常规管理模式下苹果园土壤电导率与pH 值的分布特征研究*

李海飞，徐国锋，闫震，沈友明，高贯威

（中国农业科学院果树研究所，农业农村部果品及苗木质量监督检验测试中心（兴城），辽宁兴城 125100）

苹果产业的稳定发展，在推进农业结构调整、促进农民增收和提高人民生活质量等方面发挥着重要作用。土壤是果树生长的基础，土壤的物理性状直接影响果园土壤的通气性、保水能力、根系对养分的吸收利用及生物活性等[1]。但在种植过程中受“施肥越多，产量越高”“要高产就必须多施肥”等传统观念的影响，果农通常通过投入大量肥料、农药来获得高产，这不仅造成资源浪费，还引起果园土壤酸化、次生盐渍化、养分不平衡、生物多样性下降等诸多问题[2-4]，其中果园土壤酸化和次生盐渍化现象，使土壤的理化性质和生物学性质发生变化，导致土壤结构不良、可有效利用的有机质含量低，不利于果树的生长和结果，从而影响果业的健康发展[5-6]。

土壤电导率和pH 值是评价土壤盐渍化和酸化的重要指标，苹果适宜的土壤pH 值为6.00～7.50，pH 值小于6.00 时，根系对许多大量元素（N、P、K、Ca、Mg）吸收利用率较低；pH 值大于7.50 时，许多微量元素（Fe、Zn、B）不能被吸收利用[1]。目前国内关于果园土壤酸化和盐渍化方面已开展了大量的研究[7-10]，但关于在常规管理模式下多年连续性定点探讨苹果园不同土层土壤酸化和盐渍化变化的报道较少。我们通过连续4 年对山东省烟台市栖霞市苹果园0～80 cm 土层土壤的电导率及pH 值的定点研究，探明了苹果园土壤电导率和pH 值在时间和空间上的变化趋势，可为果园土壤改良和合理施肥提供科学的依据。

1 材料和方法

1.1 研究区概况

栖霞市介于北纬37°05′～37°32′、东经120°33′～121°15′，地处胶东半岛腹地，属于暖温带季风性半湿润气候，年平均气温11.3 ℃，平均年日照时数为2 690 h，无霜期207 d，平均年降水量650 mm 左右。栖霞属山区丘陵地形，土壤类型主要为棕壤土。全市耕地面积17 万hm2，其中山地占72.1%，丘陵占21.8%，平原占6.1%。截至2019 年8 月，全市苹果种植面积8.53 万hm2，主栽品种为红富士。

1.2 研究方法

以栖霞市观里镇典型常规管理苹果园作为研究对象，选取有代表性的苹果园作为取样点。2017—2020 年每年10—11 月用土钻按照“S”形多点混合取样方法采集0～20、20～40、40～60、60～80 cm土层土壤，每个取样点等量采集完毕后混合均匀，按照四分法去掉多余的土壤和残渣，保留1 kg 左右的混合土样。将混合土样放置于牛皮纸上，摊平，自然风干，剔除石块和植物残渣后，按照四分法进行制样，过1 mm 筛，备用。

土壤电导率采用5∶1 水土比-电导法测定[11]，pH 值采用5∶1 水土比-电位法测定[12]。土壤电导率和pH 值分级标准参照全国第2 次土壤普查标准[4]和吕贻忠等的《土壤学实验》[13]，详见表1 和表2。

表1 不同质地土壤电导率与土壤盐渍化程度的关系

表2 土壤pH 值分级标准

1.3 数据处理

试验数据采用Excel 2007 软件进行统计、图表的整理，采用SPSS 20.0 软件进行样本的描述性分析和Pearson 相关性分析。

2 结果与分析

2.1 苹果园不同土层土壤电导率和pH 值的描述性统计分析

从表3 可以看出，在0～80 cm 深度，各土层苹果园土壤电导率和pH 值均呈现对数正态分布，全距呈下降趋势，变幅逐渐减少。其中，土壤电导率最大变幅出现在0～20 cm 土层，变化范围为0.05～0.66 mS/cm，变幅为0.61 mS/cm，随着土层的加深，土壤电导率变幅逐渐变小；对于土壤pH 值，最大变幅同样出现在0～20 cm 土层，变化范围在4.44～7.73，不同土层土壤pH 值变幅由大到小依次为0～20 cm＞40～60 cm＞60～80 cm＞20～40 cm，各土层pH 值的变幅相差不大。

表3 不同土层土壤电导率、pH 值的统计特征值

变异系数是衡量变异程度的度量指标，能在一定程度上反映采样点数据受人为影响的程度，按变异系数大小可将土壤变异性分为弱变异性（变异系数＜0.1）、中等变异性（变异系数在0.1～1.0）、强变异性（变异系数＞1.0）[14]。从表3 可以看出，苹果园土壤电导率和土壤pH 值均呈现中等变异，不同土层土壤电导率变异系数在0.47～0.77，土层土壤平均电导率值越大，其变异系数越大，不同土层土壤电导率变异系数由大到小依次为0～20 cm＞20～40 cm＞40～60 cm＞60～80 cm；不同土层土壤pH 值变异系数在0.11～0.15，相对于其他土层，土壤pH 值变异系数最大值0.15 出现在20～40 cm 土层，不同土层土壤pH 值变异系数由大到小依次为20～40 cm＞0～20 cm＞40～60 cm＞60～80 cm。

2.2 2017—2020 年苹果园不同土层土壤电导率的分布特征

由图1 可知，随着种植年限的延长，土壤电导率整体呈逐年上升的趋势。与2017 年相比，2020年果园0～20、20～40、40～60、60～80 cm 土层土壤电导率分别上升了341%、205%、183%、130%。同一土层，土壤电导率在不同年份增加的幅度不同；同一年份，不同土层土壤电导率增加的幅度也不同。2017 年和2018 年土壤电导率最小值分别为0.08 mS/cm 和0.12 mS/cm，均在0～20 cm 土层，最大值分别为0.12 mS/cm 和0.15 mS/cm，分别在60～80 cm 和40～60 cm 土层，表明土壤盐分主要聚集在土壤中层。2019 年和2020 年土壤电导率分布与前两年的明显不同，最小值分别为0.19 mS/cm 和0.27 mS/cm，均在60～80 cm 土层，最大值分别为0.23 mS/cm 和0.35 mS/cm，均在0～20 cm 土层，表明果园土壤盐分聚集在土壤表层，存在明显的表聚现象。

图1 2017—2020 年苹果园0～80 cm 土壤电导率的变化

2.3 2017—2020 年苹果园不同土层土壤pH 值的分布特征

王见月等[15]对胶东果园土壤酸度特征及酸化原因分析中指出，果园土壤酸化是一个逐步积累的过程，上层土壤酸化比下层酸化严重，导致果园土壤酸化的原因首先是不当的农业措施，化肥大量施用带入大量的酸根离子、有机肥施用不足导致土壤缓冲能力下降、大水漫灌对盐基离子的淋洗等。钞锦龙等[16]研究表明，土壤pH 值的变化除受种植年限的影响外，pH 值还易受作物生长季节和周期、微生物活动及人为因素等的影响，尤其在土壤耕作层受施肥量大、灌溉频繁及蒸发量大等因素影响，使得土壤酸性离子在表层累积，造成土壤酸化。本研究结果也表明，苹果园土壤pH 值的变化较为复杂，随着种植年限的增加土壤pH 值在不同土层变化趋势不同。由图2 可知，0～20 cm 土层土壤pH 值随着种植年限增加呈下降趋势，40～80 cm 土层土壤pH 值随着种植年限增加基本上呈上升趋势；在垂直方向上，苹果园土壤pH 值变化整体呈“V”形变化趋势，其中0～40 cm 土层的pH 值随土层深度增加而降低，而40～80 cm 土层的pH 值随土层深度增加又呈现上升趋势。据土壤pH 值分级标准[4]，土壤pH 值在4.5～5.5 为酸性土壤，5.5～6.5 为微酸性土壤。2017—2020 年苹果园各土层土壤平均pH 值在5.27～5.93，介于酸性和微酸性土壤之间，果园土壤酸化严重。值得注意的是，与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，为5.28，土壤酸化程度有所好转，这可能得益于“双减”政策的实施，果园化肥投入逐渐减少，使得土壤耕作层的pH 值有所提高。因此，今后为避免苹果园土壤的酸化程度进一步加重，在土壤管理中应科学、合理施肥。

图2 2017—2020 年苹果园0～80 cm 土壤pH 值的变化

2.4 不同土层土壤电导率、pH 值和种植年限的相关性分析

研究不同土层种植年限与土壤电导率和pH 值的关系，可以为土壤盐渍化和酸化的预防和改良提供科学依据。为此，对种植年限、土壤电导率和pH值的相关性进行分析，从表4 可知，在0～20 cm 土层，种植年限与土壤电导率存在显著的正相关，相关系数为0.963；种植年限与pH 值呈负相关，相关系数为-0.548；土壤电导率和pH 值呈负相关，相关系数为-0.698，表明随土壤电导率不断增加pH值不断减小。在20～80 cm 土层，种植年限与土壤电导率存在显著的正相关，且随土层深度的增加相关系数逐渐增加；而种植年限与土壤pH 值虽然呈正相关，但随土层深度的增加相关性逐渐变弱至无相关性，土壤pH 值与电导率的相关性也存在同样的规律，由20～40 cm 土层的正相关变为60～80 cm土层的无相关。

表4 种植年限与不同土层土壤电导率、pH 值的相关性

3 结论与讨论

种植年限对土壤的理化性质影响通常有所差异。本研究结果表明，在0～20 cm 土层，种植年限与土壤电导率存在显著的正相关，与pH 值呈负相关；在20～80 cm 土层，种植年限与土壤电导率存在显著的正相关，而与表层土壤pH 值呈正相关，随土层深度的增加，相关性逐渐变弱至无相关性，说明耕作层土壤的电导率和pH 值的变化更易受到耕作和施肥等外界的干扰。

土壤酸化是土壤中氢离子增加的过程或者说是土壤酸度由低变高的过程，它本身是一个缓慢的、持续不断的自然过程[17]。苹果园土壤适宜的pH值范围在6.00～7.50，王见月等[15]的研究表明，果园土壤酸化对果树病害产生严重的影响，果树病害发生率随土壤pH 值的降低而升高，如土壤pH 值＜4.5 时，果树的粗皮病和苦痘病的发病率在80%～90%，严重影响了水果的产量和品质。钞锦龙等[16]研究棚龄、灌溉方式对大棚土壤盐分及pH 值的影响时指出，随着种植年限的延长，土壤电导率呈现出缓慢增长的趋势，pH 值呈现出缓慢下降的趋势；赵晓红等[18]在胶东富士果园土壤酸化定位检测及对果实品质的影响的研究结果表明，山东省胶东地区果园的土壤pH 值范围总体在4.92～6.20，均低于6.4，且各产区15～30 cm 土层土壤pH 值均低于0～15 cm 土层土壤pH 值，土壤酸化状况较为严重，造成酸化可能是由于长期的穴施化肥以及大水漫灌对果园表层土壤的淋洗造成下层土壤比上层土壤酸化更严重。本研究与前人的研究结果基本相似，研究区果园土壤平均pH 值在5.27～5.93，介于酸性和微酸性土壤之间，pH 值整体呈“V”形变化趋势，在0～40 cm 土层的pH 值随土层深度增加而降低，而40～80 cm 土层的pH 值随土层深度增加又呈现上升趋势，分析其原因可能是“双减”政策的实施，果园化肥使用量减少，使得4 年后果园土壤平均pH值相对于研究初期提高了0.13，土壤酸化程度略有好转。

刘继龙等[19]对胶东果园土壤电导率的时空分布特征研究表明，不同时期果园表层土壤电导率空间分布格局差异较大，表层土壤电导率的破碎化比较严重，土壤电导率的这种分布现象可能是施肥和土壤结构等因素在空间上的不均和不同以及因表层覆盖程度不同而引起淋溶不同造成的。马莉[14]对崇明土壤盐分时空分布特征研究表明，11 月的动态监测时间里，堡镇样点土壤电导率在垂直深度上大体呈现降低趋势，呈“下降”型分布，即土壤盐分聚集在土壤表层。本研究结果也显示各土层电导率随种植年限增加均呈现上升的变化趋势，在垂直深度上大体呈“下降”型分布，其中最大值出现在0～20 cm 土层，为0.35 mS/cm，即土壤盐分聚集在土壤表层，这与前人的研究结果基本相似。因此鉴于苹果种植的特殊性，果园土壤电导率在各土层存在随着种植年限增加而增大的趋势，在果园土壤管理中施肥应科学合理。