不同树龄石榴园土壤养分调查与评价

王景艳,寇伟锋,姜超强,高 飞

(1.安徽省农垦集团有限公司,安徽合肥 230061;2.安徽省农村与社会科技发展中心,安徽合肥 230088;3.安徽省农业科学院,安徽合肥 230031;4.宿州市埇桥区夹沟镇农业综合服务中心,安徽宿州 234102)

石榴(PunicagranatumL.)因其营养风味突出、保健功能显著,深受消费者喜爱[1]。由于果实风味独特、营养价值和经济效益高,石榴的种植规模和市场需求不断增加[2-3]。但随着种植规模的扩大,新增果农管理标准化程度偏低,对土壤养分状况缺乏了解,普遍存在凭经验、随意、盲目施肥等现象,导致养分供应与树体营养需求不平衡,一定程度上制约了果树的生长发育、果实产量和品质,乃至果园的可持续发展[4]。

土壤养分是植物获取所需矿质营养的主要来源,适宜的养分状况是石榴高产、稳产、优质的重要保障[5]。为了提高石榴的产量和品质,诸多学者分析了果园土壤的理化性状指标,其中最为常见的有pH、有机质、速效氮、有效磷和速效钾含量等[2,5-6]。孔婷婷等[5]对新疆皮亚曼石榴园土壤养分与果实品质的分析发现,提高土壤有机质含量,合理增施氮肥、磷肥和微量元素肥料是提升石榴果实品质的有效措施。苏培明[7]对安徽怀远石榴园养分和产量的调查发现,高产石榴园土壤有机质平均含量大于25 g/kg。研究表明,多年种植的果园,由于不合理施肥造成土壤质量下降,已成为水果产量和品质提升的重要制约因素[4]。果树生长在固定的土壤上,多年种植不断吸收大量养分,如果不能及时充足地补充,会出现养分亏缺,如果连年盲目大量施肥,则会导致养分大量流失,造成环境污染[8-9]。因此,摸清果园土壤养分状况及其随树龄的变化趋势对果园养分管理、提高产量和品质具有重要意义,也是果园科学施肥和地力提升的重要依据。笔者通过对安徽省宿州市埇桥区不同树龄石榴园土壤养分的调查分析,评价土壤养分含量,旨在为果园土壤养分管理和可持续发展提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况研究区位于安徽省宿州市埇桥区,该区地处淮北平原,属暖温带半湿润季风气候区,四季分明,年平均气温14.4 ℃,最冷月1月平均气温为0 ℃,最热月7月平均气温为26.8 ℃,年日照时数2 021～2 648 h,年降水量630.3～1 040.8 mm[10-11]。该区主要地形地貌为丘陵、阶地、平原,主要农作物有小麦、玉米、大豆、蔬菜、果树,是我国粮食生产大区[11]。埇桥区目前石榴种植面积超666.67 hm2,夹沟、顺河、栏杆等多个乡镇均有分布,初步形成了以夹沟镇埇桥省级农业科技园区为主的石榴产业带,主栽品种为大青皮、玉石籽、黄里等,果园土壤类型以潮土、黄褐土、石灰岩土为主。

1.2 样品采集于2020年9月下旬,在埇桥区夹沟镇选取4种不同树龄(1、3、5、10年)的石榴园,每种树龄选择5个具有代表性的果园。根据果园面积和地形,采用“S”型采样方法,用木铲和土钻取0～20和20～40 cm土层土壤,按照四分法取混合样品1 kg,共40个土壤样品。采集的样品经风干后剔除植物残体、研磨过筛,备用待测。种植的石榴品种为大青皮。

1.3 测定项目与方法土壤理化性状指标参照鲍士旦[12]的方法测定,其中,pH采用pH计电位法测定,有机质含量采用重铬酸钾容量法测定,速效氮采用碱解扩散法测定,有效磷采用0.5 mol/L NaHCO3浸提-钼锑抗比色法测定,速效钾采用1 mol/L NH4OAC浸提-火焰光度计法测定。

1.4 分级标准按照全国第二次土壤普查中的分级标准[13-14],将土壤pH、有机质、速效氮、有效磷、速效钾含量等指标分为6个级别(表1)。

表1 第二次土壤普查分级标准

1.5 数据处理试验数据采用SPSS 19.0进行统计分析,用最小显著差数法(LSD法)分析数据间的差异显著性,并用Microsoft Excel 2013绘制图表。

2 结果与分析

2.1 土壤pH特征由表2可知,石榴园土壤pH为7.62～8.52,其中,0～20和20～40 cm土层土壤pH分别为7.62～8.44和7.70～8.52,0～20 cm土层pH略低于20～40 cm土层。随着树龄的增长,果园0～20和20～40 cm土层土壤pH有提升趋势,种植5年和10年果园相同土层土壤pH均显著高于种植1年和3年的果园。与种植1年的果园相比,种植5年和10年0～20 cm土层pH分别显著提升了0.45和0.46,20～40 cm土层pH则分别显著提升了0.37和0.39,种植年限(树龄)对耕层(0～20 cm)pH的影响大于20～40 cm土层。从土壤pH的结果来看,不同果园土壤呈弱碱性。

表2 不同树龄石榴园土壤pH和有机质含量

2.2 土壤有机质由表2可知,石榴园土壤有机质含量为11.1～31.7 g/kg,其中0～20和20～40 cm土层土壤有机质含量分别为15.2～31.7和11.1～23.0 g/kg,0～20 cm土层土壤有机质含量比20～40 cm土层显著高30.4%。随着种植树龄的增长,0～20和20～40 cm土层土壤有机质有降低趋势,与种植1年的果园相比,种植10年0～20和20～40 cm土层土壤有机质分别显著降低29.7%和28.3%。总体而言,0～20 cm土层土壤有机质含量(21.0 g/kg)属于中等水平,而20～40 cm土层土壤有机质含量(16.1 g/kg)处于缺乏水平,其中85%的果园20～40 cm土层土壤有机质含量低于20 g/kg(图1)。

图1 不同树龄石榴园土壤养分指标频率分布

2.3 土壤大量元素含量由表3可知,石榴园土壤速效氮含量为41.2～138.6 mg/kg,平均为73.15 mg/kg,其中,85%的土壤样品速效氮含量低于90 mg/kg,表现为缺乏水平。0～20和20～40 cm土层土壤速效氮平均含量分别为81.6和64.7 mg/kg,0～20 cm土层土壤速效氮含量显著高于20～40 cm土层。随着树龄的增长,0～20和20～40 cm土层土壤速效氮含量均呈降低趋势,与种植1年的果园相比,种植10年0～20和20～40 cm土层土壤速效氮含量分别显著降低36.4%和30.6%。总体而言,研究区石榴园土壤速效氮含量比较缺乏,只有15%的果园土壤速效氮含量达90 mg/kg以上(图1)。

表3 不同树龄石榴园土壤速效氮、磷和钾含量

石榴园土壤有效磷含量为9.9～43.7 mg/kg,平均为20.5 mg/kg,其中,97.5%的土壤样品有效磷含量大于10 mg/kg,达中等水平;47.5%的土壤样品有效磷含量大于20 mg/kg,表现为丰富水平。0～20和20～40 cm土层土壤有效磷平均含量分别为22.5和18.5 mg/kg,0～20 cm土层土壤有效磷含量显著高于20～40 cm土层。随着树龄的增长,0～20和20～40 cm土层土壤有效磷含量均呈先增加后降低的趋势;种植3年时果园土壤有效磷含量最高,显著高于种植10年的果园。总体而言,研究区石榴园土壤有效磷含量较为丰富(图1)。

石榴园土壤速效钾含量为97.6～353.0 mg/kg,平均为189.85 mg/kg,其中,80%的土壤样品速效钾含量大于150 mg/kg,达到丰富水平。0～20 cm土层土壤速效钾平均含量(216.9 mg/kg)显著高于20～40 cm土层(162.8 mg/kg),且80%土壤样品0～20 cm土层土壤速效钾含量大于150 mg/kg,达到丰富水平。随着树龄的增长,0～20和20～40 cm土层土壤速效钾含量均呈减少趋势,种植1年的果园土壤速效钾含量最高,显著高于种植10年的果园。总体而言,研究区石榴园土壤速效钾含量较为丰富(图1)。

各项土壤养分指标之间的相关性见表4,土壤pH与其他指标呈负相关关系,与速效氮和速效钾呈极显著负相关关系;有机质与速效氮和速效钾呈极显著正相关关系;速效钾与有机质、速效氮和有效磷呈极显著正相关关系。

表4 各项土壤养分指标之间的相关系数

3 讨论

土壤pH是土壤肥力的重要因素之一,是评价土壤各种反应的一个重要指标。石榴耐盐性较强,可在含盐量约0.3%的土壤条件下正常生长[15]。综合多地石榴生产状况来看,一般认为pH为6.0～8.2的土壤种植石榴比较适宜[3,5-6]。该研究发现,不同树龄石榴果园土壤pH为7.62～8.52,0～20和0～40 cm土层pH平均值分别为8.08和8.12,说明土壤pH偏高,普遍呈弱碱性,不利于石榴树体生长。这可能与研究区域石灰岩土壤母质多为碳酸盐岩有关[16],石灰岩母质发育的土壤酸缓冲容量远高于其他母质发育土壤,其碳酸盐(pH 6.2～8.6)含量高[17]。该研究发现,石榴园土壤pH随树龄的增长(种植年限的延长)呈升高趋势,且土壤pH与速效氮和速效钾呈极显著负相关关系。据此,在石榴园施肥管理中,应注重施用酸性肥料或生理酸性肥料;亦可结合果园秋季基肥,施用一次农用硫磺粉1 500 kg/hm2[18]。因此,根据果园土壤pH特点,应采取综合措施,适度降低土壤pH,创造适宜的土壤酸碱条件,提高养分有效性,促进石榴树体生长发育。

土壤有机质是衡量土壤肥力的重要指标之一[5,18-19]。该研究不同树龄石榴果园土壤有机质含量为11.1～31.7 g/kg,0～20和0～40 cm土层有机质平均含量分别为21.0和16.1 g/kg,85%的果园土壤有机质含量低于20 g/kg,可见,该研究区域石榴园土壤有机质含量较为缺乏。研究表明,有机质含量直接影响石榴的产量和品质,高产石榴园土壤有机质含量应大于25 g/kg[7]。该研究发现,石榴园土壤有机质含量随树龄的增加呈降低趋势,种植10年后,果园土壤有机质含量平均降低29%。这一方面可能是随着树体生长发育和果实产量增加,植株营养吸收和果实带走养分的增加,加速了土壤有机质的消耗,降低了土壤有机质含量;另一方面也反映了果园肥料管理上有机质投入的不足。进一步分析发现,有机质与速效氮和速效钾呈极显著正相关关系。因此,为了保障果树的正常生长发育、维持高产稳产和果园的可持续生产,尤其是树龄较大的石榴园应注重提升土壤有机质,如施用有机肥、秸秆还田、套种绿肥等。

大量营养元素有效含量是土壤肥沃程度的重要指标,也是果园制定施肥方案的重要依据,其丰缺直接影响果实产量和品质[18]。该研究区域石榴园土壤速效氮含量为41.2～138.6 mg/kg,平均为73.1 mg/kg,其中85%的果园土壤速效氮含量低于90 mg/kg,总体表现为缺乏水平;果园土壤有效磷含量(20.5 mg/kg)和速效钾含量(189.8 mg/kg)均在适应范围,且较为丰富。果园土壤有效氮含量较低,这可能与当地果园分布在坡地为主,容易导致氮肥养分流失,以及施肥深度不够等因素有关。进一步分析发现,果园土壤速效氮、有效磷和速效钾含量均随着树龄的增加呈降低趋势。研究表明,土壤速效氮、有效磷和速效钾含量均与石榴果实Vc、可溶性糖和可溶性固形物呈正相关关系[5]。石榴是富钾果树,适量增施钾肥有助于提高石榴果实营养[20]。因此,在今后果园养分管理中,应适当增加氮肥施用量,改进施肥方式,提高肥料利用率;适当控制磷、钾化肥的施用,避免过量施肥造成的环境问题;此外,应稳定树龄较大的果园磷钾肥的施用。

由于不同树龄的石榴树在生长发育过程中对各种必需营养元素的吸收量和比例有一定的差异,从而在不同树龄果园中的树体和果实表现的丰缺程度有所差异,因此需要在一定年限内(达到一定树龄)及时调整养分管理和施肥方案,以保障树体正常生长发育和果实产量及品质。因此,在不同树龄的石榴园养分管理中应根据果园土壤养分测定结果,结合树体生长发育的需肥规律和植株及果实矿质元素含量进行合理施肥。此外,有关该研究区域不同树龄石榴园土壤养分含量与果实产量及品质的关系有待深入研究,以更加精准指导果园养分管理,促进其健康可持续发展。

4 结论

研究区域石榴园土壤pH偏高,呈中性至弱碱性,在果园施肥管理中,应采取综合措施加以调节,适度降低pH;石榴园土壤有机质含量相对缺乏,70%的果园土壤有机质含量低于20 g/kg,土壤速效氮含量相对缺乏,而有效磷含量和速效钾含量较为丰富。不同树龄果园0～20 cm土层土壤有机质、速效氮、有效磷和速效钾含量均显著高于20～40 cm土层。果园土壤有机质、速效氮、有效磷和速效钾含量均随树龄的增加呈降低趋势,应注重提升土壤有机质,适当增加氮肥施用量,改进施肥方式,提高肥料利用率。