宁夏贺兰山东麓酿酒葡萄不同子产区土壤肥力特征与评价

胡泽军，张亚红*，张晓煜，王 锐

（1．宁夏大学农学院，宁夏 银川 750021；2．宁夏气象科学研究所，宁夏 银川 750002）

宁夏贺兰山东麓是我国3个葡萄酒原产地认证保护的最佳产区之一，是国际公认出产酿酒葡萄的“黄金地带”［1］。贺兰山东麓地理位置优越，气候条件适宜［2］，凭借其独特地理优势，成为世界重要的葡萄酒产区。产区土壤环境对葡萄的影响十分重要［3-4］，宁夏气候条件适宜，土壤肥力不高成为限制其发展的主要因子［5］。土壤为植物提供养分和水分［6］，土壤养分状况影响酿酒葡萄着色［7-8］、产量［9］和品质［10-11］。杨海江等［12］通过研究宁夏银川市4个葡萄园C、N、P含量，发现C、N、P含量在不同区域间差异明显，整体处于全国较低水平；李文超等［13］通过研究不同质地土壤对酿酒葡萄的影响，发现土壤质地会显著影响果实的品质，其中以砂石的土壤条件最佳；施明等［14］通过对宁夏玉泉营的研究发现，玉泉营土壤呈强碱性，土壤贫瘠，有机质含量少，增施腐植酸会显著改善酿酒葡萄的品质；Zsófi等［15］通过研究葡萄品质与土壤质地的关系，发现土壤质地会显著影响葡萄的品质指标。以上研究结果均表明，土壤肥力对葡萄品质的影响较大。前人对土壤肥力的研究主要集中在某一子产区，且对产区肥力区划的研究较少，小产区固化难以凸显产区特色［16］。因此，本文以宁夏贺兰山东麓5个子产区的18个酒庄为研究对象，分析不同区域间土壤肥力的差异，评价不同子产区土壤肥力状况，为进一步明确贺兰山东麓酿酒葡萄产区土壤肥力区划特征，指导葡萄品质和产量的提升提供科学理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

研究区位于宁夏贺兰山东麓，地处37°43′N～39°23′ N，105°45′E～106°47′ E，海拔高度1100 m左右，属典型的温带大陆性气候。全年日照2851～3106 h，日较差大，平均为12.5℃；年降水量148.7～228.1 mm，多集中在夏季；无霜期160～190 d；干燥度大于3.5。

1.2 土壤样品的采集

本研究于2018年10月葡萄采收完成后对土壤样品进行采集，采用对角线5点采样法分别采集了贺兰山东麓18个酒庄种植基地内0～20、20～40、40～60 cm土层的土壤样品，采样均在葡萄行间内进行，剔除石块和植物残根等杂物，风干后过2 mm筛，用于土壤肥力指标的测定。将18个酒庄种植基地分为银北、金山、永宁、青铜峡、红寺堡5个子产区，产区划分及采样点信息如图1所示。

1.3 测定项目及方法

土壤pH值采用pH酸度计（电位法）测定；土壤有机质采用重铬酸钾容量法（外加热-硫酸亚铁滴定）测定；全氮采用凯式定氮法测定；全磷采用NaOH熔融-钼锑抗比色法测定；有效磷采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定；碱解氮采用碱解扩散法测定；速效钾采用火焰光度法测定；土壤全盐用电导率仪测定；以上测定方法均参照鲁如坤［17］的方法。

1.4 数据分析

本研究采用Excel 2016对数据进行统计，SPSS 21.0对数据进行单因素方差分析、因子分析与聚类分析，多重比较采用LSD法。

土壤各指标数据标准化处理的公式为［18］：

式中，Xin为n处理i指标；Ximin和Ximax代表i指标中该指标的最大值和最小值；Yin为n处理i指标的隶属函数数值。如果某一指标与土壤质量呈正相关依据公式（1），反之依据公式（2），对标准化后的数据进行因子分析与聚类分析。

根据因子分析后对贺兰山东麓不同子产区种植基地土壤肥力进行综合评价［19-20］，计算公式为：

式中，Z为综合得分值，R为对应因子贡献率，F为对应因子。

2 结果与分析

2.1 贺兰山东麓酿酒葡萄土壤肥力的特征分析

2.1.1 土壤pH

表1 是贺兰山东麓酿酒葡萄土壤肥力的化学指标，由表1可知，贺兰山酿酒葡萄土壤pH值变化范围为7.08～9.15，均值为8.56，变异系数为1.7%～4.4%，子产区间表现为微弱的变异性，不同子产区pH值由高到低依次为永宁产区、红寺堡产区、青铜峡产区、银北产区、金山产区。

2.1.2 土壤有机质

由表1可知，有机质含量变化范围为2.14～27.34 g·kg-1，均值为10.81 g·kg-1，变异系数为24.8%～49.5%，处于中等变异水平。依据第二次全国土壤普查养分分级标准，其处在第4级水平（中等偏下）。不同子产区土壤有机质含量由高到低依次为银北产区、金山产区、青铜峡产区、永宁产区、红寺堡产区。

2.1.3 土壤氮磷钾

土壤全氮、碱解氮、全磷、有效磷、速效钾是衡量土壤氮、磷、钾大量养分的主要指标。由表1知，除有效磷外，其它指标变异系数波动区间为28.5%～99.9%，呈中等变异。土壤全氮含量范围为0.00～4.06 g·kg-1，均值为0.60 g·kg-1，不同子产区土壤全氮含量由高到低依次为金山产区、银北产区、青铜峡产区、永宁产区、红寺堡产区；土壤碱解氮含量为0.00～59.85 mg·kg-1，均值为12.28 mg·kg-1，不同子产区土壤碱解氮含量变化由高到低依次为青铜峡产区、红寺堡产区、金山产区、永宁产区、银北产区；土壤全磷含量范围为0.14～1.78 g·kg-1，均值为0.54 g·kg-1，不同子产区全磷含量变化由高到低依次为金山产区、银北产区、青铜峡产区、红寺堡产区、永宁产区；土壤有效磷含量范围为0.63～321.45 mg·kg-1，均值为34.40 mg·kg-1，不同子产区土壤有效磷含量变化由高到低依次为青铜峡产区、银北产区、红寺堡产区、永宁产区、金山产区；土壤速效钾含量范围为9.78～367.88 mg·kg-1，均值为123.82 mg·kg-1，不同子产区土壤速效钾含量变化由高到低依次为青铜峡产区、红寺堡产区、金山产区、永宁产区、银北产区。

依据第二次全国土壤普查养分分级标准，其碱解氮处在第6级水平（极低）；全氮处在第5级水平（很缺水平）；全磷处在第4级水平（中等偏下）；速效钾处在第3级水平（中等）；有效磷处在第2级水平（高水平）。总体来看贺兰山东麓土壤氮、磷、钾含量处于全国较低水平。

2.1.4 土壤盐分

由表1可知，全盐含量范围为0.24～4.95 g·kg-1，均 值为0.62 g·kg-1，远低于盐 渍 化水平1 g·kg-1。除红寺堡产区为强变异外，其他4个子产区均处于中等变异水平，变异系数为45.9%～73.3%，不同产区土壤盐分含量变化由高到低依次为红寺堡产区、金山产区、永宁产区、青铜峡产区、银北产区。

表1 贺兰山东麓不同子产区酿酒葡萄土壤肥力的基本化学指标

综上可知，5个产区中，银北产区有机质和氮、磷含量处于中等偏上水平、速效养分含量处于中等偏低水平；金山产区土壤pH值较低，其他土壤指标处于中等偏上水平；永宁产区土壤pH值较高，其他土壤指标处于中等偏低水平；青铜峡产区速效养分含量高，土壤碱解氮、有机质、全磷含量均处于中等偏上水平，全磷含量处于中等偏下；红寺堡产区土壤pH值、全盐含量高，有机质、全氮、全磷、有效磷含量处于中等偏低水平。

2.2 贺兰山东麓土壤肥力随土层深度的变化

由表2可知，对18个酒庄3个层次土壤分别求平均值，在垂直剖面上，有机质、全氮、全磷、速效钾、全盐随土壤深度的增加而下降。这些指标具有明显的表聚性，0～20 cm土层有机质、全氮、全磷、速效钾、全盐含量高于40～60 cm土层，0～20 cm土层较40～60 cm土层有机质、全氮、全磷、速效钾、全盐含量分别提高了19.3%、19.6%、15.7%、58.2%、24.6%。0～20 cm土 层 速效钾与20～40、40～60 cm土层相比具有显著性差异；随土壤深度的增加pH呈增加趋势；碱解氮先升高后降低，土壤深度间无显著性差异；有效磷先降低后升高，土壤深度间无显著性差异。

表2 土壤肥力随土壤深度的变化

2.3 贺兰山东麓不同酒庄种植基地土壤肥力的聚类分析

为减小人为因素对酒庄基地土壤的影响，对各基地0～60 cm土层土壤肥力指标平均值进行标准化处理，以土壤pH值、有机质、全氮、全磷、碱解氮、速效钾、有效磷、全盐作为聚类指标，各酒庄标准化处理后的值作为聚类数据，采用欧式距离作为衡量不同酒庄土壤肥力的标准，用组件连接法对土壤样品进行系统聚类分析（图2）。

当阈值为10时，可将18个酒庄土壤肥力聚为5类，其中轩尼诗、禹皇、天得、红粉世家、西鸽、玉泉国际、东方裕兴、立兰8个酒庄为第Ⅰ类，主要集中在永宁、青铜峡、红寺堡偏南部产区，占总酒庄的44.4%，表现为pH值高于平均值，其他指标远低于平均值；观兰、长城云漠、西域王泉、美贺为第Ⅱ类，主要集中在银北、金山偏北部产区，占总酒庄的22.2%，表现为pH值和全盐、碱解氮、有效磷、速效钾含量低于平均值，有机质、全氮、全磷高于平均值；巴格斯、金沙湾、贺东庄园为第Ⅲ类，占总酒庄的16.7%，表现为pH值和全盐、碱解氮、速效钾含量低于平均值，有机质、全氮、全磷、有效磷含量高于平均值；留世、御马为第Ⅳ类，占总酒庄的11.1 %，表现为pH值、全盐含量低于平均值，其他土壤指标高于平均值；汇达为第Ⅴ类，占总酒庄的5.6%，速效钾和全盐含量高，其他指标低于平均值。由以上分析可知，贺兰山东麓北部产区总体土壤肥力高于南部产区，为进一步了解产区肥力状况，再对其进行综合评价。

2.4 贺兰山东麓不同子产区种植基地土壤肥力的综合评价

经过SPSS 21.0分析，葡萄种植基地土壤肥力存在相关性，KMO测度为0.624>0.6，巴特利球形检验统计量为80.115，伴随概率sig=0.000<0.05，符合因子分析的前提；根据特征值≥1的原则提取3个公因子。由表3可知，其特征值依次为3.570、1.912、1.106，方差贡献率依次为44.630%、23.906%、13.824%，累计贡献率为82.360%，因此，这3个指标可以代替原始数据进行因子分析。因子1在有机质、全氮、全磷有较高载荷，其因子负荷值分别为0.932、0.917、0.764，表明因子1主要反映有机质、全氮、全磷3个指标的信息；因子2主要在速效钾、pH值2个指标有较高载荷，分别为0.872、0.729，表明因子2主要反映速效钾、pH值值2个指标的信息；因子3主要在有效磷有较高载荷，载荷值为0.856，表明因子3主要反映有效磷的信息。

表3 旋转因子载荷矩阵及累计贡献

根据因子得分矩阵与方差贡献率建立因子得分表达式（表4）。

表4 因子得分矩阵

表达式中X1～X8为分别为标准化的pH值、有机质、全氮、全磷、碱解氮、有效磷、速效钾、全盐，Z为综合得分。

根据综合得分可知（表5），第一类为金山产区综合得分0.37，属肥力极好；第二类为银北产区，综合得分值0.31，属高肥力；第三类为青铜峡产区，综合得分0.23，属中等肥力；第四类为红寺堡产区，综合得分0.15，属低肥力；第五类为永宁产区，综合得分0.13，属极低肥力，以上划分等级高低均为相对值。

表5 不同子产区土壤肥力的评价

3 讨论

3.1 贺兰山东麓土壤肥力特点

土壤养分是影响酿酒葡萄品质的重要因素之一［21-22］，其含量受自然和人为因素的影响［23-24］。本试验研究表明，土壤有机质和全磷含量平均值分别为10.81、0.54 g·kg-1，处在第4级水平；全氮、碱解氮含量平均值分别为0.60、12.28 mg·kg-1，分别处在第5级水平和第6级水平；速效钾含量平均值为123.82 mg·kg-1，处在第3级水平。这可能是由于贺兰山东麓总体发展酒庄年限较短，管理粗放，不施或少施有机肥，造成土壤养分贫瘠；研究发现贺兰山东麓土壤以淡灰钙土为主，多富含砾石、砂粒［25］，使土壤漏水漏肥严重，土壤有机质含量低［26-27］。同一土壤剖面上、下层土壤间存在差异。40～60 cm土层较0～20 cm土层有机质、全氮、全磷、速效钾、全盐含量分别下降了19.3%、19.6%、15.7%、58.2%、24.6%。这 与葡萄根系生长与耕作方式密切相关，酿酒葡萄根系生长范围为0～60 cm，但土壤养分主要集中在20～40 cm［28］，根系密集会促进养分的吸收，表层养分易从土壤肥料中获得，但深层难以补给，由此造成同一土壤剖面上、下层土壤间存在差异。

3.2 贺兰山东麓不同子产区间土壤肥力的变化

各子产区成土母质不同，由此造成各子产区土壤条件也不尽相同，沉积物来源和成土母质会显著影响土壤的化学成分［8］。由聚类分析可知，总体偏北部地区土壤肥力高于偏南部地区；通过综合评价进一步可知，金山产区>银北产区>青铜峡产区>红寺堡产区>永宁产区。银北产区土壤以风沙土和灰漠土为主，土壤湿润，腐殖质含量多，土壤保水保肥能力强［29］，银北产区综合得分0.31，属高肥力产区；金山产区和永宁产区土壤类型均属风沙土，但金山产区综合得分0.37，肥力极好；永宁产区综合得分0.13，肥力极低，这与种植年限有关。金山产区是最早发展酒庄的产区，由于管理早、种植年限长、投入多，使土壤养分含量提升［30］；永宁产区酒庄发展较晚，由此造成土壤养分之间存在差异；青铜峡产区和红寺堡产区土壤类型均属灰钙土［31］，青铜峡产区综合得分0.23，属中等肥力产区；红寺堡产区综合得分0.15，属低肥力产区，这与地理位置和管理方式有关。青铜峡产区位于贺兰山东麓中南部，产区换土、投入多使土壤养分条件改善；红寺堡产区位于贺兰山东麓最南端，且处在洪积扇末端水分聚集区，土壤全盐含量高，产区投入相对较少，使土壤养分含量较低。

4 结论

通过对贺兰山东麓5个子产区土壤肥力特征分析可知，贺兰山东麓土壤pH值平均值为8.56，呈强碱性，土壤有机质和全磷含量平均值分别为10.81、0.54 g·kg-1，处在第4级水平，全氮含量平均值为0.60 g·kg-1，处在第5级水平；土壤剖面间存在差异，40～60 cm土层较0～20 cm土层有机质、全氮、全磷、速效钾、全盐含量分别下降了19.3%、19.6%、15.7%、58.2%、24.6%；5个 子 产区的18个酒庄基地土壤肥力可分为5类，总体偏北部地区土壤肥力高于偏南部地区；通过综合评价分析进一步可知，土壤肥力水平为金山产区>银北产区>青铜峡产区>红寺堡产区>永宁产区。