临安不同产区镇山核桃林地土壤肥力水平的变化研究

丁立忠 ，金 锦，汪智勇，周菊敏，童志鹏，周平山，马闪闪

（1.杭州市临安区农林技术推广中心，浙江 杭州 311300；2.浙江农林大学 环境与资源学院，浙江 杭州 311300；3.杭州市临安区龙岗镇人民政府，浙江 杭州 311300）

山核桃Carya cathayensis天然分布于我国浙、皖交界的天目山脉，是浙江省杭州市临安区、淳安县及安徽省宁国市、歙县等地的名优特产[1]。20 世纪90 年代以来，林农在山核桃生产过程中大量施用化肥、除草剂，增加了山核桃产量，降低了劳动力成本，杭州市临安区38 000 hm2的山核桃林，2018 年山核桃产量达1.36 万t，全产业链产值达37.1 亿元，但强度经营也带来了一系列问题，如生物多样性下降[2-3]、水土流失加剧[4-5]、病虫害频发[6-7]等。

当前，对山核桃林地土壤已开展了从多相关研究，如临安山核桃林地土壤pH 以河桥镇为最高，而有机质含量则以岛石镇为最高[8]；随着海拔升高，土壤pH 下降，而有机质含量上升[9]；花岗岩发育的土壤酸碱度最低，而有机质质量分数最高[10]；强度经营降低了土壤总有机碳、轻组有机碳和重组有机碳含量[11]，但增强了有机碳库的稳定性[12]；与2008 年相比，2013 年土壤水解氮和速效钾显著下降[13]，长期偏施氮肥，造成林地土壤酸化，土壤pH 平均仅为5.23，有效磷含量低于10 mg·kg-1的土壤占63%[14-15]。人为经营方式（如施肥、除草）的改变，直接影响山核桃林地土壤肥力水平的高低。本研究在2008 年杭州市临安区山核桃林地土壤肥力调查的基础上，每间隔5 年（即2013 年和2018 年）对典型山核桃林地土壤进行复位调查分析，有效掌握主产区镇土壤肥力水平长期动态变化规律，探讨人为经营对山核桃林地土壤肥力的影响，为区域山核桃林施肥管理提供科学指导和实践借鉴。

1 试验和材料

1.1 研究区概况

研究区位于浙江省杭州市临安区，地理坐标为118°51'～ 119°52' E，29°56'～ 30°23' N，年平均气温为16℃，极端最高气温为41.7℃，年平均降水量为1 351 mm。山核桃林平均分布在海拔50～ 800 m 的丘陵山地，土壤母岩为板岩、花岗岩、千枚岩和砂页岩等，主要土壤为油黄泥、黄红泥、钙质页岩土等。山核桃主产区不同镇的土壤机械组成如表1。

表1 山核桃主产区不同镇土壤机械组成Table 1 Soil mechanical composition under C.cathayensis stands in different towns

1.2 样品采集

室内样点确定方法：充分考虑样点的代表性和均匀性，按照1 km×1 km 网格布设确定土壤采样点（网格中为山核桃林分的点确定为样点），对采样点进行准确定位。

野外勘察及样品采集：于2008 年7 月山核桃林地施肥前，对临安山核桃主产区7 个镇的山核桃林开展土壤调查，根据样点图，利用GPS 导航和定位，同时，根据山核桃林地形等实际情况以及是否有利于长期跟踪复查，在主产区昌化镇、龙岗镇、岛石镇、河桥镇、太阳镇、湍口镇和清凉峰镇7 个镇设采样点共计254 个（表1）。在选定的典型样地上，按“Z”形布点并分别采集各样点0～ 20 cm 土样，将其混合成 1 个土壤样品，采用四分法留取1 kg 土样带回实验室。土壤样品经风干、过筛，供土壤pH、有机碳及速效养分测定。采样过程中同时记录各采样点山核桃林的立地条件、农户施肥管理习惯、山核桃产量等情况。

在2008 年山核桃样点布置和采样基础上，分别于2013 年7 月和2018 年7 月，根据均匀分布原则，复位调查该7 个镇254 个样点，采用相同方法采集并分析土壤样品。

1.3 分析方法

土壤机械组成用比重计法测定；土壤pH 用酸度计法（水土比为2.5∶1.0）测定；土壤有机碳采用硫酸—重铬酸钾外加热法；土壤水解氮采用碱解扩散法；土壤有效磷采用盐酸氟化铵浸提—分光光度法；土壤速效钾采用乙酸铵浸提—火焰光度法[16]。

1.4 数据处理

图表均采用Excel 2013、SPSS 19.0 对试验数据进行处理，采用单因素方差分析，利用Duncan’s 法对数据进行多重比较和差异显著性分析（P<0.05）。

2 结果与分析

2.1 山核桃林地土壤肥力水平总体变化

由表2 可以看出，2008－2018 年山核桃林地土壤pH 总体较低，呈现低-更低-升高的变化趋势，其中，2013年土壤pH 达到最低（5.29），2018 年土壤pH（5.77）比2013 年增加了9.1%，变化率达5.1%；近十年，林地土壤有机碳的含量变化较小，维持在19 g·kg-1左右的中等含量水平；土壤水解氮含量呈现高-降低-再降低的变化趋势，2008 年山核桃林地土壤水解氮含量最高，达198.57 mg·kg-1，2018 年水解氮含量比2008 年减少了123.61 mg·kg-1，变化率达－62.3%；同样，林地土壤有效磷含量逐步下降，磷有效性总体仍维持在较低水平；土壤速效钾含量变化趋势与土壤pH 类似，呈现高-低-高的变化趋势，其中，2018 年土壤速效钾含量比2013 年高94.3%。

表2 临安山核桃林地土壤肥力水平总体变化Table 2 Variation of soil fertility in C.cathayensis stands in Lin’an from 2008 to 2018

2.2 不同镇山核桃林地土壤pH 的变化

如图1 所示，2008－2018 年，7 个镇山核桃林地土壤pH 呈现不同程度的变化，但各镇山核桃林地土壤pH 在不同年份间均未达到显著性差异。其中，昌化镇山核桃林地土壤pH 呈连续下降趋势，而其它6 个镇山核桃林地土壤pH 表现为先下降后略有升高的趋势。这主要与2013 年以后，临安山核桃主产区大力倡导开展林地测土配方施肥、施用石灰等改良剂进行土壤酸碱度调节有关。

2.3 不同镇山核桃林地土壤有机碳含量的变化

由图2 可知，2008－2018 年，7 个镇山核桃林地土壤有机碳含量的变化不大，一般维持在15～ 20 g·kg-1。其中，昌化镇、河桥镇、清凉峰镇三个镇山核桃林地土壤有机碳含量呈连续升高趋势，龙岗镇、岛石镇山核桃林地土壤有机碳含量先下降后略有上升，太阳镇、湍口镇先略有提高后下降；同一镇的山核桃林地土壤有机碳含量在不同年份间没有显著性差异。2018 年各镇山核桃林地土壤有机碳含量的大小顺序为：龙岗镇>岛石镇>昌化镇>太阳镇>清凉峰镇>河桥镇>湍口镇。

图1 不同镇山核桃林地土壤pH 值的变化Figure 1 Change of soil pH in C.cathayensis stands in different towns of Lin’an

2.4 不同镇山核桃林地土壤水解氮含量的变化

由图3 可以看出，同一镇山核桃林地土壤水解氮含量在2008 年和2013 年之间均无显著变化且均维持在较高含量水平，说明2013 年之前林地土壤投入或残留的氮素数量（含量）仍然较高；同一镇林地土壤水解氮含量在2013 年和2018 年之间均呈显著下降趋势（P<0.05）。其中，昌化镇土壤水解氮含量降幅最大，由2008 年的217.6 mg·kg-1降低为2018 年的68.3 mg·kg-1，降幅达68.6%；湍口镇山核桃林地土壤水解氮含量略有升高而后显著下降，其它6 个镇山核桃林地土壤水解氮含量则呈连续下降趋势。

图2 不同镇山核桃林地土壤有机碳含量的变化Figure 2 Changes of soil organic carbon content in C.cathayensis stands in different towns of Lin’an

图3 不同镇山核桃林地土壤水解氮含量的变化Figure 3 Changes of soil hydrolyzable nitrogen in C.cathayensis stands in different towns of Lin’an

2.5 不同镇山核桃林地土壤有效磷含量的变化

从图4 可知，随着时间的推移，7 个镇山核桃林地土壤有效磷含量呈现不同的变化趋势，但各镇均呈较低或极低磷素水平。其中，太阳镇、湍口镇和清凉峰镇山核桃林地土壤有效磷含量始终处于过低水平，均不足5 mg·kg-1。

图4 不同镇山核桃林地土壤有效磷含量的变化Figure 4 Changes of soil available phosphorus in C.cathayensis stands in different towns of Lin’an

图5 不同镇山核桃林地土壤速效钾含量的变化Figure 5 Changes of soil available potassium in C.cathayensis stands in different towns of Lin’an

动态变化显示，昌化镇、河桥镇、湍口镇三个镇山核桃林地土壤的有效磷含量在2008、2013 和2018 年连续升高，同时，昌化镇与河桥镇在不同年份间的增幅均达显著差异水平（P<0.05），而湍口镇2008 年则显著低于2013 年和2018 年（P<0.05）；龙岗镇、太阳镇山核桃林地土壤有效磷含量则表现为先升高而后下降且2013年的增幅显著高于2008 年（P<0.05）；岛石镇、清凉峰镇山核桃林地土壤有效磷含量不断下降，岛石镇不同年份间均达到显著差异水平（P<0.05），清凉峰镇林地土壤有效磷含量在2018 年降至最低（2.2 mg·kg-1），比2008年下降了40.2%。

2.6 不同镇山核桃林地土壤速效钾含量的变化

由图5 可知，随着时间的推移，7 个镇山核桃林地土壤速效钾含量均呈先降低后升高的变化趋势。各镇2008年和2018 年土壤速效钾含量均高于90 mg·kg-1，钾素营养较充足，能够满足山核桃生长所需；7 个镇2013 年土壤速效钾含量降幅明显且均不足70 mg·kg-1，其中，岛石镇2013 年和2018 年山核桃林地土壤速效钾含量显著低于2008 年（P<0.05），2013 年河桥镇山核桃林地土壤速效钾含量显著低于2008 年和2018 年（P<0.05），其它镇在不同年份间则没有显著性差异。7 个镇2018 年山核桃林地土壤速效钾含量大小顺序为：河桥镇>太阳镇>昌化镇>龙岗镇>湍口镇>岛石镇>清凉峰镇。

2.7 山核桃林地土壤不同肥力指标间的相关分析

土壤中不同养分间存在动态平衡关系，且随着土壤中化学性质的变化而发生不同程度的变化。山核桃林地土壤肥力指标间相关关系如表3 所示。从表3 中可以看出，山核桃林地土壤pH 与土壤有机碳、水解氮、有效磷之间均呈显著（P<0.05）或极显著（P<0.01）负相关，随着水解氮含量的增加，土壤pH 呈极显著降低；土壤有机碳与水解氮、有效磷、速效钾之间均呈极显著正相关（P<0.01），土壤有机碳含量增加，能够有效活化土壤养分，提高土壤水解氮、有效磷和速效钾的有效性；土壤有效磷与水解氮、速效钾之间的正相关性也达到极显著水平（P<0.01）。

表3 土壤化学性质间的相关系数Table 3 Correlation coefficient among soil fertility parameters

3 讨论

林地土壤肥力水平变化对山核桃林健康生长和产量增加起关键作用[17]。山核桃林地土壤肥力水平的高低主要受海拔、母岩等自然环境的影响[9-10]，同时人为经营措施（施肥、生草管理等）也显著影响着山核桃林地土壤肥力水平[12]。有机碳是土壤肥力的重要载体之一，对提高土壤养分含量和有效性等方面均有着重要作用[18]。生态化经营方式可以显著提高土壤有机碳含量[19]。与2013 年相比，2018 年临安区山核桃林地土壤有机碳含量增加了5.3%，这主要是由于近年来临安区山核桃林大力禁用除草剂，推广林下套种绿肥，实行人工劈草等生态化种植管理技术，使山核桃林下灌、草植被生长茂盛，每年通过凋落物归还、细根周转和根系分泌等向土壤归还大量有机质，从而增加了林地土壤有机碳含量。这与钱进芳[20]等的定位研究结果一致，即林下留养自然杂草2年后，山核桃林地土壤有机碳含量升高了12.9%。

施用石灰是改良酸性土壤的有效手段之一，可以显著降低土壤酸度，提高土壤pH 值[21]。与2013 年相比，2018 年山核桃林地土壤pH 提高了9.1%（土壤pH 5.77），这主要是由于近年来林农为缓解山核桃林地土壤酸化，在林地中逐渐增施生石灰及其他土壤改良剂，使土壤pH 值逐步提高，这与刘军[22]等在早竹Phyllostachys violascens林中施用生石灰显著提高了土壤pH 值的研究结果是一致的。

施肥对作物生长和产量增加效应显著，施肥量的多少直接影响土壤速效氮、磷、钾含量[23]，土壤肥力水平过高或过低均影响山核桃健康生长。3 次固定位点山核桃7 个主产区镇林地土壤肥力指标显示，山核桃林地土壤速效养分呈现不同程度的下降趋势，这可能是由于2008 年之前山核桃林地经营以高投入（化肥等生产资料）、高收益为主，常年大量施用化肥，土壤养分不断累积使肥力水平一直维持在较高水平；2008 年以来，以山核桃干腐病Boftyophaeria dotidee、山核桃根系死亡等为代表的山核桃林退化现象不断发生，使部分山核桃林出现零星和连片衰败、死亡症状[24]，林农认为施肥过量是导致山核桃干腐病流行及树木死亡的重要原因之一，因此大量降低山核桃林肥料施用量或不再进行施肥，土壤中的养分随着山核桃收获而被带出林地；同时，山核桃林在坡陡、裸露地表发生的水土流失也造成了养分的损失，使山核桃林地土壤速效养分尤其是水解氮含量下降明显。为保持土壤肥力水平较好地供给山核桃林生长所需，今后在山核桃经营过程中仍需加大力度推广测土配方施肥，实施“缺什么补什么，缺多少补多少”的土壤养分精准管理，有效避免林地施肥过量及养分不足现象。

科学施用氮肥，增施钾肥和提高土壤磷素有效性，积极调整施肥理念和施肥结构仍然是山核桃林地发展亟需解决的问题。山核桃主产区不同镇在土壤类型、海拔、坡度等方面存在差异，同时，不同镇施肥在管理措施和施肥习惯上存在差别，因此，需要在结合不同镇林地情况进行土壤测试的基础上，开展和推广测土配方施肥技术，因地制宜制定施肥管理对策，以实现临安山核桃产业科学健康发展。

4 结论

临安区山核桃主产区7 个镇2018 年山核桃林地土壤pH 平均为5.77，较2008 年和2013 年略有提高；土壤有机碳平均含量为19.52 g·kg-1，各镇间无显著差异；土壤水解氮含量均呈过高-高-过低趋势；土壤有效磷含量普遍较低，均不能满足山核桃正常生长需求，土壤磷有效性有待提高；土壤速效钾平均含量为99.93 mg·kg-1，其中，岛石镇、湍口镇和清凉峰镇3 个镇的土壤速效钾有待提高。施肥数量和施肥结构对山核桃林地土壤pH和林地土壤养分丰缺有重要影响。建议在临安区山核桃主产区7 个镇因地制宜制定区域施肥对策：科学施用氮肥，重视钾肥施用，提高磷肥利用率，推广测土配方施肥技术，推进山核桃林地土壤肥力均衡供给和山核桃产业健康发展。