三峡库区典型柑橘园土壤碳氮空间分布特征

詹鹏杰 邓茂林 石孝均 张跃强 陈志蕙 旷德姣 刘正兰 张宇亭

摘要：为了明确三峡库区典型柑橘园土壤pH、有机质及全氮的丰缺及其分布特征，采集了忠县全县域柑橘园土壤样品695份，检测了土壤pH、有机质和全氮含量状况;同时，针对忠县主要柑橘种植乡镇进行问卷调查，收集有效问卷217份，以明确不同管理方式对土壤有机质及全氮的影响。结果表明，25.47%柑橘园土壤pH低于5.5，19.42%柑橘园土壤pH为5.5～6.5，35.97%的柑橘园土壤pH大于7.5;45.75%柑橘园土壤有机质含量小于15 g/kg，48.78%柑橘园土壤有机质为15～30 g/kg，5.47%柑橘园土壤有机质大于30 g/kg;51.37%柑橘园土壤全氮小于1.0 g/kg，36.69%柑橘园土壤全氮为1.0～1.5 g/kg，11.94%柑橘园土壤全氮大于1.5 g/kg。柑橘园不同管理方式可以明显影响土壤碳氮状况，绿肥覆盖和有机肥施用可以分别提高土壤有机质8.71%和16.90%，且可以分别提高土壤全氮11.25%和18.52%。因此，适量有机肥和种植绿肥结合的方式是提高果园有机质和全氮的重要措施。

关键词：忠县;柑橘;土壤有机质;土壤全氮

中图分类号：S287;S512.1

文献标识码：A

文章编号：1008-0457（2022）02-0013-007

国际DOI编码：10.15958/j.cnki.sdnyswxb.2022.02.002

土壤是果树生长和发育的载体，也为果树提供生长所必需的养分，同时土壤也对维持环境质量起着重要缓冲作用。果农的普遍认知中高肥料投入等同于较高的果实产量，能获得较高的收益，因此大量的肥料被投入于果园生产中[1]，盲目和过量施肥成为果农的普遍行为[2-3]，由此也造成了果园土壤养分失衡、土壤酸化等环境问题[4]。由于果农每年有机肥投入量低，也造成了果园土壤理化性质的降低和肥力下降[5-6]。

我国地域辽阔，柑橘种植省份众多，由于种植区域不同，土壤母质以及果园管理差异性较大，造成了果园土壤养分含量差异较大，如湖南地区柑橘园土壤酸化严重，土壤中微量元素缺乏明显[7]，广西柑橘园土壤则表现出土壤氮、磷和钾元素分布不均，元素缺乏和超标并存[8]。而重庆地区由于降雨量和流失量较大的原因，土壤有机质及氮、磷、硼和锌元素缺乏都极为明显[9]。施用有机肥和种植绿肥对于提高土壤质量、减少水土流失和提升果实品质及产量有明显的促进效果[10]。果园绿肥能够为果树提供生长所需的部分养分，提高果树产量，改善果实品质[11]。何炎森等[12]针对琯溪蜜柚果园进行有机肥和化肥试验对比发现，施用有机肥相比于仅施用化肥果园土壤有机质含量提高了约16.8%，果园土壤全氮含量提高了45.4%。可见，绿肥覆盖和有机肥施用能够有效地提升果园土壤有机质含量以及提高土壤碳固存速率[13]。

重庆市忠县地处三峡库区，是世界甜橙生长最适宜生态区之一，是我国唯一无柑橘检疫性病害和周期性冻害的柑橘产区。目前柑橘种植面积已达2.3万hm2[14]，但忠县柑橘生产问题突出。立地条件差，土层浅薄，对抗自然灾害能力弱，且柑橘园土壤养分含量低[9，15-18]，土壤贫瘠，土壤保水保肥能力差。针对上述问题，忠县政府大力推行绿肥以及有机肥，但不同农户对于政策的接受程度不同，果园的管理方式差异较大。本研究的主要目的是采用大样本农户调研和土壤采样方法，揭示当前三峡库区典型柑橘园的碳氮丰缺状况。同时明确绿肥覆盖和有机肥施用等管理措施对柑橘园土壤碳氮含量的影响。

1材料与方法

1.1研究区概况

忠县位于重庆市中部（E 107°32′～108°14′，N 30°03′～30°53′），地處三峡库区腹地，境内地形呈现“三山两槽”，属典型丘陵地貌，气候区位于亚热带东南季风区山地气候，温热凉寒，四季分明，年平均气温18.2 ℃，年无霜期为341 d，年降雨量1200 mm。忠县柑橘园土壤多为紫色土，土层较薄，多为坡地和山地，较少为平地及洼地。柑橘园种植面积达2.3万 hm2，果树栽培种类以杂柑为主，品种繁多。

1.2问卷调研及土样采集

在重庆柑橘主产区——忠县各乡镇进行调研（图1），根据园区的土壤、地形、柑橘种植年限、耕作施肥状况等情况，选择典型柑橘园布设采样点，并抽样开展问卷调查。每个采样点围绕柑橘树滴水线内外，采集0～30 cm深度土壤样品。果园面积小于33.3  hm2采集一份混合土样，面积大于33.3 hm2的果园每增加33.3 hm2多采集一份混合土样，每个混合样品按照 “S”型设置五个采样点，混合均匀后利用四分法获取混合样品。本研究共采集695份土样，采集点分布如图1所示，土壤样本带回实验室，挑出肉眼可见的根系和杂物，风干，磨碎，过2 mm及0.1 mm筛，装袋标记备用。

共收集217份问卷，涉及的种植面积如图1所示，通过农户调研的方式收集柑橘园化肥施用种类、施用次数与施用量、绿肥种植与否及种类、有机肥种类及施用量等柑橘施肥及管理现状，并记录采样点的经纬度、海拔与地形。

为能够更加清楚地了解管理方式对于土壤碳氮的影响，将忠县柑橘园管理方式分为施用化肥、种植绿肥、施用有机肥这三类。其中，绿肥品种为一年生豆科植物毛叶苕子。

1.3测定项目与方法

土壤pH测定方法：水浸提电位法，土水质量比1∶2.5;土壤有机质（SOM）测定方法：重铬酸钾容量法;土壤全氮（TN）测定方法：半微量开式法。

1.4数据处理与分析

使用Excel 2019软件对数据进行统计分析，使用SPSS 25.0、Sigma Plot 12.0进行相关性分析，在 ArcGIS10.2 中运用普通克里格插值方法得出研究区柑橘园土壤 pH、SOM、TN的空间分布特征。

1.5柑橘园土壤养分评价标准

本研究土壤pH、土壤有机质、土壤全氮分级指标分别参考柑橘园土壤养分分级标准，其中柑橘园pH的分级标准为：<4.5为强酸性，4.5～5.5为酸性，5.5～6.5为弱酸性，6.5～7.5为中性，7.5～8.5为碱性，>8.5为强碱性。土壤有机质及全氮丰缺状况按表1划分[17，19]。

2结果与分析

2.1柑橘园土壤pH分布特征

不同的品种和区域对土壤酸碱性最适宜范围不同，普遍认为柑橘适宜的土壤酸碱度范围为5.5～6.5。忠县柑橘园土壤pH各范围内均有分布（表2），平均为6.7，属于中性范围，略高于柑橘种植适宜pH。本研究结果表明，适宜柑橘生长的弱酸性土壤仅占忠县果园土壤面积的19.42%，碱性土壤占35.97%，酸性及以上土壤占25.47%。通过Arcgis软件的分析发现，酸性及碱性土壤分布多表现为区域性分布（图2），东部土壤pH多表现为酸性，西部土壤pH多呈现为碱性。

2.2柑橘园土壤有机质分布特征

研究发现（表3），忠县柑橘园土壤有机质含量平均值处于适宜范围内，土壤有机质适宜及以上占54.25%，土壤有机质含量偏低占33.96%，土壤有机质较低及极低占11.79%。尽管柑橘园平均土壤有机质含量达到适宜范围，但含量分布并不均匀，仍有近五成的果园土壤有机质含量不足。研究结果表明（图3），各乡镇果园土壤有机质含量分布不均匀，中部区域土壤有机质含量普遍偏低，忠县北部及南部部分区域有机质含量能够良好地满足柑橘树体生长需求，整体呈现带状分布特征。

2.3不同管理方式对柑橘园土壤有机质的影响

由图4可知，施用有机肥和种植绿肥对于提高果园土壤有机质含量都有明显的效果。施用有机肥后果园土壤有机质平均含量（14.46 g/kg）比仅施用化肥的果园土壤有机质含量（12.37 g/kg）提高了约16.90%。种植绿肥的果园土壤有机质平均含量（14.34 g/kg）比自然生草的果园平均土壤有机质含量（13.19 g/kg） 提高了约8.71%。由此可知，施用有机肥提高果园土壤有机质含量效果优于种植绿肥。

2.4柑橘园土壤全氮分布特征

本研究发现忠县柑橘园平均土壤全氮含量为1.05 g/kg，达到适宜范围（表4）。土壤适宜于柑橘生长氮素需求的果园仅占忠县柑橘园的48.63%，土壤全氮含量偏低占忠县柑橘园土壤30.95%，土壤全氮含量较低及极低占20.42%，50%以上的果园都表现出土壤全氮缺乏现象。忠县各乡镇柑橘园土壤全氮含量分布与有机质分布相近，土壤全氮含量较高主要集中于北部区域和中部部分区域（图5），大部分区域表现出土壤全氮含量不足，相比土壤有机质分布，土壤全氮分布带状分布不明显，更多的表现为散点分布或团状分布。

2.5不同管理方式对柑橘园土壤全氮的影响

由图6可知，施用有机肥和种植绿肥对于提高果园土壤全氮含量都有效果。施用有机肥果园土壤全氮平均含量（0.96 g/kg）比仅施用化肥的果园土壤全氮（0.81 g/kg）提高了约18.52%。种植绿肥的果园土壤全氮平均含量（0.89 g/kg）比自然生草的果园土壤全氮（0.80 g/kg）提高了约11.25%，表明有机肥提高果园土壤全氮含量效果也优于绿肥。

3结论与讨论

3.1忠县柑橘园土壤pH、有机质和全氮现状

3.1.1土壤pH现状

忠县仅有19.42%的柑橘园土壤pH适宜于柑橘生长，碱性和酸性土壤是忠县柑橘园主要的土壤。詹江渝[20]研究也发现重庆区域紫色土pH多集中于4.5～5.5、中性及碱性分组，≥7.5的紫色土面积占比大于35%，这与本研究的结果相近，说明背景值是影响忠县柑橘园土壤pH的主要原因之一。王彤等 [16]的研究也发现忠县柑橘土壤pH多为碱性。为了缓解土壤碱性，建议施有机肥和酸性化肥，如过磷酸钙、硫酸钾等;建立灌排系统，定期引淡水灌溉，进行灌水洗盐，以降低盐碱含量，以迅速中和土壤碱性，增加养分有效性，从而增加柑橘对于养分的吸收利用，减少养分的流失。

3.1.2土壤有机质现状

我国农业土壤有机质含量不断降低，主要是由于从农作物残留物补给的碳不足以补充土壤损失的碳，需要外源性碳来补充土壤有机质[21]。通过研究发现忠县柑橘园土壤有机质平均值为16.84 g/kg，低于适宜值的果园占比为45.75%，尽管土壤有机质的含量低于适宜值的柑橘园比例较高，但相比于前人的结果，土壤有机质含量的增加还是较为明显，土壤有机质大于适宜值的柑橘园比例增加[14-16，18]。从有机质空间分布而言， 高值区域斑块主要集中于忠县东北部，中值区域斑块集中于忠县西北部，低值区域斑块集中于忠县西南部，研究区土壤有机质呈现从北到南递减，从东到西递减。有机质提高较慢，这可能与忠县土层较薄、柑橘园建园多集中于坡地山地、土壤流失率高、降雨量大土壤有机质分解较快有关。

3.1.3土壤全氮现状

对于我国其他地区果园土壤而言，由于氮肥施用量较高，土壤全氮都保持在较高的水平[22-24]，但由于重庆柑橘园多建园于坡地及山地，土壤结构差，有机质含量偏低，重庆地区降雨量大，水土流失及养分流失量大，导致了重庆地区柑橘园土壤全氮含量较低[14-15，18]，忠县柑橘园土壤全氮含量平均为1.05 g/kg，51.37%的柑橘园土壤全氮含量低于适宜值。施用有机肥和绿肥对于提高果园土壤全氮效果明显，可能与施用有机肥和绿肥改善了果园的土壤结构，流失率更低。从土壤全氮空间分布而言与有机质的分布相近，这也符合张娇等 [22-26]的研究。

3.2有机肥和绿肥對于提高果园土壤碳氮的效果

3.2.1有机肥提高果园土壤碳氮的效果

有机肥是提高果园碳氮的重要途径。本研究结果表明，在忠县地区施用有机肥，提高了约16.90%的土壤有机质和18.52%的土壤全氮，有机肥对于土壤养分的提升也受到了其他学者的关注。彭星星等[27]在渭北旱塬苹果园的研究发现，长期施用有机肥相比于仅施用化肥的果园土壤有机碳提升19.4%～36.4%，土壤有机质含量和有机肥的施用量有明显的相关性。Sugiura等[28]在日本茶园以及柑橘园的研究发现，有机肥对于土壤碳固持速率提升受到了土壤本身性质、施肥年限和有机肥种类的影响[29]。王磊[30]研究发现施用有机肥相比于施用化肥土壤有机质含量提升了1.22～1.96 g/kg，土壤全氮提升了0.17 g/kg，有机质的提升受土壤深度的影响较大，土壤全氮基本不受土壤深度影响。

3.2.2绿肥提高果园土壤碳氮

绿肥能够在山地有效地提高土壤果园碳氮含量。本研究结果表明在忠县地区种植绿肥提高了约8.71%的有机质和11.25%的全氮。绿肥作为一种清洁肥料，近年来不断得到重视，果园生草是果园绿色发展不可或缺的组分。Alicia等[31]的研究发现一年生和多年生绿肥都可以有效地提高果园碳固存速率，多年生绿肥的效果优于一年生绿肥。侯广太等[32]研究发现，在绿肥种植的前五年，白三叶可以提高近一倍的土壤有机质含量。陈利云等[33]在甘肃苹果园地研究发现，豆科绿肥可以有效地提高土壤碳氮含量，对于有机质而言，种植绿肥可以提高11.15%～22.69%果园土壤有机碳，且对于表层的微生物碳影响更为明显，对于土壤全氮的提升效果为35.43%～55.48%，土壤微生物氮对于绿肥种植更为敏感，能够直接被植物吸收的碱解氮和反映土壤肥力的土壤微生物含量增加明显。

3.2.3有机肥和绿肥优劣对比

本研究发现有机肥对于土壤碳氮的提升效果优于绿肥，前人的研究也证明了此观点 [34]，这和有机肥和绿肥转换为SOC的比例有关[35-37]。但前人的研究也发现有机肥的提高效果与有机肥的种类有较大的关系，堆肥的效果优于粪肥发酵，且投入量与提高效果也呈现出正相关[35]。但有机肥投入会带来更高的温室气体排放，温室排放量是碳固存速率的12倍左右[36，38]。因此为了促进果园产业的绿色持续发展，建议果园管理采取适量有机肥和种植绿肥结合的方式。

忠县柑橘园仅19.42%的土壤pH适于柑橘生长，45.75%的土壤有机质缺乏，51.37%的土壤全氮含量偏低。施用有机肥和绿肥对于提高果园土壤有机质、土壤全氮含量提升效果明显。施用有机肥和绿肥分别提高了16.90%和8.71%土壤有机质含量，18.52%和11.25%的土壤全氮。

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Spatial Distribution Characteristics of Soil Carbon and Nitrogen in Typical Citrus Orchards of the Three Gorges Reservoir Region

Zhan Pengjie1，Deng Maolin2，Shi Xiaojun1，Zhang Yueqiang1，Chen Zhihui1，Kuang Dejiao1，Liu zhenlan2，Zhang Yuting1*

（1.School of Resources and Environment，Southwest University，Interdisciplinary Research Center for Agriculture Green Development in Yangtze River Basin，Beibei，Chongqing 400715，China;2.Chongqing Zhong County Agriculture and Rural Committee，Zhong county，Chongqing 404300，China）

Abstract：In order to clarify the soil pH，the abundance and distribution characteristics of organic matter，and total nitrogen in typical citrus orchards in the Three Gorges Reservoir area，695 soil samples from citrus orchards in Zhong County were collected to detect the status of soil pH，organic matter，and total nitrogen;At the same time，a questionnaire survey was conducted in the main citrus-growing towns in Zhong County，and 217 valid questionnaires were collected to clarify the impact of different management methods on soil organic matter and total nitrogen.The results showed that the soil pH of 25.47% citrus orchards was lower than 5.5，19.42% of citrus orchards had soil pH of 5.5～6.5，and 35.97% of citrus orchards had soil pH greater than 7.5;45.75% of citrus orchards had soil organic matter content of less than 15 g/kg，and 48.78% of citrus orchard soil was 15～30 g/kg，5.47% citrus orchard soil organic matter was greater than 30 g/kg;51.37% citrus orchard soil total nitrogen was less than 1.0 g/kg，36.69% citrus orchard soil total nitrogen was 1.0～1.5 g/kg，11.94 % citrus orchard soil total nitrogen was greater than 1.5 g/kg.Different management methods of citrus orchards could significantly affect the soil carbon and nitrogen status.Green manure mulching and organic fertilizer application could increase soil organic matter by 8.71% and 16.90%，respectively，and ould increase soil total nitrogen by 11.25% and 18.52%，respectively.Therefore，the combination of appropriate amount of organic fertilizer and planting green manure is an important measure to improve the organic matter and total nitrogen of the orchard.

Keywords：Zhong county;citrus;soil organic matter;soil total nitrogen

收稿日期：2021-12-28;

修回日期：2022-01-04

基金項目：国家自然科学基金项目（31902116）

通讯作者：张宇亭（1985—），男，博士，副教授，主要从事土壤碳氮循环研究，E-mail：zyt2018@swu.edu.cn.