秦皇岛产区葡萄园土壤养分状况调查与分析

王茜，朱晓宝，姜英，王娜*，秦子禹*

（河北科技师范学院园艺科技学院，河北秦皇岛 066004）

秦皇岛葡萄酒产区是河北省三大优势葡萄酒产区之一，核心区为昌黎县、卢龙县和抚宁区[1]。该产区地处河北北部，南临渤海，北依燕山，以碣石山为腹地，属于温带半湿润大陆性季风气候，拥有适合酿酒葡萄生长的优越生态条件[2]。中国第一瓶干红葡萄酒于1983年诞生于秦皇岛的昌黎，该产地拥有朗格斯、华夏、茅台等国内外知名品牌企业[3]。

土壤和气候是影响酿酒葡萄生长及果实品质的重要环境因子[4]。不同区域具有不同的土壤和气候条件，赋予葡萄和葡萄酒独有的品质，基于此形成了“风土”的概念[5-6]。前人研究表明，土壤结构、质地、肥力状况及理化性质等可直接影响葡萄的生长发育和果实品质[7]。

目前，关于秦皇岛产区葡萄园土壤状况相关的研究报道不够全面，尤其是对影响酿酒葡萄品质的关键土壤因子报道较少。本文选取秦皇岛产区具有代表性的6个酿酒葡萄种植园，对其土壤的pH、水解氮、速效磷、速效钾等9个理化指标进行测定和分析，并采用土壤质量综合指数评价法进行评价，旨在探明秦皇岛产区酿酒葡萄园土壤的综合质量水平，以期为该产区葡萄园的土壤管理提供数据支持。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验区位于河北省东北部，属暖温带大陆性季风气候，四季分明，昼夜温差大，年均日照时数2745～2809 h，年均温10.2～11 ℃，降雨量638.33～730.7 mm，全年68%的降雨集中在7—8月。土壤以棕褐色沙壤土和砾石为主。根据秦皇岛产区酿酒葡萄种植园的地理位置、种植规模及影响力等情况，选取具有代表性的葡萄园为样品采集点，具体位置信息见表1。

表1 6个酿酒葡萄园基本概况Table 1 Basic overview of six vineyards

1.2 土壤样品的采集和处理

各试验园均采用“S”形取样法设置3个取样点，土壤采样深度为0～60 cm。在各取样点分别钻取深度为0～20、20～40、40～60 cm的土壤样品，将同一种植园相同深度的土样均匀混合，并采用四分法舍去多余样品，最终将保留土样装袋标记后带回实验室做风干处理，过筛去除杂质备用。

1.3 土壤养分指标的选择及检测方法

土壤pH是反映土壤酸碱强弱的重要指标；氮、磷、钾是葡萄生长必需的大量元素，直接影响果实生长和芳香物质的积累；硼、锰、铜、锌、钼是葡萄生长必需的微量元素，其中，硼、铜、锌、钼影响葡萄的产量和品质等问题；锰是形成叶绿素的重要组分，缺锰时影响葡萄的光合作用[8]。因此，本研究对pH值、水解氮、速效磷、速效钾等9个理化指标进行测定。

土壤pH采用电位法测定，水解性氮采用碱解扩散法，有效磷采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法，速效钾采用醋酸铵浸提-火焰光度计法，微量元素全锰、速效硼、全铜、全锌、全钼采用电感耦合等离子体质谱法测定[9-11]。

1.4 土壤养分分级标准

土壤水解氮、速效磷和速效钾参照李宝鑫的标准进行分级[12]（表2）；土壤速效硼和全锰、铜、锌、钼参照全国第二次土壤普查标准进行分级（表3）。

表2 土壤大量元素分级标准Table 2 Classification standard of soil macroelements mg·kg-1

表3 土壤微量元素分级标准Table 3 Classification standard of soil trace elements mg·kg-1

1.5 土壤质量综合评价

采用SQI土壤质量指数评价法对试验园的土壤质量进行评价，参考任艳华的方法[13]。具体步骤为：先用隶属函数公式计算各指标的隶属函数值，其中土壤速效氮、磷、钾、硼和全量锰、铜、锌、钼使用上升型函数计算公式：

土壤pH值采用下降型函数计算公式[14-15]：

式中Xi为各指标实测值；Ximax和Ximin分别为各指标的最大值和最小值。

再根据主成分分析法来确定权重。具体为：对9个评价指标进行主成分分析，获得公因子方差，由公因子方差计算出权重。

最后将各指标的隶属值和权重值代入公式（4）中，计算出SQI值。

公式中Ci为主成分分析中公因子方差；Wi、Mi分别是第i个指标的权重和隶属度值；n为指标个数。

1.6 数据处理

采用Excel 2016和SPSS 26.0进行数据计算和分析。

2 结果与分析

2.1 秦皇岛产区酿酒葡萄园土壤养分特征

整体上看，不同葡萄园的土壤养分含量存在差异，且同一葡萄园随着土壤深度的增加，土壤水解氮、速效磷、速效钾、速效硼、全铜含量呈降低趋势。随土壤深度的增加，仁轩和金士葡萄园土壤全锰、全锌含量呈先降低后上升的趋势；朗格斯全锰含量呈上升趋势；耿氏、华夏、香格里拉全锰和全锌含量以及朗格斯的土壤全锌含量呈下降趋势；华夏、耿氏土壤全钼含量随土壤深度的增加呈上升趋势，朗格斯和香格里拉呈先上升后下降的趋势，仁轩和金士种植园呈下降趋势（图1）。同时由表4可知，秦皇岛产区土壤养分各项指标之间存在较大差异。养分数值差异最大的是速效钾，变异范围为285.28～785.88 mg·kg-1；其他各养分差异从大至小依次为：全锰＞速效磷＞全铜＞水解氮＞全锌＞全钼＞速效硼。此外，从8个养分含量指标变异强度来看，变异系数从大到小依次为速效磷、速效硼、全铜、水解氮、速效钾、全锌、全钼、全锰。指标范围均在10%～100%之间，属于中等变异。6个酒庄土壤pH最小值为4.28，最大值为6.88，变异系数为8.7%，属于弱变异。

表4 秦皇岛产区酿酒葡萄园土壤养分含量特征统计表Table 4 Statistical table of soil nutrient content characteristics of wine grape plantations in Qinhuangdao region mg·kg-1

根据土壤养分分级标准（表2，表3），由表4数据可以得出，秦皇岛产区葡萄园土壤速效磷、速效钾平均含量达到很丰富水平，分别为89.27、426.96 mg·kg-1；水解氮和全锰含量处于中等水平，分别为73.93、543.13 mg·kg-1；全铜、锌、钼含量分别为47.83、75.85、5.24 mg·kg-1，达到较丰富、丰富、上限值水平；速效硼含量较少，为0.3 mg·kg-1，处于稍缺水平。

2.2 秦皇岛产区葡萄园土壤养分的比较

6个葡萄园中，耿氏、华夏、仁轩、金士和朗格斯为弱酸性土壤，pH值分别为5.52、6.07、5.65、6.07和5.51；香格里拉为酸性土壤，pH值为5.40。

由表5可以看出，6个种植园土壤养分含量差异较大。其中金士的水解氮含量缺乏，耿氏的土壤水解氮含量最高，为114.33 mg·kg-1，约为金士的4.4倍。耿氏的速效磷含量极丰富，仁轩、香格里拉和朗格斯的速效磷含量为丰富水平，金士速效磷含量最低，为21.47 mg·kg-1。耿氏、华夏、香格里拉、朗格斯的土壤速效钾含量很丰富，分别为476.56、509.80、462.39、432.42 mg·kg-1；仁轩和金士速效钾含量丰富。金士速效硼含量缺乏，为0.18 mg·kg-1，其余5个种植园速效硼含量处于稍缺水平。仁轩全锰含量丰富，耿氏全锰含量较低，为405.41 mg·kg-1，处于稍缺水平。耿氏和华夏全铜含量达到上限值，仁轩和朗格斯土壤全铜含量较丰富，香格里拉和金士全铜含量丰富。仁轩的全锌含量较丰富，为85.12 mg·kg-1；耿氏、华夏和金士全锌含量丰富，香格里拉和朗格斯土壤全锌含量中等。6个葡萄园的土壤全钼含量均达到上限值。

表5 6个葡萄园土壤养分指标Table 5 Soil nutrient index of six vineyards mg·kg-1

2.3 土壤各指标之间相关性分析

由表6可知，土壤各指标之间均存在一定的相关性。其中，土壤pH值与水解氮，速效钾与全锰，全锰与全钼呈显著负相关；水解氮与速效磷，速效钾与全铜，速效磷与速效钾、全铜，速效钾与速效硼、全铜，全铜与全锌呈极显著正相关；水解氮与全锰，速效钾与全锰呈显著负相关。由此可见，土壤中某一种养分含量的多少不能代表该种植园的土壤养分质量，因此需利用土壤质量综合评价法对该土壤进行评价。

表6 土壤各指标间的相关性Table 6 Correlation among soil indexes

2.4 秦皇岛产区葡萄园土壤质量综合评价

用SPSS软件中的主成分分析功能对9个土壤指标进行降维处理，结果表明（表7），前4项主成分累计方差贡献率达到93.71%，说明前4个主成分信息可以代表最初的9个土壤指标信息。其中，第1主成分贡献率为46.22%，水解氮、速效磷、速效钾和全铜在第1主成分上载荷相对较高，分别为0.91、0.92、0.73和0.82；第2主成分贡献率为18.75%，pH值和全锌在第2主成分上有着较高载荷，主成分载荷分别为0.65和0.84；第3主成分贡献率为16.27%，速效硼主成分载荷最高，为0.87；第4主成分贡献率为12.47%，pH值和速效钾、全钼在第4主成分上载荷相对较高，为0.61、0.52和0.5。

表7 土壤质量评价指标因子载荷矩阵、公因子方差及权重Table 7 Factor load matrix, common factor variance and weight of soil quality evaluation index

利用隶属函数值和权重，计算出6个酿酒葡萄种植园的土壤质量的评分值（SQI值）。由图2所示，6个葡萄园的土壤质量指数在0.27～0.57，综合评价结果为耿氏＞华夏＞香格里拉＞朗格斯＞仁轩＞金士。耿氏酒庄葡萄园的SQI值最高，为0.57；该种植园土壤水解氮、速效磷、全铜、速效铜含量相对较高，且在第1主成分上载荷较高，贡献率大。金士酒庄的SQI值最低，为0.27，贡献率小。

参照五级分类法[16]对秦皇岛产区的6个葡萄园进行整体分级，结果表明（表8），16.67%的种植园土壤质量属于较低水平，83.33%的种植园土壤质量属于中等水平。总体来看，秦皇岛产区葡萄园土壤质量属于中等水平。

表8 土壤综合质量分级Table 8 Soil comprehensive quality classification

3 讨论与结论

土壤是植物养分的主要来源，是葡萄养分的源库和承载库，其养分状况直接影响葡萄的生长[7]。本研究表明，随着土壤深度的增加，水解氮、速效磷、速效钾、速效硼、全铜含量呈下降趋势，表层土壤养分含量高于下层土壤，具有明显的表聚现象。这可能与葡萄园土壤类型、微生物状况、肥料施用、人为耕作措施等有关。

土壤pH值能影响养分的有效性，土壤微生物的活动、数量及组成[17]。前人研究表明，最利于葡萄生长的土壤pH值为6.0～7.5，土壤过酸或过碱均不利于葡萄的生长发育[8]。在本研究中，秦皇岛产区土壤pH值范围为4.28～6.88，均值为5.70，以偏酸性为主，这与范海荣等[18]研究结果一致。

土壤中的氮、磷、钾是植物生长的必需元素[19]。氮素能促进植株茎叶繁茂、延迟叶片脱落，并能促进葡萄果实芳香物质的积累；磷和钾元素能促进花和果实的生长[20]。在本试验中，秦皇岛产区土壤速效磷、速效钾平均含量分别为89.27、426.96 mg·kg-1，达到丰富水平；水解氮平均含量为73.93 mg·kg-1，居中等水平。个别种植园存在氮、磷养分含量偏低的情况。这与王探魁[21]的研究结果一致。

硼是土壤微量元素之一，适当的施用有利于葡萄萌芽、开花及坐果[8]。本试验结果表明，秦皇岛产区土壤速效硼平均含量处于稍缺水平，这与梁倩等[22]、尹兴等[20]的研究结果一致。土壤中的全锌、全铜、全钼含量较高，分别达到丰富、较丰富、上限值水平；全锰含量均处于中等水平。

土壤质量综合评价结果表明，秦皇岛产区酿酒葡萄种植园土壤综合质量总体处于中等水平，个别处于较差水平。针对耿氏酒堡葡萄园土壤pH值偏低，速效硼、全锰含量稍缺的情况，建议施用石灰或生理碱性肥料来改善土壤酸化的问题，同时结合秋施基肥施入适量硼肥和锰肥补充土壤微量元素，也可在花前叶面喷施硼砂和硫酸锰溶液来满足植株生长的需要。针对华夏种植园速效硼含量稍低的状况，建议结合秋施基肥添加硼肥或花前喷施硼砂的方式进行补充。针对仁轩和朗格斯葡萄园存在速效硼稍缺及土壤酸化的问题，建议施用石灰或生理碱性肥料改良土壤，花前叶面喷施硼肥或在基肥中添加硼肥。金士葡萄园水解氮、速效磷、速效硼含量均缺乏，生产中建议开展配方施肥，适量增加氮肥、磷肥施用比例，并补充微量元素硼。香格里拉葡萄园各大量和微量元素含量居中等偏上水平，但也存在土壤pH偏低的问题，建议对土壤进行改良，并开展配方施肥，适当调整各元素的比例[12]。