河北省太行山苹果产区土壤肥力与施肥现状评价

王文赞，张丽娟，霍增起，尹兴，吉艳芝，张杰

(1 河北农业大学 资源与环境学院/河北省农田生态环境重点实验室/河北农业大学邸洪杰土壤与环境实验室，河北 保定 071000；2 邢台市信都区农业农村局，河北 邢台 054001；3 河北经贸大学，河北 石家庄 050000)

我国是世界上最大的苹果生产和消费国，截至2017年种植总面积及产量分别达250.96万hm2、4 388.23万t，居世界首位，其中河北省作为我国苹果优势产区，种植面积与产量分别达56万hm2、969万t[1-2]。养分管理是果树生长过程中的重要环节，合理养分投入是实现苹果高产、改善土体环境、提高经济效益等多重目标的有效途径之一[3-6]。然而由于目前部分果农缺乏科学合理的技术指导，在实际生产中主要依靠自身经验盲目施肥，进而导致养分资源浪费、土壤养分供应不均衡、果实产量下降等一系列负面效应[7-10]。陈翠霞[11]等对黄土高原新老苹果产区的施肥现状调查发现该区域氮、磷、钾肥过量投入现象较为普遍，造成土壤中磷、钾过剩问题突出；何振强[12]对山西晋中地区苹果园调查后发现多数果园存在轻磷、钾肥现象。有研究发现，土壤中微量元素被树体吸收后可平衡营养，增强果树长势[13-15]。刘汝亮[16]等研究提出只注重氮、磷、钾等大量元素而轻视微量元素的投入易使我国苹果生产低产低质的现象加剧。相对于化肥，施用有机肥可在提高有机质含量的同时增加土壤大量元素及微量元素含量[17-19]。虽然河北省在我国苹果生产中占有较大份额，但截止目前针对河北省主产区施肥现状对苹果园土壤不同养分分布影响及果实产量分布的研究仍较为匮乏，对主产区土体养分含量系统评价较少。因此，本研究通过实地走访调查河北省太行山主产区苹果园施肥与产量现状，结合测定调查果园0～60 cm土层大量元素与微量元素含量，探究河北省太行山地区苹果园传统施肥管理下对0～60 cm土层养分分布的影响，明确土壤养分丰缺状况，同时进一步结合产量差分析法探析该地区最适宜的大量元素投入量，为河北省太行山地区苹果园合理施肥提供理论依据[20-21]。

1 调查方法

1.1 调查区域概况

太行山山脉位于山西省与华北平原之间，纵跨北京、河北、山西、河南4省、市。太行山地区属暖温带半湿润大陆性季风气候，雨热同期。年平均气温在10 ℃左右，1月份最冷，平均气温为-5 ℃，平均最低气温在-10 ℃左右；7月份最热，平均气温为23 ℃，平均最高气温在28 ℃上下，年日照时数将近2 500 h，平均每个月的日照时数在200 h左右。太行山年降水量在534 mm左右，7月降水最多，为132.3 mm，12月最少，为4.4 mm。

1.2 调查内容及方法

2016年在河北省苹果主产区太行山地区进行调查，依据苹果品质种植面积选取保定市曲阳县、唐县、顺平县、易县，石家庄市的平山县和行唐县，邢台市的邢台县、内丘县和张家口市的涿鹿县为主要调研地区，每县(市)选取1～4个乡镇，每乡镇选择2～3个村，每村选择2～3个典型园地进行实地调查，并采集土壤样品。调查内容包括地形、肥料种类、施肥量、施肥方式、产量等，通过与农户面对面交流和后期回访方式获得。剔除无效样本得到有效问卷72份。

采集调查园0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm的土壤样品，每个样品采用四分法留取2 kg土样，经过室内风干，分别过1 mm和0.25 mm筛备用，测定土壤有机质、碱解氮、有效磷、速效钾、有效铁、有效锰、有效铜、有效锌含量。有机质含量采用K2Cr2O7容量-加热法测定；碱解氮含量采用碱解扩散法测定；有效磷含量采用NaHCO3-钼锑抗比色法测定；速效钾含量采用NH4OAc浸提火焰光度法测定；有效铁、锰、铜、锌含量采用原子吸收分光光度法测定。

1.3数据分析

土壤有效养分等级评价标准依据河北省果园地理评价指标[22]进行评定，见表1。化肥养分投入含量按照肥料包装袋上的养分含量及农户施肥量进行计算，有机肥养分投入含量参照《中国有机肥料资源》养分含量及农户施肥量计算。

表1 河北省果园地力评价标准Table 1 Evaluation criteria of orchard fertility in Hebei Province

分别采用Excel 2019和SPSS 26.0软件进行数据的方差分析、统计分析，多重比较采用Duncan’s法检验P<0.05水平上的差异显著性。图表中河北省太行山地区数据源于对保定、石家庄、邢台和张家口地区统计结果的整合。

2 结果与分析

2.1 河北省太行山地区苹果园养分投入现状

2.1.1 有机肥投入特征 河北省太行山地区苹果园有机肥投入种类及所占比率情况见表2。

表2 河北省太行山地区苹果园有机肥投入种类及所占比率Table 2 Types and proportion of organic fertilizer input in apple orchards in Taihang apple-producing area of Hebei Province

由表2可知，在河北省太行山地区89.87% 的果园施加了有机肥，有机肥平均投入量为5 934.72 kg/hm2，种类包括生物有机肥、猪粪、牛粪、鸡粪，以鸡粪、羊粪、牛粪为主，占比分别为29.87%、25.97%、23.38%。不同地区间有机肥投入农户占比及有机肥投入种类存在一定差异，石家庄市、张家口市、保定市、邢台市施用有机肥的农户分别占调查总数的100%、100%、88.00%、77.27%，其中邢台市有机肥平均投入量最高。保定市以牛粪为主，施牛粪的农户总数占比40.00%；石家庄市以鸡粪为主，施加鸡粪的农户总数占比为37.50%；邢台市、张家口市以施羊粪为主，施肥农户占比分别为31.81%、66.66%。

2.1.2 无机肥投入特征 河北省太行山地区苹果园无机肥N、P2O5、K2O施入量、种类及其所占比率见表3。

表3 河北省太行山地区苹果园无机肥N、P2O5、K2O施入量、种类及其所占比例Table 3 Amount, type and proportion of inorganic fertilizers N, P2O5 and K2O applied to apple orchards inTaihang apple-producing area of Hebei Province

由表3可知，河北省太行山地区苹果园无机肥N、P2O5、K2O平均投入量分别为777.63 kg/hm2、421.86 kg/hm2、543.39 kg/hm2，只施加复合肥的果园占调查果园总数的59.21%。不同地区间养分施入量存在差异，其中邢台市氮、磷、钾肥投入量分别达到了885.56 kg/hm2、584.52 kg/hm2、712.03 kg/hm2，显著高于其他地区；保定市氮肥投入量最低，为663.3 kg/hm2；张家口市磷、钾肥投入量最低，分别为234.67 kg/hm2、300.7 kg/hm2。在调查的苹果园中，均施加复合肥，其中单施复合肥的农户占比最多，为59.21%，在施加复合肥基础上，增施单质氮肥的农户占比31.58%，增施单质钾肥农户占比9.21%，无增施单质磷肥的情况。不同地区苹果园加入单质肥存在一定差异，石家庄市施加氮肥最多，比例为43.48%，张家口市最少，为16.67%；保定市和石家庄市加施单质钾肥比率仅占4.00%、4.35%，由此可见河北省太行山地区存在重氮轻磷钾的现象。

2.1.3 总养分投入特征 河北省太行山地区苹果园肥料施入量、种类及其所占比例见表4。

由表4可知，不同地区间苹果园养分投入量及投入比例存在较大差异。总体看来，河北省太行山地区果园养分投入类型主要以化肥为主，有机肥占比较低，氮磷钾养分投入总量分别为1 050.36 kg/hm2、526.77 kg/hm2、692.09 kg/hm2，无机肥提供的氮磷钾占比分别为74.03%、80.08%、78.51%。不同地区养分投入存在差异，以邢台市氮磷钾投入量最高，达到了1 191.89 kg/hm2、670.68 kg/hm2、833.47 kg/hm2。有机养分投入占比方面，各地区间氮肥占比相差不大，张家口市磷、钾投入占比均高于其他地区，这可能与各地施加的有机肥种类和数量种类有关。

2.2 土壤养分含量及评价

2.2.1 土壤养分含量现状 河北省太行山各地区0～60 cm土层大量元素(a-d)与微量元素(e-h)含量见图1。

图1 河北省太行山各地区0～60cm土层大量元素(a-d)与微量元素(e-h)含量

由图1可知，河北省太行山地区苹果园0～60 cm土壤养分总体呈现出随土层增加而降低的趋势，其中大量元素含量降低较为明显，有机质、碱解氮、有效磷与速效钾含量降低幅度分别达58.23%、47.05%、46.14%、71.15%。不同地区间养分降幅不同，石家庄市有机质、有效磷、速效钾、有效锌、有效铁、有效锰含量降幅最大，分别为70.06%、55.21%、88.50%、61.10%、64.14%、44.74%；此外不同地区0～60 cm土层养分含量存在较大差异，石家庄市有机质、保定市碱解氮、张家口市有效磷、邢台市速效钾含量低于其他地区，分别为13.33 g/kg、90.43 mg/kg、55.28 mg/kg、197.79 mg/kg。

2.2.2 土壤养分含量评价 河北省太行山地区苹果园0～60 cm土层中养分丰缺状况见表5。

表5 河北省太行山地区苹果园0～60 cm土层中养分丰缺状况Table 5 Nutrient abundance and deficiency in 0-60 cm soil layer in Taihang apple-producing area %

由表5可知，河北省太行山各个地区间0～60 cm土层中养分丰缺状况不尽相同，太行山地区有机质含量处于适量及以上等级占比为50%，碱解氮含量处于较低及以下等级占比达59.26%，有效磷和速效钾含量处于适量及以上等级占比为90.28%、70.83%，有效铁、有效锰、有效铜、有效锌在0～60 cm土层中含量占适量及以上水平分别为94.44%、29.17%、44.44%、25.00%。由此可见，河北省太行山地区果园有机质、碱解氮含量较低，磷、钾元素适中，铁元素丰富，普遍缺少锰、铜、锌微量元素。各地区间0～60 cm土层中养分丰缺状况也不相同，张家口市有机质含量处于适量及以上等级占比仅为33.33%，但平均有机质含量不低，由此可见，张家口市地区间施加有机肥差异较大。石家庄市0～60 cm土层有效锌含量最高为1.41 mg/kg，含量达适量及以上占比仅为21.05%。

2.3 基于产量差分析养分的投入

河北省太行山地区苹果园N、P2O5、K2O投入量与产量关系见图2。

从图2可知，河北省太行山地区苹果园产量随N、P2O5、K2O养分投入量的增加呈现先上升后下降的趋势。当果园处于90 000 kg/hm2的最高产时，N、P2O5、K2O投入量范围分别为712.20～905.85 kg/hm2、360.50～525.05 kg/hm2、371.18～596.25 kg/hm2，占调查农户总数的比例分别为16.17%、20.83%、22.54%。N、P2O5、K2O养分投入量高于最高养分投入量的农户占比分别为62.5%、51.39%、53.52%。由此可见，河北省太行山地区大量施肥的问题比较严重。苹果园N、P2O5、K2O养分投入量对产量的贡献率分别是69.39%、44.80%、48.32%，最高产量下最佳N、P2O5、K2O投入量分别为821.87 kg/hm2、580.73 kg/hm2、676.99 kg/hm2。

图2 河北省太行山地区苹果园N、P2O5、K2O投入量与产量关系Figure 2 The relationship between N, P2O5 ,K2O input and yield in Taihang apple-producing area of Hebei Province

3 讨论

果实产量与品质和土壤供肥能力休戚相关[23-28]，而养分管理是改善土壤理化性质、提升肥力水平的重要手段[8]。在本研究中，河北省太行山地区苹果园氮、磷、钾肥平均投入量分别达到了1 050.36 kg/hm2、526.77 kg/hm2、692.09 kg/hm2，远超发达国家的氮、磷、钾肥推荐水平150～200 kg/hm2、100～150 kg/hm2、150～200 kg/hm2[7]，同时也高出国内山东省、陕西省近2倍[26-27]，甚至高于省内燕山地区[2]，由此可见我国不同地区果园施肥水平存在较大差异，河北省太行山地区养分过量投入问题较为严重，而过量的养分投入不仅会带来环境问题，还会增加果农经济负担，甚至还会降低果实产量[28-29]。因此，在实际生产中应适度降低养分投入量。在养分投入种类方面，河北省太行山地区无机肥与有机肥投入比例接近3∶1，部分果园甚至存在只施化肥不施有机肥的现象，可见该地区果农过度依赖化肥，缺乏对有机肥的合理认知。不同城市之间，张家口市果园无机肥有机肥投入较为均衡，有机肥占比高于其他地区，表明不同区域间果农对有机肥的认知存在一定的差异。因此综上所述，河北省太行山地区整体施肥水平较高，依赖化肥现象较为严重，不同区域间存在较大差异，因此应结合当地土壤养分情况，采取区域化精准施肥[30]。

土壤养分含量是评价土壤肥力的直接依据[31]。由于施加大量肥料，土壤养分得以迅速提高[32-33]，因此河北省太行山地区表层土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量均达到了丰富水平。同时养分随土层深度增加而降低，在40～60 cm碱解氮、有效磷与速效钾含量降低幅度分别达47.05%、46.14%、71.15%。即便如此，在0～60 cm土壤中碱解氮、有效磷、速效钾处于适量及以上等级占比分别为40.74%、90.28%、70.84%，而土壤中氮素含量较低，可能是由于氮素随降水通过地表径流或淋溶损失造成的[34]。因太行山地区沉积含铁硅质地岩石，表层土壤中有效铁含量处于丰富水平，但有效铜、有效锌含量较低，且有效锰缺损现象严重。针对微量元素缺乏，生产中应当采取“因缺补缺，矫正施肥”的技术模式来进行适当的调整[35]。不同区域间土壤微量元素含量存在一定差异，可能是与不同的施肥措施、施加有机肥的种类与数量及土壤本身的特性有关[36]。

通过产量差分析，河北省太行山地区的最高产量水平下N、P2O5、K2O养分投入量分别为821.87 kg/hm2、580.73 kg/hm2、676.99 kg/hm2，低于该地区实际养分投入量，再次证明了该地区N、P2O5、K2O含量过高，在实际生产中应适度降低化肥投入；另一方面，本研究提出的最高产量下养分投入量显著高于朱占玲[37]提出的河北省苹果园适宜养分投入量，可能是由于调研区域多位于山区，果园立地条件较差，土壤有机质含量较低，导致土壤保肥能力差，土壤养分利用率低。

4 结论

河北省太行山地区苹果园氮、磷、钾投入量较高，无机肥投入占比高于有机肥，有机肥投入种类繁杂，施用农户占比较低，不同地区间养分投入量存在较大的差异。表层土壤碱解氮、有效磷、速效钾、有效铁含量处于丰富水平，但有效铜、有效锌含量较低，且有效锰缺损现象严重，不同地区间0～60 cm土层养分含量差异较大。最高产量水平下对应N、P2O5、K2O养分投入量分别为821.87 kg/hm2、580.73 kg/hm2、676.99 kg/hm2，低于实际养分投入量。

建议河北省太行山地区果农适当降低氮肥投入，增加磷肥，根据不同地区间实际需钾量适当增加或减少钾肥的实际投入，针对微量元素因缺补缺。在降低化肥施用总量的同时搭配有机肥，改善土壤理化性质，提高果实产量和品质。