地形部位与种植年限对红壤果园土壤性状的影响

郑铭洁，余红伟，陈志良，章明奎

（1建德市农技推广中心土壤肥料站，浙江建德 311600；2浙江大学环境与资源学院，杭州 310058）

0 引言

20世纪90年代以来，随着中国农业产业结构的调整，水果种植面积和总产量稳步提升[1-2]，但各地水果产量与品质有较大的差异[3-4]。水果的产量与品质除与果树品种有关外，还受产地生产条件等的影响[5]，其中产地土壤是影响水果产量的重要因素[6-8]。由于耕地资源的缺乏，中国南方地区的果园多分布在丘陵山地；与平原地区不同，丘陵山地地形起伏较大，各地形部位土壤的物质循环及光温水等条件常常存在明显的空间差异[9-14]，位于不同地形部位的农作物生长状况常存在较大的空间差异，产量和品质参差不齐。另一方面，由于丘陵山地土壤多呈酸性[6]，果园基础地力差，自然肥力较低，供肥能力较弱，施肥是保障果园高产的必要条件。一些调查表明[15-16]，由于水果产值较高，农户对果园的投入常常高于一般粮田，过量施肥较为普遍；某些长期集约种植水果的土壤已发生明显的退化[6,17]，水果产量与品质发生下降的趋势。为了理解中国南方丘陵山地果园土壤质量的空间变化规律，认识自然因素与人为因素对果园土壤生产力的影响，本研究以浙江省杭州市为研究区域，选择23个具不同种植年限的低丘红壤果园，同时采集坡麓、下坡和中上坡部位的地形系列土壤，比较分析了地形部位与种植年限对果园土壤物理、化学和生物学性状的影响。

1 材料与方法

1.1 采样情况

调查在浙江省杭州市进行，该地属于典型的亚热带季风气候，年平均温度约16.5℃，年均降水量为1250 mm。2021 年在该市境内选择23 个具不同种植时间的低丘红壤果园开展调查，涉及的土壤类型主要为黄红壤。按照果树连续种植时间（年限），把果园分为≤5、6～10、11～15、≥16 年等4 组，样区数分别为5、7、5、6个。杭州市丘陵果园一般分布在丘陵的坡麓至中坡地带，少数分布在丘陵的上坡，为此，在每一样区的园地按地形由上至下分为中上坡（主要为中坡，少数包括上坡）、下坡和坡麓等3 个地带，分别观察有效土层厚度（母质层以上土体的总厚度），并采集0～20 cm 土层土样用于分析。调查区中上坡、下坡和坡麓等3 个地带的坡度分别在15°～35°、10°～30°和<10°之间。采集的土样分为2 个部分：一部分沿土壤自然结构轻轻地掰碎成粒径＜10 mm的小土块，自然风干，用于测定水稳定性团聚体；另一部分样品经风干、剔除其中石块及植物残体等杂质后过2 mm和0.15 mm土筛，测定土壤性质。

1.2 分析方法

分析项目包括有机碳、pH、CEC、有效磷、速效钾、有效钙、微生物生物量碳、容重和水稳定性团聚体。土壤有机碳采用重铬酸钾氧化法测定；土壤微生物生物量碳(MBC)采用氯仿熏蒸-硫酸钾提取法测定[18]-Shimadzu TOC 自动分析仪测定；土壤pH、有效磷、速效钾、有效钙采用常规法测定[19]；CEC采用醋酸铵交换法测定[19]；土壤容重在田间观察剖面时用环刀法测定[19]；水稳定性团聚体含量用湿筛法测定[19]。

2 结果与分析

2.1 地形部位对果园土壤性状的影响

2.1.1 对土壤物理性状的影响 对所有23个果园的3个地形部位土样的分类统计表明（表1），坡位对果园土壤物理性状有明显的影响。有效土层厚度呈现坡麓＞下坡＞中上坡，三者之间差异显著，位于坡麓的有效土层厚度比中上坡高出79.17%。坡麓处土壤平均容重低于下坡和中上坡，但三者之间差异总体上不显著。土壤>0.25 mm 水稳定性团聚体数量也呈现坡麓＞下坡＞中上坡，其中坡麓处土壤的>0.25 mm水稳定性团聚体数量明显高于中上坡。

表1 坡位对果园土壤化学和物理性状的总体影响

表2为对23个果园土壤性状同时按坡位和种植年限进行分类统计。结果表明，在相同种植年限的情况下，不同坡位之间的有效土层厚度差异均达显著水平。除种植年限为6～10年外，各种植年限时不同坡位土壤容重也显现较为明显的差异，都表现为坡麓土壤容重低于下坡和中上坡。各坡位土壤>0.25 mm 水稳定性团聚体数量在种植年限为6～10 年和≥16 年时呈现显著差异，表现为坡麓地带土壤>0.25 mm水稳定性团聚体数量最高。

表2 不同种植时间段坡位对果园土壤化学和物理性状的影响

2.1.2 对土壤酸碱度与保肥性的影响 表1 统计表明，坡麓处土壤pH总体上高于下坡和中上坡，但三者之间的差异没有达到显著水平。土壤保肥性(CEC)呈现坡麓＞下坡＞中上坡，其中坡麓处土壤的CEC明显高于中上坡。同时按坡位和种植年限进行分类统计结果表明（表2），3 个坡位之间土壤pH 在不同种植年限情况下的差异有所不同，种植年限≤5 年时坡麓土壤pH 明显高于下坡和中上坡，种植年限6～10 年时坡麓土壤pH 明显高于中上坡，种植年限11～15 年和≥16 年时坡麓土壤pH明显高于下坡。在4组种植年限的果园中，坡麓土壤CEC始终高于中上坡，而坡麓与下坡之间土壤CEC的差异只有在种植年限较长的11～15年和≥16年时才达到显著差异。

2.1.3 对土壤养分和微生物生物量碳的影响 按地形部位的分析结果统计表明（表3），各地形部位之间土壤有机碳、微生物生物量碳、有效磷、速效钾和有效钙均呈现坡麓＞下坡＞中上坡，表明坡麓地带有利于土壤养分的积累。其中，坡麓土壤有机碳和速效钾含量明显高于中上坡，下坡与中上坡之间的土壤有机碳、速效钾含量差异不明显。坡麓土壤微生物生物量碳和有效磷明显高于下坡与中上坡，下坡与中上坡之间的土壤微生物生物量碳、有效磷含量差异不明显。由于各地形部土壤有效钙变化较大，各地形部位之间土壤有效钙总体差异不显著，但坡麓处土壤有效钙平均含量分别高出下坡、中上坡42.49%和52.06%。

表3 坡位对果园土壤有机碳和养分的总体影响

同时按坡位和种植年限对土壤有机碳、微生物生物量碳、有效磷、速效钾和有效钙分类统计表明（表4），在各种植年限的情况下，地形部位对土壤有机碳、微生物生物量碳、有效磷、速效钾均有显著影响。除种植年限≥16 年时坡麓与下坡之间的土壤有机碳、微生物生物量碳无显著差异外，其他种植年限的坡麓土壤有机碳、微生物生物量碳均明显高于下坡和中上坡。除种植年限6～10 年时坡麓与下坡之间的土壤有效磷无显著差异外，其他种植年限的坡麓土壤有效磷均明显高于下坡和中上坡。除种植年限≤5 年和11～15 年时坡麓与下坡之间的土壤速效钾无显著差异外，其他种植年限的坡麓土壤速效钾均明显高于下坡和中上坡。中上坡与坡麓之间土壤有效钙的差异在种植年限11～15 年时达到显著，下坡与坡麓之间土壤有效钙的差异在种植年限≤5年和≥16年时达到显著水平。

2.2 种植时间对土壤性状的影响

2.2.1 对土壤物理性状的影响 对23 个果园按种植年限划分为4组，对相同种植年限果园3个地形部位的土壤分析结果进行合并统计（表5），结果表明，种植年限对有效土层厚度基本上无影响。种植年限之间的土壤容重变化也较小，但平均值随种植年限呈现先增加后下降的变化特点。土壤中＞0.25 mm水稳定性团聚体含量随种植年限呈现先增加后又下降的变化特点，其中种植年限为6～10 年的果园土壤中水稳定性团聚体含量明显高于≤5年的果园。

表5 种植年限对果园土壤化学和物理性状的总体影响

同时按坡位和种植年限对土壤性状的统计表明（表2），在相同的坡位中，种植年限对有效土层厚度均不产生明显影响，表明有效土层较为稳定，一般不会在短时间内发生变化。3个坡位中土壤容重随种植年限变化不同，其中，在中上坡中种植年限对果园土壤容重影响不明显；但在下坡和坡麓中土壤容重随种植年限呈现先增加后下降的变化，种植年限为6～15年的果园土壤容重明显高于种植年限≤5 年的果园。3 个坡位中，土壤>0.25 mm水稳定性团聚体含量随种植年限均呈现先增加后略有下降的特点，其中种植年限为6～15年的果园土壤>0.25 mm 水稳定性团聚体含量明显高于种植年限≤5年的果园。

2.2.2 对土壤酸碱度与保肥性的影响 表5 结果表明，土壤pH随种植年限呈现下降趋势，其中种植时间为≥16 年的果园土壤pH 明显低于种植时间为≤5 年和6～10年的果园，种植时间为11～15年的果园土壤pH明显低于种植时间为≤5年的果园。土壤CEC随种植年限呈现增加的趋势，种植时间为≥16 年的果园土壤CEC明显高于其他果园。同时按坡位和种植年限进行分类统计表明（表2），3 个坡位中土壤pH 均随种植年限呈现明显的下降，其中在中上坡中种植年限为11～15 年和≥16年的果园土壤pH明显低于种植年限≤5年的果园，在下坡和坡麓中种植年限为≥16年的果园土壤pH明显低于种植年限≤5 的果园。3 个坡位中土壤CEC也均随种植年限呈现明显的增加，其中在中上坡中种植年限为≥16年的果园土壤CEC明显高于种植年限≤5 年的果园，在下坡中种植年限为≥16 年的果园土壤CEC明显高于种植年限6～15年的果园，在坡麓中种植年限为≥16年的果园土壤CEC明显高于其他果园。

2.2.3 对土壤养分和微生物生物量碳的影响 土壤有机碳、微生物生物量碳、有效磷和速效钾含量总体上均呈现随种植年限的增加而增加，土壤有效钙含量的变化恰好相反（表6），表明施肥明显增加了土壤中有效磷和速效钾的积累，增加了土壤微生物的活性。其中，种植时间为≥16年的果园土壤有机碳和速效钾含量明显高于种植时间为≤5年的果园，种植时间为≥16年的果园土壤微生物生物量碳和有效磷含量明显高于种植时间为≤5年和6～10年的果园。种植年限为≤5年的果园土壤有效钙明显高于其他果园，种植年限为6～10年的果园土壤有效钙明显高于种植年限为≥16年的果园。

表6 种植年限对果园土壤有机碳和养分的总体影响

同时按坡位和种植年限对土壤有机碳、微生物生物量碳、有效磷、速效钾和有效钙分类统计表明（表4），在相同的坡位中，土壤有机碳、微生物生物量碳、有效磷和速效钾含量均呈现随种植年限的增加呈有序增加，所有情况下种植年限为≥16年的果园土壤有机碳、微生物生物量碳、有效磷和速效钾含量均高于≤5年的果园，种植年限为≥16年的果园土壤有机碳、微生物生物量碳含量均高于≤5年的果园，种植年限为11～15年的果园土壤有效磷含量均高于6～10 年和≤5 年的果园；所有坡位中，种植年限为≥16 年、11～15 年和6～10年之间的土壤速效钾差异不显著。各坡位中，土壤有效钙含量均随种植时间呈现明显有序的下降。

2.3 不同性状之间变化的协同性分析

表7为所有69个点位10项指标之间的相关分析结果，结果表明，指标之间存在一定的相关性。其中，土体厚度与除pH、容重、有效钙之外的指标均存在显著的正相关；pH与容重、有机碳、微生物生物量碳、有效磷呈显著的负相关，与有效钙呈显著的正相关；CEC与土体厚度、有机碳、微生物生物量碳、有效磷、速效钾呈显著的正相关，与容重呈负相关；容重与pH、CEC、有机碳、有效磷和有效钙均呈负相关；水稳定性团聚体与土体厚度、有机碳、微生物生物量碳、有效磷、速效钾呈正相关，与有效钙呈负相关；有机碳与所有指标均存在不同程度的相关，其中与pH、容重、有效钙显负相关；微生物生物量碳与除容重之外的存在显著相关；有效磷与所有指标存在相关，速效钾与除容重、pH之外指标存在相关，有效钙与除土体厚度、CEC之外指标存在相关。这些结果表明，丘陵果园土壤指标的变化存在协同关系。

表7 各指标间的相关性(n=69)

表8 对10 个指标的主成分分析表明，由于指标之间变化存在协同性，大致可把10个指标归纳为3个主成分，其中第1、第2 和第3 主成分对原有10 个指标的贡献率分别为44.00%、22.20%和13.37%，3 个指标的累计贡献率为79.57%。根据各指标对主成分的因子负荷，可将10个指标的协同变化归为3组：第1组包括CEC、有机碳、微生物生物量碳、有效磷、速效钾；第2组包括pH、容重、有效钙，第3组包括土体厚度和水稳定性团聚体。

表8 主成分分析结果

3 结论

对浙江省杭州市23个具不同种植时间的低丘红壤果园坡麓、下坡和中上坡土壤的采样分析，结果如下。

（1）地形部位（自然因素）与种植时间（人为因素）对果园土壤物理、化学和生物学性状均有不同程度的影响；其中有效土层厚度主要受自然因素控制，受人为耕作影响较小，其厚度：坡麓＞下坡＞中上坡；其他土壤性状同时受自然因素和人为耕作的同时影响。

（2）果园土壤CEC、有机碳、有效磷、速效钾和水稳定性团聚体、微生物生物量碳含量均表现为坡麓＞下坡＞中上坡，土壤容重是坡麓＜下坡＜中上坡；土壤pH是坡麓高于下坡和中上坡。坡麓与下坡、中上坡之间的土壤性状差异较大，而下坡与中上坡之间的土壤性状差异相对较小。

（3）随着果园种植时间的增加，土壤有机碳、有效磷、速效钾、微生物生物量碳呈现增加的趋势，土壤容重和水稳定性团聚体呈先增加后降低，土壤pH呈现连续下降。种植时间对土壤性状的影响在坡麓比下坡、中上坡更为明显。

（4）多元统计分析表明，果园土壤肥力指标之间的变化存在协同性，其中，土壤CEC、有机碳、微生物生物量碳、有效磷和速效钾的变化趋势相似，pH、容重和有效钙变化相关，土体厚度和水稳定性团聚体变化具有一致。研究认为，果园土壤在采取管理措施时需要考虑坡位与种植时间的差异。

4 讨论

4.1 地形部位对果园土壤性状的影响

地形是土壤形成的五大成土因素之一，是影响土壤与环境之间进行物质、能量交换的一个重要条件[20]。地形一般分为正地形与负地形，位于较高部位的正地形是物质和能量的分散地，而位于较低部位的负地形是物质和能量的聚集地。地形支配着地表径流，对水分的重新分配和水土流失产生显著的影响[21-23]，从而改变土壤中养分元素的流失与富集。一般来说，在较高的地形部位，部分降水受到径流的影响从高处流向低处，土壤中的物质易遭淋失；在地形低凹处，土壤获得额外的水量，物质不易淋溶、较易积累[24-26]。本研究中，中上坡地形主要为正地形，是物质和能量的分散地，而坡麓与下坡为负地形，是物质和能量的聚集地。因此，土壤物质及其养分和水分存在着由中上坡向下坡、坡麓迁移，坡麓地带或山谷低洼部位常接受由上部侵蚀搬运来的沉积物，产生了土体深厚的土壤，从而使土层厚度由中上坡向下坡、坡麓逐渐增加，有效磷、速效钾等养分逐渐增加；由于土壤中细颗粒的迁移，坡麓地带粘粒较高，因此土壤CEC 一般也是坡麓高于中上坡和下坡。同时，由于水分从上向下迁移，坡麓地带土壤水分较丰富，同时由于其粘粒较多及积累的盐基物质较丰富，有利于土壤有机质的积累[12]，土壤pH较高。

4.2 种植时间对土壤性状的影响

山地丘陵地区果园基础地力差，自然肥力较低，施肥是保障果园高产的必要条件。同时，由于水果产值较高，过量施肥较为普遍[16]；据研究[27-28]，进入土壤中的磷有较大比例可被土壤组分吸收积累在土壤中，其中以磷的固定最为明显。但众多的研究表明，由肥料残留在土壤中的磷具较高的生物有效性[29]，因此肥料养分在土壤中的积累可显著提高土壤养分的生物有效性。随着种植时间的增加，土壤中的养分也逐年增加，因此土壤中有效养分随种植年限的增加而增加。随着种植时间的增加，果树生物量逐年增加，其提供给土壤的枯叶等有机物质也逐渐增加，从而提高了土壤有机质的积累。一般来说，坡麓地带基础地力高，果树生长状况与产量一般好于中上坡，且坡麓地带交通方便，在坡麓地带的施肥量一般也较高（田间访问也得到证实），故坡麓地带土壤养分的积累一般也会比中上坡高。由于果园土壤中主要施用化肥为主，过量的化肥施用可导致土壤的酸化[30]，从而导致土壤酸度随种植年限的增加。果园与一般耕地不同，一般不采用深耕，因此，果园土壤的容重一般会随种植年限的增加而增加，而后期由于土壤有机质的积累又能导致了土壤容重的轻微下降。在果园年限较短时，其水稳定性团聚体呈先增加可能与有机质积累有关，但后期土壤中水稳定性团聚体的下降可能与土壤酸化、性状变差有关。