王文贊，張麗娟，霍增起，尹興，吉艷芝，張杰

(1 河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院/河北省農(nóng)田生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/河北農(nóng)業(yè)大學(xué)邸洪杰土壤與環(huán)境實(shí)驗(yàn)室，河北 保定 071000；2 邢臺(tái)市信都區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，河北 邢臺(tái) 054001；3 河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)，河北 石家莊 050000)

我國(guó)是世界上最大的蘋(píng)果生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)，截至2017年種植總面積及產(chǎn)量分別達(dá)250.96萬(wàn)hm2、4 388.23萬(wàn)t，居世界首位，其中河北省作為我國(guó)蘋(píng)果優(yōu)勢(shì)產(chǎn)區(qū)，種植面積與產(chǎn)量分別達(dá)56萬(wàn)hm2、969萬(wàn)t[1-2]。養(yǎng)分管理是果樹(shù)生長(zhǎng)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)，合理養(yǎng)分投入是實(shí)現(xiàn)蘋(píng)果高產(chǎn)、改善土體環(huán)境、提高經(jīng)濟(jì)效益等多重目標(biāo)的有效途徑之一[3-6]。然而由于目前部分果農(nóng)缺乏科學(xué)合理的技術(shù)指導(dǎo)，在實(shí)際生產(chǎn)中主要依靠自身經(jīng)驗(yàn)盲目施肥，進(jìn)而導(dǎo)致養(yǎng)分資源浪費(fèi)、土壤養(yǎng)分供應(yīng)不均衡、果實(shí)產(chǎn)量下降等一系列負(fù)面效應(yīng)[7-10]。陳翠霞[11]等對(duì)黃土高原新老蘋(píng)果產(chǎn)區(qū)的施肥現(xiàn)狀調(diào)查發(fā)現(xiàn)該區(qū)域氮、磷、鉀肥過(guò)量投入現(xiàn)象較為普遍，造成土壤中磷、鉀過(guò)剩問(wèn)題突出；何振強(qiáng)[12]對(duì)山西晉中地區(qū)蘋(píng)果園調(diào)查后發(fā)現(xiàn)多數(shù)果園存在輕磷、鉀肥現(xiàn)象。有研究發(fā)現(xiàn)，土壤中微量元素被樹(shù)體吸收后可平衡營(yíng)養(yǎng)，增強(qiáng)果樹(shù)長(zhǎng)勢(shì)[13-15]。劉汝亮[16]等研究提出只注重氮、磷、鉀等大量元素而輕視微量元素的投入易使我國(guó)蘋(píng)果生產(chǎn)低產(chǎn)低質(zhì)的現(xiàn)象加劇。相對(duì)于化肥，施用有機(jī)肥可在提高有機(jī)質(zhì)含量的同時(shí)增加土壤大量元素及微量元素含量[17-19]。雖然河北省在我國(guó)蘋(píng)果生產(chǎn)中占有較大份額，但截止目前針對(duì)河北省主產(chǎn)區(qū)施肥現(xiàn)狀對(duì)蘋(píng)果園土壤不同養(yǎng)分分布影響及果實(shí)產(chǎn)量分布的研究仍較為匱乏，對(duì)主產(chǎn)區(qū)土體養(yǎng)分含量系統(tǒng)評(píng)價(jià)較少。因此，本研究通過(guò)實(shí)地走訪調(diào)查河北省太行山主產(chǎn)區(qū)蘋(píng)果園施肥與產(chǎn)量現(xiàn)狀，結(jié)合測(cè)定調(diào)查果園0～60 cm土層大量元素與微量元素含量，探究河北省太行山地區(qū)蘋(píng)果園傳統(tǒng)施肥管理下對(duì)0～60 cm土層養(yǎng)分分布的影響，明確土壤養(yǎng)分豐缺狀況，同時(shí)進(jìn)一步結(jié)合產(chǎn)量差分析法探析該地區(qū)最適宜的大量元素投入量，為河北省太行山地區(qū)蘋(píng)果園合理施肥提供理論依據(jù)[20-21]。

1 調(diào)查方法

1.1 調(diào)查區(qū)域概況

太行山山脈位于山西省與華北平原之間，縱跨北京、河北、山西、河南4省、市。太行山地區(qū)屬暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候，雨熱同期。年平均氣溫在10 ℃左右，1月份最冷，平均氣溫為-5 ℃，平均最低氣溫在-10 ℃左右；7月份最熱，平均氣溫為23 ℃，平均最高氣溫在28 ℃上下，年日照時(shí)數(shù)將近2 500 h，平均每個(gè)月的日照時(shí)數(shù)在200 h左右。太行山年降水量在534 mm左右，7月降水最多，為132.3 mm，12月最少，為4.4 mm。

1.2 調(diào)查內(nèi)容及方法

2016年在河北省蘋(píng)果主產(chǎn)區(qū)太行山地區(qū)進(jìn)行調(diào)查，依據(jù)蘋(píng)果品質(zhì)種植面積選取保定市曲陽(yáng)縣、唐縣、順平縣、易縣，石家莊市的平山縣和行唐縣，邢臺(tái)市的邢臺(tái)縣、內(nèi)丘縣和張家口市的涿鹿縣為主要調(diào)研地區(qū)，每縣(市)選取1～4個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，每鄉(xiāng)鎮(zhèn)選擇2～3個(gè)村，每村選擇2～3個(gè)典型園地進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，并采集土壤樣品。調(diào)查內(nèi)容包括地形、肥料種類(lèi)、施肥量、施肥方式、產(chǎn)量等，通過(guò)與農(nóng)戶(hù)面對(duì)面交流和后期回訪方式獲得。剔除無(wú)效樣本得到有效問(wèn)卷72份。

采集調(diào)查園0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm的土壤樣品，每個(gè)樣品采用四分法留取2 kg土樣，經(jīng)過(guò)室內(nèi)風(fēng)干，分別過(guò)1 mm和0.25 mm篩備用，測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀、有效鐵、有效錳、有效銅、有效鋅含量。有機(jī)質(zhì)含量采用K2Cr2O7容量-加熱法測(cè)定；堿解氮含量采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定；有效磷含量采用NaHCO3-鉬銻抗比色法測(cè)定；速效鉀含量采用NH4OAc浸提火焰光度法測(cè)定；有效鐵、錳、銅、鋅含量采用原子吸收分光光度法測(cè)定。

1.3數(shù)據(jù)分析

土壤有效養(yǎng)分等級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)河北省果園地理評(píng)價(jià)指標(biāo)[22]進(jìn)行評(píng)定，見(jiàn)表1?；署B(yǎng)分投入含量按照肥料包裝袋上的養(yǎng)分含量及農(nóng)戶(hù)施肥量進(jìn)行計(jì)算，有機(jī)肥養(yǎng)分投入含量參照《中國(guó)有機(jī)肥料資源》養(yǎng)分含量及農(nóng)戶(hù)施肥量計(jì)算。

表1 河北省果園地力評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Evaluation criteria of orchard fertility in Hebei Province

分別采用Excel 2019和SPSS 26.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的方差分析、統(tǒng)計(jì)分析，多重比較采用Duncan’s法檢驗(yàn)P<0.05水平上的差異顯著性。圖表中河北省太行山地區(qū)數(shù)據(jù)源于對(duì)保定、石家莊、邢臺(tái)和張家口地區(qū)統(tǒng)計(jì)結(jié)果的整合。

2 結(jié)果與分析

2.1 河北省太行山地區(qū)蘋(píng)果園養(yǎng)分投入現(xiàn)狀

2.1.1 有機(jī)肥投入特征 河北省太行山地區(qū)蘋(píng)果園有機(jī)肥投入種類(lèi)及所占比率情況見(jiàn)表2。

表2 河北省太行山地區(qū)蘋(píng)果園有機(jī)肥投入種類(lèi)及所占比率Table 2 Types and proportion of organic fertilizer input in apple orchards in Taihang apple-producing area of Hebei Province

由表2可知，在河北省太行山地區(qū)89.87% 的果園施加了有機(jī)肥，有機(jī)肥平均投入量為5 934.72 kg/hm2，種類(lèi)包括生物有機(jī)肥、豬糞、牛糞、雞糞，以雞糞、羊糞、牛糞為主，占比分別為29.87%、25.97%、23.38%。不同地區(qū)間有機(jī)肥投入農(nóng)戶(hù)占比及有機(jī)肥投入種類(lèi)存在一定差異，石家莊市、張家口市、保定市、邢臺(tái)市施用有機(jī)肥的農(nóng)戶(hù)分別占調(diào)查總數(shù)的100%、100%、88.00%、77.27%，其中邢臺(tái)市有機(jī)肥平均投入量最高。保定市以牛糞為主，施牛糞的農(nóng)戶(hù)總數(shù)占比40.00%；石家莊市以雞糞為主，施加雞糞的農(nóng)戶(hù)總數(shù)占比為37.50%；邢臺(tái)市、張家口市以施羊糞為主，施肥農(nóng)戶(hù)占比分別為31.81%、66.66%。

2.1.2 無(wú)機(jī)肥投入特征 河北省太行山地區(qū)蘋(píng)果園無(wú)機(jī)肥N、P2O5、K2O施入量、種類(lèi)及其所占比率見(jiàn)表3。

表3 河北省太行山地區(qū)蘋(píng)果園無(wú)機(jī)肥N、P2O5、K2O施入量、種類(lèi)及其所占比例Table 3 Amount, type and proportion of inorganic fertilizers N, P2O5 and K2O applied to apple orchards inTaihang apple-producing area of Hebei Province

由表3可知，河北省太行山地區(qū)蘋(píng)果園無(wú)機(jī)肥N、P2O5、K2O平均投入量分別為777.63 kg/hm2、421.86 kg/hm2、543.39 kg/hm2，只施加復(fù)合肥的果園占調(diào)查果園總數(shù)的59.21%。不同地區(qū)間養(yǎng)分施入量存在差異，其中邢臺(tái)市氮、磷、鉀肥投入量分別達(dá)到了885.56 kg/hm2、584.52 kg/hm2、712.03 kg/hm2，顯著高于其他地區(qū)；保定市氮肥投入量最低，為663.3 kg/hm2；張家口市磷、鉀肥投入量最低，分別為234.67 kg/hm2、300.7 kg/hm2。在調(diào)查的蘋(píng)果園中，均施加復(fù)合肥，其中單施復(fù)合肥的農(nóng)戶(hù)占比最多，為59.21%，在施加復(fù)合肥基礎(chǔ)上，增施單質(zhì)氮肥的農(nóng)戶(hù)占比31.58%，增施單質(zhì)鉀肥農(nóng)戶(hù)占比9.21%，無(wú)增施單質(zhì)磷肥的情況。不同地區(qū)蘋(píng)果園加入單質(zhì)肥存在一定差異，石家莊市施加氮肥最多，比例為43.48%，張家口市最少，為16.67%；保定市和石家莊市加施單質(zhì)鉀肥比率僅占4.00%、4.35%，由此可見(jiàn)河北省太行山地區(qū)存在重氮輕磷鉀的現(xiàn)象。

2.1.3 總養(yǎng)分投入特征 河北省太行山地區(qū)蘋(píng)果園肥料施入量、種類(lèi)及其所占比例見(jiàn)表4。

由表4可知，不同地區(qū)間蘋(píng)果園養(yǎng)分投入量及投入比例存在較大差異?？傮w看來(lái)，河北省太行山地區(qū)果園養(yǎng)分投入類(lèi)型主要以化肥為主，有機(jī)肥占比較低，氮磷鉀養(yǎng)分投入總量分別為1 050.36 kg/hm2、526.77 kg/hm2、692.09 kg/hm2，無(wú)機(jī)肥提供的氮磷鉀占比分別為74.03%、80.08%、78.51%。不同地區(qū)養(yǎng)分投入存在差異，以邢臺(tái)市氮磷鉀投入量最高，達(dá)到了1 191.89 kg/hm2、670.68 kg/hm2、833.47 kg/hm2。有機(jī)養(yǎng)分投入占比方面，各地區(qū)間氮肥占比相差不大，張家口市磷、鉀投入占比均高于其他地區(qū)，這可能與各地施加的有機(jī)肥種類(lèi)和數(shù)量種類(lèi)有關(guān)。

2.2 土壤養(yǎng)分含量及評(píng)價(jià)

2.2.1 土壤養(yǎng)分含量現(xiàn)狀 河北省太行山各地區(qū)0～60 cm土層大量元素(a-d)與微量元素(e-h)含量見(jiàn)圖1。

圖1 河北省太行山各地區(qū)0～60cm土層大量元素(a-d)與微量元素(e-h)含量

由圖1可知，河北省太行山地區(qū)蘋(píng)果園0～60 cm土壤養(yǎng)分總體呈現(xiàn)出隨土層增加而降低的趨勢(shì)，其中大量元素含量降低較為明顯，有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷與速效鉀含量降低幅度分別達(dá)58.23%、47.05%、46.14%、71.15%。不同地區(qū)間養(yǎng)分降幅不同，石家莊市有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀、有效鋅、有效鐵、有效錳含量降幅最大，分別為70.06%、55.21%、88.50%、61.10%、64.14%、44.74%；此外不同地區(qū)0～60 cm土層養(yǎng)分含量存在較大差異，石家莊市有機(jī)質(zhì)、保定市堿解氮、張家口市有效磷、邢臺(tái)市速效鉀含量低于其他地區(qū)，分別為13.33 g/kg、90.43 mg/kg、55.28 mg/kg、197.79 mg/kg。

2.2.2 土壤養(yǎng)分含量評(píng)價(jià) 河北省太行山地區(qū)蘋(píng)果園0～60 cm土層中養(yǎng)分豐缺狀況見(jiàn)表5。

表5 河北省太行山地區(qū)蘋(píng)果園0～60 cm土層中養(yǎng)分豐缺狀況Table 5 Nutrient abundance and deficiency in 0-60 cm soil layer in Taihang apple-producing area %

由表5可知，河北省太行山各個(gè)地區(qū)間0～60 cm土層中養(yǎng)分豐缺狀況不盡相同，太行山地區(qū)有機(jī)質(zhì)含量處于適量及以上等級(jí)占比為50%，堿解氮含量處于較低及以下等級(jí)占比達(dá)59.26%，有效磷和速效鉀含量處于適量及以上等級(jí)占比為90.28%、70.83%，有效鐵、有效錳、有效銅、有效鋅在0～60 cm土層中含量占適量及以上水平分別為94.44%、29.17%、44.44%、25.00%。由此可見(jiàn)，河北省太行山地區(qū)果園有機(jī)質(zhì)、堿解氮含量較低，磷、鉀元素適中，鐵元素豐富，普遍缺少錳、銅、鋅微量元素。各地區(qū)間0～60 cm土層中養(yǎng)分豐缺狀況也不相同，張家口市有機(jī)質(zhì)含量處于適量及以上等級(jí)占比僅為33.33%，但平均有機(jī)質(zhì)含量不低，由此可見(jiàn)，張家口市地區(qū)間施加有機(jī)肥差異較大。石家莊市0～60 cm土層有效鋅含量最高為1.41 mg/kg，含量達(dá)適量及以上占比僅為21.05%。

2.3 基于產(chǎn)量差分析養(yǎng)分的投入

河北省太行山地區(qū)蘋(píng)果園N、P2O5、K2O投入量與產(chǎn)量關(guān)系見(jiàn)圖2。

從圖2可知，河北省太行山地區(qū)蘋(píng)果園產(chǎn)量隨N、P2O5、K2O養(yǎng)分投入量的增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。當(dāng)果園處于90 000 kg/hm2的最高產(chǎn)時(shí)，N、P2O5、K2O投入量范圍分別為712.20～905.85 kg/hm2、360.50～525.05 kg/hm2、371.18～596.25 kg/hm2，占調(diào)查農(nóng)戶(hù)總數(shù)的比例分別為16.17%、20.83%、22.54%。N、P2O5、K2O養(yǎng)分投入量高于最高養(yǎng)分投入量的農(nóng)戶(hù)占比分別為62.5%、51.39%、53.52%。由此可見(jiàn)，河北省太行山地區(qū)大量施肥的問(wèn)題比較嚴(yán)重。蘋(píng)果園N、P2O5、K2O養(yǎng)分投入量對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率分別是69.39%、44.80%、48.32%，最高產(chǎn)量下最佳N、P2O5、K2O投入量分別為821.87 kg/hm2、580.73 kg/hm2、676.99 kg/hm2。

圖2 河北省太行山地區(qū)蘋(píng)果園N、P2O5、K2O投入量與產(chǎn)量關(guān)系Figure 2 The relationship between N, P2O5 ,K2O input and yield in Taihang apple-producing area of Hebei Province

3 討論

果實(shí)產(chǎn)量與品質(zhì)和土壤供肥能力休戚相關(guān)[23-28]，而養(yǎng)分管理是改善土壤理化性質(zhì)、提升肥力水平的重要手段[8]。在本研究中，河北省太行山地區(qū)蘋(píng)果園氮、磷、鉀肥平均投入量分別達(dá)到了1 050.36 kg/hm2、526.77 kg/hm2、692.09 kg/hm2，遠(yuǎn)超發(fā)達(dá)國(guó)家的氮、磷、鉀肥推薦水平150～200 kg/hm2、100～150 kg/hm2、150～200 kg/hm2[7]，同時(shí)也高出國(guó)內(nèi)山東省、陜西省近2倍[26-27]，甚至高于省內(nèi)燕山地區(qū)[2]，由此可見(jiàn)我國(guó)不同地區(qū)果園施肥水平存在較大差異，河北省太行山地區(qū)養(yǎng)分過(guò)量投入問(wèn)題較為嚴(yán)重，而過(guò)量的養(yǎng)分投入不僅會(huì)帶來(lái)環(huán)境問(wèn)題，還會(huì)增加果農(nóng)經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，甚至還會(huì)降低果實(shí)產(chǎn)量[28-29]。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)適度降低養(yǎng)分投入量。在養(yǎng)分投入種類(lèi)方面，河北省太行山地區(qū)無(wú)機(jī)肥與有機(jī)肥投入比例接近3∶1，部分果園甚至存在只施化肥不施有機(jī)肥的現(xiàn)象，可見(jiàn)該地區(qū)果農(nóng)過(guò)度依賴(lài)化肥，缺乏對(duì)有機(jī)肥的合理認(rèn)知。不同城市之間，張家口市果園無(wú)機(jī)肥有機(jī)肥投入較為均衡，有機(jī)肥占比高于其他地區(qū)，表明不同區(qū)域間果農(nóng)對(duì)有機(jī)肥的認(rèn)知存在一定的差異。因此綜上所述，河北省太行山地區(qū)整體施肥水平較高，依賴(lài)化肥現(xiàn)象較為嚴(yán)重，不同區(qū)域間存在較大差異，因此應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)赝寥鲤B(yǎng)分情況，采取區(qū)域化精準(zhǔn)施肥[30]。

土壤養(yǎng)分含量是評(píng)價(jià)土壤肥力的直接依據(jù)[31]。由于施加大量肥料，土壤養(yǎng)分得以迅速提高[32-33]，因此河北省太行山地區(qū)表層土壤堿解氮、有效磷、速效鉀含量均達(dá)到了豐富水平。同時(shí)養(yǎng)分隨土層深度增加而降低，在40～60 cm堿解氮、有效磷與速效鉀含量降低幅度分別達(dá)47.05%、46.14%、71.15%。即便如此，在0～60 cm土壤中堿解氮、有效磷、速效鉀處于適量及以上等級(jí)占比分別為40.74%、90.28%、70.84%，而土壤中氮素含量較低，可能是由于氮素隨降水通過(guò)地表徑流或淋溶損失造成的[34]。因太行山地區(qū)沉積含鐵硅質(zhì)地巖石，表層土壤中有效鐵含量處于豐富水平，但有效銅、有效鋅含量較低，且有效錳缺損現(xiàn)象嚴(yán)重。針對(duì)微量元素缺乏，生產(chǎn)中應(yīng)當(dāng)采取“因缺補(bǔ)缺，矯正施肥”的技術(shù)模式來(lái)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整[35]。不同區(qū)域間土壤微量元素含量存在一定差異，可能是與不同的施肥措施、施加有機(jī)肥的種類(lèi)與數(shù)量及土壤本身的特性有關(guān)[36]。

通過(guò)產(chǎn)量差分析，河北省太行山地區(qū)的最高產(chǎn)量水平下N、P2O5、K2O養(yǎng)分投入量分別為821.87 kg/hm2、580.73 kg/hm2、676.99 kg/hm2，低于該地區(qū)實(shí)際養(yǎng)分投入量，再次證明了該地區(qū)N、P2O5、K2O含量過(guò)高，在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)適度降低化肥投入；另一方面，本研究提出的最高產(chǎn)量下養(yǎng)分投入量顯著高于朱占玲[37]提出的河北省蘋(píng)果園適宜養(yǎng)分投入量，可能是由于調(diào)研區(qū)域多位于山區(qū)，果園立地條件較差，土壤有機(jī)質(zhì)含量較低，導(dǎo)致土壤保肥能力差，土壤養(yǎng)分利用率低。

4 結(jié)論

河北省太行山地區(qū)蘋(píng)果園氮、磷、鉀投入量較高，無(wú)機(jī)肥投入占比高于有機(jī)肥，有機(jī)肥投入種類(lèi)繁雜，施用農(nóng)戶(hù)占比較低，不同地區(qū)間養(yǎng)分投入量存在較大的差異。表層土壤堿解氮、有效磷、速效鉀、有效鐵含量處于豐富水平，但有效銅、有效鋅含量較低，且有效錳缺損現(xiàn)象嚴(yán)重，不同地區(qū)間0～60 cm土層養(yǎng)分含量差異較大。最高產(chǎn)量水平下對(duì)應(yīng)N、P2O5、K2O養(yǎng)分投入量分別為821.87 kg/hm2、580.73 kg/hm2、676.99 kg/hm2，低于實(shí)際養(yǎng)分投入量。

建議河北省太行山地區(qū)果農(nóng)適當(dāng)降低氮肥投入，增加磷肥，根據(jù)不同地區(qū)間實(shí)際需鉀量適當(dāng)增加或減少鉀肥的實(shí)際投入，針對(duì)微量元素因缺補(bǔ)缺。在降低化肥施用總量的同時(shí)搭配有機(jī)肥，改善土壤理化性質(zhì)，提高果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)。