張述強，姚志龍

（隴東學院農(nóng)林科技學院，甘肅慶陽 745000）

0 引言

果園土壤有機質(zhì)中通常含有植物所需的各種營養(yǎng)成分，特別是土壤氮素養(yǎng)分含量較高。果園土壤的有機質(zhì)為果樹的生長發(fā)育提供了大量的營養(yǎng)元素和生理活性物質(zhì)，與果樹的產(chǎn)量、果實的品質(zhì)等有密切關系，是慶陽市果園高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)水果生產(chǎn)的基本條件[1]。提高慶陽市果園土壤有機質(zhì)含量是穩(wěn)定慶陽市果園土壤肥力的關鍵[2-3]。同時，果園土壤氮素中的全氮、堿解氮與有機質(zhì)含量緊密相關，土壤中有機質(zhì)含量的高低直接影響氮素的綜合供應與利用水平。但是果園土壤有機質(zhì)含量下降目前在世界以及中國都普遍存在[2-4]。研究結(jié)果表明，當前制約中國蘋果產(chǎn)業(yè)穩(wěn)定和可持續(xù)發(fā)展的主要問題之一是果園土壤中的有機質(zhì)含量較低[5]。據(jù)進一步調(diào)查結(jié)果顯示，慶陽市所有果園的土壤有機質(zhì)含量仍在中、低標準的含量范圍內(nèi)。目前中國存在的主要土壤環(huán)境問題是有機肥料不足與高度依賴化肥，而疏于對有機肥的利用和投入，致使果園土壤中的有機質(zhì)含量增幅緩慢，嚴重影響和制約了慶陽地區(qū)果園土壤肥力的提高與土壤質(zhì)量的改善。果園土壤有機質(zhì)和土壤氮素相關性是慶陽地區(qū)衡量果園土壤綜合利用肥力和果園土壤質(zhì)量的重要環(huán)境科學依據(jù)，也是世界碳循環(huán)的重要源和匯，更是土壤科學、環(huán)境科學研究的熱點之一[6]。同時土壤有機質(zhì)和土壤氮素也是中國土壤物質(zhì)構(gòu)成中有機質(zhì)的重要物質(zhì)組分，盡管它們僅占土壤有機質(zhì)總量的很小一部分，但在提高土壤的肥力、環(huán)境的保護、農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展等各個方面有著重要的作用和意義[7-8]。土壤有機質(zhì)和氮素含量直接影響土壤的耐肥性、保墑性、緩沖性、耕性、通氣狀況和土壤溫度等，也直接影響中國土壤的肥力[9]。同時土壤有機質(zhì)的數(shù)量與質(zhì)量變化是制約土壤肥力與土壤環(huán)境質(zhì)量的最重要因素，也是制約土壤理化性質(zhì)（如土壤水分、通氣狀況、抗蝕能力、供肥保肥能力、有效養(yǎng)分吸收等）的一個關鍵因素[10]。氮是各種植物生長和發(fā)育所需的大量營養(yǎng)元素，是決定和調(diào)節(jié)中國陸地生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)量、結(jié)構(gòu)和其功能的重要關鍵元素[11]。因此，了解研究本區(qū)域土壤中的有機質(zhì)、全氮、堿解氮的含量，不僅可以作為施肥的依據(jù)和參考，還有助于判斷土壤肥力程度，制定相應的施肥與增產(chǎn)措施。

本研究以慶陽地區(qū)果園土壤為研究對象，對果園土壤中的有機質(zhì)和土壤氮素養(yǎng)分的相關性進行了試驗和分析，研究了果園土壤中不同土層的有機質(zhì)與全氮、堿解氮以及全氮和堿解氮之間的相關性，尋找有機質(zhì)和土壤氮素的空間分布變化規(guī)律，以期為果園土壤的可持續(xù)利用和蘋果產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)的概況

慶陽市位于甘肅省最東部，陜甘寧三省區(qū)的交匯處，系西北黃河中下游黃土高原溝壑區(qū)，位于35°15′—37°10′N，106°20′—108°45′E，海拔885～2082 m，屬西北中下游黃土高原蘋果生產(chǎn)優(yōu)勢區(qū)，土層深厚，氣候溫和，雨量適中，光照充足，晝夜光照溫差大，自然條件得天獨厚，非常適宜蘋果等果樹的生長，群眾和農(nóng)民素有在莊前屋后就地栽植果樹的生活習慣。同時慶陽市紅富士蘋果是蘊涵了中國隴東地區(qū)黃土高原獨特風情的金秋佳果，產(chǎn)于符合農(nóng)業(yè)部優(yōu)勢蘋果區(qū)劃栽培的最佳產(chǎn)區(qū)和優(yōu)生帶，氣候和地理條件完全符合農(nóng)業(yè)部優(yōu)勢蘋果生產(chǎn)的7項生態(tài)指標和6項輔助指標，是主要生產(chǎn)中國優(yōu)質(zhì)紅富士優(yōu)勢蘋果的適生區(qū)，其中以果實硬度大、色澤鮮艷、蠟質(zhì)層厚、酸甜適度、耐貯耐運、食用安全等特點而著稱。

1.2 樣品的采集與處理

2017—2019年，連續(xù)3年于每年春夏之交的3—5月，定點在慶陽蘋果主產(chǎn)縣的30個果園，隨機采取0～20 cm和20～40 cm土層土樣60個，按標準進行土壤樣品預處理，測定土壤有機質(zhì)含量、全氮含量以及堿解氮含量，按果園和土層分別求3年平均值進行空間分布變異分析和相關性分析。

1.3 分析方法

土壤有機質(zhì)用重鉻酸鉀容量法—外加熱法；全氮采用半微量凱氏定氮法；堿解氮采用堿解擴散法[12]。

1.4 數(shù)據(jù)處理方法

使用Excel軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 果園土壤有機質(zhì)和氮素養(yǎng)分空間分布分析

由表1可得，慶陽地區(qū)果園土壤由于土層深度不同果園土壤的有機質(zhì)含量隨深度變化的范圍分別是0～20 cm 為 6.74～32.7 g/kg，平均有機質(zhì)含量約為14.7 g/kg，變異系數(shù)為29.60%，20～40 cm的含量為5.64～22.7 g/kg，平均有機質(zhì)含量約為11.6 g/kg，變異系數(shù)為28.87%；全氮含量的變化范圍分別是0～20 cm的為0.49～1.94 g/kg，平均全氮含量為1.0 g/kg，變異系數(shù)為26.04%，20～40 cm全氮含量為0.4～1.43 g/kg，平均全氮含量為0.8 g/kg，變異系數(shù)為22.98%；堿解氮含量的變化范圍分別0～20 cm為37.8～136.5 mg/kg，平均堿解氮含量為71.8 mg/kg，變異系數(shù)為28.9%，20～40 cm的為17.8～98.2 mg/kg，平均堿解氮含量為49.7 mg/kg，變異系數(shù)為37.7%。變異系數(shù)的大小一般是指該地區(qū)土壤養(yǎng)分屬性空間變異性大小，變異系數(shù)小于10%為土壤弱變異性，變異系數(shù)大于100%時為土壤強變異性，在這兩者之間土壤呈中等變異性，從表1中的土壤變異系數(shù)可獲得，該區(qū)土壤的有機質(zhì)、全氮以及堿解氮的土壤養(yǎng)分變異系數(shù)均很大，說明這些土壤養(yǎng)分之間都具有一定的養(yǎng)分屬性空間，具有一定程度變化的變異性，均屬于中等變異性的土壤類型[13]。另外，通過表2可直接獲得全國第二次土壤普查的養(yǎng)分含量分級標準。該研究區(qū)果園土壤的有機質(zhì)、全氮以及堿解氮的養(yǎng)分含量在0～20 cm和20～40 cm的土層間都屬于中等偏下的水平。

表1 果園土壤養(yǎng)分含量及變異性分析

表2 全國第二次土壤調(diào)查養(yǎng)分分類標準

2.2 有機質(zhì)含量的變化

圖1 不同土層有機質(zhì)的含量變化結(jié)果表明，0～20 cm果園土壤的有機質(zhì)平均含量為14.7 g/kg，其中11號果園土壤的有機質(zhì)含量最高為32.7 g/kg，26號果園土壤有機質(zhì)含量最低為6.74 g/kg。20～40 cm土壤有機質(zhì)平均含量為11.6 g/kg，第11號果園土壤有機質(zhì)含量最高為22.7 g/kg，26號果園土壤有機質(zhì)含量最低為5.64 g/kg。隨著果樹種植年限的增加，土壤深度的不同，土壤的有機質(zhì)也會發(fā)生變化。以胥繼東等[14]對渭北旱塬果園研究表明，在果樹栽培期間，0～20 cm土壤有機質(zhì)含量約在14 g/kg左右；但20 cm以下各土層有機質(zhì)呈現(xiàn)出隨園齡的增加，土壤有機質(zhì)含量明顯減少。這與果樹種植年限、不同果園施肥量以及果園有機質(zhì)增加而積累在土壤表層有關，使得土壤有機質(zhì)隨土層深度的增加，有機質(zhì)的積累量逐漸減少[15]。

圖1 果園土壤有機質(zhì)含量的變化

2.3 全氮含量的變化

圖2 不同土層全氮含量變化結(jié)果表明，0～20 cm果園土壤全氮含量平均為1.0 g/kg，其中11號果園土壤全氮含量最高為1.94 g/kg，26號果園土壤全氮含量最低為0.49 g/kg。20～40 cm果園土壤全氮平均含量為0.8 g/kg，11號果園土壤全氮含量最高為1.43 g/kg，26號果園土壤全氮含量最低為0.4 g/kg。這表明，果園土壤的全氮含量隨著土壤深度的增加而減少。

圖2 蘋果土壤全氮含量的變化

2.4 堿解氮含量的變化

圖3 是不同土層堿解氮含量的變化，結(jié)果為0～20 cm果園土壤的堿解氮平均含量為71.8 mg/kg，其中11號果園土壤的堿解氮含量最高，為136.5 mg/kg，26號果園土壤的堿解氮含量最低，為37.8 mg/kg。20～40 cm果園土壤的堿解氮平均含量為49.7 mg/kg，其中11號果園土壤的堿解氮含量最高為98.2 mg/kg，26號果園土壤的堿解氮含量為最低17.8 mg/kg。說明0～20 cm的土壤堿解氮含量比20～40 cm的土壤堿解氮含量在數(shù)值上高很多，這與果農(nóng)對不同果園使用的氮肥有關。

圖3 果園土壤堿解氮含量的變化

2.5 果園土壤有機質(zhì)含量與氮素養(yǎng)分的相關性

2.5.1 土壤有機質(zhì)含量與全氮含量的相關性 如圖4、5所示，土壤的有機質(zhì)和土壤的全氮含量的30組數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示，0～20 cm土壤的有機質(zhì)含量與土壤的全氮含量之間的相關性系數(shù)為R2=0.940，線性回歸方程為y=0.055x+0.140；20～40 cm土壤的有機質(zhì)含量與土壤的全氮含量之間的相關性系數(shù)為R2=0.721，線性回歸方程為y=0.045x+0.250。R2范圍是0～1，R2的值越靠近1，其擬合度越高，越接近0，則擬合度越低。研究表明0～20 cm和20～40 cm土層土壤的有機質(zhì)含量和土壤的全氮含量的R2值都接近1，其吻合度很高，果園土壤的有機質(zhì)含量變化對土壤全氮含量有很大影響。從圖4和圖5的2個土壤的有機質(zhì)和全氮關系圖來看，樣品的總有機質(zhì)含量和全氮含量之間的相關性較高，0～20 cm土層和20～40 cm土層土壤的有機質(zhì)和全氮含量都有較好的正向線性相關關系。簡單的說，土壤的有機質(zhì)含量與土壤的全氮含量有很高的相關性。但根據(jù)土壤層次的不同，利用方法的差異和施肥方法的差異，對相關性和分析會有很大的影響。土壤的全氮變異可能是因為土壤有機質(zhì)變化引起的[16]。

圖4 土壤有機質(zhì)(x)和土壤全氮(y)線性相關性(0～20 cm)

圖5 土壤有機質(zhì)(x)和土壤全氮(y)線性相關性(20～40 cm)

2.5.2 土壤有機質(zhì)含量與堿解氮含量的相關性 如圖6、7所示，分析了土壤有機質(zhì)與土壤的堿解氮含量的30組相關數(shù)據(jù)，結(jié)果顯示0～20 cm之間土壤的有機質(zhì)含量與土壤的堿解氮含量之間的相關性系數(shù)為R2=0.414，線性回歸方程為y=3.061x+26.65；20～40 cm果園土壤的有機質(zhì)含量與土壤的堿解氮含量之間的相關性系數(shù)為R2=0.158，線回歸方程為y=2.237x+23.84。這表明0～20 cm和20～40 cm果園土壤的有機質(zhì)和土壤堿解氮的R2值都接近0，擬合度很差。果園土壤有機質(zhì)含量的變化對土壤堿解氮含量的變化影響不大。

圖6 土壤有機質(zhì)(x)和土壤堿解氮(y)線性關系(0～20 cm)

圖7 土壤有機質(zhì)(x)和土壤堿解氮(y)線性相關性(20～40 cm)

2.5.3 土壤全氮的含量與堿解氮含量的關系 圖8、9的結(jié)果表明，通過分析土壤全氮與土壤堿解氮含量的30組數(shù)據(jù)可知，0～20 cm果園土壤全氮的含量與土壤堿解氮的含量之間的相關系數(shù)為R2=0.441，一次回歸方程為y=55.28x+18.83；20～40 cm果園土壤全氮的含量與土壤堿解氮的含量之間的相關系數(shù)為R2=0.298，一次線性回歸方程為y=57.47x+5.141。這說明0～20 cm和20～40 cm果園土壤的全氮與土壤的堿解氮的R2值都接近0，吻合度很低。果園土壤全氮含量的變化對土壤堿解氮含量變化影響很小。造成這種現(xiàn)象的主要原因是由于果園土壤目前大多實行的都是高度密集的集約化生產(chǎn)經(jīng)營，果樹在吸收土壤養(yǎng)分中大量氮素時，受土壤氮肥使用量的影響更大而忽略了其他肥料的均衡配合使用。

圖8 土壤全氮(x)和土壤堿解氮(y)線性相關性(0～20 cm)

圖9 土壤全氮(x)和土壤堿解氮(y)線性相關性(20～40 cm)

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

慶陽果園土壤有機質(zhì)含量、全氮含量和堿解氮含量均表現(xiàn)為0～20 cm土層＞20～40 cm土層。不同土層土壤有機質(zhì)和全氮含量的變異系數(shù)相對穩(wěn)定，都表現(xiàn)為0～20 cm土層＞20～40 cm土層，且土壤有機質(zhì)、全氮含量的變異性均屬于中等偏低水平。

不同土層間土壤有機質(zhì)含量與全氮含量之間的相關性都表現(xiàn)為極顯著，0～20 cm土層土壤的有機質(zhì)含量與堿解氮含量、全氮含量與堿解氮含量之間相關性都表現(xiàn)為顯著，而20～40 cm土層土壤有機質(zhì)含量與堿解氮含量、全氮含量與堿解氮含量之間的相關性都不顯著。

3.2 討論

不同果園土壤的有機質(zhì)含量、全氮含量和堿解氮含量的差異：慶陽地區(qū)不同果園土壤的有機質(zhì)含量、全氮含量和堿解氮含量都在中等偏低水平，且果園不同土層的土壤有機質(zhì)含量、全氮含量和堿解氮含量也不相同。其原因有如下幾點：（1）果樹栽培年限的不同；（2）果園栽培模式不同；（3）施肥方式和施肥量的不同；（4）土壤耕作管理模式不同。由于大量的勞動力外出，當?shù)仞B(yǎng)殖業(yè)發(fā)展緩慢，有機肥料不足，許多果農(nóng)只重視化肥的利用，忽視有機肥使用，使得果園土壤有機質(zhì)及其相關的土壤全氮含量普遍較低，且不同果園差異較為明顯。

不同土層有機質(zhì)與氮素養(yǎng)分的差異：有機質(zhì)含量偏低是中國蘋果主產(chǎn)區(qū)目前存在的主要問題。研究分析得，0～20 cm土層土壤有機質(zhì)與氮素養(yǎng)分的相關性均高于20～40 cm土層。造成這一現(xiàn)象的主要原因有：一是施肥時肥料都在土壤表層；二是下層土壤有機質(zhì)分解轉(zhuǎn)化的條件差或者下層土壤有機質(zhì)本身含量低，而且還受外來氮素的影響較大，因為季節(jié)性集中降水使部分可溶性氮（主要是硝態(tài)氮和一些小分子氨基酸）滲透到下層，甚至一些銨態(tài)氮在強降雨的情況下也會淋溶到下層，在其基數(shù)很小的情況下，一個很小的干擾因子可能會影響其相關性。

果園土壤有機質(zhì)與全氮呈現(xiàn)極顯著線性相關。土壤中的全氮養(yǎng)分主要來自土壤有機質(zhì)的含氮化合物，不管是土壤有機質(zhì)還是土壤全氮，在一定的生態(tài)條件和土壤條件下，是相對穩(wěn)定的肥力性狀，施肥尤其是化學肥料對其影響微乎其微。

果園土壤的有機質(zhì)和全氮含量對堿解氮含量的影響：堿解氮含量的多少決于有機質(zhì)含量以及施入化學氮肥的量[19]。果樹營養(yǎng)生長對氮素的需求量較大，但黃土高原果園土壤普遍缺乏有機質(zhì)，所以土壤天然供應速效氮量很少，人為施肥對果園速效氮含量影響相對較大，而且不同果園化學氮肥施用量和施用方式存在較大差異，再加之不同果園土壤有機質(zhì)的積累量以全氮的利用率也存在較大差異[20]。導致了土壤有機質(zhì)、土壤全氮與堿解氮含量之間的相關性不甚顯著。

果園土壤的有機質(zhì)含量和氮素養(yǎng)分都是衡量土壤肥力及土壤質(zhì)量的一項重要指標。因此增加果園氮素營養(yǎng)和有機質(zhì)含量是必不可少的。增加的方法：（1）多施用有機肥，如腐熟的畜禽糞便、堆肥等各種農(nóng)家肥，以提高有機質(zhì)和全氮的含量；（2）利用無害化處理的果樹落葉及殘枝，可制作成自制有機肥返還果園土壤，變廢為寶，綠色循環(huán)利用。