黄河流域主要梨园土壤养分丰缺状况①

董彩霞，谢昶琰，李红旭，王东升，王少敏，徐凌飞，郭黄萍，徐阳春*

黄河流域主要梨园土壤养分丰缺状况①

董彩霞1，谢昶琰1，李红旭2，王东升3，王少敏4，徐凌飞5，郭黄萍6，徐阳春1*

(1 南京农业大学江苏省固体有机废弃物资源化高技术研究重点实验室/江苏省有机固体废弃物协同创新中心/教育部资源节约型肥料工程技术研究中心，南京 210095； 2 甘肃省农业科学院果树科学研究所，兰州 730070；3 河南省农业科学院园艺研究所，郑州 450002；4 山东省果树研究所，山东泰安 271000；5 西北农林科技大学园艺学院，陕西杨凌 712100；6 山西省农业科学院果树研究所，山西太谷 030815)

在国家梨产业技术体系黄河流域5个综合试验站224个主产区梨园，采集树冠滴水线下0 ~ 20 cm 土样用于土壤理化性状的分析。结果表明：除泰安试验站有20.0% 梨园土壤pH处于3.95 ~ 5.34外，其余4个试验站梨园土壤pH均在6.62 ~ 7.82；90% 以上梨园土壤有机质含量低于20 g/kg，其中24.1% 梨园有机质含量低于10 g/kg。62.1% 梨园土壤碱解氮含量低于60 mg/kg，且绝大多数低于90 mg/kg；约18% 梨园土壤有效磷含量低于15 mg/kg，而43.3% 梨园高于40 mg/kg；17.4% 梨园土壤有效钾含量低于100 mg/kg，但有41.1% 梨园高于200 mg/kg：梨园土壤有效磷钾富集现象明显。梨园土壤交换性钙、镁含量均较高，平均值分别达3 073 mg/kg和219.8 mg/kg。土壤微量元素含量表现为：75% 梨园有效铁含量低于10 mg/kg，27% 左右梨园有效锰含量低于7 mg/kg，29.2% 梨园有效铜含量低于1 mg/kg，30% 左右梨园有效锌含量低于1 mg/kg；有效硼含量在0.25 ~ 1.0 mg/kg及>1 mg/kg范围的梨园分别约占57.6% 和27.2%。针对上述梨园土壤养分含量特征，建议黄河流域梨栽培中应加强有机肥或有机物料的投入，提高土壤有机质含量，适量施用磷钾肥，重视补充微量元素铁、锰、锌、硼等。

黄河流域；梨园；土壤；养分丰缺

近年来，我国梨园快速发展。最新统计数据显示，我国梨栽培面积和产量分别占世界总栽培面积和总产量的69.1% 和68.4%，稳居世界首位[1-2]，主产区主要集中于华北与黄河流域[3]。梨园土壤的养分状况直接影响梨树的生长状况和果实品质，适宜的土壤养分含量对梨树生长至关重要，是制定梨园土壤养分管理和合理施肥方案的重要依据之一[3]。有研究[4-5]指出，近年来由于不合理施肥带来了诸多土壤养分问题。河北省果园主要以尿素和复合肥形式投入氮肥，以普钙、二铵和三元复合肥形式投入磷肥[6]，这些肥料的过量投入不仅造成农民经济上的损失，而且引起水体富营养化，并在一定程度上降低果实品质[7-9]。钙是植物需要量较大的元素之一，缺钙时易出现早衰、果皮枯斑、果心发黄，甚至果肉坏死等现象[10-12]。梨果实缺钙易出现“鸡爪病”[13]，但导致果实缺钙的因素却很复杂，多数情况下土壤并不缺乏有效钙，因此在这种情况下叶面喷施钙肥效果优于土壤施用。微量元素虽然需求量很少，但其含量的高低严重影响作物产量与品质[14]。有研究[15]发现，土壤缺铜抑制茶树根系生长，缺锌易导致茶树叶片脱落，缺铁会造成茶树叶片失绿等缺素症状。目前，仍有相当多梨产区采用传统的土肥水管理方式，如大水漫灌和凭经验施肥，导致梨园病虫害和果实生理病害愈加严重、果实品质下降[2]。本文通过对国家梨产业技术体系黄河流域5个综合试验站224个主产区梨园土壤养分含量进行综合分析，以期为黄河流域梨园合理施肥和养分管理提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 土壤样品采集

国家梨产业技术体系在黄河流域地区有5个综合试验站，每个试验站选择3 ~ 5个示范县，共224个梨园进行土样采集(表1)。2011年10月将梨园按照“S”形布点，在树冠滴水线下对角采集0 ~ 20 cm 深混合土样，除去石块、根系等杂质，5 ~ 10 个采样点的土壤混合均匀后用4分法留取 1 kg 左右样品带回实验室。土样经风干、研磨、过20目筛后用于pH及各种有效养分含量分析，以及过100目筛供土壤有机质含量的测定。

表1 黄河流域各试验站梨园采样点分布状况

1.2 测定方法

土壤理化指标测定[16]：pH采用标准型PB-10 pH计测定(水土质量比为2.5∶1)；有机质采用重铬酸钾–浓硫酸外加热法测定；碱解氮采用H3BO3指示剂，1 mol/L NaOH碱解扩散法测定；有效磷采用 0.5 mol/L NaHCO3浸提–钼锑抗比色法测定；有效钾和交换性钙镁采用1 mol/L醋酸铵浸提法测定，有效态铁、锰、铜、锌采用0.005 mol/L DTPA浸提法提取，有效硼采用李坤等[17]的沸水浸提法提取，浸提液中各微量元素均用ICP-OES(电感耦合等离子体发射光谱仪)法测定。

1.3 数据处理

参照全国第二次土壤普查中的分级标准[18]分析土壤碱解氮、有效磷和有效钾含量，参照李美桂等[19]标准分析微量元素铁、锰、铜、锌、硼的适宜值。采用 SPSS 20.0 统计分析软件对数据进行分析和Pearson相关性分析，Origin 9.1 和Microsoft excel 2007进行图表制作。

2 结果与分析

2.1 梨园土壤pH

由图1可知，兰州、杨凌、太谷、郑州和泰安5个试验站梨园土壤pH范围分别为7.50 ~ 7.82、7.04 ~ 7.62、7.32 ~ 7.76、7.15 ~ 7.41和3.95 ~ 7.48，平均值分别为7.70、7.44、7.60、7.33和6.65。除泰安站有少数梨园土壤pH较低外，其他试验站主要梨园土壤pH均在6.5以上。各试验站中，pH在6.5 ~ 7.5的梨园比例为郑州站(100.0%)>泰安站(80.0%)>杨凌站(51.6%)>太谷站(11.9%)；pH>7.5的梨园比例为兰州站(100.0%)>太谷站(88.1%)>杨凌站(48.4%)。泰安站有20.0% 的梨园土壤pH为3.95 ~ 5.34。整体上看，黄河流域梨主产区4.5% 的梨园土壤pH<6.5；土壤pH在6.5 ~ 7.5的梨园占43.8%；51.7% 的梨园pH>7.5。

2.2 梨园土壤有机质含量

土壤有机质是土壤肥力的重要指标。黄河流域梨园土壤有机质含量的差异较明显(图2)，有机质含量最高的是泰安站，兰州、杨凌站次之，郑州站表现最低。各试验站中，有机质含量低于10 g/kg的梨园比例表现为郑州站(62.8%)> 太谷站(32.2%)> 泰安站(16.0%)> 兰州站(8.2%)> 杨凌站(3.2%)；有机质含量在10 ~ 20 g/kg的梨园比例为杨凌站(90.3%)> 兰州站(75.5%)> 太谷站(67.8%)> 泰安站(64.0%)> 郑州站(37.2%)，太谷站和郑州站梨园土壤有机质含量均低于20 g/kg；而有机质含量高于20 g/kg的梨园中以泰安站最多(20.0%)，兰州站次之(16.3%)。整体来看，黄河流域90% 以上的梨园有机质含量低于20 g/kg，其中24.1% 的梨园有机质含量低于10 g/kg。

2.3 梨园土壤大量元素含量

2.3.1 梨园土壤碱解氮含量 由图3可知，黄河流域99.6% 的梨园土壤碱解氮含量低于90 mg/kg，其中62.1% 的梨园低于60 mg/kg，29.0% 的梨园处于60 ~ 90 mg/kg。各试验站中，碱解氮含量在30 ~ 60 mg/kg的梨园比例为兰州站(71.0%)>太谷站(62.7%)>郑州站(51.0%)>杨凌站(42.0%)>泰安站(24.0%)；碱解氮含量在60 ~ 90 mg/kg的梨园比例为杨凌站(52.0%)>泰安站(46.0%)>兰州站(20.0%)>郑州站(17.0%)>太谷站(16.9%)。

2.3.2 梨园土壤有效磷含量 由图4可以看出，杨凌站梨园土壤有效磷含量最高(均高于15 mg/kg)，泰安站次之，太谷站最低。太谷、兰州、郑州和泰安4站土壤有效磷含量低于15 mg/kg的梨园比例分别为37.3%、22.4%、17.1% 和2.0%，高于40 mg/kg的梨园比例分别为杨凌站(87.1%)>泰安站(78.0%)>兰州站(32.6%)>郑州站(20.0%)>太谷站(13.5%)。整体来看，黄河流域有17.9% 的梨园有效磷含量低于15 mg/kg，土壤磷素供应不足，应加大磷肥的投入；而有效磷含量高于40 mg/kg的梨园有43.3%，有效磷富集现象明显。

2.3.3 梨园土壤有效钾含量 图5显示，杨凌站梨园土壤有效钾含量最高，兰州站次之，郑州站最低。各试验站中，有效钾含量低于100 mg/kg的梨园比例为郑州站(45.7%)>太谷站(22.0%)>泰安站(16.0%)>兰州站(4.1%)；有效钾含量在100 ~ 150 mg/kg的梨园比例为泰安站(32.0%)>郑州站(22.9%)>兰州站(22.4%)>太谷站(22.0%)；有效钾含量高于200 mg/kg的梨园比例以杨凌站最多(高达93.5%)，兰州、太谷和泰安站分别为44.9%、32.3% 和32.0%，郑州站占比最少(17.1%)。整体来看，黄河流域土壤有效钾含量低于100 mg/kg的梨园占17.4%，41.1% 的梨园有效钾存在富集现象(高于200 mg/kg)。

2.4 梨园土壤交换性钙镁含量

从泰安站来看，土壤交换性钙含量低于1 000 mg/kg的梨园占有16%，1 000 ~ 2 000 mg/kg 的梨园占有26%(表2)。其余4站除太谷站有1.7% 的梨园交换性钙含量处于1 000 ~ 2 000 mg/kg，其他梨园均高于2 000 mg/kg。各试验站中，土壤交换性钙含量高于3 000 mg/kg的梨园比列分别为杨凌站(100.0%)>兰州站(97.9%)>太谷站(96.6%)>郑州站(45.7%)>泰安站(16.0%)。总体上，研究区约有90% 的梨园土壤交换性钙含量在2 000 mg/kg以上。

表2 黄河流域梨园土壤交换性钙含量状况

由表3可知，研究区有86.6% 梨园土壤交换性镁含量处于100 mg/kg以上。从各试验站来看，杨凌站所有梨园交换性镁含量均高于100 mg/kg；泰安站和郑州站中交换性镁含量低于100 mg/kg的梨园占20% ~ 30%。交换性镁含量在100 ~ 250 mg/kg的梨园比例为郑州站(60.0%)>太谷站(59.3%)>泰安站(56.0%)>兰州站(34.7%)>杨凌站(19.3%)，高于250 mg/kg的梨园比例为泰安站(14.0%)<郑州站(17.1%)<太谷站(30.5%)<兰州站(63.3%)<杨凌站(80.7%)。

2.5 梨园土壤微量元素含量

2.5.1 梨园土壤有效铁含量 从各试验站来看，有效铁含量低于10 mg/kg的梨园为太谷站(96.6%)>杨凌站(93.5%)>兰州站(69.4%)>郑州站(65.7%)>泰安站(50.0%)，其中太谷站和杨凌站几乎所有梨园有效铁含量均低于10 mg/kg，泰安、郑州和兰州3站有50% ~ 70% 的梨园有效铁含量低于10 mg/kg；而有效铁含量低于4.5 mg/kg的梨园中以太谷站最多(高达55.9%)，树体缺铁的风险较高；有效铁含量在10 ~ 30 mg/kg梨园比列为郑州站(34.3%)>泰安站(34.0%)>兰州站(30.6%)>杨凌站(6.5%)>太谷站(3.4%) (表4)。

2.5.2 梨园土壤有效锰含量 研究区有27.2% 的梨园土壤有效锰含量低于7 mg/kg，含量偏低(表5)。从各试验站来看，土壤有效锰含量低于7 mg/kg的梨园比例为泰安站(64.0%)>郑州站(31.4%)>太谷站(28.8%)>兰州站(2.0%)，可能会造成树体锰素缺乏，而杨凌站各梨园土壤有效锰含量均处于7 mg/kg以上。

表3 黄河流域梨园土壤交换性镁含量状况

表4 黄河流域梨园土壤有效铁含量状况

表5 黄河流域梨园土壤有效锰含量状况

2.5.3 梨园土壤有效铜含量 研究区梨园土壤有效铜含量平均值处于1 mg/kg以上，有效铜含量低于1 mg/kg的梨园比例为太谷站(71.1%)>郑州站(23.0%)>泰安站(16.0%)和兰州站(16.0%)，平均有29.2% 梨园的土壤有效铜含量低于1 mg/kg；有效铜含量在1 ~ 4 mg/kg的梨园比列为杨凌站(94.0%)>兰州站(84.0%)>郑州站(37.0%)>泰安站(32.0%)>太谷站(27.0%)；而郑州站和泰安站中有效铜含量高于10 mg/kg的梨园分别占29.0% 和22.0%，兰州站和杨凌站均无有效铜含量高于10 mg/kg的梨园(表6)。

表6 黄河流域梨园土壤有效铜含量状况

2.5.4 梨园土壤有效锌含量 研究区土壤有效锌含量低于1 mg/kg的梨园比例为太谷站(55.9%)>兰州站(46.9%)>郑州站(17.2%)>泰安站(4.0%)>杨凌站(3.2%)；有效锌含量在1 ~ 4 mg/kg的梨园比例为杨凌站(90.3%)>泰安站(74.0%)>郑州站(62.9%)>兰州站(53.1%)>太谷站(37.3%)；而有效锌含量高于4 mg/kg的梨园中以泰安站最多(达22.0%)。整体来看，黄河流域30% 左右的梨园土壤有效锌含量低于1 mg/kg，树体及果实缺锌的风险较高；60.3% 梨园有效锌含量在1 ~ 4 mg/kg(表7)。

2.5.5 梨园土壤有效硼含量 从各试验站来看，土壤有效硼含量低于0.5 mg/kg的梨园比列为泰安站(72.0%)>郑州站(68.6%)>太谷站(49.2%)>兰州站(12.3%)；有效硼含量在0.5 ~ 1.0 mg/kg的梨园比例为兰州站(36.7%)>杨凌站(32.3%)>太谷站(30.5%)>郑州站(26.0%)>泰安站(25.7%)；而有效硼含量高于1.0 mg/kg的梨园以杨凌站最多，兰州站次之。整体来看，黄河流域梨园土壤有效硼含量低于0.25 mg/kg的梨园占15.2%，其中太谷、郑州和泰安3个试验站有效硼含量低于0.25 mg/kg的梨园分别占13.6%、28.6%和32.0%；有效硼含量在0.25 ~ 1.0 mg/kg及> 1 mg/kg的梨园分别约占57.6% 和27.2%，其中兰州站和杨凌站梨园有效硼含量均在0.25 mg/kg以上(表8)。

表7 黄河流域梨园土壤有效锌含量状况

表8 黄河流域梨园土壤有效硼含量状况

2.6 土壤养分间的相关性

对224个梨园土壤各养分指标进行Pearson相关性分析，从图6中可以看出，除pH、交换性钙与有效铜的相关性外，其余指标间均呈极显著正相关，其中，相关性较高的有有效钾与交换性镁、有效钾与有效硼、交换性镁与有效硼，其相关系数分别为 0.918、0.920和0.952，表明梨园各土壤养分指标之间存在不同程度的相关性。

3 讨论

对黄河流域5个试验站梨主产区224个梨园土壤养分的调查表明，大部分梨园土壤pH在6.6 ~ 7.8，这与该地区属于石灰性土壤有关。泰安试验站有20.0% 梨园土壤pH处于3.95 ~ 5.34，有效钙镁含量相对较低，有效铁、锰、铜含量较高，这可能与土壤成土母质有关。土壤pH过高或过低均会加剧元素间的拮抗或促进作用[20]，因此，施肥时注重施入肥料的酸碱性，既可调节土壤pH，又对作物的根系生长和土壤养分吸收起重要作用。土壤有机质含量是土壤肥力的物质基础，有机质的胶体特性能吸附土壤中阳离子，使其具有保肥力和缓冲性，还可改善土壤的理化性状[21]。本研究中，土壤有机质与大量元素之间呈极显著正相关，与张强等[22]研究结果一致，表明土壤有机质与土壤肥力存在密切联系。谢凯等[3]研究发现土壤有机质、碱解氮、pH是环渤海湾地区梨园土壤养分的主要限制因子。李美阳[23]指出，延边地区苹果梨园土壤有机质含量范围为13.4 ~ 23.2 g/kg，而本研究结果表明，黄河流域90% 以上梨园土壤有机质含量低于20 g/kg，与日本梨园土壤有机质含量大多在30 g/kg以上[24]形成鲜明对比。有机质含量低的原因与有机肥施用不足有直接关系，也与施肥方式不当有关，如生产上常采用撒施的方式覆盖在行间或树下，导致肥料分解加速，难以达到增加土壤有机质的目的。生产中采取果园生草、覆草、菌渣覆盖[25]、施用生物质炭及各种有机肥均能提高果园土壤有机质含量[26]。

黄河流域有62.1% 的梨园土壤碱解氮含量低于60 mg/kg，处于较低水平，这可能与该区土壤多为砂质土壤、易漏水漏肥有关。土壤有机质含量低也是碱解氮含量低的重要原因[27]。该区土壤有效磷和有效钾含量有相似之处，富集现象明显，40% 左右的梨园含量偏高。土壤有效钾含量较高与土壤成土母质有关[27]，而部分土壤有效磷钾含量过高的现象，可能与生产中习惯使用高磷复合肥如磷酸氢二铵有关。从该区域梨树叶片养分含量可以看出，但44% 的梨园叶片氮含量超出适宜范围(未发表资料)，表现出氮过量现象，也从侧面说明化学氮磷钾肥投入高但土壤氮素保持力低、磷钾富集严重，急需合理调整养分投入比例，按实际情况减少化肥施用。“十三五”以来，果园中有机肥或有机资源如修剪枝条还田、生草还田等的大量采用可以有效降低化肥的使用量。如何在梨园中合理利用有机养分资源以达到减量施用化肥、提高土壤有机质，对实现土壤改良和梨树稳产、提质增效具有重要意义。

虽然本研究中梨园土壤交换性钙、镁含量整体较为丰富，但植株生理性缺钙、缺镁现象仍然存在(未发表资料)。大多数研究认为果面褐斑病的发生主要与缺钙有关[28]，因此喷施钙肥是目前最常采用的补钙方式。王红[28]研究表明，生育期内喷施不同钙肥可有效提高成熟期黄冠梨果实钙含量，且喷施糖醇钙对黄冠梨果面褐斑病的防治效果最佳。丁少男等[29]研究表明，施用有机肥可有效改善农田土壤中微量元素的亏缺状况，且有机肥不论是单施还是配施均有利于土壤铜、锰、锌、铁的活化[28]。本研究也发现土壤有机质与微量元素之间呈极显著正相关，与卢映琼[30]和常旭虹等[31]研究结果一致，说明提高土壤有机质可明显改善铜、铁、锌等微量元素的有效性。有机质影响土壤微量元素，不仅是因为其从源上直接向土壤中带入微量元素，而且其也影响着微量元素在土壤中的吸附–解析过程[32]。从本文的微量元素分析结果可以看出，研究区存在较高的缺铁、锰、铜、锌或硼的风险，因此，该地区应在重视有机养分投入的基础上高度重视微量元素的及时、有效补充。

4 结论

黄河流域主要梨园土壤有机质含量普遍偏低，碱解氮含量总体处于较低水平，有效磷钾富集现象明显；梨园土壤交换性钙、镁含量整体均偏高；微量元素方面存在较高的缺铁、锰、铜、锌或硼的风险。实践栽培中应加强有机肥或有机物料的投入，提高土壤有机质含量，适量施用磷钾肥，重视补充微量元素铁、锰、锌、硼等。

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Soil Nutrient Status in Main Pear Orchards of Yellow River Basin Area

DONG Caixia1, XIE Changyan1, LI Hongxu2, WANG Dongsheng3, WANG Shaomin4, XU Lingfei5, GUO Huangping6, XU Yangchun1*

(1 Jiangsu Provincial Key Lab of Solid Organic Waste Utilization/Jiangsu Collaborative Innovation Center of Solid Organic Wastes/Educational Ministry Engineering Center of Resource-saving Fertilizers, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China; 2 Fruit Research Institute, Gansu Academy of Agricultural Sciences, Lanzhou 730070, China; 3 Institute of Horticulture, Henan Academy of Agricultural Sciences, Zhengzhou 450002, China; 4 Shandong Institute of Pomology, Taian, Shandong 271000, China; 5 College of Horticulture, Northwest A&F University, Yangling, Shaanxi 712100, China; 6 Pomology Institute, Shanxi Academy of Agricultural Sciences, Taigu, Shanxi 030815, China)

Five integrated experimental stations in the national pear industry technology system around Yellow River basin were selected, 224 soil samples (0–20 cm) under tree canopy drip lines were collected, and their physiochemical properties were measured. The results showed that the average of soil pH was 6.62–7.82 except some soil samples in Taian Station whose pH was in the range of 3.95 – 5.34. More than 90% of the samples were less than 20 g/kg in organic matter, of which 24.1% less than 10 g/kg. 62.1% of the samples were less than 60 mg/kg in available nitrogen, while vast majority lower than 90 mg/kg. 18% of samples were less than 15 mg/kg in available phosphorus, while 43.3% more than 40 mg/kg. 17.4% of samples were less than 100 mg/kg in available potassium, while 41.1% more than 200 mg/kg, which meant available phosphorus and potassium were abundant. The contents of exchangeable calcium and magnesium were higher, with the average contents of 3 073 mg/kg and 219.8 mg/kg, respectively. 75% of samples were lower than 10 mg/kg in available iron, about 27% of samples lower than 7 mg/kg in available manganese, 29.2% of samples lower than 1 mg/kg in available copper, about 30% of samples lower than 1 mg/kg in available zinc. About 57.6% and 27.2% of samples were within the range of 0.25–1.0 mg/kg and >1 mg/kg in available boron, respectively. In view of the above nutrient content characteristics, it is suggested that pear orchards in the Yellow River Basin should pay more attention to the input of organic fertilizer or organic materials in order to increase soil organic matter content, and appropriately apply phosphorus and potassium fertilizers, meanwhile supply the fertilizers of trace elements such as iron, manganese, zinc, copper and boron.

Yellow river basin area; Pear orchard; Soil; Nutrient abundant and deficiency

S661.2

A

10.13758/j.cnki.tr.2021.01.012

董彩霞, 谢昶琰, 李红旭, 等. 黄河流域主要梨园土壤养分丰缺状况. 土壤, 2021, 53(1): 88–96.

现代农业产业技术体系建设专项资金项目(CARS-28-10)资助。

(ycxu@njau.edu.cn)

董彩霞(1972—)，女，山东文登人，博士，教授，主要从事植物营养与施肥方面的科研工作。E-mail：cxdong@njau.edu.cn