常規管理模式下蘋果園土壤電導率與pH 值的分布特征研究*

李海飛，徐國鋒，閆震，沈友明，高貫威

（中國農業科學院果樹研究所，農業農村部果品及苗木質量監督檢驗測試中心（興城），遼寧興城 125100）

蘋果產業的穩定發展，在推進農業結構調整、促進農民增收和提高人民生活質量等方面發揮著重要作用。土壤是果樹生長的基礎，土壤的物理性狀直接影響果園土壤的通氣性、保水能力、根系對養分的吸收利用及生物活性等[1]。但在種植過程中受“施肥越多，產量越高”“要高產就必須多施肥”等傳統觀念的影響，果農通常通過投入大量肥料、農藥來獲得高產，這不僅造成資源浪費，還引起果園土壤酸化、次生鹽漬化、養分不平衡、生物多樣性下降等諸多問題[2-4]，其中果園土壤酸化和次生鹽漬化現象，使土壤的理化性質和生物學性質發生變化，導致土壤結構不良、可有效利用的有機質含量低，不利于果樹的生長和結果，從而影響果業的健康發展[5-6]。

土壤電導率和pH 值是評價土壤鹽漬化和酸化的重要指標，蘋果適宜的土壤pH 值為6.00～7.50，pH 值小于6.00 時，根系對許多大量元素（N、P、K、Ca、Mg）吸收利用率較低；pH 值大于7.50 時，許多微量元素（Fe、Zn、B）不能被吸收利用[1]。目前國內關于果園土壤酸化和鹽漬化方面已開展了大量的研究[7-10]，但關于在常規管理模式下多年連續性定點探討蘋果園不同土層土壤酸化和鹽漬化變化的報道較少。我們通過連續4 年對山東省煙臺市棲霞市蘋果園0～80 cm 土層土壤的電導率及pH 值的定點研究，探明了蘋果園土壤電導率和pH 值在時間和空間上的變化趨勢，可為果園土壤改良和合理施肥提供科學的依據。

1 材料和方法

1.1 研究區概況

棲霞市介于北緯37°05′～37°32′、東經120°33′～121°15′，地處膠東半島腹地，屬于暖溫帶季風性半濕潤氣候，年平均氣溫11.3 ℃，平均年日照時數為2 690 h，無霜期207 d，平均年降水量650 mm 左右。棲霞屬山區丘陵地形，土壤類型主要為棕壤土。全市耕地面積17 萬hm2，其中山地占72.1%，丘陵占21.8%，平原占6.1%。截至2019 年8 月，全市蘋果種植面積8.53 萬hm2，主栽品種為紅富士。

1.2 研究方法

以棲霞市觀里鎮典型常規管理蘋果園作為研究對象，選取有代表性的蘋果園作為取樣點。2017—2020 年每年10—11 月用土鉆按照“S”形多點混合取樣方法采集0～20、20～40、40～60、60～80 cm土層土壤，每個取樣點等量采集完畢后混合均勻，按照四分法去掉多余的土壤和殘渣，保留1 kg 左右的混合土樣。將混合土樣放置于牛皮紙上，攤平，自然風干，剔除石塊和植物殘渣后，按照四分法進行制樣，過1 mm 篩，備用。

土壤電導率采用5∶1 水土比-電導法測定[11]，pH 值采用5∶1 水土比-電位法測定[12]。土壤電導率和pH 值分級標準參照全國第2 次土壤普查標準[4]和呂貽忠等的《土壤學實驗》[13]，詳見表1 和表2。

表1 不同質地土壤電導率與土壤鹽漬化程度的關系

表2 土壤pH 值分級標準

1.3 數據處理

試驗數據采用Excel 2007 軟件進行統計、圖表的整理，采用SPSS 20.0 軟件進行樣本的描述性分析和Pearson 相關性分析。

2 結果與分析

2.1 蘋果園不同土層土壤電導率和pH 值的描述性統計分析

從表3 可以看出，在0～80 cm 深度，各土層蘋果園土壤電導率和pH 值均呈現對數正態分布，全距呈下降趨勢，變幅逐漸減少。其中，土壤電導率最大變幅出現在0～20 cm 土層，變化范圍為0.05～0.66 mS/cm，變幅為0.61 mS/cm，隨著土層的加深，土壤電導率變幅逐漸變小；對于土壤pH 值，最大變幅同樣出現在0～20 cm 土層，變化范圍在4.44～7.73，不同土層土壤pH 值變幅由大到小依次為0～20 cm＞40～60 cm＞60～80 cm＞20～40 cm，各土層pH 值的變幅相差不大。

表3 不同土層土壤電導率、pH 值的統計特征值

變異系數是衡量變異程度的度量指標，能在一定程度上反映采樣點數據受人為影響的程度，按變異系數大小可將土壤變異性分為弱變異性（變異系數＜0.1）、中等變異性（變異系數在0.1～1.0）、強變異性（變異系數＞1.0）[14]。從表3 可以看出，蘋果園土壤電導率和土壤pH 值均呈現中等變異，不同土層土壤電導率變異系數在0.47～0.77，土層土壤平均電導率值越大，其變異系數越大，不同土層土壤電導率變異系數由大到小依次為0～20 cm＞20～40 cm＞40～60 cm＞60～80 cm；不同土層土壤pH 值變異系數在0.11～0.15，相對于其他土層，土壤pH 值變異系數最大值0.15 出現在20～40 cm 土層，不同土層土壤pH 值變異系數由大到小依次為20～40 cm＞0～20 cm＞40～60 cm＞60～80 cm。

2.2 2017—2020 年蘋果園不同土層土壤電導率的分布特征

由圖1 可知，隨著種植年限的延長，土壤電導率整體呈逐年上升的趨勢。與2017 年相比，2020年果園0～20、20～40、40～60、60～80 cm 土層土壤電導率分別上升了341%、205%、183%、130%。同一土層，土壤電導率在不同年份增加的幅度不同；同一年份，不同土層土壤電導率增加的幅度也不同。2017 年和2018 年土壤電導率最小值分別為0.08 mS/cm 和0.12 mS/cm，均在0～20 cm 土層，最大值分別為0.12 mS/cm 和0.15 mS/cm，分別在60～80 cm 和40～60 cm 土層，表明土壤鹽分主要聚集在土壤中層。2019 年和2020 年土壤電導率分布與前兩年的明顯不同，最小值分別為0.19 mS/cm 和0.27 mS/cm，均在60～80 cm 土層，最大值分別為0.23 mS/cm 和0.35 mS/cm，均在0～20 cm 土層，表明果園土壤鹽分聚集在土壤表層，存在明顯的表聚現象。

圖1 2017—2020 年蘋果園0～80 cm 土壤電導率的變化

2.3 2017—2020 年蘋果園不同土層土壤pH 值的分布特征

王見月等[15]對膠東果園土壤酸度特征及酸化原因分析中指出，果園土壤酸化是一個逐步積累的過程，上層土壤酸化比下層酸化嚴重，導致果園土壤酸化的原因首先是不當的農業措施，化肥大量施用帶入大量的酸根離子、有機肥施用不足導致土壤緩沖能力下降、大水漫灌對鹽基離子的淋洗等。鈔錦龍等[16]研究表明，土壤pH 值的變化除受種植年限的影響外，pH 值還易受作物生長季節和周期、微生物活動及人為因素等的影響，尤其在土壤耕作層受施肥量大、灌溉頻繁及蒸發量大等因素影響，使得土壤酸性離子在表層累積，造成土壤酸化。本研究結果也表明，蘋果園土壤pH 值的變化較為復雜，隨著種植年限的增加土壤pH 值在不同土層變化趨勢不同。由圖2 可知，0～20 cm 土層土壤pH 值隨著種植年限增加呈下降趨勢，40～80 cm 土層土壤pH 值隨著種植年限增加基本上呈上升趨勢；在垂直方向上，蘋果園土壤pH 值變化整體呈“V”形變化趨勢，其中0～40 cm 土層的pH 值隨土層深度增加而降低，而40～80 cm 土層的pH 值隨土層深度增加又呈現上升趨勢。據土壤pH 值分級標準[4]，土壤pH 值在4.5～5.5 為酸性土壤，5.5～6.5 為微酸性土壤。2017—2020 年蘋果園各土層土壤平均pH 值在5.27～5.93，介于酸性和微酸性土壤之間，果園土壤酸化嚴重。值得注意的是，與2017 年土壤平均pH 值5.15 相比，2020 年土壤平均pH 值提高了0.13，為5.28，土壤酸化程度有所好轉，這可能得益于“雙減”政策的實施，果園化肥投入逐漸減少，使得土壤耕作層的pH 值有所提高。因此，今后為避免蘋果園土壤的酸化程度進一步加重，在土壤管理中應科學、合理施肥。

圖2 2017—2020 年蘋果園0～80 cm 土壤pH 值的變化

2.4 不同土層土壤電導率、pH 值和種植年限的相關性分析

研究不同土層種植年限與土壤電導率和pH 值的關系，可以為土壤鹽漬化和酸化的預防和改良提供科學依據。為此，對種植年限、土壤電導率和pH值的相關性進行分析，從表4 可知，在0～20 cm 土層，種植年限與土壤電導率存在顯著的正相關，相關系數為0.963；種植年限與pH 值呈負相關，相關系數為-0.548；土壤電導率和pH 值呈負相關，相關系數為-0.698，表明隨土壤電導率不斷增加pH值不斷減小。在20～80 cm 土層，種植年限與土壤電導率存在顯著的正相關，且隨土層深度的增加相關系數逐漸增加；而種植年限與土壤pH 值雖然呈正相關，但隨土層深度的增加相關性逐漸變弱至無相關性，土壤pH 值與電導率的相關性也存在同樣的規律，由20～40 cm 土層的正相關變為60～80 cm土層的無相關。

表4 種植年限與不同土層土壤電導率、pH 值的相關性

3 結論與討論

種植年限對土壤的理化性質影響通常有所差異。本研究結果表明，在0～20 cm 土層，種植年限與土壤電導率存在顯著的正相關，與pH 值呈負相關；在20～80 cm 土層，種植年限與土壤電導率存在顯著的正相關，而與表層土壤pH 值呈正相關，隨土層深度的增加，相關性逐漸變弱至無相關性，說明耕作層土壤的電導率和pH 值的變化更易受到耕作和施肥等外界的干擾。

土壤酸化是土壤中氫離子增加的過程或者說是土壤酸度由低變高的過程，它本身是一個緩慢的、持續不斷的自然過程[17]。蘋果園土壤適宜的pH值范圍在6.00～7.50，王見月等[15]的研究表明，果園土壤酸化對果樹病害產生嚴重的影響，果樹病害發生率隨土壤pH 值的降低而升高，如土壤pH 值＜4.5 時，果樹的粗皮病和苦痘病的發病率在80%～90%，嚴重影響了水果的產量和品質。鈔錦龍等[16]研究棚齡、灌溉方式對大棚土壤鹽分及pH 值的影響時指出，隨著種植年限的延長，土壤電導率呈現出緩慢增長的趨勢，pH 值呈現出緩慢下降的趨勢；趙曉紅等[18]在膠東富士果園土壤酸化定位檢測及對果實品質的影響的研究結果表明，山東省膠東地區果園的土壤pH 值范圍總體在4.92～6.20，均低于6.4，且各產區15～30 cm 土層土壤pH 值均低于0～15 cm 土層土壤pH 值，土壤酸化狀況較為嚴重，造成酸化可能是由于長期的穴施化肥以及大水漫灌對果園表層土壤的淋洗造成下層土壤比上層土壤酸化更嚴重。本研究與前人的研究結果基本相似，研究區果園土壤平均pH 值在5.27～5.93，介于酸性和微酸性土壤之間，pH 值整體呈“V”形變化趨勢，在0～40 cm 土層的pH 值隨土層深度增加而降低，而40～80 cm 土層的pH 值隨土層深度增加又呈現上升趨勢，分析其原因可能是“雙減”政策的實施，果園化肥使用量減少，使得4 年后果園土壤平均pH值相對于研究初期提高了0.13，土壤酸化程度略有好轉。

劉繼龍等[19]對膠東果園土壤電導率的時空分布特征研究表明，不同時期果園表層土壤電導率空間分布格局差異較大，表層土壤電導率的破碎化比較嚴重，土壤電導率的這種分布現象可能是施肥和土壤結構等因素在空間上的不均和不同以及因表層覆蓋程度不同而引起淋溶不同造成的。馬莉[14]對崇明土壤鹽分時空分布特征研究表明，11 月的動態監測時間里，堡鎮樣點土壤電導率在垂直深度上大體呈現降低趨勢，呈“下降”型分布，即土壤鹽分聚集在土壤表層。本研究結果也顯示各土層電導率隨種植年限增加均呈現上升的變化趨勢，在垂直深度上大體呈“下降”型分布，其中最大值出現在0～20 cm 土層，為0.35 mS/cm，即土壤鹽分聚集在土壤表層，這與前人的研究結果基本相似。因此鑒于蘋果種植的特殊性，果園土壤電導率在各土層存在隨著種植年限增加而增大的趨勢，在果園土壤管理中施肥應科學合理。