湖南省柑橘園土壤pH和主要養分特征及其相互關系

曹 勝，歐陽夢云，周衛軍*，崔浩杰，劉 沛，譚 潔

（1．湖南農業大學資源環境學院，湖南 長沙 410128；2．湖南農業大學食品科技學院，湖南 長沙 410128）

湖南省是我國柑橘主產優勢區之一，屬大陸性亞熱帶季風濕潤氣候，截止到2017年末，全省柑橘種植面積為38萬 hm2，年產量在517萬t以上。雖然柑橘經濟效益突出，但果園土壤面臨土壤肥力退化，果實品質下降的問題。大量研究表明柑橘園土壤營養狀況對柑橘優質生產有著重要的影響，鮑江峰等［1］的研究表明，土壤中諸多因子直接影響湖北省紐荷爾臍橙的生長發育和品質表現，土壤pH值、堿解氮和速效鉀含量顯著影響果皮亮度和果實可滴定酸含量；淳長品等［2］，魯劍?。?］和Zhou等［4］研究表明，多數果園土壤大量元素的有效態養分含量處于缺乏范圍，土壤pH值與有機質含量對果實營養元素含量影響顯著；同時由于氣候、土壤條件等差異，柑橘園土壤養分存在地域性差別。如重慶柑橘園土壤堿解氮、有效磷和有效硼含量缺乏最為嚴重［5］，湖北柑橘園土壤主要有機質、有效鋅和有效硼含量普遍偏低［6］，廣西柑橘園土壤鈣、銅、鋅、硼含量明顯不足［7］。

土壤是柑橘生產的基礎，土壤理化性質影響土壤保肥和供肥能力，只有了解柑橘園土壤養分障礙因子，才能有針對性的開展土壤培肥改土工作［8-11］。近年來，針對旱地果園土壤養分特征的研究已有相關報道，溫明霞等［12］調查了浙江省柑橘主產區土壤養分現狀；程琛等［13］分析了福建蜜柚園土壤Cu含量狀況及其影響因素；馬小川等［14］研究了湖南省溫州蜜柑園土壤營養狀況及其對果實品質的影響。前人的研究僅局限于簡單的土壤養分狀態的評價或者單個土壤養分指標的分析，而關于湖南省柑橘園土壤pH與諸多養分特征及其相互關系的系統研究尚鮮見報道。為了科學地指導湖南省柑橘園土壤培肥管理，改善土壤理化性質，提高柑橘果品質量，于2017年對湖南省84個柑橘主產區土壤pH和主要養分含量進行了采樣分析，研究了果園土壤養分豐缺狀況和養分限制因子，并就柑橘園土壤pH與養分含量相關性進行了探討，以期為湖南省柑橘園制定施肥策略提供參考。

1 材料與方法

1.1 土樣的采集

2017年11～12月，在湖南省柑橘主產區，包括江永、臨武、宜章、永興、新寧、零陵、冷水灘、黔城、瀘溪、麻陽、永順、洪江、臨澧和石門等14個縣，選擇84個典型的柑橘主產區定點調查（圖1），在果實成熟期采樣（按照S型），選取樹冠滴水線內側10 cm位置，避開施肥穴，采集5點以上的0～40 cm土層土壤樣品，混合均勻后，按四分法分取1 kg左右土樣，于室內風干、混勻、磨細、過2 mm尼龍篩，裝袋保存備用。

圖1 湖南省柑橘園分布

1.2 測定指標與方法

采用電位法測定土壤的pH 值，土水比1∶2.5；重鉻酸鉀容量法測定土壤的有機質含量；堿解擴散法測定土壤堿解氮；氟化銨-鹽酸浸提-鉬銻抗比色法測定土壤有效磷；乙酸銨浸提-火焰光度法測定土壤速效鉀；乙酸銨浸提-電感耦合等離子體發射光譜法測定土壤交換性鈣、鎂；DTPA浸提法-電感耦合等離子體發射光譜法測定土壤中的鐵、錳、銅、鋅含量；沸水浸提后用EDTA-電感耦合等離子體發射光譜法測定土壤有效硼；土壤有效硫含量用 BaSO4比濁法測定［15-16］。

1.3 土壤pH和養分的分級指標

柑橘園土壤pH分級標準［17］：pH≤4.5為強酸性，4.5～5.5為酸性，5.5～6.5為弱酸性，6.5～ 7.5為中性，7.5～8.5為堿性，＞8.5為強堿性。柑橘適宜微酸性土壤，pH過高或者過低均不適合柑橘果樹的生長，最為適宜的pH值為5.5 ～ 6.5［3］。

柑橘園土壤有機質分級標準［3］：有機質含量≤5 g/kg為極其缺乏，5～10 g/kg為缺乏，10～15 g/kg為偏低水平，15～30 g/kg為適宜含量，＞30 g/kg為高量水平。柑橘生長發育要求土壤有機質最適宜范圍為15～30 g/kg。其他速效養分參照莊伊美［18］、魯劍?。?］對柑橘生長適應性研究劃分的土壤養分分級標準見表1。

表1 柑橘園土壤養分含量分級標準 （mg/kg）

1.4 數據處理

采用Excel 2010進行數據處理，用SPSS 20.0軟件統計分析，Origin 2017制圖，文中數據為3次重復樣的平均值±標準偏差。

2 結果與分析

2.1 柑橘園土壤營養狀況分析

2.1.1 柑橘園土壤pH值狀況

湖南省柑橘園土壤pH值的變化幅度為4.02～7.20，平均值為4.58，變異系數為17.54%，總體土壤酸化嚴重，強酸和酸性土壤樣點比例占調查果園總數的86.90%，僅有9.52%的果園土壤pH在5.5～6.5范圍內適宜優質柑橘生產（表2）。

表2 柑橘園土壤pH值分布

2.1.2 柑橘園土壤有機質和養分豐缺狀況

湖南省柑橘主產區土壤有機質和養分水平差異較大（表3），土壤有機質含量整體變幅為10.09～39.68 g/kg，76.56%果園有機質含量均處于適宜范圍內。堿解氮是衡量土壤肥力的一個重要指標，柑橘主產區土壤堿解氮平均值為164.98 mg/kg，適宜含量的樣點果園比例達到100.00%；土壤有效磷平均含量為24.67 mg/kg，61.56%柑橘園適宜柑橘種植，然而空間分布不均勻，變異系數較高，有效磷含量低于15 mg/kg的樣點果園占總數的32.88%；土壤速效鉀平均含量為165.91 mg/kg，適宜含量的樣點果園比例為45.31%，其中速效鉀含量處于低量水平的樣點占26.56%。

柑橘主產區土壤交換性鈣平均含量為1 592.59 mg/kg，一般酸性土壤中發生缺鈣現象較為普遍，有效鈣含量處于低量水平的樣點占43.75%；果園土壤交換性鎂平均含量為160.39 mg/kg，處于低量水平的樣點占56.25%，空間分布不均勻，兩種養分變異系數高達70%以上；湖南柑橘園土壤有效硫含量富集明顯，平均含量為62.99 mg/kg，69.88%柑橘園土壤樣品處于高量水平，變異系數為53.98%。

柑橘園土壤有效鐵、錳和銅的平均含量分別是89.07、45.21、1.93 mg/kg， 其 中87.50%、65.63%和64.06%果園表現為過量水平，各有效養分含量變異較大。土壤有效鋅平均含量3.16 mg/kg，76.56%果園表現為適宜水平。但有效硼極其缺乏，平均含量只有0.32 mg/kg，85.94%樣點果園低于適宜含量值。

表3 湖南省柑橘園土壤有機質和養分狀況及豐缺評價

2.2 柑橘園土壤有機質、養分含量、pH間的相關性

湖南省柑橘園土壤pH值與有機質、養分間的相關性見表4，柑橘園土壤pH值與交換性鈣（r=0.830**）、交換性鎂（r=0.623**）含量間呈極顯著正相關，與有效鐵（r=-0.222*）呈顯著負相關，與有效硫（r=-0.404**）、有效磷（r=-0.368**）和有機質（r=-0.308**）呈極顯著負相關，這可能是因為土壤有機質分解過程中產生酸性物質降低了土壤pH值，且土壤中有效磷含量過高，會使土壤pH值降低，常見的磷肥包括磷酸二氫鈣、過磷酸鈣、磷酸銨、磷酸二氫銨等；土壤有機質含量與有效磷（r=0.458**）、有效鋅（r=0.507**）、有效硼（r=0.499**）、有效硫（r=0.285**）含量呈極顯著正相關，與有效銅（r=0.228**）含量呈顯著正相關，說明增施有機肥能提高果園土壤有效養分含量。此外，土壤礦質元素間相關系數較大的包括有效磷與有效鐵含量（r=0.523**）、速效鉀與有效鋅含量（r=0.518**）、交換性鈣與交換性鎂含量（r=0.640**）、有效銅與有效鋅含量（r=0.509**）、有效鋅與有效硼含量（r=0.449**）、有效硫與有效硼含量（r=0.441**）。土壤養分之間關系比較復雜，元素之間普遍具有協同和拮抗作用，pH值過高或過低均會造成營養元素失調，因此，改善土壤酸堿度、增施有機肥、平衡施用化肥是果園管理的有效措施。

表4 柑橘園土壤有機質、有效養分、pH間的相關關系

2.3 柑橘園土壤pH對土壤肥力的影響

土壤酸堿性對土壤肥力的影響，首先表現在土壤養分的有效性方面，按照柑橘生長適應性分級標準將土壤pH值分成4組：≤4.5強酸性、4.5～5.5酸性、5.5～6.5弱酸性、6.5～7.5中性，各組平均值分別為4.01±0.31、4.79±0.22、5.77±0.16、7.25±0.21。統計土壤pH組間各有效養分含量的平均值，分析土壤pH對土壤有效養分含量的影響，結果表明（圖2），湖南省柑橘園土壤有機質、堿解氮和有效磷含量受土壤酸化影響較小，在pH值為5.5～6.5時較高；土壤速效鉀含量則逐漸升高，至pH值5.5～6.5時最高，之后降低；土壤交換性鈣和交換性鎂含量在pH≤5.5時變化不大，之后迅速升高，而土壤有效鐵含量在pH≤6.5時緩慢下降，之后快速降低；土壤pH≤6.5時，有效硫含量大幅度下降，之后逐漸降低；土壤有效錳和有效銅含量隨土壤pH值先升高后降低，峰值出現在pH值4.5～5.5；對于土壤有效鋅、有效硼含量，受pH值的影響比較復雜，處于1.81～3.60 mg/kg、0.29～0.35 mg/kg低水平范圍上下波動。綜上可知，當土壤pH值在5.5～6.5時，氮、磷、鉀、鈣、鎂和硼元素有效養分含量豐富，而鐵、錳、銅、鋅和硫的有效性較低，適宜的土壤pH可避免營養元素的缺乏和毒害作用，因此施肥時應注意不同養分的配比，才能保證作物根際養分的最大吸收率。

圖2 pH組間土壤有效養分狀況

2.4 柑橘園土壤養分、pH間回歸方程建立

土壤養分含量、pH間的關系錯綜復雜，簡單相關分析只能說明一些現象，結合專業知識與統計分析結果篩選出土壤養分與土壤pH具有顯著影響的量化指標，將分組后的土壤養分（y）與pH值（x）進行曲線擬合，研究結果表明：

（1）與有機質的關系。由圖3可以看出，湖南省柑橘園土壤有機質含量在15～30 mg/kg適宜水平分布的較為廣泛，對土壤pH和有機質含量擬合二次曲線方程y有機質=2.38x2-26.78x+92.26，通過求解方程最優值可知，當土壤pH值為5.6時，土壤中有機質含量為16.93 g/kg，在適宜含量15～30 g/kg范圍內；當pH＞5.6時，pH值與土壤有機質含量之間呈正相關關系，隨著土壤pH值增大，有機質含量呈現增加趨勢；當pH＜5.6時，反之則降低。

（2）與有效磷的關系。果園土壤有效磷含量大部分處于40 mg/kg以下，對土壤pH和有效磷含量之間擬合二次曲線方程y有效磷=6.31x2-74.05x+225.91，通過求解方程最優值可知，當土壤pH值為5.9時，土壤中有效磷含量為9.01 g/kg，低于15～80 mg/kg適宜含量；當pH＞5.9時，pH值與土壤有效磷含量之間呈正相關關系，隨著土壤酸堿度增大，有效磷含量呈現升高趨勢；當pH＜5.9時，酸性過強，土壤活性鐵、鋁與磷酸形成難溶性的磷酸鐵或磷酸鋁沉淀而被固定，降低土壤中磷的有效性和供磷能力。

（3）與交換性鈣、交換性鎂的關系。酸性土壤及含鈉高的鹽堿土易發生缺鈣、缺鎂的癥狀，當土壤pH降低時土壤中正電荷增加，對鈣、鎂等養分離子吸附減少［19］。果園土壤交換性鈣和交換性鎂含量大部分處于2 000和300 mg/kg以下的低量水平。分別對土壤pH與交換性鈣和交換性鎂含量之間擬合最優回歸曲線，y交換性鈣=55.06x3-476.10x2+1 899.12x-2 646.68，y交換性鎂=81.13x-217.45。表明土壤中交換性鈣、交換性鎂的含量與pH值之間呈正相關關系，隨著pH值的上升而呈現升高趨勢。湖南省柑橘園土壤普遍呈酸性，酸性土壤中H+和Al3+對Ca2+和Mg2+的釋放有明顯的抑制作用。

（4）與有效硫的關系。由圖3可見，果園土壤有效硫含量大部分處于40 mg/kg以上的高量水平。對土壤pH與有效硫含量之間擬合最優回歸曲線，y有效硫=7.21x2-90.35x+320.68，通過求解方程最優值可知，當土壤pH值為6.3時，土壤中有效硫含量為37.66 mg/kg，在24～40 mg/kg適宜含量范圍內；當pH＜6.3時，pH值與土壤有效硫含量之間呈負相關關系，隨著土壤pH值上升而呈現降低趨勢；當pH＞6.3時，反之則升高。

（5）與有效鐵的關系。土壤pH越高，鐵的溶解度越低。對土壤pH與有效鐵含量之間擬合最優回歸曲線，y有效鐵=-21.41x+188.73，土壤中有效鐵含量與pH之間呈負相關關系，隨著pH值的上升而降低的趨勢。

綜上可知，湖南省柑橘園土壤pH值在5.6～6.3時，土壤中礦質元素有效養分含量大部分適宜，能夠滿足柑橘營養需求，這與謝志南等［20］、魯劍巍等［6］研究認為適宜柑橘栽培的土壤pH值為5.5～6.5的結論吻合。

圖3 土壤有機質、養分含量、pH之間變化趨勢

3 討論

土壤酸堿性是土壤的重要屬性之一，對于土壤營養成分有效性、土壤微生物活性及作物的生長發育均有明顯的影響［21］。土壤過酸，易引起土壤板結，透氣透水性差，造成土壤營養物質的吸附能力降低，加速養分流失，影響柑橘生長發育［22］。湖南省柑橘園果樹種植年限大部分超過20年，超過80%的果園土壤pH≤5.5，處于酸性至強酸性環境，這可能與柑橘栽培過程中果農長期偏施化肥有關，而一般認為，適宜柑橘栽培的土壤pH值為5.5～6.5［6］。合理施用石灰能夠調節土壤酸堿性，改善果實品質，張影等［23]研究發現，酸性土壤施用石灰可以顯著提升果樹營養成分吸收，降低果實酸度，提高果實可溶性固形物與可滴定酸的比值。土壤有機質含量是土壤肥力的重要指標，不僅含有植物所需的各種營養元素，如氮、磷和鉀，同時腐殖質也是土壤團粒結構的重要組成部分，影響著土壤的水分、溫度、松緊度等物理性狀，測定有機質含量，可以作為施肥改土、提高土壤肥力的依據［24-25］。國外豐產園有機質甚至高達20～60 g/kg，湖南柑橘園土壤有機質含量整體較高，其中85.94%的柑橘園土壤有機質含量處于適宜或高量水平，調查顯示果農對于有機肥的施用意識普遍提高，在柑橘果園養分管理時，常施用菜枯、桐麩和畜禽糞等有機肥料。

84個樣點果園堿解氮、有效磷和速效鉀的平均含量適宜，適宜比例分別為100.00%、61.56%和45.31%，這與多年來增施15-15-15和17-17-17的高氮磷鉀復合肥有關，然而區域間養分差異顯著，有效磷含量嚴重缺乏（≤15 mg/kg）的樣點果園占32.88%，造成果園有效磷含量偏低的原因除土壤中總磷含量偏低外，酸性土壤中很大一部分磷與鐵、鋁、鈣等結合成不溶性的磷酸鐵、磷酸鋁和磷酸鈣而被固定有關［26］。速效鉀含量處于低量水平的樣點果園占26.56%，部分地區柑橘園速效鉀含量虧缺的原因是柑橘園砂質土、近代河湖沖沉積物和第四季紅色粘土等土壤鉀背景值較低，同時橘園多分布在丘陵山地水土流失嚴重，土壤淋溶性強［19］。

酸性土壤中發生缺鈣、缺鎂的現象較為普遍，這可能與湖南亞熱帶氣候地區土壤風化和淋溶作用強烈有關，當土壤pH下降時土壤中正電荷增加，對鈣和鎂等養分離子的吸附量顯著減少［27］。土壤中的鈣、鎂等中量元素養分主要來自人為施用的肥料，調查中果園土壤有效鈣含量處于低量水平的樣點果園占43.75%，交換鎂含量處于低量水平的樣點占56.25%。南方酸性土壤缺乏交換性鈣、鎂含量已經成為制約柑橘果實品質提升的重要因素，酸性土壤通過施用石灰能夠提高交換性鈣的含量，而且施用生石灰可以緩沖土壤的酸堿性，降低鋁的溶解度，減輕毒害。其中69.88%柑橘園土壤樣品有效硫含量處于高量水平，可能是長期施用含硫肥料容易導致硫酸根離子出現過量富集現象。本研究中部分柑橘園土壤微量元素有效鐵、錳和銅過量，有效鋅含量適宜，土壤有效硼缺乏，這可能是因為柑橘病蟲害防治時大量使用銅制劑、波爾多液和代森錳鋅等殺菌劑造成，而湖南柑橘土壤有效硼的缺乏現象嚴重，柑橘園土壤缺硼比例高達85.94%，主要原因在于土壤有效硼含量較低，另外，柑橘園施肥時忽視硼肥的補充也是造成土壤缺硼的原因之一。

土壤養分的可利用性受土壤酸堿性和有效態養分的平穩作用，土壤pH值過高或過低均會影響元素在土壤中存在形態，研究柑橘園土壤養分間相互關系對正確培肥和土壤改良具有指導作用。Pearson相關分析表明，土壤養分含量受pH值影響最大，土壤pH值與交換性鈣（r=0.830**）、交換性鎂（r=0.623**）含量間呈極顯著正相關水平，與有機質（r=-0.308**）、有效磷（r=-0.368**）和有效硫（r=-0.404**）間呈極顯著負相關水平，與有效鐵（r=-0.222*）呈顯著負相關水平，不同研究者觀點不一致，可能與土壤條件、施肥習慣等差異有關。各養分含量在不同土壤pH組間存在極顯著差異，擬合回歸曲線證明了在pH為5.6～6.3弱酸性環境時，各養分有效含量基本適宜［28］。湖南省柑橘園土壤酸化趨勢應引起足夠重視，柑橘園土壤進行改良與培肥時，建議采用測土配方施肥技術，全面考慮大中微量元素養分的配比選取合適的肥料品種平衡施肥，而不是只施用某一種單質肥。

4 結論

整體上湖南省柑橘園土壤養分肥力偏低且分布不平衡，土壤酸化嚴重，土壤養分比例失調尤其以有效鈣、鎂和硼元素的缺乏較為嚴重，部分柑橘園土壤有效鐵、錳、銅和鋅元素含量較高。研究表明柑橘園土壤酸堿性與土壤肥力的關系密切，建議園區培肥管理時應結合營養診斷進行平衡施肥，調節土壤酸堿性，改善土壤理化性質，控制氮、磷、鉀肥施用比例，增施鈣、鎂和硼肥。