临安市不同山核桃产区土壤肥力状况的差异性研究

马闪闪;赵科理;丁立忠;黄莎;蔡铃;赵伟明;叶正钱

【摘 要】为探讨山核桃Carya cathayensis林地土壤基本肥力特征及土壤肥料管理对策,于2013年3-4月,采用全球定位系统(GPS)野外定位并采集浙江省临安市山核桃主产区7个乡镇共189个土壤样品,对临安市山核桃主产区土壤肥力状况进行分析和比较.结果表明:研究区土壤pH值变幅为pH 4.2 ～7.5,平均值为pH 5.2,小于pH 5.5的区域占75％;土壤有机质平均为31.6 g·kg-1,普遍较高,但也有12％的林地土壤有机质低于20.0 g·kg-1;大多数林地土壤有效氮较高,超过80.0 mg· kg-1的占91％,处于高水平(＞200.0 mg· kg-1)的占15％;研究区山核桃林地土壤有效磷平均为14.0 mg· kg-1,但变幅大,分别有63％和40％的林地土壤有效磷低于10.0 mg· kg-1和5.0 mg· kg-1,土壤有效磷有待提高;土壤速效钾平均为85.9 mg· kg-1,51％的林地土壤速效钾质量分数不足80.0 mg·kg-1.各地需要根据实际情况,调整施肥数量和结构及开展土壤酸性改良,因地制宜地制定区域施肥规划. 【期刊名称】《浙江农林大学学报》 【年(卷),期】2016(033)006 【总页数】8页(P953-960)

【关键词】经济林学;山核桃;土壤酸化;土壤速效养分;土壤肥力 【作 者】马闪闪;赵科理;丁立忠;黄莎;蔡铃;赵伟明;叶正钱

【作者单位】浙江农林大学环境与资源学院浙江省土壤污染生物修复重点实验室,浙江临安311300;浙江农林大学环境与资源学院浙江省土壤污染生物修复重点实验室,浙江临安311300;浙江省临安市林业局林业技术推广中心,浙江临安311300;

浙江省临安市林业局林业技术推广中心,浙江临安311300;浙江省临安市林业局林业技术推广中心,浙江临安311300;浙江省林业科学研究院,浙江杭州310023;浙江农林大学环境与资源学院浙江省土壤污染生物修复重点实验室,浙江临安311300 【正文语种】中 文

【中图分类】S718.4;S664.9

山核桃Carya cathayensis是中国特有的名优干果和木本油料作物，主要分布在浙皖交界的天目山地区，包括浙江临安及安徽宁国等县市，其中以临安昌化为中心产区［1］，岛石、龙岗、河桥、湍口等乡镇为主要分布区。山核桃对适生的立地条件要求较高，于微酸性至中性土壤中生长最佳［2］。随着山核桃消费需求的不断增大，栽培面积、产量和年产值逐年增加。临安山核桃栽培面积和产量均居全国首位，山核桃产业已成为产区林农经济收入的主要来源，但是，随着近年来人为经营管理特别是林农化肥的大量施用，使山核桃林地土壤性质发生了巨大变化，导致土壤条件不利于山核桃生长，已引发山核桃叶片黄化、树林早衰等严重退化症状的大面积爆发，山核桃适生土壤环境受到严重威胁［3－4］。目前，虽然在山核桃林地土壤、植物叶片和果仁等方面已开展了一些土壤植物营养的相关研究［5－6］，并对山核桃林地土壤肥力性质相继进行了调研［3,7－8］，但是对临安山核桃不同产区乡镇土壤肥力水平状况及其空间分布差异性的分析却甚少。由于不同乡镇自然土壤成土环境和施肥管理措施水平等的差异性，多年经营后，可能会导致不同乡镇土壤性质区域性差异。基于此，著者开展科学布点调查与土样的采集和分析，研究临安山核桃主产区林地土壤基本肥力现状及其区域空间分布特点和存在问题，并试图通过土壤肥力等级划分，对土壤肥力状况进行评价，以期为山核桃土壤肥料区域管理、优化施肥和实现临安山核桃产业稳健持续发展提供数据支撑和对策。 1.1 研究区概况

研究区位于浙江省临安市西部山核桃林地分布较为集中的7个乡镇，分别为昌化镇、岛石镇、湍口镇、清凉峰镇、太阳镇、龙岗镇和河桥镇。全市年平均气温为16.4℃，7月平均气温为29.1℃，1月平均最低气温为4.1℃，年平均降水量为1 628.6 mm，年平均日照时数1 847.3 h，无霜期235 d。7个乡镇的山核桃林地多分布在海拔50～1 200 m的丘陵山地，林地土壤主要为油黄泥、黄红泥以及钙质页岩土等［9］。 1.2 样品采集与制备

室内布点。充分考虑样点分布的均匀性和代表性，按1.0 km×1.0 km网格布设山核桃林地土壤采样点（即选取平方千米网格中有山核桃林分的点确定为采样点）［7］，对采样点进行准确定位。

实地勘察及样品采集。于2013年3－4月山核桃林地施肥前，对临安市山核桃主产区7个乡镇开展土壤普查。根据林地采样布点图，通过全球定位系统（GPS）导航和定位，结合山核桃林地实际情况以及是否利于长期跟踪复查，在7个乡镇设采样点共计189个。在选定的典型样地上，按 “S”型布点，分别采集5个点的表层（0～20 cm）土样，将其混合成1个土壤样品，然后采用四分法留取样品1.0 kg，带回实验室，样品经风干，分别过10目和100目筛，供土壤pH值、速效养分及有机质测定。同时，记录采样点山核桃的立地条件、土壤情况、农户施肥管理和山核桃产量情况。 1.3 土壤测定方法与数据分析

采用常规分析方法对土壤样品进行分析［10］。其中：土壤pH值采用pH计［m（土）∶m（水）＝1.0∶2.5］电位法测定；有机质采用重铬酸钾-外加热法；有效氮采用碱解扩散法；有效磷采用Olsen法；速效钾采用乙酸铵浸提-火焰光度法。 图表均采用Excel 2010软件进行处理，使用SPASS 18.0统计分析软件进行数据分析。

2.1 研究区山核桃林地土壤肥力总体状况

土壤肥力水平高低与否的分析，需要有土壤肥力水平等级指标参考，然而，由于对山核桃土壤植物营养与施肥的研究尚很薄弱，迄今还没有相应的肥力等级划分指标或系统的临界值指标，而它又大大不同于自然林地，为此我们结合前期的一些研究结果，以农业上采用的常规农作物肥力等级划分指标作为参考［5,11-12］，将研究区山核桃林地土壤基本肥力参数包括pH值、有机质质量分数等水平及其高低分布情况进行频率分布统计，并结合产区土壤历史资料（《临安土壤志》）展开分析。从表1可见：研究区土壤平均pH 5.2，pH值高于pH 6.0的区域仅占13%，有75%的林地土壤pH值低于pH 5.5，与山核桃适生pH值相比，土壤严重酸化。土壤有机质质量分数普遍较高，平均31.6 g·kg-1，但也有部分土壤有机质质量分数很低，甚至低于10.0 g·kg-1。研究区土壤有效氮也普遍较高或很高，其中质量分数高于100.0 mg·kg-1的区域占91%，15%的林地土壤高于200.0 mg·kg-1。与土壤氮相反，山核桃林地土壤有效磷质量分数较低的占多数，低于10.0 mg·kg-1和5.0 mg·kg-1的林地分别达到63%和40%，可能磷素不足或严重不足；但是也有部分土壤有效磷超过20.0 mg·kg-1，磷素淋失风险大［12］。土壤速效钾平均为85.9 mg· kg-1，只有15%的林地土壤速效钾质量分数超过120.0 mg·kg-1，有51%的林地土壤速效钾质量分数不足80.0 mg·kg-1，甚至有20%林地不足50.0 mg·kg-1，可能供钾严重不足［5］。 2.2 不同乡镇山核桃林地土壤pH值的差异

不同乡镇山核桃林地土壤pH值高低和分布有显著不同。7个乡镇山核桃林地土壤pH值大小顺序为湍口＞太阳＞清凉峰＞岛石＞昌化＞河桥＞龙岗（表2）。各乡镇土壤平均pH值都在pH 5.5以下，各乡镇土壤pH值低于pH 5.5的区域都超过60%，达66%～97%。土壤最低pH值都低于pH 5.0，为强酸性。绝大部分土壤处于酸性和强酸性状态，尤以龙岗镇山核桃林地土壤pH值最低且面积大，平均

值仅为pH 4.9，pH值低于pH 5.0的面积占全镇山核桃林地面积的71%，强酸性土壤面积比例最大；湍口镇pH值最高，均值也仅为pH 5.5，显著高于河桥镇（pH 5.1）和龙岗镇（pH 4.9）（P＜0.05），pH值低于pH 5.0的区域占32%，pH值在pH 5.0～5.5区域的占36%；河桥镇土壤pH值为pH 5.1，pH值低于pH 5.0区域占55%，强酸性土壤面积已达1/2。山核桃林地土壤pH值受成土母岩、海拔及人为施肥等因素的影响，但是同一林地其变

化程度显然受人为干扰，特别是长期大量化学肥料施用引起的土壤酸化影响［13］。

2.3 不同乡镇山核桃林地土壤有机质质量分数水平差异

临安7个乡镇山核桃林地土壤有机质质量分数也存在较大差异。由表3可以看出：除清凉峰和河桥2个乡镇外，其他5个乡镇有机质平均质量分数均高于 30.0 g·kg－1。7个乡镇林地土壤有机质质量分数顺序为昌化＞岛石＞湍口＞太阳＞龙岗＞清凉峰＞河桥。昌化镇土壤有机质质量分数最高，为38.0 g·kg－1，显著高于龙岗（30.1 g·kg－1），清凉峰（26.8 g·kg－1）和河桥（25.5 g·kg－1）等3个乡镇（P＜0.05）。全镇74%林地土壤有机质质量分数高于30.0 g·kg－1，有机质丰富，这与昌化镇海拔较高，石灰岩面积分布广，有利于土壤有机质积累有关［14］；河桥镇有机质质量分数均值（25.5 g·kg－1）仅为昌化镇的67%，显著低于其他乡镇 （龙岗镇除外），全镇60%的林地土壤有机质质量分数低于30.0 g· kg－1，其中低于20.0 g·kg－1的区域也达到30%。这与河桥镇土壤类型分布以及相对海拔较低有关。从土壤最高pH 6.2及pH 5.5以上的林地仅占15%可以推知：河桥镇成土母质母岩中灰岩类母岩特别是石灰岩分布相对少，土壤以黄红泥土和砂黏质黄泥土为主［15］，山核桃林地经营过程中人为干扰对加速土壤有机质矿化分解作用大。湍口镇和太阳镇林地土壤有机质处于中间水平，分别为33.2 g·kg－1和32.5 g· kg－1，2个乡镇有机质质量分数高于30.0 g·kg－1的山核桃

林地面积分别为60%和67%；同时湍口镇有机质质量分数均高于20.0 g·kg－1，有机质较丰富。

2.4 不同乡镇山核桃林地土壤有效氮水平比较

临安7个乡镇山核桃林地土壤有效氮均处于较高或很高水平（表4），其中湍口镇最高，为173.2 mg· kg－1，林地土壤有效氮质量分数高于100.0 mg·kg－1的区域占100%，比河桥镇和龙岗镇显著高39.6 mg· kg－1和28.6 mg·kg-1（P＜0.05）；太阳、岛石、昌化和清凉峰4个乡镇次之，土壤有效氮质量分数分别为169.3，164.3，156.1和152.4 mg·kg－1， 昌化镇高于200.0 mg·kg－1的区域占 23%；虽然龙岗镇和河桥镇土壤有效氮质量分数最低，但平均水平也都高于130.0 mg·kg－1，2个乡镇土壤有效氮质量分数高于100.0 mg·kg－1的区域分别占85%和75%。各乡镇土壤有效氮质量分数均较高，显然是由于人为施入氮肥的量相当所致。

2.5 不同乡镇山核桃林地土壤有效磷水平比较

从表5可以看出：7个乡镇之间山核桃林地土壤有效磷水平差异极大，其中岛石镇土壤有效磷质量分数最高（33.0 mg·kg－1），与昌化等其他6个乡镇呈显著性差异（P＜0.05），有效磷质量分数高于20.0 mg·kg－1的区域占58%，77%的林地土壤有效磷质量分数高于10.0 mg·kg-1，仅10%的林地面积有效磷质量分数低于5.0 mg·kg－1。其次是河桥镇和清凉峰镇，有效磷质量分数分别是20.7和12.6 mg·kg－1，林地土壤有效磷质量分数也较充足，但2个乡镇土壤有效磷质量分数低于10.0 mg·kg－1的区域分别占50%和

60%；龙岗镇、昌化镇和太阳镇的土壤有效磷质量分数最低，分别是6.5，7.4和7.7 mg·kg－1，3个乡镇约60%的林地土壤有效磷质量分数低于5.0 mg·kg－1。土壤pH值过高或过低都会使土壤磷的有效性降低，龙岗镇林地土壤pH值处在最低水平（pH 4.9），有效磷质量分数不足10.0 mg·kg－1的区域占该镇总区域的

86%；昌化镇有效磷质量分数低于10.0 mg·kg－1区域占80%，湍口镇有76%的土壤有效磷低于10.0 mg·kg－1。 2.6 不同乡镇山核桃林地土壤速效钾水平比较

充足的钾对于提高作物抗病抗逆性及农产品品质有较好的促进作用。由表6可以看出：7个乡镇土壤速效钾变幅为18.9～255.7 mg·kg－1， 极差达236.8 mg·kg－1；除龙岗镇外，其他6个乡镇速效钾质量分数均值均大于80.0 mg·kg－1，河桥镇山核桃林地土壤速效钾质量分数最高（102.4 mg·kg－1），但同一乡镇内的速效钾质量分数存在较大的空间差异，土壤速效钾水平普遍不高。土壤速效钾质量分数不足80.0 mg·kg－1的林地，河桥镇、昌化镇和太阳镇分别占30%，38%和54%。岛石、清凉峰和湍口等3个乡镇土壤速效钾质量分数分别是84.3，88.2和80.6 mg·kg－1，3个乡镇55%，44%和60%的林地土壤速效钾质量分数处于中等以下水平。龙岗镇土壤酸性强，林地土壤速效钾最低，仅为66.6 mg·kg－1，高于120.0 mg·kg－1的林地区域仅占3%，69%的林地土壤速效钾不足80.0 mg·kg－1。

2.7 山核桃林地土壤肥力指标相关性分析

土壤肥力化学指标之间存在不同程度的相关关系（表7），其中土壤有机质与有效氮呈极显著的正相关。相关系数达0.764，表明土壤有机质与土壤供氮能力密切相关，这与众多的研究结果一致。另外，土壤速效钾与有效氮、有效磷达到显著、极显著相关。人为经营条件下，氮磷钾三要素有效态水平主要受施肥调控，特别是高养分水平是施肥的结果。因此，土壤有效氮受土壤有机质水平状况和人为施肥措施的双重影响。土壤pH值与有效氮达到极显著负相关性，随着土壤有效氮水平的提高，土壤pH值降低，酸性增强。

林地土壤肥力状况是决定山核桃产量和品质的关键因素［16］。土壤肥力常规指标性质中，土壤有机质是最关键的土壤肥力化学性质，不仅仅在土壤养分供应和保

持方面起作用，对土壤其他理化性质的改善、微生物活动都起着重要作用。通常情况下，不像土壤pH值和速效养分，在周年植物生长期间土壤有机质质量分数变化较小，一般保持基本稳定［5］。研究区山核桃林地土壤有机质质量分数（平均31.6 g· kg－1）与钱孝严等［6］（30.7 g·kg－1）及祝小祥等［3］（32.0 g·kg－1）的调研结果一致。土壤pH值和速效养分与植物生长、人为施肥等因素直接相关，因此，季节性变化大［11］。秋冬季节，植物代谢活动减弱，土壤pH值和速效养分状况基本不受植物的影响，能更好地反应土壤肥力基本情况；而在植物生长季节，土壤养分状况更能反映植物生长和养分吸收代谢与土壤养分供求之间相互作用和平衡的关系［5］。林地土壤养分的有效性与它在土壤中的转化有重要关系，自然条件下山核桃多分布于石灰岩发育的土壤上，石灰岩土壤中的磷易于发生固定作用而使有效性降低易导致植物缺磷，会影响山核桃的生长发育［17］。当土壤有效磷低于10.0 mg·kg－1时，山核桃植株有可能缺磷［12］。山核桃林地土壤养分元素的亏缺与否受山核桃生态特性、成土母质及林地地形等综合因素影响较大。山核桃一般于9月采收，11月落叶进入休眠期，于翌年春天发芽长叶。山核桃分布区多为坡陡土薄的山区，林农为方便采收，林下植被常被清除，使冬季地表几乎完全裸露，因此，土壤中残留养分极易随水土流失而损失。影响更大的则是人为施肥对山核桃生长、产量及土壤肥力化学性质的影响［5,11］。

山核桃是一种适合生长于微酸性及以上的土壤上的木本植物［18］，不耐低pH值。我们的研究结果显示：凡连片发生山核桃叶片黄花、枯梢等生长不良症状，树根死亡严重的山核桃林地，土壤pH值均低于pH 5.0（尚未发表）。土壤pH值全面反映土壤理化性质，是土壤肥力的重要指标之一。通过对临安7个乡镇调查研究分析的结果，与洪游游等［2］的研究比较得知，土壤pH值由20世纪末的pH 6.0～7.0变为现在的pH 5.2。研究区有75%林地土壤pH值低于pH 5.5，若考虑林木生长阶段性，则pH值可能更低［11］。山核桃林地土壤酸化加剧，致

酸离子过量会对山核桃产生毒害，龙岗镇山核桃林地强酸性土壤比例最高（71%），许多老树林死亡与此关系密切，可能是铝毒所致［19］，其机制有待研究。因此，以山核桃林地酸化为典型的土壤退化问题必须得到高度重视。 土壤中养分元素的有效性受土壤pH值影响巨大。养分有效性的最高值多出现在土壤pH 6.5～7.5之间，土壤pH值过高或过低，都会使供给植物生长的营养元素有效性发生变化，导致植物所需的营养元素失调［20］。人工施肥是土壤养分的重要来源，氮素作为三大营养元素之一，大量施用，对土壤氮水平产生直接影响。研究区土壤有效氮普遍较高或很高，反映出林农大量施用氮肥情况，不仅影响氮肥利用率，引起资源浪费和环境问题，还会带来土壤酸化的加剧。此外，当土壤氮素水平高时，增施氮肥还会引起山核桃减产［21］。

郭传友等［22］研究表明：土壤有效磷能显著影响山核桃果实中粗脂肪含量，从而影响山核桃品质和商品价值。在高氮水平下，大量山核桃林地土壤磷有效性偏低，氮磷养分比例失调，可能会成为影响作物产量和品质的限制因子。在酸性条件下（龙岗镇pH 4.9），磷易被土壤中的铁、铝固定，磷的有效性降低，使研究区存在普遍缺磷状态。通过提高土壤pH值和增施有机肥等措施，有利于提高土壤磷的有效性。研究发现：磷水平的空间差异性较大，对于土壤有效磷水平较高的岛石、河桥和清凉峰等3个乡镇部分区域，在保障山核桃磷素需求的同时，还要重视和避免山核桃林地土壤磷的淋失风险［12］。

充足的钾素可以提高作物抗逆性及促进丰产和增进农产品品质。山核桃是一种需钾量较大的木本植物，其叶片含钾量较高，同时，山核桃收获带走的果实蒲壳中也含有很高的钾［23］。因此，其需钾水平应与许多农作物相当［10］。研究区速效钾质量分数平均为85.9 mg·kg－1，有51%的林地土壤的速效钾不足80.0 mg·kg－1，需增施钾肥。然而，迄今有关山核桃氮磷钾三要素需肥和营养临界水平等土壤植物营养的基本研究仍然甚为缺乏，亟待深化。

提高山核桃林地酸性土壤pH值，减少氮肥用量，增施钾肥和提高土壤磷有效性，开展土壤改良和积极调整施肥结构已经成为山核桃林地发展亟须解决的问题。因山核桃产区土壤母岩、母质及分布海拔、坡度等不同，以及不同区域乡镇施肥管理措施、习惯差别，即使同一土壤但不同林农山核桃林地间

土壤性质也可能差异悬殊［11］，因此，需要在土壤测试的基础上，因地制宜地制定对策，推广测土配方施肥工作，以实现山核桃产业的健康发展。

研究区7个乡镇山核桃林地土壤pH值平均为pH 5.2，75%的林地土壤pH值低于pH 5.5，47%的林地土壤pH值低于pH 5.0，土壤酸化普遍且严重，以龙岗镇最为严重；土壤有机质平均为31.6 g·kg－1，普遍较高；土壤有效氮普遍较高或过高；龙岗、昌化和太阳等3个乡镇土壤有效磷有待提高；岛石有58%的林地土壤有效磷超过20.0 mg·kg－1，磷素淋失风险大；研究区51%的林地土壤速效钾质量分数不足80.0 mg·kg－1，其中龙岗和湍口超过60%。施肥数量和结构对土壤pH值和林地养分丰缺有极大影响。建议研究区7个乡镇因地制宜地制定区域施肥规划：减少氮肥用量，大力改良山核桃林地土壤酸性，重视钾肥施用，提高磷肥利用率，开展测土施肥，促进山核桃林地土壤健康和山核桃平稳生产。

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