2021, Vol. 53
2. 甘肃省农业科学院果树科学研究所, 兰州 730070;
3. 河南省农业科学院园艺研究所, 郑州 450002;
4. 山东省果树研究所, 山东泰安 271000;
5. 西北农林科技大学园艺学院, 陕西杨凌 712100;
6. 山西省农业科学院果树研究所, 山西太谷 030815
近年来，我国梨园快速发展。最新统计数据显示，我国梨栽培面积和产量分别占世界总栽培面积和总产量的69.1% 和68.4%，稳居世界首位[1-2]，主产区主要集中于华北与黄河流域[3]。梨园土壤的养分状况直接影响梨树的生长状况和果实品质，适宜的土壤养分含量对梨树生长至关重要，是制定梨园土壤养分管理和合理施肥方案的重要依据之一[3]。有研究[4-5]指出，近年来由于不合理施肥带来了诸多土壤养分问题。河北省果园主要以尿素和复合肥形式投入氮肥，以普钙、二铵和三元复合肥形式投入磷肥[6]，这些肥料的过量投入不仅造成农民经济上的损失，而且引起水体富营养化，并在一定程度上降低果实品质[7-9]。钙是植物需要量较大的元素之一，缺钙时易出现早衰、果皮枯斑、果心发黄，甚至果肉坏死等现象[10-12]。梨果实缺钙易出现“鸡爪病”[13]，但导致果实缺钙的因素却很复杂，多数情况下土壤并不缺乏有效钙，因此在这种情况下叶面喷施钙肥效果优于土壤施用。微量元素虽然需求量很少，但其含量的高低严重影响作物产量与品质[14]。有研究[15]发现，土壤缺铜抑制茶树根系生长，缺锌易导致茶树叶片脱落，缺铁会造成茶树叶片失绿等缺素症状。目前，仍有相当多梨产区采用传统的土肥水管理方式，如大水漫灌和凭经验施肥，导致梨园病虫害和果实生理病害愈加严重、果实品质下降[2]。本文通过对国家梨产业技术体系黄河流域5个综合试验站224个主产区梨园土壤养分含量进行综合分析，以期为黄河流域梨园合理施肥和养分管理提供科学依据。
1 材料与方法 1.1 土壤样品采集国家梨产业技术体系在黄河流域地区有5个综合试验站，每个试验站选择3 ~ 5个示范县，共224个梨园进行土样采集(表 1)。2011年10月将梨园按照“S”形布点，在树冠滴水线下对角采集0 ~ 20 cm深混合土样，除去石块、根系等杂质，5 ~ 10个采样点的土壤混合均匀后用4分法留取1 kg左右样品带回实验室。土样经风干、研磨、过20目筛后用于pH及各种有效养分含量分析，以及过100目筛供土壤有机质含量的测定。
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表 1 黄河流域各试验站梨园采样点分布状况 Table 1 Distribution of pear orchards tested in different stations of Yellow River basin |
土壤理化指标测定[16]：pH采用标准型PB-10 pH计测定(水土质量比为2.5∶1)；有机质采用重铬酸钾–浓硫酸外加热法测定；碱解氮采用H3BO3指示剂，1 mol/L NaOH碱解扩散法测定；有效磷采用0.5 mol/L NaHCO3浸提–钼锑抗比色法测定；有效钾和交换性钙镁采用1 mol/L醋酸铵浸提法测定，有效态铁、锰、铜、锌采用0.005 mol/L DTPA浸提法提取，有效硼采用李坤等[17]的沸水浸提法提取，浸提液中各微量元素均用ICP-OES(电感耦合等离子体发射光谱仪)法测定。
1.3 数据处理参照全国第二次土壤普查中的分级标准[18]分析土壤碱解氮、有效磷和有效钾含量，参照李美桂等[19]标准分析微量元素铁、锰、铜、锌、硼的适宜值。采用SPSS 20.0统计分析软件对数据进行分析和Pearson相关性分析，Origin 9.1和Microsoft excel 2007进行图表制作。
2 结果与分析 2.1 梨园土壤pH由图 1可知，兰州、杨凌、太谷、郑州和泰安5个试验站梨园土壤pH范围分别为7.50 ~ 7.82、7.04 ~ 7.62、7.32 ~ 7.76、7.15 ~ 7.41和3.95 ~ 7.48，平均值分别为7.70、7.44、7.60、7.33和6.65。除泰安站有少数梨园土壤pH较低外，其他试验站主要梨园土壤pH均在6.5以上。各试验站中，pH在6.5 ~ 7.5的梨园比例为郑州站(100.0%) > 泰安站(80.0%) > 杨凌站(51.6%) > 太谷站(11.9%)；pH > 7.5的梨园比例为兰州站(100.0%) > 太谷站(88.1%) > 杨凌站(48.4%)。泰安站有20.0% 的梨园土壤pH为3.95~5.34。整体上看，黄河流域梨主产区4.5% 的梨园土壤pH < 6.5；土壤pH在6.5 ~ 7.5的梨园占43.8%；51.7% 的梨园pH > 7.5。
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图 1 黄河流域梨园土壤pH状况 Fig. 1 Soil pH in pear orchards of Yellow River basin |
土壤有机质是土壤肥力的重要指标。黄河流域梨园土壤有机质含量的差异较明显(图 2)，有机质含量最高的是泰安站，兰州、杨凌站次之，郑州站表现最低。各试验站中，有机质含量低于10 g/kg的梨园比例表现为郑州站(62.8%) > 太谷站(32.2%) > 泰安站(16.0%) > 兰州站(8.2%) > 杨凌站(3.2%)；有机质含量在10 ~ 20 g/kg的梨园比例为杨凌站(90.3%) > 兰州站(75.5%) > 太谷站(67.8%) > 泰安站(64.0%) > 郑州站(37.2%)，太谷站和郑州站梨园土壤有机质含量均低于20 g/kg；而有机质含量高于20 g/kg的梨园中以泰安站最多(20.0%)，兰州站次之(16.3%)。整体来看，黄河流域90% 以上的梨园有机质含量低于20 g/kg，其中24.1% 的梨园有机质含量低于10 g/kg。
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图 2 黄河流域梨园土壤有机质含量状况 Fig. 2 Soil organic matter contents in pear orchards of Yellow River basin |
由图 3可知，黄河流域99.6% 的梨园土壤碱解氮含量低于90 mg/kg，其中62.1% 的梨园低于60 mg/kg，29.0% 的梨园处于60 ~ 90 mg/kg。各试验站中，碱解氮含量在30 ~ 60 mg/kg的梨园比例为兰州站(71.0%) > 太谷站(62.7%) > 郑州站(51.0%) > 杨凌站(42.0%) > 泰安站(24.0%)；碱解氮含量在60 ~ 90 mg/kg的梨园比例为杨凌站(52.0%) > 泰安站(46.0%) > 兰州站(20.0%) > 郑州站(17.0%) > 太谷站(16.9%)。
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图 3 黄河流域梨园土壤碱解氮含量状况 Fig. 3 Alkaline hydrolytic nitrogen contents in pear orchards of Yellow River basin |
由图 4可以看出，杨凌站梨园土壤有效磷含量最高(均高于15 mg/kg)，泰安站次之，太谷站最低。太谷、兰州、郑州和泰安4站土壤有效磷含量低于15 mg/kg的梨园比例分别为37.3%、22.4%、17.1% 和2.0%，高于40 mg/kg的梨园比例分别为杨凌站(87.1%) > 泰安站(78.0%) > 兰州站(32.6%) > 郑州站(20.0%) > 太谷站(13.5%)。整体来看，黄河流域有17.9% 的梨园有效磷含量低于15 mg/kg，土壤磷素供应不足，应加大磷肥的投入；而有效磷含量高于40 mg/kg的梨园有43.3%，有效磷富集现象明显。
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图 4 黄河流域梨园土壤有效磷含量状况 Fig. 4 Soil available phosphorus contents in pear orchards of Yellow River basin |
图 5显示，杨凌站梨园土壤有效钾含量最高，兰州站次之，郑州站最低。各试验站中，有效钾含量低于100 mg/kg的梨园比例为郑州站(45.7%) > 太谷站(22.0%) > 泰安站(16.0%) > 兰州站(4.1%)；有效钾含量在100 ~ 150 mg/kg的梨园比例为泰安站(32.0%) > 郑州站(22.9%) > 兰州站(22.4%) > 太谷站(2.02%)；有效钾含量高于200 mg/kg的梨园比例以杨凌站最多(高达93.5%)，兰州、太谷和泰安站分别为44.9%、32.3% 和32.0%，郑州站占比最少(17.1%)。整体来看，黄河流域土壤有效钾含量低于100 mg/kg的梨园占17.4%，41.1% 的梨园有效钾存在富集现象(高于200 mg/kg)。
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图 5 黄河流域梨园土壤有效钾含量状况 Fig. 5 Soil available potassium contents in pear orchards of Yellow River basin |
从泰安站来看，土壤交换性钙含量低于1 000 mg/kg的梨园占有16%，1 000 ~ 2 000 mg/kg的梨园占有26%(表 2)。其余4站除太谷站有1.7% 的梨园交换性钙含量处于1 000 ~ 2 000 mg/kg，其他梨园均高于2 000 mg/kg。各试验站中，土壤交换性钙含量高于3 000 mg/kg的梨园比列分别为杨凌站(100.0%) > 兰州站(97.9%) > 太谷站(96.6%) > 郑州站(45.7%) > 泰安站(16.0%)。总体上，研究区约有90% 的梨园土壤交换性钙含量在2 000 mg/kg以上。
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表 2 黄河流域梨园土壤交换性钙含量状况 Table 2 Soil exchangeable Ca contents in pear orchards of Yellow River basin |
由表 3可知，研究区有86.6% 梨园土壤交换性镁含量处于100 mg/kg以上。从各试验站来看，杨凌站所有梨园交换性镁含量均高于100 mg/kg；泰安站和郑州站中交换性镁含量低于100 mg/kg的梨园占20% ~ 30%。交换性镁含量在100 ~ 250 mg/kg的梨园比例为郑州站(60.0%) > 太谷站(59.3%) > 泰安站(56%) > 兰州站(34.7%) > 杨凌站(19.3%)，高于250 mg/kg的梨园比例为泰安站(14.0%) < 郑州站(17.1%) < 太谷站(30.5%) < 兰州站(63.3%) < 杨凌站(80.7%)。
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表 3 黄河流域梨园土壤交换性镁含量状况 Table 3 Soil exchangeable Mg contents in pear orchards of Yellow River basin |
从各试验站来看，有效铁含量低于10 mg/kg的梨园为太谷站(96.6%) > 杨凌站(93.5%) > 兰州站(69.4%) > 郑州站(65.7%) > 泰安站(50.0%)，其中太谷站和杨凌站几乎所有梨园有效铁含量均低于10 mg/kg，泰安、郑州和兰州3站有50% ~ 70% 的梨园有效铁含量低于10 mg/kg；而有效铁含量低于4.5 mg/kg的梨园中以太谷站最多(高达55.9%)，树体缺铁的风险较高；有效铁含量在10 ~ 30 mg/kg梨园比列为郑州站(34.3%) > 泰安站(34.0%) > 兰州站(30.6%) > 杨凌站(6.5%) > 太谷站(3.4%) (表 4)。
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表 4 黄河流域梨园土壤有效铁含量状况 Table 4 Soil available Fe contents in pear orchards of Yellow River basin |
研究区有27.2% 的梨园土壤有效锰含量低于7 mg/kg，含量偏低(表 5)。从各试验站来看，土壤有效锰含量低于7 mg/kg的梨园比例为泰安站(64.0%) > 郑州站(31.4%) > 太谷站(28.8%) > 兰州站(2.0%)，可能会造成树体锰素缺乏，而杨凌站各梨园土壤有效锰含量均处于7 mg/kg以上。
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表 5 黄河流域梨园土壤有效锰含量状况 Table 5 Soil available Mn contents in pear orchards of Yellow River basin |
研究区梨园土壤有效铜含量平均值处于1 mg/kg以上，有效铜含量低于1 mg/kg的梨园比例为太谷站(71.1%) > 郑州站(23.0%) > 泰安站(16.0%)和兰州站(16.0%)，有29.2% 梨园的土壤有效铜含量低于1 mg/kg；有效铜含量在1 ~ 4 mg/kg的梨园比列为杨凌站(94.0%) > 兰州站(84.0%) > 郑州站(37.0%) > 泰安站(32.0%) > 太谷站(27.0%)；而郑州站和泰安站中有效铜含量高于10 mg/kg的梨园分别占29.0% 和22.0%，兰州站和杨凌站均无有效铜含量高于10 mg/kg的梨园(表 6)。
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表 6 黄河流域梨园土壤含量状况 Table 6 Soil available Cu contents in pear orchards of Yellow River basin |
研究区土壤有效锌含量低于1 mg/kg的梨园比例为太谷站(55.9%) > 兰州站(46.9%) > 郑州站(17.2%) > 泰安站(4%) > 杨凌站(3.2%)；有效锌含量在1 ~ 4 mg/kg的梨园比例为杨凌站(90.3%) > 泰安站(74%) > 郑州站(62.9%) > 兰州站(53.1%) > 太谷站(37.3%)；而有效锌含量高于4 mg/kg的梨园中以泰安站最多(达22%)。整体来看，黄河流域30% 左右的梨园土壤有效锌含量低于1 mg/kg，树体及果实缺锌的风险较高；60.3% 梨园有效锌含量在1 ~ 4 mg/kg(表 7)。
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表 7 黄河流域梨园土壤有效锌含量状况 Table 7 Soil available Zn contents in pear orchards of Yellow River basin |
从各试验站来看，土壤有效硼含量低于0.5 mg/kg的梨园比列为泰安站(72%) > 郑州站(68.6%) > 太谷站(49.2%) > 兰州站(12.3%)；有效硼含量在0.5 ~ 1.0 mg/kg的梨园比列为兰州站(36.7%) > 杨凌站(32.3%) > 太谷站(30.5%) > 泰安站(26.0%) > 郑州站(25.7%)；而有效硼含量高于1.0 mg/kg的梨园以杨凌站最多，兰州站次之。整体来看，黄河流域梨园土壤有效硼含量低于0.25 mg/kg的梨园占15.2%，其中太谷、郑州和泰安3个试验站有效硼的含量低于0.25 mg/kg的梨园分别占13.6%、28.6%和32%；有效硼含量在0.25 ~ 1.0 mg/kg及 > 1 mg/kg的梨园分别约占57.6% 和27.2%，其中兰州站和杨凌站梨园有效硼含量均在0.25 mg/kg以上。(表 8)
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表 8 黄河流域梨园土壤有效硼含量状况(mg/kg) Table 8 Soil available B contents in pear orchards of Yellow River basin |
对224个梨园土壤各养分指标进行Pearson相关性分析，从图 6中可以看出，除pH、交换性钙与有效铜的相关性外，其余指标间均呈极显著正相关，其中，相关性较高的有有效钾与交换性镁、有效钾与有效硼、交换性镁与有效硼，其相关系数分别为0.918、0.920和0.952，表明梨园各土壤养分指标之间存在不同程度的相关性。
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(图中som表示有机质，AN、AP、AK表示有效氮、磷、钾，ECa、EMg表示交换性钙镁，Afe、AMn、ACu、Azn、AB表示有效铁、锰、铜、锌、硼) 图 6 梨园土壤养分相关性 Fig. 6 Correlation among soil nutrients in pear orchards |
对黄河流域5个试验站梨主产区224个梨园土壤养分的调查表明，大部分梨园土壤pH在6.6 ~ 7.8，这与该地区属于石灰性土壤有关。泰安试验站有20.0% 梨园土壤pH处于3.95~5.34范围内、有效钙镁含量相对较低，有效铁、锰、铜含量较高，这可能与土壤成土母质有关。土壤pH过高或过低均会加剧元素间的拮抗或促进作用[20]，因此，施肥时注重施入肥料的酸碱性，既可调节土壤pH，又对作物的根系生长和土壤养分吸收起重要作用。土壤有机质含量是土壤肥力的物质基础，有机质的胶体特性能吸附土壤中阳离子，使其具有保肥力和缓冲性，还可改善土壤的理化性状[21]。本研究中，土壤有机质与大量元素之间呈极显著正相关，与张强等[22]研究结果一致，表明土壤有机质与土壤肥力存在密切联系。谢凯等[3]研究发现土壤有机质、碱解氮、pH是环渤海湾地区梨园土壤养分的主要限制因子。李美阳[23]指出，延边地区苹果梨园土壤有机质含量范围为13.4 ~ 23.2 g/kg，而本研究结果表明，黄河流域90% 以上梨园土壤有机质含量低于20 g/kg，与日本梨园土壤有机质含量大多在30 g/kg以上[24]形成鲜明对比。有机质含量低的原因与有机肥施用不足有直接关系，也与施肥方式不当有关，如生产上常采用撒施的方式覆盖在行间或树下，导致肥料分解加速，难以达到增加土壤有机质的目的。生产中采取果园生草、覆草、菌渣覆盖[25]、施用生物质炭及各种有机肥均能提高果园土壤有机质含量[26]。
黄河流域有62.1% 的梨园土壤碱解氮含量低于60 mg/kg，处于较低水平，这可能与该区土壤多为砂质土壤、易漏水漏肥有关。土壤有机质含量低也是碱解氮含量低的重要原因[27]。该区土壤有效磷和有效钾含量有相似之处，富集现象明显，40% 左右的梨园含量偏高。土壤有效钾含量较高与土壤成土母质有关[27]，而部分土壤有效磷钾含量过高的现象，可能与生产中习惯使用高磷复合肥如磷酸氢二铵有关。从该区域梨树叶片养分含量可以看出，但44% 的梨园叶片氮含量超出适宜范围(未发表资料)，表现出氮过量现象，也从侧面说明化学氮磷钾肥投入高但土壤氮素保持力低、磷钾富集严重，急需合理调整养分投入比例，按实际情况减少化肥施用。“十三五”以来，果园中有机肥或有机资源如修剪枝条还田、生草还田等的大量采用可以有效降低化肥的使用量。如何在梨园中合理利用有机养分资源以达到减量施用化肥、提高土壤有机质，对实现土壤改良和梨树稳产、提质增效具有重要意义。
虽然本研究中梨园土壤交换性钙、镁含量整体较为丰富，但植株生理性缺钙、缺镁现象仍然存在(未发表资料)。大多数研究认为果面褐斑病的发生主要与缺钙有关[28]，因此喷施钙肥是目前最常采用的补钙方式。王红[28]研究表明，生育期内喷施不同钙肥可有效提高成熟期黄冠梨果实钙含量，且喷施糖醇钙对黄冠梨果面褐斑病的防治效果最佳。丁少男等[29]研究表明，施用有机肥可有效改善农田土壤中微量元素的亏缺状况，且有机肥不论是单施还是配施均有利于土壤铜、锰、锌、铁的活化[28]。本研究也发现土壤有机质与微量元素之间呈极显著正相关，与卢映琼[30]和常旭虹等[31]研究结果一致，说明提高土壤有机质可明显改善铜、铁、锌等微量元素的有效性。有机质影响土壤微量元素，不仅是因为其从源上直接向土壤中带入微量元素，而且其也影响着微量元素在土壤中的吸附–解析过程[32]。从本文的微量元素分析结果可以看出，研究区存在较高的缺铁、锰、铜、锌或硼的风险，因此，该地区应在重视有机养分投入的基础上高度重视微量元素的及时、有效补充。
4 结论黄河流域主要梨园土壤有机质含量普遍偏低，碱解氮含量总体处于较低水平，有效磷钾富集现象明显；梨园土壤交换性钙、镁含量整体均偏高；微量元素方面存在较高的缺铁、锰、铜、锌或硼的风险。实践栽培中应加强有机肥或有机物料的投入，提高土壤有机质含量，适量施用磷钾肥，重视补充微量元素铁、锰、锌、硼等。
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5. College of Horticulture, Northwest A&F University, Yangling, Shaanxi 712100, China;
6. Pomology Institute, Shanxi Academy of Agricultural Sciences, Taigu, Shanxi 030815, China