不同种植年限桃树根区土壤肥力变异特征

郭新送，于晓东，张 晶，张培苹，赵 花，杜栋梁，马鑫磊，丁方军,,

（1农业部腐植酸类肥料重点实验室，山东泰安 271000；2山东省腐植酸高效利用示范工程技术研究中心，山东农大肥业科技有限公司，山东泰安 271000；3山东合泰检测技术服务有限公司，山东泰安 271000；4烟台农业农村局，山东烟台 264000；5肥城市农业农村局，山东泰安 271000）

0 引言

桃(Prunus persica)是中国重要的落叶果树，栽培面积达71.3万hm2，总产量803.2万t，栽培面积和产量均居世界首位[1]。然而，中国桃产业发展存在产量波动大、优质果产量低、生产效率低等问题[2]，其中水肥管理措施不当，果园土壤理化性状变差是重要原因之一。根区土壤是果树生长的养分供应核心区域，根区土壤肥力直接影响果树的产量和品质[3]。因此，果园根区土壤肥力的变化，包括物理、化学和生物学性状的变化是桃树生产重点关注问题。

土壤理化及生物学性状在果实生长中起着重要作用。土壤的物理性状，如容重、孔隙度等影响田间持水量和土壤呼吸强度，土壤团聚体影响土壤中氮、磷、钾等养分的含量[4]。土壤化学性状，如土壤速效养分，是植物直接吸收利用的营养来源，直接影响果实产量和品质。土壤生物学性状，包括土壤酶和微生物活性，间接反映了土壤肥力，在维持土壤结构、有机质分解和植物养分利用等方面发挥着重要作用[5]。土壤肥力是一个动态变化指标，这种动态变化不仅体现在不同地区间的土壤肥力因子上，而且体现在不同种植年限上。研究显示，果园土壤容重随着种植年限的延长逐年降低，果园土壤结构随种植年限增加日趋稳定[6]；随种植年限延长，土壤有机碳和全氮呈增加趋势，但C/N降低[7-8]；同时，还有研究表明，土壤酶活性与土壤有机碳、有机质、有效磷等养分含量呈显著相关，随着种植年限的延长，土壤酶活性呈现不同程度下降[9]；尽管不同种植年限对土壤肥力的影响已引起广泛关注，但不同种植年限桃园土壤肥力的变化规律尚不清楚。

本研究选取了4个不同种植年限的桃树，对其根区土壤机械组成、土壤养分、酶活性以及微生物的变化进行综合分析，并通过探究土壤肥力因子间的交互作用和影响桃产量、品质的关键因素，以期为桃树的根区土壤养分精准管理提供了重要依据。

1 材料和方法

1.1 试验地基本概况

试验地点位于山东省肥城市仪阳镇刘台村。该区为肥城桃主产区，属温带大陆季风气候，四季分明，光照充足，年日照时数约为2610 h，气候温暖，年平均气温13℃，无霜期200天左右，平均降雨量660 mm，适宜桃树种植。

当地果园习惯性施肥是以桃树为中心，环状开沟，其内径为20～30 cm，外径为80～100cm，在环状土壤表面均匀撒施肥料。每棵桃树于秋季11月初施用无机肥料(N-P2O5-K2O=15-15-15)3 kg，春季3月初施用无机肥料(N-P2O5-K2O=22-10-10)2 kg，膨果期7月中旬施用无机肥料(N-P2O5-K2O=15-5-23)1.5 kg。

1.2 土壤样品采集

土壤样品采集时间为2019年10月，选取该村同一农户种植年限分别为5年(FYT5)、10年(FYT10)、15年(FYT15)、20年(FYT20)的桃园进行土壤采样。以5株生长相似的桃树根区为采样区。取每棵桃树根区0～20 cm的土壤样品，土壤样品去除石砾，植物根系等杂质，分成两部分，一部分风干，磨细过2 mm筛待用，另一部分样品于4℃冰箱保存。

1.3 土壤指标的测定

土壤理化性状的测定方法：田间持水量、孔隙度、土壤容重、比重用环刀法测定；土壤机械组成采用湿筛法；土壤全氮用半微量凯式定氮法；土壤有效磷用0.5 mol/L NaHCO3浸提，钼蓝比色法；土壤速效钾用1 mol/L NH4OAC浸提，火焰光度法；土壤有机质用重铬酸钾容量法。

土壤酶测定方法：土壤脲酶采用苯酚钠-次氯酸钠比色法；过氧化氢酶采用K2MOn4滴定法测定；蔗糖酶采用3,5-二硝基水杨酸比色法测定。

微生物生物量碳和氮采用氯仿熏蒸，K2SO4溶液浸提，用Multi 2011N/C TOC仪测定。

产量测定按照每个处理在果树不同方位随机采集8个桃，称重，取平均计算单果重，根据每棵桃树结果量计算出单株产量，再根据每公顷种植720株果树计算出产量；可溶性固形物测定采用折光仪法。

1.4 统计分析

不同年份土壤指标的显著差异(P＜0.05)采用Duncan多元极差法分析。土壤机械组成与其他物理指标、土壤呼吸与土壤化学指标、苹果产量与土壤化学指标的相关性(P＜0.05，P＜0.01)采用Pearson相关系数分析。图表制作采用SAS 8.0和Microsoft Office Excel 2007软件完成。

2 结果与分析

2.1 土壤机械组成

不同种植年限桃园土壤机械组成有一定差异（表1）。桃园根区土壤粘粒和粉粒含量随种植年限的增加而增加，而砂粒含量的变化则相反。种植年限15年和20年的土壤粘粒和粉粒含量显著高于其他年份，种植年限20年的土壤砂粒含量显著小于其他年份。20年的种植年限，桃园土壤质地未发生变化，一直为粉质壤土。

表1 不同种植年限桃园土壤机械组成

2.2 土壤物理性状

不同种植年限桃园田间持水量和土壤孔隙度随种植年限发生显著变化（表2）。20年间，土壤田间持水量和孔隙度先增大后减小，而土壤容重和比重变化则呈相反趋势。土壤田间持水量以种植年限15年较大，显著高于5年和10年，与20年种植年限差异不显著。种植年限15年的果园土壤容重和比重显著低于其他年份(P＜0.05)，分别降低7.8%～12.1%和6.9%～30.4%，而种植年限15年的果园土壤孔隙度显著高于其他年份。

表2 不同种植年限桃园土壤物理特性

2.3 土壤养分含量

土壤养分含量随种植年限的变化差异显著(P＜0.05)（表3）。土壤有机质、全氮、有效磷、速效钾含量整体呈现增加趋势。种植年限5年和10年的土壤有机质含量无显著差异，但均显著低于种植年限15年和20年，这可能是随着种植年限延长，枯枝落叶、秸秆还田等条件下，有机质含量提升。土壤全氮、速效钾含量均以种植年限20年的最大，显著高于其他种植年限，土壤全氮含量高出7.7%～26.9%，土壤速效钾含量高出7.9%～54.2%；土壤有效磷含量以种植年限15年和20年的较高，显著高于5年和10年种植年限。由于常年投入大量无机养分，形成了土壤养分富集现象，土壤养分随种植年限延长而增加。

表3 不同种植年限桃园土壤养分含量

2.4 土壤酶活性

不同种植年限的桃园土壤酶活性发生明显变化（图1）。土壤脲酶活性先升高后降低，以种植15年的土壤酶活性最高，显著高于其他处理，较其他种植年限提高7.5%～65.3%。不同种植年限的土壤过氧化氢酶活性与脲酶表现一致，以种植年限15年的过氧化氢酶活性较高，显著高于种植年限5年和10年。不同种植年限的土壤蔗糖酶活性随种植年限整体呈逐年升高趋势，种植20年的土壤蔗糖酶活性较其他年份提高11.2%～73.1%，差异显著。

图1 不同种植年限土壤酶活性

2.5 土壤微生物总量变化

土壤微生物是土壤中最活跃的部分，其积极参与土壤养分循环，为植物生长提供营养物质，土壤微生物群落结构的变化直接反映土壤环境变化。不同种植年限的桃园土壤微生物群落结构发生较大变化，土壤细菌数量随种植年限延长整体呈减少趋势，种植年限5年和10年的土壤细菌数量显著高于15年和20年，而两者之间差异不显著，说明种植年限10年为一个分水岭，超过10年后土壤细菌数量大幅减少。土壤真菌数量变化趋势与细菌基本一致，种植20年的桃树根区真菌数量显著低于其他种植年限，较其他种植年限，土壤真菌数量降低10.8%～23.8%。不同种植年限的土壤放线菌的数量与细菌、真菌不同，20年的桃树种植对土壤放线菌数量无显著影响。

2.6 微生物生物量碳氮含量

不同种植年限桃园土壤微生物量碳、氮含量的变化如图2所示。随着种植年限的增加，土壤微生物量碳呈现出先增加后减少的趋势。种植15年的土壤微生物量碳最高，较其他种植年限增加19.7%～106.8%，种植10年与20年的土壤微生物量碳差异不显著，但均显著高于5年种植年限。土壤微生物量氮随种植年限的增加而减少，种植年限20年的果园微生物量氮比其他树龄果园降低19.8%～42.0%，差异显著，即随桃树种植年限的增加，土壤微生物氮量逐渐降低，这可能与微生物活性或代谢速率有关。

图2 不同种植年限的土壤微生物碳氮含量

表4 不同种植年限桃园土壤微生物量

2.7 桃树产量及品质

不同种植年限桃树产量如图3所示。桃产量随种植年限的增长先增加后降低。种植年限15年和20年的桃树产量无显著差异，但种植15年的桃树显著高于5年和10年种植年限，较2个种植年限的桃产量分别增加5.5%、18.1%，说明种植年限15年达到桃树丰产年份。

图3 不同种植年限桃树产量和可溶性固形物的含量

果实中可溶性固形物含量是果实品质的主要指标。随种植年限，桃可溶性固形物含量呈先升高后降低趋势，在种植10年时，果实中可溶性固形物含量达到最大值，较其他年份提高3.3%～15.6%，当种植年限达到20年时，果实可溶性固形物含量显著降低，这可能随着种植年限的延长，一直投入无机养分，忽视有机养分的补充，导致果实品质下降。

3 讨论

3.1 土壤理化性状变化

土壤机械组成是衡量土壤生产力的重要物理性状指标[10]。在本研究中，不同种植年限桃园土壤物理性状变化显著（表1、2），虽然果园土壤质地没有显著变化，但土壤的机械组成却有显著差异（表1），土壤粘粒和粉粒含量呈先升后降的趋势，砂粒含量变化则呈相反趋势，这可能与土壤有机质含量的变化有关。土壤孔隙度和田间持水量与土壤机械组成密切相关，粘粒含量对田间持水量、容重、比重和孔隙度有明显的影响（图5），这与Peck等[11]研究一致。不同种植年限桃园土壤化学性状变化显著，土壤有机质、全氮、速效钾含量逐渐增加，这一结果与魏树伟等[12]研究一致。这可能是由于枯枝落叶、秸秆还田等条件下，有机质含量提高，同时常年投入大量无机养分，形成了土壤养分富集现象，土壤养分随种植年限延长而增加。

3.2 土壤生物性状变化

土壤酶是土壤养分形态转化的催化剂，土壤酶活性高低直接反映土壤养分转化速率，在一定程度上表征土壤肥力。本研究中，桃园土壤脲酶、过氧化氢酶活性随种植年限先升高后降低，蔗糖酶活性一直升高（图2），这与Ye等[13]的研究一致。土壤脲酶活性与土壤微生物量碳呈正相关，土壤过氧化氢酶活性与土壤微生物量碳、有效磷含量呈正相关，土壤蔗糖酶活性与土壤全氮、速效钾含量及土壤粘粒含量呈正相关（图5）。土壤微生物参与土壤养分循环和转化，土壤微生物量与土壤湿度、温度、有机质含量和pH密切相关[14]，不同种植年限的桃园土壤微生物群落结构发生较大变化，土壤细菌、真菌数量随种植年限延长整体呈减少趋势，这与陈月星等[15]研究基本一致。土壤微生物生物量碳、氮含量与土壤微生物量呈正相关，本研究中，随种植年限桃树土壤微生物量碳先增加后减少趋势，而土壤微生物量氮呈下降趋势，两者均与土壤全氮、有效磷、速效钾呈负相关（图4）。

图4 土壤理化及生物学性状之间相关性

3.3 土壤肥力和桃产量相关性分析

为了阐明不同种植年限的土壤肥力因子对桃树产量的影响，对土壤有机质、全氮等12个土壤肥力因子与桃树产量进行了相关性分析（图5）。结果发现，桃产量与土壤速效钾、有机质、微生物量碳含量以及脲酶活性呈显著正相关。因此，土壤速效钾、有机质、微生物量碳含量和脲酶活性是影响桃产量的主要因素。

图5 桃产量与土壤肥力相关性分析

3.4 土壤肥力和桃品质相关性分析

影响桃品质的因素有很多，土壤肥力是基础因素。对土壤有机质、全氮等12个土壤肥力因子与桃可溶性固形物进行了相关性分析（图6）。结果发现，桃可溶性固形物与土壤速效钾、有机质、微生物量碳含量及土壤脲酶、蔗糖酶活性呈显著正相关。因此，土壤速效钾、有机质、微生物量碳含量和土壤脲酶、蔗糖酶活性是影响桃可溶性固形物的主要因素。

图6 桃品质与土壤肥力相关性分析

4 结论

（1）随着种植年限的增加，桃园土壤物理、化学和生物性状发生了显著变化。土壤粘粒、粉粒含量增加，但土壤质地未改变；土壤有机质、全氮、有效磷、速效钾含量呈增加趋势；土壤脲酶、过氧化氢酶活性以种植年限15年达到最大值；土壤真菌和细菌数量随种植年限呈减少趋势；微生物量氮逐年降低。

（2）土壤肥力因子之间存在一定相关性，不同土壤肥力因子间的交互关系影响桃园土壤肥力变化，其中土壤有机质含量、微生物量碳含量以及土壤酶活性是影响土壤肥力的主要因素。

（3）桃树产量以种植年限15年最大，种植年限超过15年桃品质下降。土壤肥力因子中土壤速效钾、有机质、微生物量碳含量和土壤脲酶活性是影响桃产量和品质（可溶性固形物）的主要因素。