郭巨秋，劉建玲，謝 嬌，吳 晶，郭玉冰，孫志朋

（河北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，河北 保定 071000）

我國蘋果產(chǎn)量居世界前列，栽培面積達(dá)到世界栽培面積的42%，河北省是我國蘋果主產(chǎn)區(qū)之一，太行山和燕山的丘陵、山前平原區(qū)是河北省優(yōu)質(zhì)蘋果主產(chǎn)區(qū)，蘋果栽培歷史悠久，蘋果的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)對河北省農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到了重要促進(jìn)作用［1-2］。

氣候、地形地貌、土壤母質(zhì)、土壤中養(yǎng)分含量及養(yǎng)分間的平衡狀況，尤其是土壤有機(jī)質(zhì)含量是影響耕地地力及果園土壤供肥能力的重要因素，這些因素對果樹的產(chǎn)量和品質(zhì)有重要影響。施肥主要影響土壤中養(yǎng)分含量，尤其是土壤速效性氮磷鉀含量。不科學(xué)施肥對土壤質(zhì)量有顯著影響，近年來蘋果生產(chǎn)盲目大量施肥問題嚴(yán)重。已有資料表明，蘋果園普遍存在氮磷鉀化肥使用量過高的問題。陜西蘋果園氮肥投入過量比例均大于95%，鉀肥投入均在過量水平以上［3］；王小英等［4］調(diào)查蘋果園化肥施用現(xiàn)狀發(fā)現(xiàn)，陜西省內(nèi)氮肥投入過量比例占72%，有50%果園磷肥投入過量。河北省高產(chǎn)果園N、P2O5、K2O養(yǎng)分投入量分別達(dá)到果樹需肥量的2.4～3.0、0.9～1.2、4.4～5.1倍［5］。過量施用化肥凸顯土壤養(yǎng)分失衡、酸化、硝酸鹽、非點(diǎn)源氮磷的環(huán)境風(fēng)險問題［6］。大量施用氮肥降低果樹對鉀、鈣元素的吸收，土壤磷素積累則會降低土壤中微量元素的有效性，土壤速效鉀過高也會影響果樹對鈣、鎂元素的吸收，從而導(dǎo)致果樹的生理性缺素［7］。

氣候、地形地貌、土壤母質(zhì)和人為施肥等是影響土壤發(fā)育的主要因素，母質(zhì)因素對土壤質(zhì)地、中微量元素供給能力等起到重要作用［8-9］。土壤養(yǎng)分狀況是果園科學(xué)合理施肥的重要依據(jù)，已有資料多為土壤養(yǎng)分現(xiàn)狀、基于施肥量和蘋果產(chǎn)量需肥量理論上計算的氮磷鉀的供需比值。而關(guān)于不同區(qū)域果園養(yǎng)分狀況及長期土壤養(yǎng)分定位監(jiān)測研究果園土壤養(yǎng)分動態(tài)變化及土體分布特點(diǎn)等資料尚少。基于上述問題，本文通過大面積測定河北省不同區(qū)域代表性土壤養(yǎng)分現(xiàn)狀，果園土壤養(yǎng)分的長期定位監(jiān)測系統(tǒng)研究土壤養(yǎng)分演變、剖面養(yǎng)分分布特點(diǎn)，從而為河北省蘋果生產(chǎn)中科學(xué)施肥提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 取樣地點(diǎn)基本概況

保定市順平縣代表太行山蘋果主產(chǎn)區(qū)氣候、地貌和土壤母質(zhì)等基本狀況，秦皇島市青龍滿族自治縣、撫寧縣代表了燕山丘陵區(qū)，廊坊三河市代表了燕山山前平原區(qū)。

4區(qū)域均為暖溫帶季風(fēng)大陸性氣候，順平、三河、撫寧、青龍縣平均氣溫分別為12.2、11.1、10.1、7.9℃，年均降水量分別為578.0、617.4、730.7、715.6 mm。

1.2 研究方法

1.2.1 果園土壤養(yǎng)分定位監(jiān)測點(diǎn)

定位取樣：土壤養(yǎng)分定位監(jiān)測的果園20個，位于河北省保定市順平縣蘇家疃村（北緯38°51′～38°53′，東經(jīng)115°7′～115°8′）和陽各莊村（北緯38°53′～38°54′，東經(jīng)115°6′～115°7′）。兩個村果園均為1987年定植紅富士蘋果（實生砧木），株間、行間距為3 m×5 m。分別于1993、2003［5］、2018年蘋果收獲后（10月中旬～11月中旬）定位取土，測定土壤的養(yǎng)分變化和0～60 cm土體養(yǎng)分狀況。

土壤類型：潮褐土。

果園土壤養(yǎng)分現(xiàn)狀測定：順平、青龍、撫寧、三河果園樣點(diǎn)數(shù)分別為：100（包括上述土壤養(yǎng)分定位監(jiān)測20個樣點(diǎn)）、97、102、101個。2018年10月中到11月中旬取樣，樣點(diǎn)位置在樹冠投影外緣，分別取0～20、20～40、40～60 cm土壤，每個果園選取3個取樣點(diǎn)，3個樣點(diǎn)土樣混合為一個樣品。在所有樣品中選取小于10年樹齡、10～20、20～30、30～40年樹齡樣本各25個。

1.2.2 測定指標(biāo)及方法

測定項目：土壤全氮、有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀、有效鐵、有效鋅等，測定方法參考《土壤農(nóng)化分析》［10］。

1.3 數(shù)據(jù)來源

第二次土壤普查時期（1980～1985年）的土壤養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)來源于河北省土壤志［11］、保定市土壤志［12］、秦皇島市土壤志［13］、青龍縣土壤志［14］、撫寧縣土壤志［15］、三河縣土壤志［16］。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007及SPSS 19.0對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 蘋果園0～20 cm土層土壤養(yǎng)分現(xiàn)狀與變化

河北省蘋果園0～20 cm土層土壤養(yǎng)分現(xiàn)狀與變化如表1所示，結(jié)果表明：蘋果園0～20 cm土壤全氮含量在0.40～2.94 g/kg之間，平均值為1.16 g/kg，相比于全國第二次土壤普查高出0.43 g/kg，增長58.9%。全省蘋果園有機(jī)質(zhì)含量變幅在5.98～36.62 g/kg，平均值為17.99 g/kg，較第二次土壤普查高出6.49 g/kg，增長56.4%；有效磷含量變幅在5.43～474.87 mg/kg，平均含量為118.26 mg/kg，較第二次土壤普查高出111.96 mg/kg，增長幅度達(dá)到二次普查時期的17.8倍；速效鉀含量變化幅度在21.09～866.03 mg/kg，平均含量為329.70 mg/kg，較二次土壤普查時期高出201.7 mg/kg，較二次普查時期增長1.6倍；有效鐵含量變幅在2.12～49.46 mg/kg，平均含量為15.33 mg/kg，較第二次土壤普查高出7.13 mg/kg，高出第二次土壤普查87.0%；有效鋅含量變化幅度在0.35～10.60 mg/kg，平均含量為3.69 mg/kg，較第二次土壤普查高出3.16 mg/kg，比第二次土壤普查時增長6.0倍。

表1 不同地區(qū)蘋果園0～20 cm土壤養(yǎng)分現(xiàn)狀

撫寧、青龍、三河、順平0～20 cm土壤中有效磷與有效鋅含量的比例分別為47.2∶1、23.3∶1、22.8∶1、42.0∶1。全省有效磷與有效鋅的比例平均為32.0∶1，較全國第二次土壤普查時的11.9∶1有不同程度增長。

基于第二次土壤普查分級標(biāo)準(zhǔn)，對河北省果園土壤養(yǎng)分含量進(jìn)一步分析，果園有機(jī)質(zhì)與養(yǎng)分含量頻率分布如圖1所示，結(jié)果表明：蘋果園0～20 cm土層中全氮平均含量處于中等水平，全氮含量處于較缺與中等水平的果園分別占25.5%和44.5%，處于極缺與豐富水平的果園占比極低，分別為1.5%和3.5%。蘋果園有機(jī)質(zhì)平均含量處于較缺水平，處于較缺與中等水平的果園分別為60.3%和21.8%，處于極缺水平的果園僅占0.8%，較豐富及以上果園占9.8%。有效磷含量普遍偏高，其中有78.5%的果園有效磷含量為豐富水平，較豐富水平的果園占11.8%，中等水平果園占7.8%，僅有2.0%的果園中有效磷含量在較缺水平及以下。速效鉀含量在豐富水平以上的果園占61.8%，中等或較豐富水平果園占24.3%，較缺水平的果園占12.5%，僅有1.6%的果園速效鉀含量在缺失及以下水平。

圖1 土壤全氮、有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀含量的頻率分布

2.2 定位果園土壤養(yǎng)分在0～60 cm 土體的空間分布狀況

定位果園0～60 cm土層養(yǎng)分剖面分布如圖2所示，結(jié)果表明：果園中20～40、40～60 cm土層全氮、有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀、有效鐵、有效鋅含量占0～20 cm養(yǎng)分含量的比重隨著土層深度的增加逐漸減少。其中，小于10年樹齡的果園20～40、40～60 cm土層土壤全氮、有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀平均含量分別相當(dāng)于0～20 cm土層的68.0%、59.0%、47.3%、77.1%和60.0%、50.0%、29.7%、65.0%；果園種植10～20年的果園，20～40、40～60 cm土層中全氮、有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀、有效鐵、有效鋅分別相當(dāng)于0～20 cm土層的56.1%、51.2%、53.7%、83.9%、39.6%、13.3%和48.8%、45.4%、27.4%、24.3%、26.9%、10.0%；大于30年果園20～40、40～60 cm土層中全氮、有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀、有效鐵、有效鋅分別相當(dāng)于0～20 cm土層的64.4%、50.8%、59.8%、74.0%、44.9%、29.4%和52.5%、42.3%、27.0%、55.9%、27.9%、12.6%。

圖2 不同年限下果園0～60 cm土層中土壤養(yǎng)分及微量元素剖面分布

2.3 土壤養(yǎng)分的動態(tài)變化及相關(guān)性

土壤養(yǎng)分的動態(tài)變化如表2所示，結(jié)果表明：土壤全氮、有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀、有效鐵、有效鋅含量隨種植年限的增加呈直線上升趨勢，不同種植年限果園中，種植時間為30～40年的果園中0～20 cm土層土壤全氮、有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀、有效鐵、有效鋅平均含量比種植小于10年的果園分別高出1.48 g/kg、13.89 g/kg、111.82 mg/kg、278.32 mg/kg、14.34 mg/kg、3.39 mg/kg，各養(yǎng)分年均增長量分別約為0.05 g/kg、0.46 g/kg、3.73 mg/kg、9.28 mg/kg、0.48 mg/kg、0.11 mg/kg。

表2 蘋果園0～20 cm土層各養(yǎng)分含量與種植時間的關(guān)系

不同土層中有機(jī)質(zhì)含量與各養(yǎng)分含量的相關(guān)關(guān)系如表3所示，結(jié)果表明：果園0～40 cm土層土壤中有機(jī)質(zhì)含量與全氮含量呈極顯著相關(guān)關(guān)系，與有效鐵、有效鋅含量呈顯著相關(guān)關(guān)系，在0～20 cm土層土壤中有機(jī)質(zhì)與有效磷及速效鉀呈顯著相關(guān)關(guān)系。

表3 不同土層中有機(jī)質(zhì)含量與各養(yǎng)分含量的相關(guān)性分析

2.4 土壤pH值的狀況與變化

在不同種植年限的果園中不同土層pH值如表4所示，結(jié)果表明：隨著種植時間的增長，果園中不同土層土壤pH值均呈下降趨勢，在0～20 cm土層中，果園種植時間為20～30年時，較小于10年果園pH值下降0.43個單位，種植30～40年的果園土壤pH值對比20～30年果園下降0.66個單位；在20～40 cm土層中，20～30年果園土壤pH較小于10年果園下降0.17個單位，30～40年果園較20～30年果園則下降0.24個單位；在40～60 cm土層中，20～30年果園較小于10年果園土壤pH值下降0.13個單位，30～40年果園較20～30年果園下降0.14個單位。

表4 不同種植年限下各土層pH值變化

3 討論

3.1 果園磷鉀過量積累導(dǎo)致土壤養(yǎng)分失衡

土壤養(yǎng)分含量及合理比例是影響蘋果園高質(zhì)高產(chǎn)的重要因素［17-20］。研究結(jié)果表明，河北省蘋果園中全氮、有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀含量分別達(dá)到 1.16 g/kg、17.99 g/kg、118.26 mg/kg、329.70 mg/kg，根據(jù)全國第二次土壤普查養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)［21］來看，果園中全氮含量處于中等水平，有機(jī)質(zhì)含量處于較缺水平，有效磷、速效鉀含量均已達(dá)到并遠(yuǎn)超豐富水平。與前人研究結(jié)果［5，22］相比，當(dāng)今河北省蘋果園有機(jī)質(zhì)與全氮含量雖有所增長，但依舊處于中下水平，有效磷含量達(dá)到并遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過豐富水平標(biāo)準(zhǔn)，這與盧樹昌等［23］當(dāng)年調(diào)查的河北省80%果園磷素樣本處于盈余狀態(tài)相近，而盧樹昌等［22］當(dāng)年調(diào)查的河北省果園鉀肥投入相對不足的情況已得到改善，且果園中速效鉀含量普遍偏高。果園土壤中大量營養(yǎng)元素大幅度上升會影響到土壤中微量元素的有效性，尤其是土壤中有效磷的大幅度上升會對土壤中有效鋅、有效鐵的有效性產(chǎn)生負(fù)面影響，有研究表明［24］，在土壤中加入150 mg/kg的P2O5培養(yǎng)9個月后，土壤有效鋅降低17.8%，當(dāng)今條件下河北省果園有效磷含量普遍偏高，有效磷與有效鐵、有效鋅的比例較第二次土壤普查時期有了大幅度上升，這可能會造成果樹的生理性缺素，速效鉀含量過高也會影響果樹對其他元素的吸收。

3.2 土壤養(yǎng)分的縱向運(yùn)移

本次研究中隨著種植年限的增長，果園中0～20 cm土層全氮、有機(jī)質(zhì)以及速效養(yǎng)分含量呈上升趨勢，高義民［25］研究發(fā)現(xiàn)，隨著種植年限的增加，渭北旱塬地區(qū)蘋果種植區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)和速效養(yǎng)分含量均以增加趨勢為主，在定位實驗中同樣呈現(xiàn)此規(guī)律，陳翠霞等［3］也在研究中指出，老果園區(qū)土壤中有效養(yǎng)分含量要高于新果園區(qū)，本次研究與二人研究結(jié)果相近，而土壤全氮與有機(jī)質(zhì)變化趨勢相同，與其他研究［26］得出的結(jié)論類似。但在研究果園土壤養(yǎng)分隨種植年限增長的變化規(guī)律時，不同研究者得出不同結(jié)論，如在張義等［27］研究中表明，當(dāng)果樹種植年限超過19年后果園土壤肥力開始衰退，另有研究［28-29］卻表明隨著蘋果園樹齡的增加表層土壤全磷和土壤有效磷含量均呈增加的趨勢，而有機(jī)碳和全氮含量則呈下降趨勢；張麗娜等［30］、杜靜靜［31］則指出隨著果園樹齡的增長，果園土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷、銅、錳、鋅等都表現(xiàn)出先減后增的趨勢，在土壤表層中有效鐵、速效鉀和全氮含量也呈現(xiàn)出相同的趨勢，與本次研究結(jié)果并不相同，造成這一現(xiàn)象的原因可能是果農(nóng)對果園的管理措施不同；本次定位試驗中全氮、有機(jī)質(zhì)及速效養(yǎng)分含量隨種植年限的增長一直呈現(xiàn)上升趨勢，與本次河北省果園的調(diào)查結(jié)果一致。

本次定位試驗結(jié)果表明，在果園種植16年時，果園0～40 cm土層中發(fā)生土壤磷素富集，到種植31年后，果園中的磷素仍大量富集于0～40 cm土層，未發(fā)生明顯的下移，劉曉霞［32］研究也發(fā)現(xiàn)淺層土壤有效磷遠(yuǎn)高于深層，二者研究結(jié)果相似；土壤鉀素在種植16年時主要富集于0～40 cm土層，由于鉀素在土壤中移動性更強(qiáng)，果園在種植31年后，鉀素在40～60 cm土層中有明顯的富集，出現(xiàn)了富集層下移；在果園種植16年后，果園0～60 cm土層中全氮、有機(jī)質(zhì)有明顯上升，這與當(dāng)年果農(nóng)深施有機(jī)肥有重要關(guān)系，與0～60 cm土層有效鐵、有效鋅的增加也有一定關(guān)系。

4 結(jié)論

蘋果園土壤養(yǎng)分狀況為：0～20 cm土壤全氮、有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀、有效鐵、有效鋅含量分別為 1.16 g/kg、17.99 g/kg、118.26 mg/kg、329.70 mg/kg、15.33 mg/kg、3.69 mg/kg，年均增長量分別為0.01 g/kg、0.16 g/kg、2.80 mg/kg、5.04 mg/kg、0.18 mg/kg、0.08 mg/kg。

土壤全氮、有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀、有效鐵、有效鋅隨種植年限的增加呈直線上升趨勢。土壤有效磷、速效鉀積累速率顯著高于全氮、有機(jī)質(zhì)、微量元素的積累；20年以上樹齡果園0～20 cm土壤趨于酸化。