不同生态区核桃林地肥水管理及土壤肥力差异研究

苗庆选，郭 满，马海林，李海云，任爱芝，张演义，井大炜，司东霞*

（1.聊城大学农学院，山东 聊城 252059；2.山东省林业科学研究院，山东 济南 250014；3.德州学院资源环境与规划学院，山东 德州 253023）

土壤是一种形态和演化过程都十分复杂的自然综合体，受母质、气候、生物、地形、成土时间等自然成土因素和人为活动的影响，具有复杂性和时空变异性。不同成土条件的组合形成不同类型的土壤，进而形成土壤类型的区域化分布［1-2］。土壤肥力是土壤的核心，是农业生态系统中决定植物产量品质和可持续发展的基础。土壤肥力的高低与成土条件及包括施肥、灌溉等管理制度在内的多种因素相关［3-4］，不同区域或同一区域中不同地域的土壤肥力存在明显差异［5-6］。

我国是核桃生产大国，栽培面积和总产量均居世界第一。据统计，2017年我国核桃栽培面积49.98万hm2，总产量（带壳）192.54万t，分别占世界核桃栽培总面积和总产量的44.6%和50.3%。与世界上其它核桃生产国家相比，我国核桃单产水平相对较低，2017年我国核桃单产3489 kg/hm2，略高于世界平均水平，仅为世界核桃单产最高国家（罗马尼亚）的14.4%［7］。由于近几年核桃价格不稳定且总体偏低以及农村劳动力向城市大量转移等原因，导致我国核桃园区管理粗放，土肥水管理不到位，土壤肥力不高，核桃产量低，质量参差不齐，严重制约了核桃产业的发展［8-10］。因此，明确核桃林地肥水管理现状及土壤肥力水平，对科学管理核桃林地土壤，提高核桃产量和品质，实现绿色可持续生产具有重要意义。

核桃林地的土壤肥力状况及肥水管理策略作为决定核桃园区产量水平、经济效益和环境效应的重要因子受到林果业土壤与植物营养学者的广泛关注［11-12］。如丁锐等［13］对四川省广元市17个核桃园区土壤肥力状况的研究结果表明，核桃林地土壤肥沃程度总体处于较低水平，不同土壤类型的土壤肥力水平存在一定差异。董建华等［14］报道，浙江省临安区不同地质背景下山核桃林地土壤肥力特性的差异除来自于林地土壤对母岩的继承性外，也与林农的施肥管理制度有关。我国核桃园区立地条件、气候条件、土壤类型和管理方式差异很大，基于同一气候带不同生态区核桃林地的肥水管理状况及土壤肥力特征的研究少见报道。

山东省是我国东部沿海核桃分布区的主要产区之一，地处暖温带季风气候区。本研究采用问卷调查和土壤样品分析检测等方法，探讨山东省不同生态区核桃林地水、肥管理状况和土壤基本肥力特征，并采用改进的内梅罗公式对土壤肥力进行综合评价，为山东省不同生态区核桃林地乃至全国核桃林地制定科学的肥水管理制度，为实现可持续生产提供基础数据和科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

本研究选择山东省核桃主要栽培区域，按其所处的地形地貌划分为山地、山前平原和平原3个生态区。其中，山地与山前平原区均位于山东省济南市章丘区南部（36°20′～36°25′ N，117°10′～117°35′ E），年均气温12.8 ℃，年降水量601 mm，日照时数2648 h，无霜期为192 d。平原区位于山东省西部聊城市（35°47′～37°02′ N，115°16′～116°32′ E），地处黄河冲积平原，年均气温13.1 ℃，年降水量578 mm，日照时数为2567 h，无霜期为193～201 d。

1.2 数据调查与样品采集

2018年4～5月，分别在各生态区选择建园时间7～8年的代表性核桃生产园以问卷形式进行肥水管理状况调查，调查内容包括灌水次数、灌水时间和施肥时期、肥料类型、施肥量、施肥方法等。在每个核桃生产园，根据园区面积大小，按照“S”型方式布点，选择 8～15棵具有代表性的核桃树，在核桃树冠滴水线处，用土钻分别采集0～20和20～40 cm层次的土壤混合样品。本研究共采集0～20和20～40 cm层次的土壤样品各412样次，根据核桃生产园及其所处的生态区，分别形成山地、山前平原和平原区0～20和20～40 cm层次的混合土样各15、22和10个。土壤样品采集后，去除石砾、草根等杂物，常温自然风干，磨细，分别过1和0.25 mm 筛，装袋备用。

1.3 测试项目与方法

土壤肥力各项指标的测定均按文献《土壤农业化学分析方法》［15］中的方法进行。土壤全氮含量采用半微量凯氏法测定，土壤有机质含量采用重铬酸钾容量法-外加热法测定，土壤碱解氮采用碱解扩散法测定，土壤有效磷采用0.5 mol/L碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定，土壤速效钾采用1 mol/L醋酸铵浸提-火焰光度法测定，土壤EC值和pH分别利用电导率仪和酸度计进行测定。

根据各土壤肥力指标对核桃生长的影响程度，本研究选择土壤全氮、有机质、碱解氮、有效磷、速效钾5个指标，并参考全国第二次土壤普查的结果和分级标准，采用改进的内梅罗公式计算土壤综合肥力系数［16-17］。

（1）参数标准化

上述各肥力指标不可加和，为统一量纲，消除各指标间量纲的差异，按第二次土壤普查各养分的分级标准（表1），采用下列方式对数据进行标准化：

当属性值属于差一级时，即x≤xa，IFIf=x/xa，IFIf≤1；

当属性值属于中等一级时，即xa＜x≤xc，IFIf=1+（x-xa）/（xc-xa），1 ＜IFIf≤2；

当属性值属于较好一级时，即xc＜x≤xp，IFIf=2+（x-xc）/（xp-xc），2 ＜IFIf≤3；

当属性值属于好一级时，即x ＞ xp，IFIf=3。

式中，IFIf为分肥力系数，x为该肥力指标的测定值，xa、xc、xp分别为各肥力指标分级标准的临界值。

表1 土壤各养分分级标准

（2）综合肥力系数的计算和分级

综合肥力系数采用修改后的内梅罗公式进行计算：

式中，IFI为综合肥力系数，IFIf为土壤各肥力指标的分肥力系数的平均值；IFIfmin为土壤各肥力指标的分肥力系数的最小值，n为参与评价的土壤肥力指标的个数。

根据求得的土壤综合肥力系数，将土壤肥力分为很肥沃、肥沃、一般、贫瘠4个等级（表2）。

表2 土壤肥力等级划分

1.4 数据分析与处理

试验数据均采用Excel 2010进行处理，用SPSS 18.0统计软件进行数据的方差分析和多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同生态区核桃林地农户灌水、施肥管理状况

不同生态区核桃林地灌水与施肥管理状况的调查结果见图1。由不同生态区农户灌水状况分析，山地核桃林地灌水农户占比最低，为16.7%，其次为山前平原，为25.6%，平原区灌水农户占比最大，达80.0%，这与不同生态区的地形状况和灌溉条件的差异有关。核桃栽培管理中肥料的投入包括有机肥料和化学肥料两种类型，对不同生态区核桃林地施肥农户的调查结果表明，山地核桃种植农户仅施用化学肥料，施用化学肥料的农户占比为29.2%；山前平原区施用有机肥料的农户占比略低于化学肥料，分别为56.0%和67.0%；平原区肥料投入以化学肥料为主，施用化学肥料的农户占比为80.0%，是施用有机肥料农户的4.0倍。由此可见，在不同生态区核桃施肥管理中，施用有机肥料的农户山前平原最多，平原区次之；施用化学肥料的农户平原区最多，山前平原次之，山地最少。

2.2 不同生态区核桃林地养分投入状况

不同生态区核桃林地养分投入量及养分来源存在明显差异（表3），养分投入总量（N、P2O5和K2O之和）平原区最高，达1603 g/株，山前平原次之，山地最小，平原区养分投入总量分别为山前平原、山地的1.2和10.1倍。平原区养分投入以氮为主，磷、钾较少，氮、磷、钾养分投入比例（N∶P2O5∶K2O）1.0∶0.5∶0.5；山前平原和山地养分投入磷素最多，其次为氮，钾最少，养分投入比例分别为1.0∶1.1∶0.5和1.0∶1.7∶0.2。山地核桃林地投入的养分全部来自无机养分；山前平原和平原区投入的总养分中，分别有39.5%和52.9%来自有机养分（有机养分N、P2O5和K2O之和占养分投入总量的百分数），其中，山前平原来自有机肥料的氮、磷、钾分别为51.8%、26.3%和45.7%，平原区分别为43.9%、60.5%和64.7%。同一生态区核桃林地养分投入农户间变异大，山地、山前平原和平原区N、P2O5和K2O总养分投入量的变异系数均超过100%，以山地核桃P2O5投入量的变幅最大，变异系数高达436%。

表3 不同生态区核桃林地养分投入状况 （g/株）

2.3 不同生态区核桃林地土壤基本理化状况

不同生态区核桃林地土壤的各基本理化性质存在较大差异（表4）。从表中数据可以看出，不同生态区0～20、20～40 cm土层除土壤全氮含量（山前平原数据缺失）差异未达显著水平外，其余各理化指标不同生态区之间均存在显著性差异。不同生态区0～20、20～40 cm土壤有机质和碱解氮含量变化趋势相同，山前平原显著高于山地和平原区，其中，0～20 cm土壤碱解氮平原区高于山地，20～40 cm土壤碱解氮和两土层土壤有机质含量平原区与山地差异不显著；两土层土壤有效磷含量平原区最高，山前平原与山地未产生统计学差异；0～20、20～40 cm土壤速效钾、EC和pH均以山地最低，平原区与山前平原较高，且后二者无显著性差异。同一生态区内，除3个生态区的pH值、平原区有机质含量和山地EC值20～40 cm土层与0～20 cm土层相比相近或略高外，3个生态区其余各理化指标均表现为0～20 cm土层高于20～40 cm土层。

表4 不同生态区核桃林地土壤基本理化状况比较

2.4 不同生态区土壤肥力综合评价

不同生态区核桃林地土壤0～20和20～40 cm土层的土壤全氮、有机质、碱解氮、有效磷、速效钾5个指标的分肥力系数及综合肥力系数见表5。由表中各指标的肥力系数可以看出，土壤全氮含量山地、平原0～20 cm土层为一般水平，20～40 cm含量较低（山前平原全氮含量数据缺失）；土壤有机质和土壤碱解氮除山前平原0～20 cm土层含量较高外，山前平原20～40 cm土层和山地、平原两土层均为一般或较低水平；各生态区两土层的土壤有效磷含量均较高；山地土壤两土层速效钾含量一般，山前平原和平原区速效钾含量均为较高水平。从各生态区不同土层的土壤综合肥力系数可知，山前平原0～20 cm土层的综合肥力系数为1.87（1.8＜IFI＜2.7），肥力等级为肥沃；山地20～40 cm土层为0.70（IFI＜0.9），肥力等级为贫瘠；其余各土层的综合肥力系数在0.98～1.49之间（0.9＜IFI＜1.8），土壤综合肥力等级为一般。对各生态区核桃林地不同土层的土壤肥力状况进行综合分析，表明其土壤肥力综合表现为山前平原最高，平原区次之，山地最低。

表5 不同生态区土壤肥力评价

3 讨论

科学的核桃林地肥水管理是提高核桃对逆境的抵抗能力，实现核桃高产、稳产、优质和绿色可持续生产的重要途径［18］。已有较多研究证明适宜的水分及养分供应对核桃生长及产量的形成具有重要作用。如Paris等［19］报道，核桃植株的基部茎粗和株高受植株水分供应状况的显著影响，并与影响水分供应的核桃林地覆盖方式等管理措施有关。Jr等［20］研究结果表明，施肥可显著提高核桃产量，磷肥配合氮、钾肥增产效果最好，过量施肥未产生相应的增产作用。李修波等［21］根据肥水条件过好的核桃苗圃地，或是生长旺盛、枝条徒长、木质化程度低、营养积累少、冻害发生严重的实生树调查结果，提出生产上应在生长后期进行控肥控水，增施磷、钾肥和有机肥核桃园区管理建议。本研究通过对山地、山前平原和平原区典型核桃园的调查结果发现，不同生态区核桃林地水肥管理差异较大，平原区的灌水农户占比为80.0%，高于山前平原和山地，其原因可能与不同生态区的地形状况和灌溉条件的差异有关。山地核桃园仅施用化学肥料且施肥农户最少，施肥农户占比仅为29.2%；施用化学肥料的农户平原区最多，山前平原次之，山地最少；施用有机肥料的农户平原区小于山前平原。平原区养分投入总量最大，分别为山前平原、山地的1.2和10.1倍，氮、磷、钾养分投入比例不同生态区存在差异，且同一生态区核桃林地养分投入农户间差异大。由此分析，不同生态区的肥水管理差异可能成为限制区域核桃产业发展的重要因素。

林地土壤的基本理化特性是表征其土壤肥力高低及影响经济林木生长状况和生产效益的重要指标。林地土壤肥力状况受土壤类型、地形条件等自然因素和包括施肥量、施肥种类等人为经营管理措施的共同影响［11，22］。不同林分类型的土壤理化性质不同［23-24］，同一林分类型，不同生态条件及管理措施下土壤肥力特征也存在较大的差异。土壤肥力状况在地域分布上存在较强的空间变异性，如母质类型和植物残落物在土壤中的转化方向等差异，均可引起土壤各肥力指标的变化［25-26］。董建华等［14］研究了浙江省临安区不同地质背景下山核桃林地土壤肥力特性，表明其土壤肥力差异除来自于林地土壤对母岩的继承性外，也与林农的施肥管理制度有关。这一结论也被赵永丰等［27］的研究结果所证实。本研究中，不同生态区土壤各肥力指标变异较大，山前平原0～40 cm土层土壤的碱解氮和有机质含量显著高于平原区和山地，且平原区0～20 cm土层碱解氮含量高于山地；同时平原区与山前平原0～40 cm土层土壤速效钾、pH和EC均明显高于山地，这与不同生态区的自然因素和养分投入总量及氮、磷、钾投入比例有密切关联。通过对不同生态区核桃林地土壤肥力综合分析结果可知，土壤肥力水平以山前平原最高，平原区次之，山地最低。山前平原总养分投入仅为平原区的83.2%，但有机肥料施肥农户占比较大，灌水农户占比较低，有利于养分在土壤中的累积和土壤综合肥力水平的提高；平原区灌水和化学肥料的施肥农户占比最大，总养分投入最高，但土壤肥力水平中等，可能与施用有机肥料的农户占比较低及灌溉制度引起的养分流失有关；山区核桃园建植多以荒山为主，土层浅，核桃立地条件差，灌溉条件有限，施肥少且以化肥为主，是山地土壤肥力低的重要原因［10］。

土壤养分分级标准及土壤肥力评价是生产中进行合理化施肥推荐和提升土壤肥力的基础。目前，关于土壤养分分级标准的研究主要集中于大田作物和蔬菜等经济作物［28］，关于林地土壤养分的分级标准近期研究相对较少。本研究中核桃林地的土壤养分分级参考赵映翠等［17］的文献报道，仍沿用第二次土壤普查的分级标准进行。土壤肥力水平是多种肥力因子的综合反映，评价土壤肥力的方法有多种，如主成分分析和聚类分析法［4］、模糊综合评价法［29］、内梅罗综合指法等。本研究采用内梅罗综合指数法进行土壤肥力综合评价，能较全面地反映土壤肥力水平，通过该方法得到的各项土壤肥力因子的分肥力系数比较接近，可比性较高，各分肥力系数除表示养分含量的相对高低外，也可用于施肥推荐。由此可知，山地20～40 cm土层的全氮、有机质肥力系数低于1.0，需重视有机肥料施用，培肥地力；山地碱解氮肥力系数低于1.0，有效磷肥力系数较高，应重视施用氮肥，适量施用钾肥，控制磷肥施用。山前平原和平原区应适量施用氮肥，控制磷肥，少施钾肥，且平原区20～40 cm土层碱解氮肥力系数低于1.0，应注意氮肥深施。

4 结论

综上所述，不同生态区核桃林地的肥水管理制度、土壤肥力水平存在显著差异。山地核桃灌水、施肥的农户占比最少，施肥量最小，且忽略有机肥的施用，土壤肥力水平最低；平原区灌水和化学肥料的施肥农户占比最大，施用有机肥料的农户占比较低，总养分投入最大，但土壤肥力水平一般；山前平原灌水和施用化学肥料的农户占比居中，有机肥料施用农户占比较大，综合土壤肥力水平最高，且0～20 cm土壤肥力达肥沃程度。生产中应根据不同生态区的核桃养分需求规律和土壤养分供应状况，结合当地的生产条件和生产习惯，科学进行灌溉和施肥，促进核桃产业的绿色可持续发展。