浙西丘陵区柑橘园土壤健康状况及管理对策

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，浙江 杭州 310058)

近年来，人们逐渐认识到土壤是食品安全、水安全和更广泛生态系统安全的基础，土壤资源保护得到人们空前的重视[1]。2013年6月，世界粮农组织大会通过了将每年的12月5日作为世界土壤日以及确定2015年为国际土壤年的决议，该决议也在2013年12月20日联合国大会上得到认可。2015国际土壤年的正式口号是“健康土壤带来健康生活”。此后，“土壤健康”一词频频出现在多种农学和自然资源的刊物上[2-4]。一般认为，土壤健康是土壤维持植物、动物和人类生存的重要生命生态系统的持续能力[5]。许多学者[6-7]认为，土壤健康关系到区域农业的可持续发展，并直接影响作物生产、食品安全和人类健康。正因为如此，近年来土壤健康调查、土壤健康评价及土壤健康管理已成为土壤研究与管理的重要内容[8-10]。浙西是浙江省内典型的丘陵山区，地处亚热带中部，气温适中，四季分明，光照充足，雨量丰沛，非常适合经济作物生产，是浙江省柑橘的重点产区。虽然这一地区的柑橘生产已有较长的历史，但区内柑橘单产与品质参差不齐，除管理水平差异较大外，柑橘园土壤健康状况对柑橘产量和品质也有重要影响，因此，如何克服柑橘园土壤障碍因子，培育健康土壤，是该地区柑橘生产中面临的一个重大挑战。这一地区柑橘园土壤肥力已受到人们的关注[11-13]，但从土壤健康的角度全方位地调查柑橘园土壤质量还鲜见报道。为此，本研究在浙西地区选择了38个代表性柑橘园，从土壤物理、土壤化学、土壤生物学及土壤环境等综合角度全面分析了该地丘陵柑橘园土壤的健康状况，并提出了相应的管理对策。

1 材料与方法

1.1 土壤调查与样品采集

研究从浙西地区的杭州(建德、淳安)和衢州(柯城、衢江、江山、常山、开化)等地选择38片代表性的柑橘园，进行土壤调查与采样分析。采样地涉及红壤、紫色土和粗骨土3个土类，样点数依次为18、12和8个。每片柑橘园各采集1个表层样(0～20 cm)和亚表层样(20～40 cm)。表层样分为混合样和原状土样2类。其中：混合样由每1片果园中15个分样混合而成(即在每1片果园中选择15株柑橘，在每株柑橘的树冠滴水线下各采集1个分样)；原状土样在代表性柑橘下采集，分别用环刀和不锈钢淋洗管采集，用于测定土壤容重和饱和导水率；亚表层样只采集原状土样，用于测定土壤容重和饱和导水率。采集的混合样在田间混匀后分为二部分：一部分冷藏，用于分析可培养微生物(细菌、真菌和放线菌)及微生物生物量碳；另一部分土样经室内风干后，剔除其中石块及植物残体等杂质后，研磨过2和0.15 mm土筛，用于测定土壤化学性质和土壤养分(包括pH、交换性酸、交换性铝、交换性氢、水溶性盐分、有机碳、全氮、有效磷、速效钾、有效钙、有效镁、有效硫、有效铁、有效锰、有效锌、有效铜、有效硼、有效钼)及重金属元素含量(铅、镉、铜、锌、铬、镍、汞、砷)。

1.2 分析方法

土壤中微生物生物量碳采用氯仿熏蒸-硫酸钾提取法提取[14]，提取液中可溶性总碳含量用Shimadzu TOC自动分析仪测定；土壤微生物墒为微生物生物量碳与有机碳的比值。土壤细菌、放线菌、真菌分别采用牛肉膏蛋白胨培养基、高氏1号合成培养基和察贝克氏培养基培养测定[15]。土壤容重采用环刀法测定[16]，土壤总孔隙度根据土壤容重计算获得；饱和导水率依据森林土壤渗透性测定方法(LY/T 1218—1999)测定。其他土壤化学性质和土壤养分采用常规方法测定[16]；土壤重金属含量采用国标法测定[17]。所有数据采用Microsoft Excel 2003处理，统计分析采用软件SPSS 12.0完成。

1.3 土壤酸碱度与养分分级标准

有研究[12]认为，当土壤pH低于4.8时，果树生长受到明显抑制，为此，对柑橘园土壤酸碱度作以下划分：pH≤ 4.8，强酸(不适宜柑橘生长，不健康)；pH >4.8～5.4，酸性(亚健康)；pH 5.5～6.4，微酸性(健康)；pH 6.5～7.4，中性(健康)；pH 7.5～8.4，微碱性(健康)。参考相关资料[12,18]，柑橘园土壤养分含量的分级列于表1。重金属污染程度参照土壤环境质量标准(GB 15618—2008)[17]。

表1 柑橘园土壤养分的划分标准

2 结果与分析

2.1 土壤物理性状

选择土壤容重、饱和导水率和孔隙度3项指标评估浙西柑橘园土壤物理性状，并同时观察表层土壤和亚表层土壤的物理性状。结果(表2)表明，表层和亚表层土壤容重分别在1.17～1.53和1.33～1.72 g·cm-3，平均分别为1.32和1.49 g·cm-3；土壤容重>1.30 g·cm-3的比例表层为60.53%，亚表层达100.00%，土壤容重>1.50 g·cm-3的比例表层和亚表层分别为2.63%和39.47%，亚表层土壤容重普遍较高，影响了柑橘根系的伸展。一般来说，当土壤孔隙度<50%时，土壤通透性明显变差，表2可知，浙西柑橘园表层和亚表层土壤的孔隙度平均只有50.09%和43.63%，土壤孔隙度<50%的比例表层与亚表层分别达47.37%和100.00%，土壤孔隙度<40%的比例表层为0%，亚表层达18.42%；亚表层土壤孔隙度明显低于表层。浙西柑橘园土壤饱和导水率也较低，表层土壤和亚表层土壤的平均饱和导水率分别只有32.36和21.40 mm·d-1，表层和亚表层饱和导水率<30 mm·d-1的比例分别为36.84%和81.58%。

表2 土样的土壤物理性状

2.2 土壤化学性状和土壤养分

浙西柑橘园土壤以酸性为主，土壤pH≤6.14(表3)，其中pH≤4.8的比例达36.84%，pH>4.8～5.5和>5.5～6.5的比例分别为52.63%和10.53%。相应地，土壤交换性酸和交换性铝都达到较高的含量。但浙西柑橘园土壤水溶性盐分不高，在0.25～0.75 g·kg-1，平均为0.42 g·kg-1，不会对柑橘生长产生影响。

表3 土样的土壤酸碱度

土壤有机碳含量在3.69～17.88 g·kg-1(相当于有机质在6.36～30.83 g·kg-1)，平均为9.99 g·kg-1，变异系数为39.76%；土壤全氮在0.43～1.72 g·kg-1，平均为0.97 g·kg-1，变异系数为37.37%。总体上，多数柑橘园土壤有机质较为适宜，适宜的比例为52.63%(表4)，但处于低和偏低的比例也分别达到15.79%和28.95%。土壤全氮较低，属于适宜的比例只有13.16%，而极低、低和偏低的比例分别为5.26%、31.58%和50.00%。

表4 土样的主要养分含量构成

土壤有效磷和速效钾分别在5.62～95.47和32.01～512.03 mg·kg-1，平均分别为28.85和98.02 mg·kg-1，变异系数分别为77.52%和63.38%。与有机质和全氮比较，土壤有效磷和速效钾的变化更大；土壤有效磷属于偏低、适宜和丰富的比例分别为28.95%、65.79%和5.26%，速效钾属于偏低、适宜和丰富的比例分别为21.05%、23.68%和28.95%；另外，分别有5.26%和21.05%的土壤速效钾属于极低和低。

土壤中量营养元素中，有效钙和有效镁水平均较低，有效硫水平相对较高。土壤有效钙、有效镁和有效硫的含量分别在95～1864、24～269和23.25～92.15 mg·kg-1，平均分别为624.45、83.34和51.12 mg·kg-1，变异系数分别为77.21%、72.17%和25.69%。有效钙属于极低、低、偏低的比例分别为2.63%、15.79%和36.84%，有效镁属于极低、低、偏低的比例分别为34.21%、42.11%和10.53%，有效硫属于极低、低、偏低的比例分别为0、0和2.63%，可见浙西柑橘园土壤硫素较为充足，但缺钙、缺镁较为突出，其中缺镁较为严重。

土壤有效态铁、锰、锌、铜、硼和钼含量分别在16.65～82.54、4.26～32.14、0.56～5.64、0.35～1.65、0.11～0.75和0.05～0.32 mg·kg-1，平均分别为40.99、14.70、2.17、0.77、0.42和0.11 mg·kg-1，变异系数分别为37.39%、49.78%、50.12%、29.62%、34.96%和55.57%。浙西柑橘园土壤有效态铁、锰、锌、铜较为充足，除少数属偏低外，基本上在适宜及丰富范围。而硼和钼的缺乏较为普遍，多数在低和偏低水平，另外还有13.16%的土壤有效钼处于极低水平。

2.3 土壤生物学性状

土壤微生物、动物数量等可反映土壤健康状况[2,18]，本研究同时观察了表层土壤中可培养细菌、真菌和放线菌的数量及微生物生物量碳。结果(表5)表明，浙西柑橘园土壤可培养细菌、真菌和放线菌的数量分别在2.25×106～10.70×106、1.00×104～5.60×104和1.40×105～9.50×105g-1，平均分别为5.38×106、2.49×104和4.39×105g-1，变异系数分别为35.47%、43.51%和43.28%；微生物丰度细菌>放线菌>真菌。土壤微生物生物量碳和微生物墒分别在30～231 mg·kg-1和6.23～15.26 mg·g-1，平均分别为102.82 mg·kg-1和10.18 mg·g-1，变异系数分别为48.54%和21.95%。不同柑橘园土壤之间可培养细菌、真菌和放线菌的数量及微生物生物量碳等指标存在较大的差异，表明部分柑橘园土壤生物活性较弱，微生物墒较低。

表5 土样的微生物组成及微生物生物量碳

2.4 土壤环境质量

表6显示，除镉外，浙西柑橘园土壤重金属污染不明显，所有土壤中铅、铜、锌、铬、汞、砷和镍含量均在筛选值以下。土壤镉的平均含量为0.22 mg·kg-1，但有13.16%的柑橘园土壤镉含量超过了筛选值，表明浙西柑橘园存在一定的镉污染风险，但污染程度为轻度。

表6 土样的重金属元素含量

2.5 土壤健康指标

对表层土壤pH、交换性酸、交换性铝、交换性氢、有机碳、全氮、有效磷、速效钾、有效钙、有效镁、有效硫、有效铁、有效锰、有效锌、有效铜、有效硼、有效钼、细菌、真菌、放线菌、微生物生物量碳、微生物墒和表层与亚表层土壤容重、孔隙度、饱和导水率等28个指标的相关分析表明，多数指标之间存在着不同程度的相关性，其中以pH、交换性酸、交换性铝、交换性氢、有效钙、有效镁、速效钾、有效硫、有效锌、有效钼、真菌、放线菌和微生物墒之间，有机碳、全氮、微生物生物量碳、细菌、放线菌、表层容重和表层孔隙度之间，亚表层孔隙度、容重和导水率之间的相关都达到了显著水平。

对以上28个指标进行主成分分析，通过线性变换可把28个指标压缩为7个主成分，累计贡献率为81.85%，即可用7个主成分表征原有的28个指标。因子负荷分析(表7)表明，第1主成分代表pH、交换性酸、交换性铝、有效钙、有效镁、交换性氢、真菌、微生物墒、速效钾、有效钼、有效锌、放线菌、有效硫等指标的变化，可命名为酸度因子，其反映表层土壤酸度及与酸度有关的指标变化；第2主成分代表有机碳、全氮、微生物生物量碳、细菌、放线菌、表层容重、表层孔隙度和表层导水率，命名为有机碳因子，表达表层土壤有机碳及与有机碳有关的指标变化；第3主成分代表亚表层容重、导水率、孔隙度，命名为物理因子，反映亚表层的物理性质通透性变化；第4主成分代表有效磷和有效硼；第5主成分代表有效锰；第6主成分代表有效铁、有效硫；第7主成分代表有效铜。考虑到主成分4、5、6和主成分7的特征值均相对较低，它们单独的贡献率也较低，为此，把这4个主成分进行合并，合称为速效养分因子。另外，上文结果表明，浙西柑橘园土壤存在一定的镉污染风险。因此，可把影响浙西柑橘园土壤健康的评价指标归纳为表层土壤酸度因子、表层土壤有机碳因子、亚表层土壤物理因子、表层土壤速效养分因子和表层土壤镉污染因子5个方面。

表7 土样的主成分及因子负荷

2017年联合国粮食及农业组织和全球土壤伙伴(GSP)联合颁布了《可持续土壤管理准则》，其内容包括：尽量减少土壤侵蚀，提高土壤有机质含量，促进土壤养分均衡和循环转化，防止、尽量减少和减缓土壤盐渍化，防止和尽量减少土壤污染，防止和尽量减少土壤酸化，保持和加强土壤生物多样性，尽量减少地表硬化，防止和减缓土壤板结，完善土壤水管理。可见，以上筛选的可用于衡量浙西丘陵柑橘园健康方面的5个方面指标基本上符合《可持续土壤管理准则》。

3 土壤障碍因子及其消除途径

3.1 土壤健康障碍因子

土壤健康是土壤生态系统最重要的特征之一。基于以往的研究[19]，健康的土壤具有支撑植物生长、良好物理结构、较好渗透能力并能维持土壤水质量、储存和释放养分、抑制病虫害、碳固持、维持生物多样性、降解有害化学物质及减少温室气体排放等方面的能力。柑橘园土壤健康障碍因子是由外因和内因共同造成的，外因包括施肥、灌水等田间管理、人类活动等，内因主要与土壤本身的性状有关。综合以上对柑橘园土壤质量指标分析及土壤健康指标分析，大致可把浙西柑橘园土壤障碍因子归纳为：土壤酸化明显，可直接影响柑橘生长并影响有效态矿质养分数量及生物活性；有机质不足，影响表土生物活性及土壤松紧度；土体紧实，影响根系向下伸展及水分的入渗，容易发生水土流失；养分缺乏与不平衡，特别是硼、钼等微生物量元素，影响作物的正常生长；镉污染，影响农产品品质。

浙西丘陵地区柑橘园土壤主要为红壤，且柑橘园主要施用复合肥和尿素等氮、磷、钾肥料，因此，低pH既是土壤内在属性，也与人为因素有关。土壤有机质不足主要与当地有机肥的施用量较少有关。土体紧实一方面与红壤等土壤结构不良有关，另一方面也与地面长期机械及人为活动的压实及缺乏深耕等有关。土壤养分缺乏及不平衡与长期只施用氮、磷、钾肥料、有机肥施用量少、缺乏中量与微量元素补充有关，同时，土壤酸化也在一定程度上加剧了这一现象。而土壤镉的污染既与自然背景有关，也与不良农资物质施用有关。

3.2 土壤健康管理途径

柑橘根系主要分布在0～30 cm土壤，而浙西丘陵地区柑橘园出现的健康问题也主要在根系分布的层次，因此，可通过构建与优化园地耕层土壤性状，改善柑橘园根际土壤结构、化学性状、养分有效性，为柑橘生长创造健康的根层土壤环境，从而提高柑橘的产量和品质。基于浙西柑橘园土壤健康障碍因子分析，认为可从以下几方面进行调控：施用石灰降酸克服土壤化学障碍因子；施用有机改良剂克服生物学障碍因子；深耕结合培肥克服土壤物理障碍因子；推广平衡施肥和因缺补缺施肥技术提高土壤养分水平；采用安全利用技术解决部分果园的镉污染问题。

3.2.1 施用石灰降酸克服土壤化学障碍因子

浙西柑橘主要生长在酸性土壤上，施用石灰或其他碱性物质是调控酸性土壤常见的措施之一，并通过降酸改变土壤化学特性，显著提高土壤pH和养分有效性，提高钙、镁等矿物营养元素的水平，提高柑橘的产量。钙镁磷肥、硅钙肥、磷矿粉等除了可以为作物生长提供磷、钙、镁等营养元素外，也可以用作酸性土壤改良剂。一些工业副产物，如磷石膏、脱硫石膏、草木灰等无机改良剂也可以用于改良酸性土壤，增加土壤pH和钾、钙、镁等养分的含量，降低土壤中的交换性铝。

3.2.2 施用有机肥克服生物学障碍因子

施用有机肥或有机改良剂可改善酸性柑橘土壤结构，提高土壤有机质含量，提高有效态养分，增加土壤中微生物数量、微生物活性[20]，增加土壤对酸的缓冲性，在维持土壤健康和促进作物生长等方面发挥着重要的作用。适于柑橘园施用的有机物料较广，包括绿肥、作物秸秆、枯枝落叶、农产品加工的废弃物等植物性残体及人畜排泄物和以上有机物料加工而成的商品有机肥等。此外，也可种植覆盖作物或增施有益菌、生物有机肥等，提升柑橘根系土壤生物学环境。有研究表明，覆盖作物可抑制柑橘杂草生长，减少径流和土壤侵蚀的能力，提高土壤水分，提高土壤有机碳含量，改变土壤微生物群落结构，提升柑橘园土壤健康。

3.2.3 深耕结合培肥克服土壤物理障碍因子

每间隔4～5 a在秋、冬季结合基肥施用通过机械深耕方法疏松亚表层土壤，增加土壤的渗透能力。据试验，深耕后亚表层土壤容重明显下降，并可增加土壤蓄水性；经深耕处理的果园夏季施用的沼液可有效进入土壤，提高亚表层土壤的有机质含量和养分水平。

3.2.4 推广平衡施肥和因缺补缺施肥技术提高土壤养分水平

柑橘对各种养分的需要量均较高，长期偏施氮、磷、钾肥及土壤酸化可导致钙、镁及硼、钼等元素的缺乏，这在浙西丘陵果园土壤上尤为突出，因此，应推行含钙、镁及硼、钼肥料的施用。在养分管理上应注意肥料品种、肥料用量、施肥时间和位置。建议选择生理中性或碱性肥料为主，减缓土壤酸化速率。宜推广水肥一体化技术进行滴灌施肥，避免磷素过度积累及氮肥的流失；并推进有机肥替代化肥工作。

3.2.5 采用安全利用技术降低镉的吸收

浙西柑橘园普遍偏酸，某些镉中轻度污染的柑橘园施用石灰物质也可有效降低土壤中镉的活性，达到降低镉进入柑橘的目的。此外，施用碱性调理剂来钝化土壤中镉的方式也可有效提高安全生产水平。