桂西北板栗园区土壤养分含量分析及评价

2022-03-15黄晓露梁文汇赵志珩杨卓颖谢代祖廖健明

西南农业学报 2022年12期

黄晓露，戴勤，梁文汇，赵志珩，杨卓颖，谢代祖，廖健明

(1.广西壮族自治区林业科学研究院/广西特色经济林培育与利用重点实验室，南宁 530002；2.广西生态工程职业技术学院，广西柳州 545004；3.河池市林业科学研究院，广西河池 547000)

【研究意义】板栗(CastaneamollissimaBlume)是我国重要的木本粮食树种之一，栗仁含有大量淀粉、蛋白、脂肪和多种维生素等营养成分，素有“铁杆庄稼”“木本粮食”的美誉，在国际粮食危机下可作为补充产品保障国家粮食安全[1-2]。板栗耐瘠薄，适生范围较广，产量相对稳定，种植管理的劳动力投入相对较少，是桂西北发展山区经济、开展乡村振兴的重要经济树种，截至2021年，桂西北地区板栗种植面积已达6.67×104hm2[3-4]。但传统的板栗栽培普遍存在管理粗放、地力衰退及产量和品质不稳定等问题，制约了桂西北板栗产业的良性发展[5]。因此，分析和评价桂西北板栗园区的土壤养分状况，有针对性地实施养分管理，对提高桂西北乃至广西各地板栗林的经营效益具有重要意义。【前人研究进展】近年来测土配方施肥与平衡施肥技术发展迅速，也在板栗林林分管理中得到了应用。李金柱等[6]报道，湖北省28个县(市)80%以上板栗产区的土壤pH和氮元素含量能满足板栗生长需求，但50%以上产区需通过施肥提高土壤有机质、有效磷和有效钾含量。邬奇峰[7]研究发现，板栗林集约经营后的土壤活性有机碳含量显著下降，且随着经营时间的延长，土壤活性有机碳含量呈进一步下降趋势。李娜等[8]研究认为，导致板栗大小年结果现象的最主要因素是树体营养失调，需调整土壤不同养分配置来解决生长与结果的矛盾。马天爽[9]研究表明，地膜覆盖在垂直方向上可提高‘遵化短刺’板栗园20～30 cm土层的养分含量，在水平方向上可提高距离树干75 cm处土壤的养分含量。王芳芳等[10]通过覆草和施肥处理可显著提高河北迁西板栗园土壤有机质和速效养分含量，有效促进板栗根系生长和单株产量提高。Papaioannou等[11]采用秸秆、草本覆盖与有机肥料施放结合的免耕模式将退让的森林地块转变为板栗园，并有效维持了土壤肥力。胡卫滨等[12]、梁恕坤和杜启兰[13]针对山地板栗林土壤营养成分存在分布不均、砾石含量较高和水土流失较严重等问题制定了相应的施肥和培肥方法。张伟[14]研究表明，河北京东板栗园区1982—2012年的土壤磷和钾含量增幅较大，主要因为大量施用了磷肥和钾肥，而土壤有机质和全氮含量下降或基本保持不变。廖逸宁和郭素娟[15]研究认为，氮素是河北省迁西县板栗园土壤养分的限制因子，合理配施有机和无机肥可缓解土壤氮素缺失，有效提高土壤有机碳、全氮和全磷含量，促进板栗细根吸收养分。宋影等[16-17]通过深施板栗枯落物、农家肥和菌渣来改良板栗园的土壤物理性质，提高土壤养分含量尤其是有效磷含量，从而有效提升板栗产量。黄承标等[18]研究提出，利用有机复混肥和绿肥可改善广西隆安县板栗园土壤板结及大量元素和微量元素缺乏状况。【本研究切入点】桂西北板栗园区由于缺乏科学合理的施肥和抚育措施，长期存在枝条徒长和连年产量不均衡问题，开展测土配方施肥技术研究也相对滞后，产量低下和大小年结果现象得不到解决，而目前针对其土壤养分状况的研究鲜见报道。【拟解决的关键问题】测定桂西北地区4个县6个板栗园区有关土壤肥力指标，分析不同园区土壤养分含量差异，比对土壤养分标准进行评价，提出施肥管理建议，为下一步进行板栗园区高效施肥管理及促进桂西北板栗产业的健康发展提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

桂西北处于云贵高原东南边缘，地貌以低山为主，属于南亚热带季风气候区，年均气温16.9～21.0 ℃，年均降水量1200～1600 mm，具有夏长冬短、热量丰富、雨量充沛及水热同期等特点[19-20]。6个板栗园区分布于桂西北板栗主要种植区的南丹县、天峨县、金城江区和东兰县4个县(区)，各园区采样点实测基本信息见表1。6个板栗园区均未进行施肥，天峨县和东兰县园区仅进行简易除草，南丹县和金城江区园区因树冠郁闭度较高，林下杂草较少而未进行除草。

表1 桂西北6个板栗园区的基本信息

1.2 试验材料

供试材料为南丹县园区(ND)、天峨县-1园区(TE-1)、天峨县-2园区(TE-2)、金城江区园区(JCJ)、东兰县-1园区(DL-1)和东兰县-2园区(DL-2)的表层(0～20 cm)和下层(20～40 cm)土壤。

1.3 试验方法

1.3.1 样品采集 2020年7月于6个园区在有代表性的地段随机选取10 m×10 m样地3个，在板栗树树冠下离根茎30～40 cm处，按土样采集深度为表层和下层分别采集土壤样品，每个样地采集3个小样点，将相同样点同一土层的土样充分混匀后用四分法取约1 kg，装入塑料自封袋带回实验室，挑出植物残体和石砾，经自然风干、去杂、磨细、过筛和混匀后装瓶保存，用于土壤养分含量测定。

1.3.2 测定项目及方法参考查同刚[21]的方法，土壤pH采用电位法测定，有机质含量采用重铬酸钾氧化-外加热法测定，全氮含量采用浓H2SO4-HClO4消化凯式定氮法测定，碱解氮含量采用碱解扩散法测定，全磷含量采用NaOH碱熔钼锑抗比色法测定，有效磷含量采用HCl-H2SO4浸提钼锑抗比色法测定，全钾含量采用NaOH碱熔火焰光度计法测定，速效钾含量采用乙酸铵浸提火焰光度计法测定，交换性钙和交换性镁含量采用乙酸铵交换-EDTA络合滴定法测定。

1.3.3 土壤分级标准参考吴科生等[22]、曹小玉等[23]、王利娜等[24]的全国第二次土壤普查有关标准(表2)对土壤pH和养分含量进行分级，并进行桂西北不同地区板栗园区土壤养分丰缺状况分析和评价。

表2 土壤pH及养分分级标准

表3 不同板栗园区土壤养分含量的方差分析

1.4 统计分析

试验数据采用SPSS 20.0进行统计，并进行主体效应检验方差分析、Duncan’s多重比较和Pearson相关分析。

2 结果与分析

2.1 土壤养分含量的方差分析

如表3所示，土壤养分含量和pH在不同板栗园区间的单因子作用均达极显著水平(P<0.01，下同)，说明土壤养分含量和pH受园区地点影响明显，园区间的土壤状态存在特异性；土层深度对pH及有机质、全氮、碱解氮、有效磷和交换性钙含量的影响达极显著水平，对全钾含量的影响达显著水平(P<0.05，下同)，对全磷、速效钾和交换性镁含量影响不显著(P>0.05，下同)；园区地点与土层深度的交互作用除对全磷和全钾含量无显著影响外，对pH和其他土壤养分含量的影响均达极显著水平。

图柱上不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，下同Different lowercase letters on the bar represented significant difference(P<0.05)，the same as below图1 不同板栗园区的土壤pH对比分析Fig.1 Comparative analysis of soil pH in different chestnut orchards

2.2 不同板栗园区的土壤pH比较

如图1所示，6个板栗园区的pH为4.31～6.71，平均为5.05，均表现为0～20 cm土层低于20～40 cm土层。比对表2中的土壤pH及养分分级标准，南丹县和天峨县-1园区20～40 cm土层的土壤pH接近中性，分别为6.71和6.68，显著高于其他园区各土层的土壤pH；其他园区土层的土壤均为各级别酸性，其中，金城江区和东兰县-1园区0～20 cm土层的土壤pH较低，达强酸级别，分别为4.47和4.31，且均显著低于南丹县、天峨县-1和天峨县-2园区各土层的土壤pH。可见，桂西北板栗园区的土壤pH随着土层深度增加而升高，其中金城江区和东兰县-1园区上层土呈强酸性，不利于板栗生长。

图2 不同板栗园区的土壤有机质含量对比分析Fig.2 Comparative analysis of soil organic matter in different chestnut orchards

2.3 不同板栗园区的土壤有机质含量比较

如图2所示，6个板栗园区的土壤有机质含量为6.63～57.92 g/kg，平均为22.09 g/kg，其中，南丹县园区表现为20～40 cm土层的有机质含量高于0～20 cm土层，其他园区均表现为0～20 cm土层高于20～40 cm土层。比对表2中的土壤pH及养分分级标准，金城江区园区0～20 cm土层的土壤有机质含量达很丰富水平，且显著高于其他园区各土层；南丹县园区20～40 cm土层的土壤有机质含量达丰富水平，且显著高于除金城江区园区0～20 cm土层外的其他园区各土层；南丹县园区0～20 cm土层和金城江区园区20～40 cm土层的土壤有机质含量为中等水平，二者间无显著差异，但均显著高于除金城江区园区0～20 cm土层和南丹县园区20～40 cm土层外的其他园区各土层；天峨县-2园区0～20 cm土层和东兰县2个园区各土层的土壤有机质含量为较缺水平，天峨县2个园区20～40 cm土层的土壤有机质含量为缺乏水平。可见，桂西北板栗园区的土壤有机质含量总体上表现为随着土层深度的增加而降低，金城江区和南丹县园区的土壤有机质含量处于中等以上水平，可满足板栗生长需求，天峨县2个园区和东兰县2个园区的土壤有机质含量均存在不同程度缺乏，不利于板栗生长。

图3 不同板栗园区的土壤氮元素含量对比分析Fig.3 Comparative analysis of soil nitrogen content in different chestnut orchards

2.4 不同板栗园区的土壤大量元素含量比较

2.4.1 氮元素含量比较如图3-A所示，6个板栗园区的土壤全氮含量为0.54～2.97 g/kg，平均为1.61 g/kg，其中，天峨县-1园区和东兰县-2园区表现为20～40 cm土层高于0～20 cm土层，其他园区均表现为0～20 cm土层高于20～40 cm土层。比对表2中的土壤pH及养分分级标准，南丹县园区和金城江区园区0～20 cm土层的氮元素含量(分别为2.97和2.76 g/kg)达很丰富水平，二者差异不显著，但均显著高于其他园区各土层；南丹县园区、天峨县-1园区和东兰县-2园区20～40 cm土层的全氮含量(分别为1.92、1.50和1.91 g/kg)均达丰富水平，三者间差异不显著，但均明显高于除南丹县园区和金城江区园区0～20 cm土层外的其他园区各土层；除天峨县-2园区2个土层的全氮含量(分别为0.96和0.54 g/kg)分别处于较缺和缺乏水平外，其他园区土层的全氮含量均为中等水平，其中天峨县-2园区20～40 cm土层的全氮含量显著低于其他园区各土层。

从图3-B可看出，各园区土壤的碱解氮含量范围为51.66～335.75 mg/kg，平均为125.31 mg/kg，其中，东兰县-2园区表现为20～40 cm土层高于0～20 cm土层，其他园区均表现为0～20 cm土层高于20～40 cm土层。比对表2中的土壤pH及养分分级标准，南丹县园区2个土层和金城江区园区0～20 cm土层的碱解氮含量达很丰富水平，分别为335.75、200.46和266.12 mg/kg，三者间差异显著，且均显著高于其他园区各土层；天峨县-2园区0～20 cm土层的碱解氮含量(139.30 mg/kg)达丰富水平，显著高于除南丹县园区2个土层和金城江区园区0～20 cm土层外的其他园区土层；金城江区20～40 cm土层的碱解氮含量(51.66 mg/kg)最低，处于缺乏水平；天峨县-1园区2个土层、天峨县-2园区20～40 cm土层及东兰县2个园区各土层的碱解氮含量均处于较缺水平。说明6个板栗园区土壤的碱解氮含量总体上表现为随着土层深度的增加而降低。

综合图3-A和3-B进行分析发现，虽然大部分板栗园区的土壤全氮含量达中等以上水平，但天峨县-1园区和东兰县2个园区的土壤碱解氮含量较缺乏，表明其氮元素的有效性较低；天峨县2园区0～20 cm土层的碱解氮含量是20～40 cm土层的2.27倍，金城江区园区0～20 cm土层的全氮含量和碱解氮含量分别是20～40 cm土层的1.99和5.15倍，表明其表层和下层土壤氮元素存在分布不均现象。

2.4.2 磷元素含量比较如图4-A所示，6个板栗园区的土壤全磷含量为0.13～0.73 g/kg，平均为0.30 g/kg，其中，南丹县园区、天峨县-2园区、金城江区园区和东兰县-2园区表现为0～20 cm土层高于20～40 cm土层，天峨县-1园区和东兰县-2园区表现为20～40 cm土层高于0～20 cm土层。比对表2中的土壤pH及养分分级标准，金城江区园区0～20 cm土层的土壤全磷含量(0.73 g/kg)达中等水平，且显著高于其他园区个土层的土壤全磷含量；南丹县园区2个土层的土壤全磷含量(分别为0.49和0.48 g/kg)及金城江园区20～40 cm土层的土壤全磷含量(0.41 g/kg)处于较缺水平，三者间差异不显著；天峨县2个园区的土壤全磷含量为缺乏水平，而东兰县2个园区的土壤全磷含量处于极缺乏水平。

从图4-B可看出，各园区的土壤有效磷含量为1.03～15.76 mg/kg，平均为3.64 mg/kg，其中，南丹县、天峨县-2和东兰县-1园区表现为20～40 cm土层高于0～20 cm土层，其他园区表现为0～20 cm土层高于20～40 cm土层。比对表2中的土壤pH及养分分级标准，金城江区园区0～20 cm土层的有效磷含量(15.76 mg/kg)达中等水平，且显著高于其他园区各土层；东兰县-1园区20～40 cm土层的有效磷含量(9.24 mg/kg)为较缺水平，但显著高于除东兰县-1园区20～40 cm土层外的其他园区各土层；天峨县-2园区2个土层的有效磷含量(分别为3.04和3.86 mg/kg)处于缺乏水平；其他园区土层的有效磷含量均处于极缺乏水平。

综合图4-A和4-B进行分析发现，桂西北板栗园区普遍存在全磷含量和有效磷含量缺乏现象，其中金城江区园区20～40 cm土层还存在土壤全磷和有效磷含量分别比0～20 cm土层低43.61%和85.66%的现象，说明其土壤磷元素在表层和下层分布不均。

在电网的发展过程当中，智能电网必然是未来电网的发展趋势，因为智能电网有着非常多传统电网所没有的优势，让电网的性能能够更加的强大和安全可靠。随着智能电网技术的不断提高，继电保护技术的发展也相当的迅速，进入了一个新的阶段，继电保护装置越来越多的应用范围以及功能可以让智能电网的发展更加的快速。

图4 不同板栗园区的土壤磷元素含量对比分析Fig.4 Comparative analysis of soil phosphorus content in different chestnut orchards

2.4.3 钾元素含量比较如图5-A所示，6个板栗园区的土壤全钾含量为4.18～19.98 g/kg，平均为11.98 g/kg，其中，天峨县-1园区表现为0～20 cm土层高于20～40 cm土层，其他园区表现为20～40 cm土层高于0～20 cm土层。比对表2中的土壤pH及养分分级标准，南丹县园区2个土层的土壤全钾含量(分别为19.04和19.98 g/kg)和东兰县-2园区20～40 cm土层的土壤全钾含量(15.85 g/kg)均大于15.00 g/kg，达中等水平，均明显高于其他园区各土层，其中南丹县园区2个土层的土壤全钾含量间差异不显著，但二者均显著高于其他园区各土层；天峨县-1园区和金城江区园区20～40 cm土层的土壤全钾含量(分别为9.02和5.42 g/kg)处于缺乏水平；金城江区园区0～20 cm土层的土壤全钾含量仅4.18 g/kg，处于极缺乏水平；其他园区土层的土壤全钾含量均为较缺水平。

从图5-B可看出，各园区的土壤速效钾含量为37.97～134.90 mg/kg，平均为70.97 mg/kg，其中，天峨县-1园区和金城江区园区表现为0～20 cm土层高于20～40 cm土层，其他园区均表现为20～40 cm土层高于0～20 cm土层。比对表2中的土壤pH及养分分级标准，南丹县园区2个土层的速效钾含量(分别为107.40和134.90 mg/kg)均大于100.00 mg/kg，达中等水平，二者差异显著，且均显著高于其他园区各土层；金城江区园区20～40 cm土层的速效钾含量(39.51 mg/kg)及东兰县-1园区2个土层的速效钾含量(分别为37.97和47.38 mg/kg)均处于缺乏水平；其他园区土层的速效钾含量均处于较缺水平。

图5 不同板栗园区的土壤钾元素含量对比分析Fig.5 Comparative analysis of soil kalium content in different chestnut orchards

综合图5-A和5-B进行分析发现，大部分板栗园区的土壤全钾含量和速效钾含量表现为随着土层深度的增加而升高；除南丹县园区外，其他园区土壤均存在不同程度的全钾和速效钾含量缺乏现象；东兰县-2园区20～40 cm土层的土壤全钾含量虽然达中等水平，但其土壤有效钾含量缺乏，表明其钾元素的有效性较低。

2.5 不同板栗园区的土壤交换性钙和交换性镁含量比较

如图6-A所示，6个板栗园区的土壤交换性钙含量为54.58～423.65 mg/kg，平均为147.93 mg/kg，其中，南丹县园区、天峨县-2园区和东兰县-2园区表现为20～40 cm土层高于0～20 cm土层，其他园区的土壤交换性钙含量表现相反。比对表2中的土壤pH及养分分级标准，南丹县园区0～20 cm和20～40 cm土层的土壤交换性钙含量处于较缺水平，二者差异显著，且均显著高于其他园区各土层，其他园区各土层均处于缺乏水平。

从图6-B可看出，各园区的土壤交换性镁含量为3.35～28.62 mg/kg，平均为13.98 mg/kg，其中，南丹县园区、天峨县-2园区和东兰县2个园区表现为20～40 cm土层高于0～20 cm土层，其他园区的交换性镁含量表现相反。比对表2中的土壤pH及养分分级标准，6个园区各土层的土壤交换性镁含量均低于50.0 mg/kg，处于缺乏水平。

图6 不同板栗园区的土壤交换性钙和交换性镁含量对比分析Fig.6 Comparative analysis of soil exchangeable calcium and exchangeable magnesium content in different chestnut orchards

2.6 不同板栗园区土壤pH及土壤养分含量间的相关分析

表4 不同板栗园区土壤pH及养分含量间的相关分析

3 讨论

土壤pH是土壤养分的重要特征之一，影响土壤养分的释放、转化、迁移及微生物的活力[25]。本研究中，桂西北6个板栗园区的土壤pH均随着土层深度的增加呈递增趋势，总体上呈酸性，与黄承标等[18]对广西隆安县板栗林、韦宏民等[20]对东兰县板栗-农作物间作模式下的土壤pH变化规律基本一致，但金城江区和东兰县板栗园区0～20 cm土层的土壤pH在4.50以下，明显偏低，表现为强酸水平。已有研究表明，桂西北板栗园区的土壤pH偏低及土壤速效钾和交换性钙含量明显下降，导致了土壤钾元素供给亏缺，土壤胶体上吸附的钙和镁淋溶流失[26]，而土壤中的钾和钙元素含量与板栗抗逆能力和果实品质有关[27]。

有机质是土壤中含碳有机化合物的总称，是土壤的重要组成物质，在维持土壤结构和生产力方面发挥关键作用[28-29]。本研究相关分析结果表明，板栗林土壤的有机质含量越高，土壤中氮、磷、钾和交换性钙含量就越高，碱解氮、有效磷和速效钾等有效元素含量水平越高。板栗属于落叶果树，园区的土壤有机质来源主要为板栗球苞外壳和枯枝落叶堆积，同时受到土壤酶和土壤微生物的分解、积累及果园经营过程中有机肥料使用的影响[29]。本研究中，金城江区和南丹县园区的土壤有机质含量可满足板栗生长，但东兰县2个园区和天峨县2个园区的土壤有机质含量存在不同程度的缺乏，尤其下层土壤的有机质含量较表层土壤更低，不利于板栗生长发育。

氮、磷和钾作为植物生长发育的必需养分，植物对其需求量大[28]，其中，氮元素主要影响树体枝叶和果实发育，磷元素影响雌花数量，钾元素可促进叶片的同化作用和枝条粗壮[14]。李金柱等[6]研究提出板栗园土壤养分的适量范围为速效氮50.0～150.0 mg/kg、速效磷10.0～50.0 mg/kg、速效钾100.0～200.0 mg/kg、交换性钙500.0～2000.0 mg/kg及交换性镁100.0～300.0 mg/kg。吴科生等[22]、曹小玉等[23]、王利娜等[24]研究证实，土壤碱解氮含量达较缺水平以上即能满足板栗生长需求，速效磷、速效钾、交换性钙和交换性镁含量达中等以上水平才适宜板栗生长。本研究中，虽然天峨县2个园区和东兰县2个园区的土壤碱解氮含量处于较缺水平，但含量均在50.0 mg/kg以上，可满足板栗生长需求；除金城江区园区表层土的全磷和有效磷含量达中等水平外，其下层土及其他园区各土层土壤均普遍存在磷元素缺乏现象，有效磷含量除金城江区园区表层土外其他园区各土层均未达10.0 mg/kg，无法满足板栗生长对磷元素的需求；除南丹县园区土壤的全钾含量和速效钾含量处于中等水平外，其他园区各土层土壤的全钾含量均未达15.00 g/kg、速效钾含量均未达100.0 mg/kg，普遍存在土壤钾元素缺乏现象；6个板栗园区各土层的土壤交换性钙和交换性镁含量均处于较缺乏和缺乏水平，也未达板栗生长要求的适宜范围。因此，本研究中桂西北6个板栗园区施肥均应以有机肥为主，减少或维持氮肥的使用量，适当增加土壤交换性钙和交换性镁含量，提高土壤磷含量及其有效性，除南丹县园区外其他园区均需提高土壤钾元素含量及其有效性。