土壤调理剂和生草互作对果园酸化土壤化学性质及产量的影响

孙 瑶，马金昭，傅国海，张培苹，马荣辉，孙景宽，董凯凯

（1.烟台市农业技术推广中心，山东 烟台 264000；2.滨州学院山东省黄河三角洲生态环境重点实验室，山东 滨州 256603；3.全国农业技术推广服务中心，北京 100125；4.山东省土壤肥料总站，山东 济南 250100）

果树是农业经济发展中的重要组成部分，我国果树的种植面积和产量均为世界第一［1-2］。然而在我国的果园种植中存在严重的土壤酸化问题，如75%以上的山东果园出现不同程度的土壤酸化，特别是以棕壤为主的胶东地区土壤酸化最为严重，且随着种植年限的增加，有日益严重的趋势［3-5］。土壤酸化容易造成土壤矿质元素的流失和土壤肥力下降，促进重金属的活化进而毒害植物，并能影响土壤微生物及土壤酶的活性，最终导致苹果产量与品质的降低［5-7］。

土壤改良剂施用是改良酸化土壤的主要方法，并具有保持水分和释放养分作用，对土壤和植物产生有益的影响，其种类主要包括石灰类、微生物肥料、有机肥料、生物炭等［3，8］。石灰是最为常见的酸化土壤改良剂，可在短时间内显著提高土壤pH值，然而有研究表明长期使用可能加速提高土壤矿化速率，造成离子失衡、土壤板结和复酸化等问题［9-10］；另外研究表明有机肥能提高土壤肥力，增加土壤微生物的活性，有效提高土壤对酸碱的缓冲性，进而提高作物产量［7，11］；张瑞清等［6］发现添加果木和稻壳生物质炭后土壤交换性酸显著降低了0.38～1.84 cmol/kg，提高了土壤pH值；于晓东等［12］和陈士更等［3］研究发现，腐植酸类土壤调理剂使土壤pH有效提高0.07～0.45个单位，并能改善土壤理化性质。然而由于不同改良剂的有效成分、作用机理不同，其施用效果特别是在不同土壤类型上的施用效果差异较大［9］。

在我国传统果园管理中主要以清耕为主，长期易破坏土壤结构，减少土壤有机质含量，影响果树的生长发育［13］。国内外大量研究发现，与清耕相比，果园生草技术能够有效改善土壤结构、提高蓄水保墒能力、增加土壤有机质、提高土壤微生物和土壤酶的活性，并能有效减少除草剂和人工成本的投入，是果园增产增效的方式之一［14-17］。Qian等［14］研究发现植体覆盖的土壤中总有机碳含量显著增加了16%～44%，白三叶和小冠花覆盖下的土壤总氮比未覆盖的提高了50%，井赵斌等［16］发现鸭茅、黑麦草和三叶草混种后土壤中的细菌、真菌、放线菌数量分别较对照增加了121.63%、49.23%和31.86%。然而果园生草技术对于酸化土壤的改良效果研究较少，特别是生草与土壤调理剂互作对酸化果园的改良效果鲜有报道。

本研究采用土壤调理剂和生草技术互作的方式，探讨其对土壤酸化果园苹果产量、品质、土壤与植株养分含量的影响，以期为果园的酸化土壤改良提供科学理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验于2015年10月～2016年11月在山东省栖霞市观里镇乔家宝苹果园（37°21′ N，120°74′E）进行，年平均气温10.5～11℃，全年≥10℃，有效积温为3858.7℃，无霜期170～180 d，年总降水量为750 mm以下。供试品种为红富士，树龄12年，株行距3 m×4 m，840株/hm2。果园地势平坦，土壤类型为棕壤（简育湿润淋溶土），其0～40 cm土层基本理化性状为：pH 4.50，有机质9.09 g/kg，碱解氮102.4 mg/kg，有效磷53.4 mg/kg，速效钾215.0 mg/kg，交换性钙1.296 g/kg，交换性镁0.189 g/kg。

供试土壤改良剂为生石灰（当地石灰厂购买，CaO≥85.0%）、化学土壤调理剂（烟台科宝生物肥业有限公司提供，CaO≥35.0%，MgO≥8.0%，pH 8.5～11.0，1.0～4.5 mm粒度≥80.0%）、腐植酸类土壤调理剂（山东创新腐植酸科技股份有限公司提供，pH 9.0～11.0、有机质≥60%、腐植酸≥60%、K2O≥10%）和生物有机肥（烟台地元生物科技有限公司提供，固体粉剂，有效活菌数≥2亿/g，有机质≥65%）。复合肥（15-15-15）和复合肥（17-8-15）均由众德肥料（烟台）有限公司提供；基施的有机肥（有机质≥45%，N+P2O5+K2O≥5%）由山东宝源生物科技股份有限公司提供。

果园生草品种为鼠茅草（Vulpia myuros），播种期为上一年9月底到10月上旬，播种量为22.5 kg/hm2，播种方式采用撒播，行间生草方式，草带距离树盘外缘50 cm左右。播种前将鼠茅草种子与细沙混合均匀，在无风天气撒播到果园，播种后用铁耙轻拉覆土，然后镇压，防止种子吊干。于次年6月份自然枯萎，无需刈割。

1.2 试验设计

采用裂区试验设计，以不同土壤调理剂为主区：不施土壤调理剂（CK）、生石灰（QL）、化学土壤调理剂（KB）、腐植酸类土壤调理剂（SC）和生物有机肥（BOM）；以果园清耕（CT）与生草（GR）为副区，共设10个处理：（1）不施土壤调理剂+清耕（CK-CT）；（2）不施土壤调理剂+生草（CK-GR）；（3）生石灰+清耕（QL-CT）；（4）生石灰+生草（QL-GR）；（5）化学土壤调理剂+清耕（KB-CT）；（6）化学土壤调理剂+生草（KB-GR）；（7）腐植酸类土壤调理剂+清耕（SCCT）；（8）腐植酸类土壤调理剂+生草（SC-GR）；（9）生物有机肥+清耕（BOM-CT）；（10）生物有机肥+生草（BOM-GR）。其中生石灰和化学土壤调理剂用量均为1500 kg/hm2，在翌年3月中旬将生石灰或化学土壤调理剂分别与细沙混合，全园撒施后用铁耙轻拉覆土；生物有机肥和腐植酸土壤调理剂的用量均为5 kg/株，采用放射性沟施，深度为20 cm。每个处理选择树势一致的9棵果树作为一次重复，重复3次。

施肥按照当地常规方法进行：上一年果实采收后（10～11月）施基肥：复合肥（15-15-15）1.5 kg/株，有机肥10.0 kg/株；次年果树萌芽期（3月中旬）第一次追肥：复合肥（15-15-15）1.5 kg/株，牛粪37.5 t/hm2；果实膨大期（6月底至7月初）第二次追肥：复合肥（17-8-15）1.5 kg/株。基肥和追肥的施肥方法是距离苹果树主干50～60 cm处挖深和宽均为20 cm左右的放射沟约5～6条，牛粪为农民自行购买，在全园均匀撒施。果树追肥和施用土壤调理剂时，先将鼠茅草移开，施用结束后，及时将鼠茅草移回原位，压实、浇水。各处理的剪枝、病虫害防治和疏花疏果等田间管理措施均与当地农民习惯保持一致。

1.3 样品采集与测定

苹果产量及品质测定：于2016年10月9日一次性收获采收果实，各小区产量以实际全部收获称量为准。每个处理选取3株树，分别从每株树上、中、下层随机选取10个单果称重，计算单果质量，称重后装箱，带回实验室备用。采用自动数字折射仪（ATAGO RX-5000α）测定果实的可溶性固形物，NaOH中和滴定法测定果实中的可滴定酸，2，6-二氯酚靛酚钠滴定法测定果实中Vc的含量［18］。

土壤样品采集与测定：于2016年果实收获期进行土壤取样，采用土钻（Φ=4 cm）在距离树干1～1.5 m范围内避开施肥部位随机选取5个点，取0～40 cm的土样。将土样充分混匀后带回实验室摊平晾干，待自然风干后，分别过2和0.25 mm筛保存待测。土壤pH采用赛多利斯Sartorius酸度计PB-10测定；有机质采用重铬酸钾外加热法测定；碱解氮采用碱解扩散法测定；有效磷采用钼蓝比色法测定；速效钾采用醋酸铵提取、火焰光度法测定［19］。

果树叶片采集及营养元素含量测定：于2016年7月中旬，随机采供试树上生长健壮的新梢中部完整叶片，每树取50片叶片带回实验室于烘箱内105℃杀青30 min，80℃烘干至恒重，使用植株磨样机磨碎过筛待测。叶片经H2SO4-H2O2消煮，全氮采用凯氏定氮法，全磷采用钒钼黄比色法，全钾采用火焰光度法［19］。叶片全量的钙、镁、铜、锌、铁、锰采用微波消解-原子吸收法测定［18］。

1.4 数据处理

试验数据处理采用 Excel 2010软件，并用SAS 8.0统计软件采用双因素分析方法进行差异显著性分析及ANOVA方差分析；采用Sigmaplot 12.0进行作图。

2 结果与分析

2.1 土壤调理剂和生草互作对苹果产量的影响

土壤调理剂和生草条件对苹果产量存在显著的交互作用，其中未施用土壤调理剂的CK-CT和CK-GR处理的产量最低（表1）。与未施用土壤调理剂CK处理相比，SC、BOM、QL和KB均显著提高了苹果产量，且QL和KB较高，较CK显著增加了12.9%和12.0%，但SC和BOM 之间以及QL和KB之间的产量无显著差异。GR和CT条件下的苹果产量没有显著差异。QL-CT处理的产量较BOM-CT、SC-CT和CK-CT处理分别显著增加了5.2%、4.4%和13.5%，KB-GR处理的产量较KB-CT和CK-GR分别显著增加了7.5%和16.5%。土壤调理剂和生草条件对苹果的单果重存在显著的交互作用，SC、QL和KB处理的单果重较CK处理显著增加6.0%～8.5%，GR亦较CT处理显著增加了12.3%。

表1 土壤调理剂和生草互作下的苹果产量和单果重

2.2 土壤调理剂和生草互作对苹果品质的影响

土壤调理剂和生草处理对苹果的可溶性固形物和Vc含量存在显著的交互作用（表2）。QL处理的可溶性固形物含量最低，较CK、SC和BOM显著减少了4.7%～7.5%；SC-GR处理的可溶性固形物含量最高，较CK-CT和SC-CT处理分别显著增加了14.9%和8.6%。SC、BOM、QL和KB处理的Vc含量均较CK处理得到了显著提高，其中SC-GR较其余处理均有显著提高。与CT处理相比，GR处理的可溶性固形物、Vc和固酸比分别显著增加了9.8%、16.1%和8.2%。

表2 土壤调理剂和生草互作下的苹果品质

2.3 土壤调理剂和生草互作对土壤pH和养分含量的影响

土壤调理剂和生草条件对土壤的化学性质产生影响，且对土壤的pH存在显著的交互作用（表3）。QL、KB和BOM处理的pH较CK显著增加了9.9%～12.6%，较SC处理显著增加了4.6%～7.1%；SC较CK的pH显著增加了5.1%。GR处理的pH较CT显著增加了9.1%。在各处理中以CK-CT的pH最低，其余处理土壤的pH均得到了显著提高。SC和BOM处理的土壤有机质较CK显著提高了14.3%和18.4%，QL与CK处理之间并未有显著差异；GR较CT处理显著提高了12.9%。SC和BOM处理较CK处理显著增加了土壤中碱解氮的含量，而BOM处理的有效磷和速效钾含量与CK相比未有显著变化。GR较CT显著增加了土壤中碱解氮的含量，而对于有效磷和速效钾含量无显著差异。

2.4 土壤调理剂和生草互作对叶片SPAD值的影响

不同土壤调理剂和生草条件下的叶片叶绿素SPAD值与CK-CT处理差异显著（图1）。CK-CT处理的SPAD值最低，其余各处理较其显著增加了4.9%～11.4%。在相同的土壤调理剂（SC、BOM、QL和KB）处理中，GR与CT间的SPAD值无显著差异，而未添加土壤调理剂的CK-GR处理的叶片SPAD值较CK-CT处理得到了显著增加。

表3 土壤调理剂和生草互作下的土壤pH和养分含量

图1 土壤调理剂和生草互作下的苹果叶片SPAD值

2.5 土壤调理剂和生草互作对叶片营养元素的影响

土壤调理剂和生草互作对苹果叶片营养元素含量的影响显著（图2）。BOM-CT处理的叶片全氮含量较KB-GR处理得到了显著增加，而其余各处理间差异不显著。CK-CT和KB-CT处理的叶片全磷含量最低；除CK-GR处理外，SC-GR处理较其余处理的全磷含量显著增加了18.2%～62.5%。SC-GR处理叶片全钾含量较BOM-GR除外的其他处理显著增加了12.4%～39.7%，SC-GR处理显著提高了叶片全磷和全钾的含量。除BOM-GR和QL-GR处理的全钙含量增加外，各处理无显著性差异。QL-CT处理的全镁含量较QL-GR和BOM-GR除外的其余处理显著增加了21.3%~65.5%。QL-CT、SC-CT和BOM-GR处理的全锰含量较CK-CT分别显著增加了20.4%、19.6%和18.9%。SC-GR、BOM-GR、QL-GR和KB-GR处理的全铜含量较CK-CT和CK-GR处理显著降低了16.1%～29.9%。CK-GR较CK-CT处理的全锌含量显著增加了37.6%，各处理间的叶片全铁含量无显著性差异。

图2 土壤调理剂和生草互作下的苹果叶片营养元素含量

2.6 相关性分析和主成分分析

对苹果产量、品质和土壤的化学性质进行相关性分析，发现土壤的pH、速效钾与苹果的产量呈显著的正相关关系（表4）。果实的Vc含量与土壤的pH、有机质、碱解氮和有效磷呈显著的正相关关系；固酸比和土壤有机质呈显著的正相关关系。从表中可知，土壤的pH、有机质和碱解氮的增加可以显著提高苹果果实的Vc含量，有机质可显著提高苹果的固酸比。

表4 土壤化学性质与苹果产量、品质的相关性分析

果树叶片的营养元素含量可以影响苹果的产量和品质，同时也对土壤的理化性质产生一定的反馈效应，并且各环境因子之间也相互影响。因此有必要在众多的营养元素因子中提取出主要的因子，即需要对叶片的营养元素进行主成分分析（表5）。依据主成分特征值>1的原则，共可选取4个主成分，累计贡献率达75.4%，能够较好地反映9个指标的表达信息。从主因子载荷向量可以看出，第一主因子F1贡献率是29.06%，是以全磷和全钾为代表的营养元素因子；第二主因子F2累计贡献率为47.87%，其中起主要作用的正向负载因子是全镁、全铁和全钙；第三主因子F3累计贡献率达64.10%，以全锰和全氮为主要正向负载因子；第四主因子F4累计贡献率可达75.40%，全锌正向负荷量最大。

表5 叶片各营养元素的主成分分析

3 讨论

3.1 土壤调理剂和生草互作对土壤pH和营养元素的影响

土壤酸化是指土壤中的H+增加，取代土壤胶体表面吸附的盐基离子引起pH下降的过程［6］。果园土壤酸化的主要原因是长期过量施用氮肥造成土壤中积累的NH4+经过硝化作用产生大量的H+，导致pH降低［20］。在本试验中，添加土壤调理剂均会有效地提高pH值，并且和生草处理具有显著的交互作用（表2），其主要原因是改良剂本身含有的碱性物质能够起到中和作用，其中的一些大分子物质还能够与土壤中的部分离子结合成盐，形成能够相互转化的缓冲体系［9］。有机肥不仅含有植物必需的营养元素，还能够提高微生物活性，改善土壤理化性质，试验中施用有机肥调理剂显著提高了土壤pH和有机质含量，进而增加了果树的产量，这与孙瑶等［7］的研究一致。腐植酸类土壤调理剂的有机质含量较CK处理显著增加了14.3%，因为其自身含有多种官能团的大分子芳香化合物，可以作为有机碳源补充土壤中有机质含量［3］。本研究中SC处理显著增加了土壤的碱解氮和有效磷含量，主要原因可能是因为腐植酸可以显著提高土壤中微生物数量和活性，进而增加土壤中速效养分的含量。果园生草是维持土壤肥力的有效方法之一，能够降低土壤容重、增加土壤孔隙度，提高土壤有机碳和养分含量，本试验中生草处理显著增加了土壤pH、有机质和碱解氮含量，主要因为鼠茅草可提高土壤孔隙度，改善土壤的物理性状［21］，并在次年6月份自然枯萎，这不仅有效地避免了与果树争水争肥，还在其枯萎后的降解过程中增加了土壤的C/N值［22］，进而起到改善土壤质量的作用。

3.2 土壤调理剂和生草互作对苹果产量和品质的影响

苹果树的生长依赖于土壤环境状况，土壤的理化性质与苹果的产量和品质密切相关。秦旭等［23］研究发现土壤调理剂能够有效改善果园土壤结构、提高果树产量和品质；李丹等［9］发现，施用多种土壤调理剂均能提高土壤pH，进而提高辣椒的产量和品质；陈士更等［3］、于晓东等［12］施用腐植酸土壤调理剂改善了土壤理化性质，显著提高了小麦和苹果的产量。本试验中，各土壤调理剂均能有效地提高苹果的产量，并在前人研究基础上发现能和生草处理产生显著的交互作用（表1）。矿质营养是植物生长发育、品质提高的物质基础，不仅可以促进苹果树体生长健壮、代谢旺盛，还能增强其抵御逆境的能力，本试验中增施土壤调理剂和生草互作增加了苹果叶片部分营养元素的含量（图2），并在果实的可溶性固形物和Vc方面有显著的交互作用，并且生草较清耕处理显著增加了果实的可溶性固形物和Vc含量（表2）。添加不同土壤调理剂和生草处理均较CK-CT处理显著增加了苹果叶片的SPAD值，提高了作物的光合作用。长期生草能够有效地提高果园土壤营养元素含量和土壤酶的活性［24］，通过分析发现，叶片中的全磷和全钾含量是第一主因子的代表因子（表5），这可能与果园长期过量施用氮肥有关；土壤调理剂和生草处理提高土壤的pH，可显著增加苹果产量和Vc含量，有机质与果实的固酸比和Vc含量密切相关。

4 结论

土壤调理剂和生草对提高苹果的产量和部分品质指标具有显著的交互作用。施用土壤调理剂各处理的产量较不施处理显著增加了8.2%～12.9%；对于可溶性固形物和Vc含量，SC-GR较CK-CT处理得到了显著提高；生草较清耕处理显著提高了果实的可溶性固形物、可滴定酸和固酸比。土壤调理剂均可显著提高土壤pH值，与生草有显著的交互作用。施用腐植酸土壤调理剂和生物有机肥较不施调理剂均可显著提高土壤有机质含量。在相同生草条件下，生物有机肥处理较化学土壤调理剂显著增加了叶片的SPAD值以及叶片的全氮、全钙和全镁含量。综上所述，腐植酸和有机肥土壤调理剂和生草互作可更好地改良果园酸化土壤，提高苹果的产量和品质。