山西核桃主产区土壤养分状况现状

赵瑞芬，程 滨，张一弓，滑小赞，王 森，王 钊

（山西农业大学资源环境学院，山西太原030031）

核桃（Juglans regiaL.）为胡桃科属，其核仁具有很高的营养价值和保健价值，是世界著名的“四大干果”之一。山西省地处黄土高原东部，属于温带大陆性气候，昼夜温差大，日照充足，是我国优质核桃的生产基地之一；随着核桃种植的迅猛发展，核桃产业已成为山西多地的农业主导产业，现有种植面积已超过53万hm2[1]，但单位面积产量不到国家丰产林标准的1/3[2]，产量低、品质差制约着山西省核桃产业的发展。有研究表明[3-5]，科学合理地施肥有利于改善土壤性状、提高核桃产量和品质。核桃园土壤是核桃生长的基础，土壤肥力的高低直接影响核桃的产量的高低和品质的好坏。因此，了解并客观评价核桃种植地土壤的养分状况，对改善土壤肥力、指导核桃产地土壤合理施肥、促进核桃生产发展具有重要意义。而土壤养分状况受气候、地形、地貌、土壤条件、植被及人类活动等因素的综合影响。目前，针对不同种植园的土壤养分状况，学者已进行了大量研究。广西桑树不同种植区甚至同一种植区土壤养分差异较大，主产区50% 以上的桑园土壤速效氮、磷、钾缺乏[6]；四川广元核桃林地土壤总体偏碱性，土壤肥沃程度总体较低，多数土壤有机质、微量元素缺乏[7]；新疆乌什县大多数核桃园土壤有机质含量较低，速效氮、磷、钾、铁、锰和铜缺乏[8]；重庆市柑橘园87.5% 的土壤有机质含量偏低、速效氮和有效磷缺乏，速效钾缺乏和过量并存[9]；重庆猕猴桃主产区土壤pH值普遍高，速效磷丰富，有机质、碱解氮、速效钾适中，存在部分有效硫、铁、锰缺乏或过量现象[10]。不同地区土壤养分状况各异，同一地区土地种植方式不同土壤养分状况也不同。核桃产地土壤养分状况的研究已在四川[7]、新疆[8]和陕西[11]等地报道，而关于山西核桃园土壤养分肥力状况还未见系统研究。

本研究对山西省核桃主产区汾阳、左权、盂县、黎城、古县等5个县市的土壤养分含量现状进行调查与分析，并利用土壤养分分级标准对其作出相应的评价，旨在为科学地指导山西主产区核桃园施肥和实现养分资源综合管理提供一定的科学依据。

1 材料和方法

1.1 土壤样品采集

选择核桃种植面积较大的汾阳、左权、盂县、古县、黎城5个县市作为研究区，在各县市中选取核桃种植已成规模的53个乡镇作为采样点。于2017年9—10月核桃成熟期，考虑核桃树龄、地形部位和土壤类型等因素，选择10～15 a的核桃园进行土壤样品采集。每个样点按照“S”型采样方法，在树冠滴水线附近，视核桃园的大小，随机采取5～10个0～30 cm土层样品，经混合后取1 kg土样作为该取样点的土壤农化样，共采集288个有代表性的样本。土样置室内阴干，研磨过1 mm或0.25 mm的尼龙筛，装入干净的纸袋中，备用。同时，记录采样点核桃的立地条件、农户施肥管理和核桃产量情况。

1.2 测定项目及方法

分析项目包括pH、有机质、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾、有效铜、有效锌、有效锰、有效铁等10个指标，采用常规方法进行分析[12]。其中，土壤pH采用土水比（1∶2.5）pH酸度计进行测定；有机质含量采用重铬酸钾外加热-容量法进行测定；全氮含量采用半微量凯氏定氮法进行测定；碱解氮含量采用碱解扩散法进行测定；有效磷含量采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法进行测定；速效钾含量采用乙酸铵浸提-火焰光度法进行测定；有效铜、有效锌、有效锰、有效铁含量采用中性DTPA浸提-火焰原子吸收分光光度法进行测定。

1.3 数据处理及参考养分分级标准

数据采用Excel 2007和SPSS 18.0统计软件进行分析。

调查发现，研究区核桃种植多为农林复合种植，因此，土壤pH值、有机质、全氮、大量元素和微量元素养分分级指标参考我国第二次土壤普查制定的养分分级标准[13]。

土壤pH分级标准为：pH值在5.6～6.5时为弱酸性土壤，可以种植核桃；pH值在6.6～7.5时为中性土壤，最适宜核桃的生长；pH值在7.5～8.5时为微碱性土壤，比较适宜种植核桃；pH值在8.5～9.0时为碱性土壤，可以种植核桃，但产量会受影响。有机质与其他养分分级标准如表1所示。

表1土壤养分分级标准

2 结果与分析

2.1 土壤pH状况

核桃适应性较强，可以在多种土壤上生长，通常在土壤pH值为5.5～8.2的微酸性到碱性土壤中均可正常生长，而在相对偏中性土壤中生长更好（pH值为6.4～7.2）[14]。由表2可知，调查区土壤pH值主要分布在7.71～8.71，平均为8.26，综合变异系数为2.05% ，说明研究区土壤pH基本一致；山西核桃主产区95.2% 的土壤样本pH值在7.6～8.5，为弱碱性土壤，可以种植核桃；各县市pH均值都在适宜范围内。在pH值较高的地方，生产中可以适当施用酸性肥料来调节pH值。

表2核桃园土壤pH值和分布频率

2.2 土壤有机质丰缺状况

土壤有机质含量大小是反映土壤肥力高低最重要的指标之一，是土壤中各种营养元素特别是氮、磷的重要来源，其高低能够反映当季土壤养分供应能力的大小[15]。由表3可知，调查区核桃种植地土壤样本有机质含量变化范围为4.7～46.6 g/kg，平均为15.4 g/kg，变异系数为36.1% 。有机质含量适宜和丰富的样本比例为14.8% ，其中，左权占23.8% ，盂县只占8.8% ；有机质含量缺乏（10～20 g/kg）的样本比例为70.2% ，其中，古县（80.7% ）占的比例最大，其次依次为黎城（77.8% ）、汾阳（70.2% ）、左权（64.3% ）、盂县（58.7% ）；有机质含量很缺和极缺的样本比例为15.0% ，其中，盂县（32.6% ）占的比例最大。

表3核桃园土壤有机质含量和分布频率

2.3 土壤全氮丰缺状况

土壤含氮量是衡量土壤氮素的重要基础肥力指标，其含量多少可反映土壤供氮潜力的高低[15]。由表4可知，调查区核桃种植地土壤样本全氮含量变化范围为0.13～1.81 g/kg，平均为0.90 g/kg，变异系数为36.4% 。全氮含量超过1.0 g/kg在适量范围的样本比例占35.1% ，其中，左权占66.7% 、黎城占38.9% 、古县占27.7% 、盂县占21.7% 、汾阳占8.8% ；全氮含量缺乏（0.75～1.0 g/kg）的样本比例占35.1% ，其中，汾阳（50.9% ）占的比例最大，其次是黎城（44.4% ）；全氮含量低于0.75 g/kg处于很缺和极缺范围的土壤占29.8% ，其中，盂县（56.6% ）占的比例最大，其次是汾阳（38.5% ）。

表4核桃园土壤全氮含量和分布频率

2.4 土壤大量元素状况

土壤中有效养分含量是影响作物产量和品质的重要因素之一。由表5可知，调查区核桃种植地土壤碱解氮含量变化范围为10.2～152.5 mg/kg，平均为52.3 mg/kg，变异系数为51.0% ，土壤中的氮主要受外界环境如施肥的影响。从分布频率来看，9.3% 的土壤碱解氮含量在适量及以上水平，分布在黎城（8.3% ）和古县（6.5% ）；23.3% 的土壤碱解氮含量在适量水平，各县市分布频率依次为黎城19.5% 、古县17.1% 、左权7.2% 、盂县4.3% 、汾阳1.7% ；调查区土壤碱解氮含量在60 mg/kg以下很缺和极缺级占67.5% ，缺氮较为严重的是汾阳（93.0% ）和盂县（76.1% ），其次依次是左权（69.0% ）、黎城（55.5% ）和古县（36.1% ）。在严重缺氮的核桃种植地应增施氮肥。

表5核桃园土壤碱解氮含量和分布频率

土壤有效磷是土壤磷素养分供应水平高低的指标，土壤磷素含量高低在一定程度上反映了土壤中磷的贮存量和供应能力。从表6可以看出，调查区核桃种植地土壤有效磷含量变化范围为2.3～55.2 mg/kg，平均为11.0 mg/kg，变异系数为75.1% ，各区域土壤有效磷变异系数大小依次为汾阳（82.4% ）、左权（65.4% ）、盂县（64.0% ）、古县（62.7% ）和黎城（46.7% ），说明各县市有效磷含量存在差别。从分布频率来看，汾阳和盂县分别有14.0% 和19.4% ，有效磷含量偏高；调查区土壤有效磷含量在10 mg/kg以下缺乏、很缺和极缺级占60.0% ，缺磷较为严重的是左权（78.6% ）和古县（72.3% ），其次依次是黎城（63.9% ）、汾阳（49.2% ）、和盂县（41.3% ）。

表6核桃园土壤有效磷含量和分布频率

核桃果实需要的钾较多，土壤中速效钾的丰缺会影响核桃的产量及品质[8]。从表7可以看出，调查区核桃种植地土壤速效钾含量变化范围为75～459 mg/kg，其变幅较大，平均为170 mg/kg，变异系数为34.8% 。含量在适宜范围（100～150 mg/kg）的土壤样本比例以黎城（55.5% ）最大，其次依次是盂县（39.1% ）、古县（38.3% ）、和汾阳（35.6% ），左权最小（16.7% ）；调查区土壤有61.9% 的土壤存在钾过量现象，如左权过量比例占76.2% 、汾阳占52.6% 、古县占46.8% 、黎城占30.6% ，盂县所占比例最小（17.4% ），各县之间的差异除与当地土壤母质有关外，这与近年来各地实施秸秆还田的力度有很大关系。

表7核桃园土壤速效钾含量和分布频率

2.5 土壤微量元素养分状况

由表8可知，土壤有效铁含量范围为2.04～15.60 mg/kg，平均为5.25 mg/kg，变异系数为36.5% ；全区土壤有效铁含量有61.0% 属适量及以上水平，约有39.0% 的核桃种植地土壤有效铁缺乏，其中，黎城所占比例最大，约为58.4% ，其次依次是古县（46.8% ）、汾阳（42.1% ）、盂县（30.5% ）和左权（19.1% ）。

表8核桃园土壤有效铁含量和分布频率

由表9可知，土壤有效锰含量范围为0.14～6.18 mg/kg，平均为0.89 mg/kg，变异系数为83.3% ，说明不同县市、同一县市不同取样点土壤有效锰含量变异较大；约有52.2% 的土壤有效锰含量属适量水平，其中，汾阳所占比例最大，为96.5% ；约有47.8% 土壤存在缺锰现象，其中，古县占的比例最大，为87.2% 。

表9核桃园土壤有效锰含量和分布频率

由表10可知，土壤有效铜含量范围为0.21～1.76 mg/kg，平均为0.85 mg/kg，变异系数为41.4% ；全区土壤有效铜含量有71.0% 属适量水平，28.9% 属丰富水平；平均含量最大的为汾阳，最小的为古县。

由表11可知，土壤有效锌含量范围为1.49～13.30 mg/kg，平均为5.34 mg/kg，变异系数为35.1% ；全区土壤有效锌含量有72.0% 属适量及以上水平，其中，汾阳约有50.8% 、黎城约有44.5% ，有28.0% 的核桃种植地土壤有效锌缺乏，其中，古县占比最大，约为68.0% ，其次依次是左权（33.3% ）、盂县（30.5% ）。

表10核桃园土壤有效铜含量和分布频率

表11核桃园土壤有效锌含量和分布频率

总体来看，山西省核桃主产区土壤有不同程度的铁、锰和锌缺乏及铜、锌过量现象。在实际生产中，应根据微量元素养分丰缺情况，在铁、锰和锌缺乏的地块增施铁、锰和锌肥；在铜和锌过量的区域不施铜肥和锌肥，并禁止施用含铜、锌的农药等。

2.6 土壤养分相关性分析

受成土母质、风化过程等自然因素及土地利用方式等人为因素的影响，土壤不同养分含量间具有一定的相关性[9，16]。山西核桃产区土壤样品的各养分含量之间相关性分析结果表明（表12），土壤pH与有机质、全氮及各有效养分含量之间无相关性；土壤有机质与全氮、有效铜间呈极显著正相关（r＝0.374和r＝0.182），与有效锌间呈显著正相关（r＝0.139）；土壤全氮与碱解氮间呈极显著正相关（r＝0.357），与速效钾间呈显著正相关（r＝0.165）；土壤碱解氮与有效铜、有效锰间呈极显著负相关（r＝-0.238和r＝-0.199）；土壤有效磷与速效钾、有效铜和有效锰间呈极显著正相关（r＝0.235、r＝0.176和r＝0.229）；土壤速效钾与有效锌间呈显著正相关（r＝0.165）；土壤有效铜与有效锌、有效锰间呈极显著正相关（r＝0.416和r＝0.636）；土壤有效锌与有效锰间呈极显著正相关（r＝0.324），与有效铁间呈极显著正相关（r＝0.228）。

表12核桃园土壤pH、有机质、全氮及有效养分间的相关性分析（n＝228）

3 结论与讨论

pH对土壤中养分元素的有效性影响较大，核桃在土壤pH值为5.5～8.2的微酸性到碱性土壤中均可正常生长；而土壤pH值在6.5～7.5时，土壤养分有效性最高[14，17]。李青军等[17]研究发现，pH值的升高或降低都会影响核桃的产量。山西核桃主产区95.2% 的土壤样本pH值在7.6～8.5，为弱碱性土，可以种植核桃。但为了实现土壤养分平衡，获得核桃优质高产，应在核桃园增施有机肥或使用酸性肥料以降低pH值。

土壤有机质是评价土壤肥力的重要指标，有机质可以改善土壤物理性状、影响化肥的肥效，进而影响农作物的产量和品质[18]。土壤有机质与其他有效养分不同，在周年植物生长期间土壤有机质质量分数变化较小[19]。本研究表明，山西省核桃主产区土壤总体有机质含量偏低，平均达15.4 g/kg，只有14.8% 的土壤有机质含量超过20 g/kg，不同县区情况不同，如左权土壤有机质含量超过20 g/kg的比例占23.8% ，而盂县只占8.8% ，原因可能是由于左权的畜牧业比较发达，有机肥来源多；另外，左权的主导产业为农业，农户对土壤培肥比较重视，而盂县一直以来都以煤业为主，对农业不重视，导致土壤比较贫瘠。有机质含量的多少直接影响土壤其他营养元素的丰缺，因此，在生产中应增施有机肥、提高土壤肥力，进而促进核桃优质生产。

土壤全氮是衡量土壤氮素的重要基础肥力指标，其含量大小还能反映出土壤供氮潜力的高低，碱解氮是当季作物可以利用的有效态氮。本研究相关分析表明，山西核桃主产区碱解氮与全氮间存在极显著相关性，土壤全氮含量平均为0.90 g/kg，碱解氮含量平均为52.3 mg/kg，氮水平总体偏低；不同县区（市）土壤全氮和碱解氮含量空间差异略有不同，左权土壤全氮含量超过1.0 g/kg在适量范围的样本比例为66.7% ，而碱解氮含量超过90 mg/kg在适量范围的样本比例仅为7.2% ；盂县土壤全氮含量低于0.75 g/kg，处于很缺和极缺范围的样本比例为56.6% ，碱解氮含量在60 mg/kg以下很缺和极缺范围的样本比例为76.1% 。这是因为全氮与有机质间存在极显著相关性，而碱解氮水平主要受人为施肥管理的调控。因此，应科学施用氮肥，进行测土施肥，有条件的可以开展水肥一体化，以提高氮肥利用率。

磷是植物生长的三大必需营养元素之一，有研究表明，土壤有效磷显著影响核桃产量[17]及山核桃果实中粗脂肪含量[20-21]。山西省核桃主产区土壤有效磷含量变化范围为2.3～52.2 mg/kg，变异系数为75.1% ，说明磷水平的空间差异性较大；土壤有效磷含量平均为11.0 mg/kg，较第二次土壤普查时耕地土壤有明显增加[22]，这与近年来增施磷肥有关，但在10 mg/kg以下缺乏、很缺和极缺级仍占60.0% ，主要是因为山西大多数土壤为石灰性土壤，土壤中碳酸钙含量较高，磷肥施入土壤后易与钙形成磷酸二钙、磷酸八钙、羟基磷灰石以及难溶的磷灰石等磷酸钙盐沉淀，从而降低磷的有效性[23]。有研究发现，施肥特别是施用酸性肥料和氮肥有助于提高土壤的有效磷含量[24]。因此，核桃主产区需增施磷肥，在选择肥料时优选酸性肥料。

钾素可以提高作物抗逆性及促进丰产和提升农产品品质。有研究表明，核桃需钾量较大，其叶片和果实硬壳中含钾高，周年叶片和硬壳带走的钾量较大[25-26]。因此，核桃周年生育期内需充足的钾供应。本研究调查区核桃种植地土壤样本速效钾含量平均为170 mg/kg；有61.9% 的土壤存在钾过量现象，31.1% 的土壤速效钾含量在适宜范围（100～150 mg/kg），7.0% 的土壤速效钾为缺乏水平，主要分布在盂县，这可能与农户重氮磷肥轻钾肥有关。所以，在生产中，要根据土壤情况，适当增施钾肥。

微量元素与植物的生长息息相关，锌参与叶绿素和生长素及其他生物酶的合成，能提高碳氮代谢，促进细胞分裂生长[21]；铜会影响植物的光合作用，土壤缺铜时植物会出现生长不良的情况，但当植物体内含铜过多时，则会造成植物铜中毒；铁能提高亚硝酸还原酶和次亚硝酸还原酶的活性[27]；锰会影响植物中其他营养物质的吸收和同化。山西核桃主产区土壤有效铜含量均为适量或丰富水平，而本研究调查发现，主产区农民没有施用微肥的习惯，土壤中铜含量增加除与土壤母质有关外，也有可能与含铜杀菌剂如波尔多液的使用有关。本研究调查区有47.8% 的土壤缺锰，39.0% 的土壤有效铁缺乏，28.0% 的土壤有效锌缺乏，这可能与核桃多年生长吸收、带走土壤中微量元素和农民习惯施肥有关。因此，在实际生产中，应根据微量元素养分丰缺情况，在铁、锰和锌缺乏的地块增施铁、锰和锌肥，在铜和锌过量的区域不施铜肥和锌肥。