新型土壤调理剂对安徽砀山桃树缺铁黄化的矫治效果研究

孟云杉，范再碧，杜学军，高子登，任雪芹，胡树文

（中国农业大学 资源与环境学院，北京 100193）

【研究意义】目前，世界上30%的可耕地属于钙质碱性土壤，此类土壤容易导致缺铁黄化，对农业生产有负面影响，导致一些作物产量损失严重[1-2]。缺铁黄化在今天仍然是一个全球性的难题，全球大约有40%的土壤上生长的植物容易出现缺铁黄化症[3-4]，其中，桃树比较容易发生缺铁黄化病。因此，深入研究桃树缺铁黄化的主导因子及防治措施十分必要。【前人研究进展】铁是植物生长发育的必需营养元素，在植物体叶绿素合成、光合作用、呼吸作用、电子传递和氧化还原代谢等过程中均发挥着重要作用[5-6]。果树缺铁黄化是石灰性土壤中许多敏感作物生长发育的主要营养障碍，会影响农产品的质量和产量[7-8]。果树轻度缺铁，会导致合成的叶绿素量减少，叶绿体变性，光合速率降低；严重缺铁时，叶绿素合成停止，新叶变黄，生物量大幅下降[9-10]。土壤中铁形态复杂，植物主要吸收的是Fe（II），Fe（III）在被吸收前首先还原为Fe（II）才能被根系吸收利用[11]，因此，铁的有效性会直接影响果树的生产力[12]。土壤呈碱性是导致果树黄化病最关键的因素，通常pH 在7.4～8.5 最容易引发果树缺铁黄化[13]，铁的生物利用度有限和植物中Fe 的获取和转运能力有限[14]。在土壤中加入有机质能促使铁的还原，降低了pH 值[15]，使土壤中有效铁的含量增加，并提高果树叶绿素含量，从而促进光合作用[16]。另外，有研究发现Zn、Cu、Mn等微量营养元素都会影响到根系对铁离子的吸收，铁与这些微量元素之间的关系失调就会降低其含量，从而诱发缺铁黄化症[17]。【本研究切入点】安徽省砀山县是国内水果基地之一，拥有国家级桃园示范基地。但随着国家对农业现代化改革的不断深入，农业的种植结构和生产方式发生了很大的变化，在长期的种植和生产过程中出现了一些难题，如果树缺铁黄化症[18]。目前国内对桃树缺铁黄化的问题研究相对较少。【拟解决的关键问题】本研究通过施加新型土壤调理剂，探究调理剂对土壤理化性质的影响，并从桃树叶片营养和果实品质提升的角度出发评价调理剂对桃树黄化的矫治效果。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 试验地概况2020年1—7月在安徽砀山周寨镇（34°55′N，116°45′E）5个设施大棚（缺铁黄化油桃园）作为试验地点，当地果实在成熟上市期叶片90%以上均出现黄化。土壤质地以沙土、沙壤土为主，基础土壤性质见表1。

表1 土壤的基本理化性质Tab.1 Basic physical and chemical properties of soil

桃园栽培品种为金冠，树龄3 年，种植密度是1.2 m×1.5 m。灌溉方式选用地下水，pH 为7.56，EC 为0.593 mS/cm。施肥种类包括氮磷钾复合肥、螯合铁肥、农家肥。桃园5 月出现黄化问题，6 月下旬桃上市，黄化逐渐加重。

1.2 试验设计

试验设置5个处理，分别是CK（不施加调理剂和螯合铁肥）、T1（750 kg/hm2调理剂）、T2（1 500 kg/hm2）、T3（2 250 kg/hm2调理剂）和T4（施用EDDHA/Fe螯合肥料1 500 kg/hm2），氮磷钾肥施用方式与农户常规施加量相同。土壤调理剂是一种以聚氨基酸钙和有机质混和的新型调理剂（有机质≥40.0%，呈黑色颗粒），方法参考文献[19]进行自制。于1 月初将土壤调理剂施入土壤耕层，翻耕混匀，螯合铁肥（EDDDHA/Fe，含铁量≥6.0%，呈暗红褐色）购于山东金润梓生物科技有限公司，按照0.1%的质量浓度配制后于5月初滴灌，6月初叶面喷施螯合铁肥。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 样品的采集与处理本研究于2020 年6 月20 日进行取样。在每个处理小区对角线选取3 棵桃树，在滴水线附近用土钻随机采取5 个土壤样品并混合作为一个混合样品，采样深度为0～20 cm 和20～40 cm。将土壤样品自然风干，去除植物残留和石块，用磨土机研磨，分别过1 mm和0.25 mm筛，用于土壤指标测定。

植株样品与土壤采样时间一致，在每棵桃树的东南西北方向各取5片树冠外围自营养枝顶端向下成熟的叶片，将每棵桃树所有叶片混为1 个叶片样品；成熟果实于6 月下旬采集。将采集的叶片样品和桃装入有孔的干净塑料袋，置于冰盒中，迅速带回实验室，然后用酒精纱布清洁后-20 ℃保存待测。称取5.0 g去除主叶脉的鲜叶片提取叶绿素。将剩余叶片105 ℃杀青20 min，最后70 ℃烘干至恒重，将烘干的叶片用研钵研碎，过0.15 mm筛后装袋、密封备用。

1.3.2 测定项目和方法土壤pH 和EC 以土水比1∶5 采用pH 计（PHSJ-4A，上海雷磁）和电导率仪（DDS-11A，上海雷磁）测定；用硝酸银滴定进行Cl-测定；双指示剂法测定HCO3-；土壤全Fe含量采用DTPA浸提—原子分光光度计（北京普析通用仪器有限责任公司，TAS-990）测定；有效铁含量采用0.1 mol/L HCl浸提—原子分光光度计（北京普析通用仪器有限责任公司，TAS-990）测定；土壤有效磷采用0.5 mol/L NaHCO3溶液浸提—钼蓝比色法测定；土壤速效钾采用1 mol/L NH4Ac 溶液浸提—火焰分光光度计（Iris Advangtage 1000；Thermo Electron Corp，USA）测定；土壤全氮采用凯氏定氮仪（北京优普通用科技有限公司，UPT-K1600）测定；有机质采用重铬酸钾氧化-外加热法测定[19]。叶绿素含量采用丙酮提取-分光光度法测定[20]。准确称取0.500 g 样品用H2SO4—H2O2进行消煮至淡绿色，定容，取5 mL 定容过后的消煮液用凯氏定氮仪（北京海鑫瑞科技有限公司，HL-N20）进行氮测量；将测定全氮后剩余的消煮液进行过滤，用二硝基酚作指示剂，加入氢氧化钠和钼酸铵试剂，用紫外分光光度计（北京普析通用仪器有限责任公司，TU-1810）测定磷；活性Fe采用1 mol/L HCl浸提24 h后用原子吸收分光光度法测定；可溶性固形物用蒽酮比色法测定。可溶性糖使用手持糖度分析仪（北京宏昌信科技有限公司，HI96802）测定；维生素C含量用2，6-二氯靛酚滴定法测定。以上测定方法参考李小方的《植物生理学实验指导（第5版）》[22]。

1.4 数据分析

数据设3个重复，取其平均值。使用平均值±标准误（Mean±SE）描述统计值。数据用Microsoft Excel 2010 软件进行整理，采用SPSS 25.0（IBM Corp，Armonk，NY，USA）进行一般线性模型程序方差分析和主成分分析。均数的多重比较采用最低显著性差异检验（LSD test），P＜0.05。冗余分析（RDA）采用Canoco 5进行。采用Origin 2021（Origin Lab，Northampton，MA，USA）绘制图表。

2 结果与分析

2.1 土壤调理剂对黄化桃区土壤理化性质的影响

2.1.1 土壤调理剂对土壤化学性质的影响如表2 所示，施用土壤调理剂和螯合铁肥后，土壤pH 值显著降低，pH 值大小顺序为：CK、T4、T1、T2、T3。施用调理剂处理的土壤pH 与CK 处理均存在显著性差异，且随着施加改良剂的增加，两个土层pH 不断降低，T3 下降最多。T1、T2、T3 和T4 处理0～20 cm 土层土壤中的pH 值，相比CK 处理分别下降了0.70、0.77、0.99 和0.53 个单位，20～40 cm 土层分别下降了0.68、0.83、1.00 和0.60 个单位。未经矫治土壤0～20 cm 和20～40 cm 土层EC 值在0.51～0.56 mS/cm，属于轻度盐渍化土壤。施用调理剂后，不同土层EC 值均与CK 处理存在显著性差异，其中T3 处理的降幅最大，0～20 cm 和20～40 cm 土层的EC 值分别降低了44.98%和51.01%。常规施用螯合铁肥（T4 处理）也降低了土壤EC 值，但是降低幅度较小。T4 处理0～20 cm 土层中的EC 值与CK 处理无显著性差异，表明施用螯合铁肥很大程度上是不能降低土壤盐分的。随着调理剂用量增多，土壤pH 和EC 值的降幅越大。可见，施用调理剂在降低土壤pH和EC值方面的效果显著优于螯合铁肥。

随着调理剂的施用，显著降低了HCO3-含量，T2处理降幅最大，与CK处理相比，0～20 cm 和20～40 cm分别下降了74.98%和69.45%。土壤中0～20 cm 土层Cl-含量：CK＞T4＞T2＞T1＞T3，20-40 cm 土层Cl-含量：T2＞CK≈T3＞T4＞T1。CK 的0～20 cm 表层土壤中的Cl-含量高于20～40 cm 土层，表明土壤中的Cl-聚集在表层土壤。经过矫治后，0～20 cm 土层中的Cl-显著降低，但T2 处理在20～40 cm 土层中的含量高于CK处理。

2.1.2 土壤调理剂对土壤养分的影响如表2 所示，随着调理剂施加量的增多，全N、有效P、速效K 含量均呈现下降趋势。0～20 cm 全N 的降幅较大，T1、T2、T3 和T4 处理全N 含量分别下降了3.66%、8.36%、17.09%和13.96%。0～20 cm 土层土壤有效P 和速效K 含量均略低于20～40 cm。T1、T2、T3 和T4 处理土壤有效P 含量在20～40 cm 土层中无显著性差异，表明施用螯合铁肥和土壤调理剂对降低土壤P 的效果相差不大。两个土层土壤中速效K 的含量以T4 处理最为显著，可能与6 月补施螯合铁肥有关，施用螯合铁肥后能够快速促进桃树对速效K 的吸收。施用调理剂后，有机质含量增加，均与CK 存在显著性差异，因为实验添加的调理剂中的有机质含量高。两次采样0～20 cm 有机质含量均大于20～40 cm 土层。两个土层CK 和T4 处理均无显著性差异，可见常规施用螯合铁肥并不能显著增加土壤有机质。

表2 不同处理下不同土层深度的土壤各指标Tab.2 Soil indexes of different soil depths under different treatments

2.1.3 土壤调理剂对土壤全铁和有效铁的影响如图1所示，CK和T4处理的土壤全铁含量比T1、T2、T3处理高，施用调理剂后，全铁（T-Fe）含量显著减少。6月20～40 cm土层全铁含量普遍高于0～20 cm土层。两个土层，T3处理全铁含量降幅最大，分别降低了11.45%，10.67%。经过矫治后土壤有效铁含量相比对照组CK 显著升高，与其他4 个处理均呈显著性差异。随着调理剂施用量的增加，土壤有效铁（A-Fe）含量增多，T3处理效果最好。

图1 不同处理对土壤全铁和有效铁含量的影响Fig.1 Effects of different treatments on soil total iron and available iron content

2.2 土壤调理剂对黄化桃区叶片营养和果实品质的影响

2.2.1 调理剂对桃树叶片叶绿素含量的影响通过测定叶绿素含量可以直观地发现施加调理剂和螯合铁肥的矫治效果。如图2 所示，叶绿素a 和b 以T3 处理提高最为显著，增幅分别为271.34%，309.39%。T1、T2、T3和T4处理相比于CK 处理，叶绿素a和b都有不同程度增幅，叶绿素b的增速较快，这在叶绿素a/b中也有体现。常规施用螯合铁肥对于桃树叶片复绿效果优于施用调理剂的T1处理。

图2 不同处理对桃树叶片中叶绿素含量的影响Fig.2 Effects of different treatments on chlorophyll content in peach leaves

施用调理剂和螯合铁肥后叶绿素a和b的含量均有明显提高，但两次采样叶绿素a/b值均低于CK 处理，表明叶绿素b的提升速度大于叶绿素a。

2.2.2 土壤调理剂对叶片全铁和有效铁含量的影响如图3所示，随着调理剂施用量的增加，叶片中的全铁和活性铁含量也随之增多，这在一定程度上表明叶片的全铁和活性铁之间存在相关性，在全铁含量增多的情况下，有效铁的含量也相应地升高。与CK 相比，T1、T2 和T3 处理叶片活性铁含量增加了9.85%、11.95%和17.83%。施用螯合铁肥后，叶片活性铁含量增加了16.23%。T4 处理活性铁含量大于T1 和T2处理，常规螯合铁肥处理效果优于T1和T2处理，短期增加叶片活性铁含量效果显著。

图3 不同处理对桃树叶片Fe元素和叶片活性铁含量的影响Fig.3 Effects of different treatments on total Fe content and active Fe

2.2.3 土壤调理剂对叶片N、P、K 元素含量的影响经过矫治后，叶片中N 和P 含量减少，且与CK 处理存在显著性差异。施用调理剂进行矫治后，使得叶片中的N 和P 元素含量降低。N 元素T3 处理降幅最大，T4处理降幅最小，分别降低了17.05%，10.25%。P元素T1处理降幅最大，其次T2和T3，最后是T4，分别降低了32.68%，17.30%，19.83%，13.50%。经过矫治后，K 的含量增多，调理剂的施用促进了果树对K元素的利用率。T2、T3和T4处理与T1和CK处理存在显著性差异。如表3所示，施用螯合铁肥在降低叶片中N和P元素含量方面不如施用土壤调理剂，在提升K元素含量上也略低于施用土壤调理剂。

表3 不同处理对叶片氮（N）、磷（P）、钾（K）元素含量的影响Tab.3 Effects of different treatments on the contents of N、P、K in leaves

2.2.4 土壤调理剂对黄化桃区果实品质的影响由表4 可知，施用螯合铁肥和新型土壤调理剂均提高了油桃中的可溶性固形物、维生素C 含量和单果质量，同时降低了可滴定酸的含量。可溶性固形物以T2 增加最多。可滴定酸含量以T3 处理最为明显，降幅最大，降低了20.8%。经矫治后，维生素C含量也显著增加。施用土壤调理剂后单果质量明显增加，4 个处理单果质量均与CK 处理存在显著性差异。综合看，随着调理剂施用量的增多，可滴定酸随之降低，单果质量随之增加，且T2 和T3 之间差异不显著。

表4 不同处理对桃品质的影响Tab.4 Effects of different treatments on peach quality

2.3 相关性分析和冗余分析

2.3.1 土壤理化指标之间的相关性分析结合上述的测定，对不同处理下0～20 cm 和20～40 cm 土层的指标进行相关性分析，结果如图4 所示。0～20 cm 土层土壤pH、EC、HCO3-和Cl-之间均为正相关，相关系数分别为0.88，0.87，0.68，其中pH 与HCO3-显著正相关，相关系数为0.92；20～40 cm 土层pH、EC、HCO3-与Cl-呈现负相关，相关系数分别为-0.17，-0.36，-0.088，其中pH 与EC 和HCO3-显著正相关，相关系数分别为0.90，0.92。这表明HCO3-是导致桃树黄化的因子之一，土壤中Cl-聚集在表层土壤加重了桃树黄化。0～20 cm土层土壤有机质与其他指标无显著相关性，20～40 cm土层土壤有机质只与EC呈现显著负相关。但总体上看，当地土壤有机质含量并不低，足以满足桃树生长，显然，有机质并不是导致桃树黄化的主导因子。0～20 cm 土层中土壤pH、EC、HCO3-和Cl-与土壤有机质和有效Fe 呈现负相关，而pH、EC 和HCO3-和Cl-与全N、有效P、速效K 和全Fe 呈现正相关。两个土层中pH 与有效P 呈极显著正相关，相关系数都为0.98。两个土层中HCO3-与有效P 呈显著正相关，相关系数都为0.95。0～20 cm 土层有效Fe 与有效P是极显著负相关，相关系数为-0.96。可见，高pH、EC、HCO3-以及土壤中过剩的全N、有效P、有效K 和全Fe抑制了土壤中Fe的有效性。

图4 土层0～20 cm、20～40 cm土壤各指标之间的相关性分析Fig.4 Correlation analysis of soil indexes in 0-20 cm and 20-40 cm soil layers in June

2.3.2 叶片元素和叶绿素含量的冗余分析图5是各参数线之间的夹角的正弦值，表示两参数之间的相关性，将叶片N、P、K、Fe和有效Fe作为环境因子，叶绿素含量作为物种进行冗余分析（RDA）的结果。表明这些营养元素均可以用来解释叶绿素含量的变化。第一坐标轴分别解释了叶片营养元素和叶绿素含量间99.70%的变量，而两个坐标轴的总解释度99.87%。其中，N 和P主要从RDA 第一坐标轴方向解释，K、Fe和有效Fe主要从RDA第二坐标轴方向解释。N和P元素与叶绿素a、叶绿素b和叶绿素总量呈负相关关系，K元素与叶绿素a、叶绿素b和叶绿素总量呈正相关关系。

图5 叶片营养元素与叶绿素含量之间的RDA分析Fig.5 RDA analysis of nutritional elements and chlorophyll content in leaves

3 讨论与结论

3.1 桃树黄化主导因子分析

桃树适宜的土壤pH 值在6.0～7.0，安徽砀山黄化桃区土壤pH 值均高于7.5。在pH 偏高的土壤中，铁元素极易被固定[22]，土壤中铁的有效性受到抑制。这直接影响了桃树根系对Fe的吸收，间接降低了土壤有效铁的含量，增加了土壤中的HCO3-含量。其次，当地土壤中盐分含量偏高，未经改良土壤的EC 值均大于0.50 mS/cm，土壤中过量的盐分能够引起土壤物理和化学性质的改变，土壤肥力下降，从而导致大部分农作物生长环境的恶化[23]。相比而言，土壤有机质对桃树黄化病的影响则较小。

对黄化桃区土壤营养元素的分析表明，大量元素全N、有效P、速效K 都处于过剩水平，尤其是全N和有效P，土壤中N 和P 的含量过多，土壤容易出现板结和次生盐渍化，降低土壤肥力，这扰乱了营养均衡原则。有研究[24]认为，氮素中的硝态氮会释放出OH-、HCO3-，增加土壤pH 值，从而导致果树缺铁失绿。土壤中磷含量过高，会和铁离子发生反应，导致土壤中的有效二价铁被转化为三价铁并发生沉淀，使土壤中的有效铁含量降低[25]。结合当地农户在土壤中长期施用氮磷钾复合肥等化肥，导致土壤板结，透气性差，影响了果树对铁素的吸收和利用，从而影响果树生长。在当地黄化桃区土壤中的有效铁含量不足具有普遍性，桃园土壤中的有效铁含量低可能是缺铁黄化症产生的最根本和最重要的原因之一。

对砀山桃树叶片营养元素分析，叶片黄化除了与活性铁有关外，还和N、P等元素有关。黄化病的引发是多种元素相互作用的结果。当地土壤由于环境因素和土壤质地等原因，土壤中有效铁的含量偏低，这使得可供果树利用的有效铁含量不足，桃树叶片中的活性铁含量缺乏而致黄化。其次，土壤中过剩的N 和P 被果树吸收利用，使得叶片内的N 元素和P 元素含量偏高，这直接影响树体对其他营养元素的吸收，如Fe等微量营养元素。

因此，引起安徽砀山桃树缺铁黄化的原因有两个：第一是土壤高pH，高盐分和高HCO3-含量，使土壤出现盐渍化问题；第二是土壤N 和P 含量过多，影响桃树对有效铁的吸收。二者都会导致桃树土壤和叶片中的有效铁含量减少，使桃树出现缺铁黄化问题。

3.2 调理剂对黄化桃区土壤、桃树叶片和果实的改良机理初探

施用新型土壤调理剂显著降低了黄化桃区土壤的pH、HCO3-和盐含量，本研究施用的是盐碱土专用的调理剂，主要就是针对土壤中的盐和碱两方面进行改善，降低了土壤pH，使得根际土壤酸化，释放出氢离子，将土壤中的铁还原为能够被桃树吸收利用的铁，从而抑制了HCO3-的分解；调理剂从另一个方面可抑制盐分在浅层土壤中聚集，在桃树发芽前，本研究施用调理剂后对土壤进行浇灌，将盐分离子淋洗在深层土壤中，减少盐分对桃树根系的胁迫。

综合土壤全铁和有效铁的变化来看，施用调理剂降低了土壤中全铁的含量，却增加了有效铁含量，二者在施加调理剂处理后呈现此消彼长的变化趋势。而施加的调理剂是不含铁的，因此可以推测土壤中增加的有效铁来源于自然土壤，而T4处理施用螯合铁肥增加的有效铁主要来源于外源施加的螯合铁肥，但是具体的转化和迁移过程还需要进一步论证分析。

施用调理剂后，最直观的矫治效果就是桃树叶片复绿，从叶片中的叶绿素含量可以直接看出复绿效果，而叶绿素b 的增速高于叶绿素a，这是由于施用调理剂增加了土壤中有效铁的有效性，而叶绿素b 对铁元素更为敏感所致，这与黎秀丽[27]的研究一致。经过矫治使得叶片中的N 和P 元素含量降低，控制树体营养均衡，同时也提升了桃树在果实膨大期和成熟期对K 元素的吸收效率，使得叶片中的K 元素含量显著增加。经过矫治使得叶片复绿，对果实的产量和品质产生了显著影响。

3.3 结论

通过对安徽砀山土壤理化性质、养分和叶片营养元素以及果实品质指标进行测定和分析，土壤高pH、高盐分和高HCO3-含量是导致桃树黄化的主导因子，土壤和桃树叶片的N和P含量较高导致土壤和树体内部养分失衡。施用调理剂使得黄化症状有所缓解，降低土壤和桃树叶片的N和P含量，提高活性Fe和叶绿素含量。本研究结果表明施用2 250 kg/hm2新型土壤调理剂对桃树安徽砀山桃树黄化矫治效果最好。