山西省乔化苹果园土壤养分分布现状调查分析*

闫 敏，李 磊，陈晓斌，何永波，李 倩，朱晓萍，赵 琪

（1 山西农业大学资源环境学院，太原 030031）（2 山西农业大学园艺学院）

山西省运城市、临汾市和晋中市是黄土高原苹果最佳栽培地区。据2017 年中国农业年鉴统计，山西省苹果面积15.86 万hm2，总产量为417.2 万t，分别位列全国第7 位和第4 位，占据山西省当年水果总面积的44.0%，水果总产量的61.1%，已成为山西农业的优势产业。

土壤作为种植苹果的物质基础，易受耕作方式、施肥制度和果园立地条件的影响。高义民等[1]对陕西渭北地区‘红富士’果园土壤养分和施肥量调查分析表明，土壤的全氮、速效磷以及速效钾与该地区氮、磷、钾肥的施用量有显著相关性。郑朝霞等[2]调查表明，陕西省苹果主产区土壤养分含量总体较低，不同地区苹果园土壤有机质和氮磷钾有效养分含量差异较大。郑小春[3]对陕西省白水县果园施肥调查发现，该地区长期以化肥为主，导致土壤有机质含量偏低。不同地区土壤养分差异较大，其土壤养分含量的高低对苹果的品质和产量也有一定影响。如土壤钾素过量会影响苹果树对其他养分的吸收利用，降低果树产量和果实品质[4]。续海红等[5]对山西省6 个地区土壤养分与果实品质分析得出，土壤中矿质元素含量与果实营养成分呈正相关。张强等[6]对两大优势产区果园土壤养分和果实品质调查发现，不同产区同一果实品质因子受不同土壤养分的影响。

苹果园土壤养分状况对果园土壤管理和施肥具有重要指导意义，早在2000 年时，武怀庆[7]对山西省中南部的苹果园土壤养分进行了调查，随后虽然也有学者对山西省苹果园土壤养分进行研究，但是只涉及到省内部分地区[5,8]。而近年来调查发现，山西省苹果园化肥的不合理施用，已经导致土壤养分比例的失调[9]。因此，为了进一步了解山西省土壤养分状况，课题组2016 年对山西省乔化苹果园的土壤养分含量进行测定并分析了养分丰缺状况，以期为苹果园合理施肥，提高山西省土壤肥力，增加苹果产量提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 数据来源

土壤数据、施肥数据以及产量数据来源于课题组2016 年对山西省晋中市、临汾市、运城市3 个苹果主产区22 个县区最具代表性的98 个盛果期乔化苹果园（10～20 年生果园），其中晋中市13 个，临汾市29 个，运城市56 个。具体调查地点见表1。

表1 调查地点和样本数

1.2 土样的采集和分析项目及方法

每个果园采用“S”形取样法，选5 株苹果树，在树冠外缘投影处（距离树干1.5～2.0 m），避开施肥沟，分别采集0～40、40～80 cm 土样，相同土层的土样混合均匀后，按四分法取样，带回实验室，风干后过筛装袋待测。参照李磊等[9]的方法测定土壤有机质、全氮、硝态氮、速效磷、速效钾含量。

其中，化肥氮磷钾的投入量根据农户施入的化肥养分计算所得。

苹果百千克养分吸收量参照姜远茂等[10-11]，N为 0.8 kg，P2O5为0.56 kg，K2O 为0.64 kg。

1.3 山西省苹果园土壤养分分级标准

表2 为山西省苹果园土壤养分分级标准。参考已有研究资料[10,12]，结合山西省黄土高原优势苹果产区的区域特征建立。

表2 山西省苹果园土壤养分分级标准

1.4 数据分析

所有数据均使用SPSS 24.0 软件进行统计分析，然后用Excel 制图。

2 结果与分析

2.1 晋中等3 个市苹果园施肥情况

从表3 可以看出，有机肥施用量晋中市最多，平均值为41 662.62 kg/hm2，变幅为0～199 995 kg/hm2；运城市次之，平均值为35 181.52 kg/hm2，变幅为0～251 190 kg/hm2；临汾市最少，平均值为19 823.55 kg/hm2，变幅为0～154 770 kg/hm2。有机肥平均带入的氮磷钾养分依次为512.67、167.82、311.36 kg/hm2。

表3 晋中等3 个市乔化苹果园施肥情况

3 个产区中，临汾市的化肥施用量最高，平均为4 114.72 kg/hm2，变幅为900～10 732.50 kg/hm2；其次为运城市，平均为2 693.02 kg/hm2，变幅为0～6 240 kg/hm2；晋中市施用量最少，平均为2 502.69 kg/hm2，变幅为750～6 750 kg/hm2。化肥提供的氮磷钾养分分别为533.61、358.15、436.05 kg/hm2，从晋中、运城到临汾，氮肥由381.83 kg/hm2增加到737.45 kg/hm2，增加了93.1%；磷肥由236.12 kg/hm2增加到460.01 kg/hm2，增加了94.8%；钾肥由310.22 kg/hm2增加到607.47 kg/hm2，增加了95.8%（表3）。

2.2 晋中等3 个市苹果园土壤养分分布

2.2.1 0～40 cm 土壤养分

由表4 可知，晋中、运城、临汾地区苹果园0～40 cm 土壤有机质含量平均值为7.09、8.64、16.29 g/kg，晋中、运城处于低等水平，临汾处于高等水平。从分级比率来看，晋中76.9%、运城76.8%的苹果园0～40 cm 土壤有机质含量处于低水平以下，临汾93.1%处于中等及以上水平。三地综合来看，低水平以下农户占56.1%，中等水平占23.5%，高水平以上的占20.4%，可见产区果园内0～40 cm 土壤有机质含量多数还处于低水平以下（表5）。

表4 晋中等3 个市乔化苹果园不同土层土壤养分含量

表5 晋中等3 个市乔化苹果园土壤养分各级所占比率 %

晋中、运城、临汾地区苹果园0～40 cm 土壤全氮含量平均值分别为0.09%、0.09%、0.11%（表4），都在中等以上水平，临汾略高于晋中、运城。从分级比率来看，晋中、运城、临汾0～40 cm 苹果园土壤全氮含量处于中等以上水平的分别占100.0%、85.7%、93.1%。三地综合来看，0～40 cm 土壤全氮含量低水平以下的苹果园占10.2%，中等水平的占57.1%，高水平以上的占32.6%，苹果园0～40 cm土壤全氮水平各地差异不大，整体处于中等以上水平（表5）。

晋中、运城、临汾地区苹果园0～40 cm 土壤硝态氮平均值含量差异不明显，平均值分别为70.93、86.44、53.90 mg/kg（表4），均处于中等水平，但是三地分级比率差别极大，处于低水平肥力的样本分别占到53.9%、30.3%、65.5%，中等肥力水平的样本分别占到23.1%、37.5%、10.3%，高肥力以上水平的样本分别占到23.1%、32.1%、24.1%。可见三地苹果园0～40 cm 土壤硝态氮含量分布极不均匀，晋中、临汾地区低水平样本在50%以上，运城地区则高、中、低3 种肥力水平分布较均匀，都是30%左右；三地高肥力以上水平均在20%～30%。三地综合来看，43.9%的苹果园处于低等水平，27.6%的处于中等水平，28.6%的处于高等以上水平，19.4%的苹果园硝态氮过量。

晋中、运城、临汾三地苹果园0～40 cm 土壤速效磷含量平均值分别为18.02、19.15、38.69 mg/kg（表4），其中，晋中、运城处于低水平，临汾处于高水平。从分级比率来看，晋中、运城分别有75.0%、83.9%的苹果园0～40 cm 土壤速效磷含量处于低水平以下；临汾处于低、中、极高水平的苹果园分别占到44.8%、17.2%、37.9%，分布特征呈中间少、两头高，晋中、运城极高水平比率占不到11%。三地综合来看，71.2%的苹果园缺磷，17.5%的速效磷过量（表5）。

晋中、运城、临汾地区苹果园0～40 cm 土壤速效钾含量平均值分别为221.10、261.88、432.27 mg/kg（表4），分别处于低、中、极高3 个水平，临汾产区明显高于晋中、运城。从分级比率来看，晋中、运城、临汾处于低水平以下的苹果园分别占76.9%、46.4%、13.8%，中等水平的分别占0、16.1%、17.2%，高水平以上的分别占23.1%、37.5%、69.0%，极高水平的分别占7.7%、32.1%、62.1%，临汾苹果园0～40 cm 土壤钾含量过量非常普遍。三地综合来看，50.8%的苹果园缺钾，14.3%的适当，37.8%的过量。

2.2.2 40～80 cm 土壤养分

从表4 可以看出，除临汾市的硝态氮外，其他各项指标都随着土层深度的增加而降低。从表5 可以看出，临汾40～80 cm 土壤硝态氮中等水平以上的样本占62.0%，其平均含量为84.60 mg/kg，底层较表层高出40.3%，处于低、中、高肥力水平以上的农户分别占到13.8%、17.2%、17.2%，极高水平占到27.6%。再对比2 层土壤养分数据样本分级比率发现，临汾地区出现底层高于表层的样本占到58.6%，可见临汾产区大多数农户都出现了硝态氮深层淋洗、底层聚集的问题。

2.3 化肥养分盈余量和土壤养分相关性分析

化肥养分盈余量和土壤养分相关性分析可知，化肥氮、磷、钾的土壤养分盈余量和土壤硝态氮、速效磷、速效钾含量呈正相关，其中和氮、钾线性回归均显著，磷不显著。但是计算有机肥、化肥投入的磷总量盈余和土壤速效磷含量呈显著性正相关，且线性回归方程显著（图1）。这说明土壤硝态氮、速效钾的残留，主要还是化学氮肥、钾肥的过量问题，有机肥对此的贡献不大；但是土壤速效磷的残留，化肥、有机肥的磷供应都起到了重要的作用。

图1 化肥养分盈余量和土壤养分相关性分析

2.4 根系密集区0～40 cm 土壤养分含量与产量的线性分析

分析果园根系密集区0～40 cm 土壤养分含量与果园产量的线性关系可见，由于采样点多，数据分散，线性相关性不显著，但由图2 还是可以看出，土壤有机质、硝态氮、速效钾、速效磷与产量有一定的线性关系。以土壤养分含量限定标准过量的数据为划分，可以看到土壤硝态氮、速效磷和速效钾含量在标准以下时，苹果产量随养分含量的增加而增加，但是随着含量的进一步增加表现出负相关即降低的趋势，即在一定范围内随着土壤硝态氮、速效磷和速效钾的提高有上升趋势，但随着养分含量达到过量的限量标准产量会略有下降；从土壤有机质和产量的线性关系来看，苹果产量随土壤有机质含量线性增加的趋势明显好于硝态氮、速效磷、速效钾，并没有表现下降的趋势。以上数据可见，在当前的土壤养分含量水平下，随着硝态氮、速效磷、速效钾含量的提高，都表现出先增产后减产的现象，而土壤有机质没有减产的趋势，因此应该限量施用化肥而加大有机肥的投入力度。

图2 苹果园0～40 cm 土壤养分与产量的线性关系

3 结论与讨论

土壤有机质作为土壤肥力的核心物质，是反映土壤肥力的重要指标。对山西省3 个苹果主产区苹果园土壤有机质含量调查发现，晋中和运城地区土壤有机质含量处于中等以下水平，晋中地区有机质最为严重缺乏。对晋中地区施肥量统计调查发现，有机肥的施用量虽然高于临汾、运城2 个地区，但由于土壤本身比较贫瘠，导致该地区有机质含量仍然较低。临汾地区的有机质含量整体处于中等以上水平，明显高于晋中和运城地区，而且随着人们有机肥施用量的增加，土壤有机质含量较之前有所增 加。全省的有机质含量平均为10 g/kg，其含量明显低于国内优质苹果园土壤有机质最低标准值[13-14]。因此，在以后的施肥过程中，仍然要鼓励农民增加有机肥施用量。

通过对山西省苹果园土壤养分与产量相关性分析发现，随着硝态氮、速效磷、速效钾含量的提高，都表现出先增产后减产的现象，这与杨玥等[15]研究结果相似，而土壤有机质含量增高则没有减产的趋势。这主要是由于土壤有机质含量过低的原因，在发达国家土壤有机质含量一般都在2%以上，而我们的调查数据有机质超过2%的只占到7%，因此表现出较强的正相关的线性关系。从土壤速效养分和土壤养分盈余量的相关性分析可以说明，化肥的投入量是导致土壤硝态氮、速效钾增高的主要原因。结合深层土壤数据可见，除硝态氮外，速效养分大多聚集在土壤的表层，只有临汾的土壤硝态氮58.6%的农户出现深层渗漏，导致底层土壤62.0%的农户处于中等水平以上，而果树的根系密集区主要集中在0～40 cm 范围内，大量的氮无法被利用，成为了环境胁迫的安全隐患。对果园速效磷含量调查发现，其含量整体处于中等以下水平。晋中、运城的速效磷含量有75%以上处于低含量水平，临汾产区则高、低含量各占40%。由于山西土壤多数是偏碱性，磷肥利用率在高pH 值条件下很低，因此采用过磷酸钙、磷酸一铵等酸性磷肥最好。研究表明，磷是黄土高原土壤肥力的重要起动因子[16]，当磷含量达到一定水平，施用肥料才能起到一定的增产作用[17]，尤其晋中、运城果园普遍缺磷，应该加大晋中、运城磷肥的施用量，控制临汾的磷肥用量。对土壤速效钾含量调查发现，山西省苹果种植区内土壤速效钾同常规农田相比含量普遍偏高，这可能是因为黄土高原土壤母质本身就含有丰富的钾[18]，再加上人们过量地使用化肥最终导致山西省果园速效钾含量偏高。尤其临汾产区，调查发现60%以上的农户速效钾含量超过400 mg/kg 的极高水平。这主要是由于果农大量施用复合肥，往往过多考虑氮肥的投入量，而忽视了钾的带入量。已有的研究表明，土壤钾素过量显著降低苹果树对氮、钙、镁的吸收；土壤钾素过量降低果实硬度、可溶性固形物含量、可滴定酸及果皮花青苷含量[19-21]。因此在以后施肥过程中要严格控制氮肥和钾肥的施用量，尤其在临汾产区要减少化肥钾的施用。

晋中、运城、临汾三地的化肥氮用量分别为381.83、481.55、737.45 kg/hm2，临汾产区的化肥用量远高于晋中、运城，但是三地表层30%～60%土壤硝态氮都出现了缺氮的现象，再结合底层土壤的养分含量样本分级比率发现，晋中、运城的硝态氮是由于初始土壤养分含量过低，即使出现氮肥施用过量的现象，但是氮积累还没有达到养分残留过量的程度。临汾产区则由于氮肥施用量过大，养分残余过多，大量硝态氮发生明显下移的现象。究其原因，可能是临汾产区多为黄土高原的山地，果园多为清耕，土壤保肥能力差，易淋洗。同时也可能是施用量过高、施肥和灌溉方法不合理导致。