来源:百花范文网本文已影响

    高璐阳,马志明,房福力,武 良

    (1.新洋丰农业科技股份有限公司∕农业农村部作物专用肥料重点实验室,湖北 荆门 448000;
    2.山东新洋丰肥业有限公司,山东 菏泽 274000)

    山东省是中国果树主要种植区,以苹果、桃、枣、梨等为主,经济产量稳居全国前列。果业已成为山东省优势产业,在增加农民收入和推动地方经济发展方面发挥重要作用。土壤是植物生长的基础,土壤养分状况是判断土壤肥力的重要指标[1,2]。近年来,随着化肥施用量的增加,果园土壤酸化、有机质匮乏等问题日益加重。李庆军等[3]通过分析山东省570份果园土壤样本后发现,山东省果园土壤有明显酸化趋势,且酸化程度逐渐加深;
    马延刚等[4]通过对平度市4 028个土样分析后得出平度市碱解氮含量处于较低水平,平均含量为77.00 mg∕kg;
    唐新礼等[5]通过研究威海市文登区9 882个土壤样本后发现粮田、菜地和果园的土壤有机质平均含量分别为9.99、10.86、10.42 g∕kg,94.7%的果园土壤有机质处于中低水平。而对山东省果园土壤养分的综合研究较少,系统性的分析未见报道。本研究以山东省248个代表性果园为对象,通过定量分析其土壤养分状况,为山东省不同果树种植区的土壤改良和化肥减施增效提供参考依据。

    1.1 研究区概况

    山东省位于北纬34°22′54″—38°24′00″,东经114°47′30″—122°42′18″,属温带季风气候,雨热同季,春秋较短,冬夏较长。年降水量在550~950 mm,平均为680 mm。年均气温在11~14℃,气候条件适合大部分落叶果树生长[6]。

    1.2 样本采集与测定

    1.2.1 土壤样本的采集2018—2019年在山东省248个苹果、桃树、蓝莓、冬枣、樱桃、葡萄等主要水果种植园区采集土壤样本,土壤类型涉及潮土、棕壤、盐碱土、沙壤土等。每个果园按S形随机采取5点土壤样本,采样点在树冠滴水线附近,取样深度为0~30 cm,剔除根系、石砾等杂物后混合为一个土壤样本,采用四分法留存1 kg左右土壤,装入自封袋中,并记录采样地点、时间等基本信息。土样经风干、粉碎、研磨、过筛后备用待测。

    1.2.2 土壤样本的测定土壤测定项目包括土壤有机质、碱解氮、速效磷、速效钾、交换性钙、交换性镁、有效铁、有效锰、有效铜、有效锌、有效硼等养分含量及pH。

    土壤有机质含量采用重铬酸钾容量法-外加热法测定;
    土壤pH采用pH计进行测定,水土比为2.5∶1;
    交换性钙、交换性镁含量采用1 mol∕L乙酸铵浸提,原子吸收分光光度法测定;
    有效铁、有效锰、有效铜和有效锌含量采用DTPA浸提,原子吸收分光光度法测定;
    有效硼含量采用沸水浸提,甲亚胺比色法测定;
    碱解氮、速效磷和速效钾含量参照文献[7,8]测定。

    1.3 土壤养分分级评价标准

    参考第二次全国土壤普查土壤养分分级标准和文献[9-11],对山东省果园土壤的肥力指标进行评价。土壤pH、有机质、碱解氮、速效磷和速效钾养分划分为6个等级,具体分级标准见表1。土壤中、微量元素养分划分为5个等级,具体分级标准见表2。

    表1 土壤pH及养分分级标准

    表2 土壤中、微量元素养分分级标准 (单位:mg∕kg)

    1.4 数据分析

    使用Excel 2010和SPSS 24.0软件对数据进行处理和统计分析。

    2.1 土壤pH和有机质分布状况

    由表3可知,山东省果园土壤pH平均为6.29,变辐为4.08~8.89,变化幅度较大,pH处于强酸性、酸性、弱酸性、中性、弱碱性和碱性范围的果园数量分别占样本总数的14.58%、22.92%、16.67%、22.92%、18.75%和4.16%。除冬枣园土壤呈碱性外,其余果园土壤整体偏酸,其中蓝莓园土壤pH最低,为4.55,其他果园土壤pH在6.24~6.37。

    表3 山东省主要果园土壤pH分布状况

    由表4可知,果园土壤有机质平均含量为9.34g∕kg。不同类型果园土壤有机质含量差异较大,含量从低到高依次为蓝莓园、桃园、樱桃园、苹果园、葡萄园、冬枣园。依据土壤养分分级标准,22.92%的土壤有机质极缺乏、35.42%的土壤有机质很缺乏、39.58%的土壤有机质缺乏。山东省果园土壤有机质缺乏现象明显,有58.34%的果园土壤有机质含量少于10 g∕kg。

    表4 山东省主要果园土壤有机质分布状况

    2.2 土壤大量元素速效养分丰缺状况

    由表5可知,山东省果园土壤碱解氮含量平均为97.37 mg∕kg,土壤氮素养分缺乏(包括4级、5级和6级,下同)、中等(3级)和丰富(1级、2级,下同)的果园占比分别为47.92%、31.25%和20.83%,其中蓝莓园土壤氮素缺乏程度较重,85.72%的土壤氮素处于缺乏状态。土壤速效磷含量在4.00~275.50 mg∕kg,变化幅度较大,磷素缺乏、中等和丰富的果园占比分别为12.50%、14.58%和72.92%,速效磷含量总体较丰富;
    各类型果园土壤速效磷含量整体表现为蓝莓园>苹果园>桃园>葡萄园>冬枣园>樱桃园。土壤速效钾平均含量为156.31 mg∕kg,土壤钾素缺乏、中等和丰富的果园占比分别为27.08%、25.00%和47.92%,总体呈丰富状态;
    蓝莓园土壤速效钾含量缺乏程度较严重,果园数量占比达71.44%,其次为苹果园,果园数量占比达33.34%,冬枣园土壤钾素含量丰富。

    表5 山东省主要果园土壤大量元素速效养分分布状况

    2.3 土壤中量元素丰缺状况

    由表6可知,山东省果园土壤交换性钙养分缺乏(包括4级、5级,下同)、中等(3级)和丰富(1级、2级,下同)的果园数量占比分别为6.06%、3.03%和90.91%,总体上果园土壤交换性钙含量丰富。果园土壤交换性镁养分缺乏、中等和丰富的果园占比分别为9.09%、15.15%和75.76%,总体上含量丰富。桃园、苹果园土壤交换性钙含量丰富,无缺乏现象;
    葡萄园土壤交换性镁缺乏较严重,果园数量占比达28.58%,其次为樱桃园,果园数量占比达14.29%。

    表6 山东省主要果园土壤中量元素养分分布状况

    2.4 土壤微量元素丰缺状况

    由表7可知,山东省果园土壤有效铁含量丰富,平均含量为99.11 mg∕kg。有效铁养分缺乏(包括4级、5级,下同)、中等(3级)和丰富(1级、2级,下同)的果园占比分别为8.88%、6.67%和84.45%。冬枣园土壤有效铁养分含量缺乏较严重,60.00%的冬枣园土壤有效铁缺乏;
    樱桃园、蓝莓园土壤有效铁含量丰富。

    表7 山东省主要果园土壤微量元素养分分布状况

    土壤有效锰含量范围在0.62~178.89 mg∕kg,总体呈较丰富状态。有效锰养分缺乏、中等和丰富的果园占比分别为15.55%、11.11%和74.34%。土壤有效锰含量由低到高依次为冬枣园、苹果园、桃园、葡萄园、樱桃园、蓝莓园。

    土壤有效铜含量普遍丰富,平均含量为5.24 mg∕kg。土壤有效铜无缺乏现象,养分中等和丰富的果园占比分别为20.45%和79.55%。苹果园土壤有效铜含量最多,平均为11.41 mg∕kg;
    蓝莓园土壤有效铜含量最少,平均为1.88 mg∕kg。

    土壤有效锌含量范围在0.01~31.89 mg∕kg。土壤有效锌养分缺乏、中等和丰富的果园占比分别为11.62%、20.93%和67.45%。桃园土壤有效锌较缺乏,处于缺乏的果园占比达50.00%,其余果园土壤有效锌含量较高。

    土壤有效硼含量普遍不足,平均含量为0.48 mg∕kg。有效硼缺乏现象较严重,缺乏、中等和丰富的果园占比分别为55.89%、29.41%和14.70%。土壤有效硼平均含量由低到高依次为桃园、葡萄园、樱桃园、苹果园、冬枣园。桃园土壤有效硼缺乏较严重,达85.71%。

    2.5 土壤pH、有机质和有效营养元素间的相关性分析

    土壤营养元素含量受土壤类型、施肥和耕作方式等因素影响。对pH、有机质和土壤营养元素间的相关性进行分析,结果(表8)表明,土壤pH与速效磷、有效铁和有效锰含量呈极显著负相关(P<0.01),与有效硼含量呈极显著正相关(P<0.01),与速效钾含量呈显著正相关(P<0.05);
    土壤有机质和碱解氮、速效钾含量呈极显著正相关(P<0.01),与有效铜含量呈显著正相关(P<0.05),与有效铁含量呈显著负相关(P<0.05)。土壤多种有效营养元素之间也存在极显著(P<0.01)或显著(P<0.05)的相关关系。

    表8 山东省果园土壤pH、有机质和营养元素间的相关性分析

    土壤是供给果树所需养分和水分的基础[12],其肥力高低直接影响果树生产效益[13,14]。山东省是中国果树主要种植区,系统研究山东省果园土壤状况能够明确土壤养分丰缺情况,查明土壤养分限制因子,对于山东省果树产业健康绿色发展具有重要意义。

    3.1 土壤pH和有机质

    适宜的土壤pH是植物正常生长的必要条件,土壤过酸、过碱都会影响果树对养分的吸收和利用[15-17]。有机质是衡量土壤肥力的重要指标,通常其含量与作物经济产量呈正相关[18]。孙鹏[19]的研究发现,招远市50%果园土壤pH在5.0~6.0,部分果园土壤pH小于5.0,土壤酸化较严重。王忠和等[20]的研究发现,烟台市和威海市土壤有机质含量总体偏低,多数果园土壤有机质含量不足10 g∕kg。本研究表明,山东省果园土壤pH范围为4.08~8.89,蓝莓园土壤酸化较严重;
    有机质匮乏现象明显,58.34%的果园土壤有机质含量少于10 g∕kg,与孙鹏[19]和王忠和等[20]的研究结果大致相同。过量施肥是造成土壤酸化的主要原因,果园土壤在施肥上多重施氮肥、轻施有机肥,致使土壤有机质含量缺乏[21-24]。针对山东省果园土壤偏酸、有机质匮乏等问题,在保证产量的前提下,可改变施肥方式、施肥品种,适量施用生石灰、生物质炭等改善土壤酸碱性,同时进行有机肥替代化肥、推进沼肥和腐殖酸肥料的应用,以提高土壤有机质含量。

    3.2 土壤碱解氮、速效磷、速效钾

    适宜的土壤氮、磷、钾含量是果树产量和品质的保障[25]。王海云等[26]的研究表明,山东省胶东半岛苹果园土壤氮、磷、钾养分整体表现为氮素含量丰缺并存,速效磷含量偏高,速效钾含量偏低。国艳春等[27]的研究表明,平度市苹果园土壤碱解氮、速效钾含量较丰富,速效磷含量空间分布不足。本研究表明,山东省47.92%的果园土壤碱解氮含量低于中等水平,速效磷含量丰缺并存,速效钾含量较丰富。本研究结果与上述研究[26,27]存在差异,可能与果树种类、果园肥料投入量、果园管理措施的不同有关。针对山东省目前土壤氮、磷、钾养分状况,应采取增氮、固磷和保钾的措施,在生产中推荐施用缓控释氮肥,延缓氮素释放,配施有机肥料,提高土壤速效磷和速效钾含量。

    3.3 土壤中、微量元素

    中、微量元素是土壤肥力的重要组成要素,是植物体内酶类、维生素等重要组成部分,能够改善果实品质、提高作物抗逆性[28,29]。研究表明,农田土壤缺锌现象普遍存在,石灰性土壤比酸性土壤缺锌更严重[30]。张锦韬等[31]的研究表明,土壤酸性强是有效铁、有效锰含量高的主要原因,铁、锰缺乏情况主要发生在pH较高的石灰性土壤。本研究表明,山东省果园土壤中量元素钙、镁和微量元素铁、锰、锌丰缺并存,有效铜含量丰富,有效硼含量普遍不足,缺乏现象较严重。针对山东省果园土壤微量元素养分状况,在生产过程中可通过叶面喷施铁、锰、锌、硼肥的方式,保证果树对微量元素的需求。

    3.4 土壤pH、有机质和营养元素的相关性

    土壤营养元素含量受土壤质地、类型、施肥量等多种因素影响,各种营养元素之间相互影响。张超博等[11]的研究表明,土壤有机质与碱解氮、速效钾含量呈极显著正相关,土壤pH与有机质、速效钾含量呈正相关。本研究表明,土壤pH与速效钾含量呈显著正相关,土壤有机质与碱解氮、速效钾含量呈极显著正相关,与张超博等[11]的研究结果基本一致,总体上符合土壤养分之间的基本规律。

    本研究中山东省果园土壤有机质含量较低,土壤偏酸性,果园土壤存在营养元素失衡现象。47.92%的果园土壤碱解氮含量较匮乏,速效磷含量和速效钾含量较丰富;
    中量元素钙、镁和微量元素铁、锰、锌丰缺并存,有效铜含量丰富,有效硼含量缺乏较严重。山东省果园土壤养分限制因子主要为土壤偏酸化,有机质匮乏和有效锌、有效硼等含量不足,生产上可适量施用生石灰、生物质炭等物质,注重有机肥替代化肥、秸秆还田和腐殖酸肥料的应用,提高土壤pH和有机质含量,并通过叶面喷施铁、锰、锌、硼肥等保证果树对微量元素的需求。

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