三峽庫區(qū)典型柑橘園土壤碳氮空間分布特征

詹鵬杰 鄧茂林 石孝均 張躍強 陳志蕙 曠德姣 劉正蘭 張宇亭

摘要：為了明確三峽庫區(qū)典型柑橘園土壤pH、有機質及全氮的豐缺及其分布特征，采集了忠縣全縣域柑橘園土壤樣品695份，檢測了土壤pH、有機質和全氮含量狀況;同時，針對忠縣主要柑橘種植鄉(xiāng)鎮(zhèn)進行問卷調查，收集有效問卷217份，以明確不同管理方式對土壤有機質及全氮的影響。結果表明，25.47%柑橘園土壤pH低于5.5，19.42%柑橘園土壤pH為5.5～6.5，35.97%的柑橘園土壤pH大于7.5;45.75%柑橘園土壤有機質含量小于15 g/kg，48.78%柑橘園土壤有機質為15～30 g/kg，5.47%柑橘園土壤有機質大于30 g/kg;51.37%柑橘園土壤全氮小于1.0 g/kg，36.69%柑橘園土壤全氮為1.0～1.5 g/kg，11.94%柑橘園土壤全氮大于1.5 g/kg。柑橘園不同管理方式可以明顯影響土壤碳氮狀況，綠肥覆蓋和有機肥施用可以分別提高土壤有機質8.71%和16.90%，且可以分別提高土壤全氮11.25%和18.52%。因此，適量有機肥和種植綠肥結合的方式是提高果園有機質和全氮的重要措施。

關鍵詞：忠縣;柑橘;土壤有機質;土壤全氮

中圖分類號：S287;S512.1

文獻標識碼：A

文章編號：1008-0457（2022）02-0013-007

國際DOI編碼：10.15958/j.cnki.sdnyswxb.2022.02.002

土壤是果樹生長和發(fā)育的載體，也為果樹提供生長所必需的養(yǎng)分，同時土壤也對維持環(huán)境質量起著重要緩沖作用。果農的普遍認知中高肥料投入等同于較高的果實產量，能獲得較高的收益，因此大量的肥料被投入于果園生產中[1]，盲目和過量施肥成為果農的普遍行為[2-3]，由此也造成了果園土壤養(yǎng)分失衡、土壤酸化等環(huán)境問題[4]。由于果農每年有機肥投入量低，也造成了果園土壤理化性質的降低和肥力下降[5-6]。

我國地域遼闊，柑橘種植省份眾多，由于種植區(qū)域不同，土壤母質以及果園管理差異性較大，造成了果園土壤養(yǎng)分含量差異較大，如湖南地區(qū)柑橘園土壤酸化嚴重，土壤中微量元素缺乏明顯[7]，廣西柑橘園土壤則表現(xiàn)出土壤氮、磷和鉀元素分布不均，元素缺乏和超標并存[8]。而重慶地區(qū)由于降雨量和流失量較大的原因，土壤有機質及氮、磷、硼和鋅元素缺乏都極為明顯[9]。施用有機肥和種植綠肥對于提高土壤質量、減少水土流失和提升果實品質及產量有明顯的促進效果[10]。果園綠肥能夠為果樹提供生長所需的部分養(yǎng)分，提高果樹產量，改善果實品質[11]。何炎森等[12]針對琯溪蜜柚果園進行有機肥和化肥試驗對比發(fā)現(xiàn)，施用有機肥相比于僅施用化肥果園土壤有機質含量提高了約16.8%，果園土壤全氮含量提高了45.4%?？梢?，綠肥覆蓋和有機肥施用能夠有效地提升果園土壤有機質含量以及提高土壤碳固存速率[13]。

重慶市忠縣地處三峽庫區(qū)，是世界甜橙生長最適宜生態(tài)區(qū)之一，是我國唯一無柑橘檢疫性病害和周期性凍害的柑橘產區(qū)。目前柑橘種植面積已達2.3萬hm2[14]，但忠縣柑橘生產問題突出。立地條件差，土層淺薄，對抗自然災害能力弱，且柑橘園土壤養(yǎng)分含量低[9，15-18]，土壤貧瘠，土壤保水保肥能力差。針對上述問題，忠縣政府大力推行綠肥以及有機肥，但不同農戶對于政策的接受程度不同，果園的管理方式差異較大。本研究的主要目的是采用大樣本農戶調研和土壤采樣方法，揭示當前三峽庫區(qū)典型柑橘園的碳氮豐缺狀況。同時明確綠肥覆蓋和有機肥施用等管理措施對柑橘園土壤碳氮含量的影響。

1材料與方法

1.1研究區(qū)概況

忠縣位于重慶市中部（E 107°32′～108°14′，N 30°03′～30°53′），地處三峽庫區(qū)腹地，境內地形呈現(xiàn)“三山兩槽”，屬典型丘陵地貌，氣候區(qū)位于亞熱帶東南季風區(qū)山地氣候，溫熱涼寒，四季分明，年平均氣溫18.2 ℃，年無霜期為341 d，年降雨量1200 mm。忠縣柑橘園土壤多為紫色土，土層較薄，多為坡地和山地，較少為平地及洼地。柑橘園種植面積達2.3萬 hm2，果樹栽培種類以雜柑為主，品種繁多。

1.2問卷調研及土樣采集

在重慶柑橘主產區(qū)——忠縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)進行調研（圖1），根據園區(qū)的土壤、地形、柑橘種植年限、耕作施肥狀況等情況，選擇典型柑橘園布設采樣點，并抽樣開展問卷調查。每個采樣點圍繞柑橘樹滴水線內外，采集0～30 cm深度土壤樣品。果園面積小于33.3 ?hm2采集一份混合土樣，面積大于33.3 hm2的果園每增加33.3 hm2多采集一份混合土樣，每個混合樣品按照 “S”型設置五個采樣點，混合均勻后利用四分法獲取混合樣品。本研究共采集695份土樣，采集點分布如圖1所示，土壤樣本帶回實驗室，挑出肉眼可見的根系和雜物，風干，磨碎，過2 mm及0.1 mm篩，裝袋標記備用。

共收集217份問卷，涉及的種植面積如圖1所示，通過農戶調研的方式收集柑橘園化肥施用種類、施用次數(shù)與施用量、綠肥種植與否及種類、有機肥種類及施用量等柑橘施肥及管理現(xiàn)狀，并記錄采樣點的經緯度、海拔與地形。

為能夠更加清楚地了解管理方式對于土壤碳氮的影響，將忠縣柑橘園管理方式分為施用化肥、種植綠肥、施用有機肥這三類。其中，綠肥品種為一年生豆科植物毛葉苕子。

1.3測定項目與方法

土壤pH測定方法：水浸提電位法，土水質量比1∶2.5;土壤有機質（SOM）測定方法：重鉻酸鉀容量法;土壤全氮（TN）測定方法：半微量開式法。

1.4數(shù)據處理與分析

使用Excel 2019軟件對數(shù)據進行統(tǒng)計分析，使用SPSS 25.0、Sigma Plot 12.0進行相關性分析，在 ArcGIS10.2 中運用普通克里格插值方法得出研究區(qū)柑橘園土壤 pH、SOM、TN的空間分布特征。

1.5柑橘園土壤養(yǎng)分評價標準

本研究土壤pH、土壤有機質、土壤全氮分級指標分別參考柑橘園土壤養(yǎng)分分級標準，其中柑橘園pH的分級標準為：<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。土壤有機質及全氮豐缺狀況按表1劃分[17，19]。

2結果與分析

2.1柑橘園土壤pH分布特征

不同的品種和區(qū)域對土壤酸堿性最適宜范圍不同，普遍認為柑橘適宜的土壤酸堿度范圍為5.5～6.5。忠縣柑橘園土壤pH各范圍內均有分布（表2），平均為6.7，屬于中性范圍，略高于柑橘種植適宜pH。本研究結果表明，適宜柑橘生長的弱酸性土壤僅占忠縣果園土壤面積的19.42%，堿性土壤占35.97%，酸性及以上土壤占25.47%。通過Arcgis軟件的分析發(fā)現(xiàn)，酸性及堿性土壤分布多表現(xiàn)為區(qū)域性分布（圖2），東部土壤pH多表現(xiàn)為酸性，西部土壤pH多呈現(xiàn)為堿性。

2.2柑橘園土壤有機質分布特征

研究發(fā)現(xiàn)（表3），忠縣柑橘園土壤有機質含量平均值處于適宜范圍內，土壤有機質適宜及以上占54.25%，土壤有機質含量偏低占33.96%，土壤有機質較低及極低占11.79%。盡管柑橘園平均土壤有機質含量達到適宜范圍，但含量分布并不均勻，仍有近五成的果園土壤有機質含量不足。研究結果表明（圖3），各鄉(xiāng)鎮(zhèn)果園土壤有機質含量分布不均勻，中部區(qū)域土壤有機質含量普遍偏低，忠縣北部及南部部分區(qū)域有機質含量能夠良好地滿足柑橘樹體生長需求，整體呈現(xiàn)帶狀分布特征。

2.3不同管理方式對柑橘園土壤有機質的影響

由圖4可知，施用有機肥和種植綠肥對于提高果園土壤有機質含量都有明顯的效果。施用有機肥后果園土壤有機質平均含量（14.46 g/kg）比僅施用化肥的果園土壤有機質含量（12.37 g/kg）提高了約16.90%。種植綠肥的果園土壤有機質平均含量（14.34 g/kg）比自然生草的果園平均土壤有機質含量（13.19 g/kg） 提高了約8.71%。由此可知，施用有機肥提高果園土壤有機質含量效果優(yōu)于種植綠肥。

2.4柑橘園土壤全氮分布特征

本研究發(fā)現(xiàn)忠縣柑橘園平均土壤全氮含量為1.05 g/kg，達到適宜范圍（表4）。土壤適宜于柑橘生長氮素需求的果園僅占忠縣柑橘園的48.63%，土壤全氮含量偏低占忠縣柑橘園土壤30.95%，土壤全氮含量較低及極低占20.42%，50%以上的果園都表現(xiàn)出土壤全氮缺乏現(xiàn)象。忠縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)柑橘園土壤全氮含量分布與有機質分布相近，土壤全氮含量較高主要集中于北部區(qū)域和中部部分區(qū)域（圖5），大部分區(qū)域表現(xiàn)出土壤全氮含量不足，相比土壤有機質分布，土壤全氮分布帶狀分布不明顯，更多的表現(xiàn)為散點分布或團狀分布。

2.5不同管理方式對柑橘園土壤全氮的影響

由圖6可知，施用有機肥和種植綠肥對于提高果園土壤全氮含量都有效果。施用有機肥果園土壤全氮平均含量（0.96 g/kg）比僅施用化肥的果園土壤全氮（0.81 g/kg）提高了約18.52%。種植綠肥的果園土壤全氮平均含量（0.89 g/kg）比自然生草的果園土壤全氮（0.80 g/kg）提高了約11.25%，表明有機肥提高果園土壤全氮含量效果也優(yōu)于綠肥。

3結論與討論

3.1忠縣柑橘園土壤pH、有機質和全氮現(xiàn)狀

3.1.1土壤pH現(xiàn)狀

忠縣僅有19.42%的柑橘園土壤pH適宜于柑橘生長，堿性和酸性土壤是忠縣柑橘園主要的土壤。詹江渝[20]研究也發(fā)現(xiàn)重慶區(qū)域紫色土pH多集中于4.5～5.5、中性及堿性分組，≥7.5的紫色土面積占比大于35%，這與本研究的結果相近，說明背景值是影響忠縣柑橘園土壤pH的主要原因之一。王彤等 [16]的研究也發(fā)現(xiàn)忠縣柑橘土壤pH多為堿性。為了緩解土壤堿性，建議施有機肥和酸性化肥，如過磷酸鈣、硫酸鉀等;建立灌排系統(tǒng)，定期引淡水灌溉，進行灌水洗鹽，以降低鹽堿含量，以迅速中和土壤堿性，增加養(yǎng)分有效性，從而增加柑橘對于養(yǎng)分的吸收利用，減少養(yǎng)分的流失。

3.1.2土壤有機質現(xiàn)狀

我國農業(yè)土壤有機質含量不斷降低，主要是由于從農作物殘留物補給的碳不足以補充土壤損失的碳，需要外源性碳來補充土壤有機質[21]。通過研究發(fā)現(xiàn)忠縣柑橘園土壤有機質平均值為16.84 g/kg，低于適宜值的果園占比為45.75%，盡管土壤有機質的含量低于適宜值的柑橘園比例較高，但相比于前人的結果，土壤有機質含量的增加還是較為明顯，土壤有機質大于適宜值的柑橘園比例增加[14-16，18]。從有機質空間分布而言， 高值區(qū)域斑塊主要集中于忠縣東北部，中值區(qū)域斑塊集中于忠縣西北部，低值區(qū)域斑塊集中于忠縣西南部，研究區(qū)土壤有機質呈現(xiàn)從北到南遞減，從東到西遞減。有機質提高較慢，這可能與忠縣土層較薄、柑橘園建園多集中于坡地山地、土壤流失率高、降雨量大土壤有機質分解較快有關。

3.1.3土壤全氮現(xiàn)狀

對于我國其他地區(qū)果園土壤而言，由于氮肥施用量較高，土壤全氮都保持在較高的水平[22-24]，但由于重慶柑橘園多建園于坡地及山地，土壤結構差，有機質含量偏低，重慶地區(qū)降雨量大，水土流失及養(yǎng)分流失量大，導致了重慶地區(qū)柑橘園土壤全氮含量較低[14-15，18]，忠縣柑橘園土壤全氮含量平均為1.05 g/kg，51.37%的柑橘園土壤全氮含量低于適宜值。施用有機肥和綠肥對于提高果園土壤全氮效果明顯，可能與施用有機肥和綠肥改善了果園的土壤結構，流失率更低。從土壤全氮空間分布而言與有機質的分布相近，這也符合張嬌等 [22-26]的研究。

3.2有機肥和綠肥對于提高果園土壤碳氮的效果

3.2.1有機肥提高果園土壤碳氮的效果

有機肥是提高果園碳氮的重要途徑。本研究結果表明，在忠縣地區(qū)施用有機肥，提高了約16.90%的土壤有機質和18.52%的土壤全氮，有機肥對于土壤養(yǎng)分的提升也受到了其他學者的關注。彭星星等[27]在渭北旱塬蘋果園的研究發(fā)現(xiàn)，長期施用有機肥相比于僅施用化肥的果園土壤有機碳提升19.4%～36.4%，土壤有機質含量和有機肥的施用量有明顯的相關性。Sugiura等[28]在日本茶園以及柑橘園的研究發(fā)現(xiàn)，有機肥對于土壤碳固持速率提升受到了土壤本身性質、施肥年限和有機肥種類的影響[29]。王磊[30]研究發(fā)現(xiàn)施用有機肥相比于施用化肥土壤有機質含量提升了1.22～1.96 g/kg，土壤全氮提升了0.17 g/kg，有機質的提升受土壤深度的影響較大，土壤全氮基本不受土壤深度影響。

3.2.2綠肥提高果園土壤碳氮

綠肥能夠在山地有效地提高土壤果園碳氮含量。本研究結果表明在忠縣地區(qū)種植綠肥提高了約8.71%的有機質和11.25%的全氮。綠肥作為一種清潔肥料，近年來不斷得到重視，果園生草是果園綠色發(fā)展不可或缺的組分。Alicia等[31]的研究發(fā)現(xiàn)一年生和多年生綠肥都可以有效地提高果園碳固存速率，多年生綠肥的效果優(yōu)于一年生綠肥。侯廣太等[32]研究發(fā)現(xiàn)，在綠肥種植的前五年，白三葉可以提高近一倍的土壤有機質含量。陳利云等[33]在甘肅蘋果園地研究發(fā)現(xiàn)，豆科綠肥可以有效地提高土壤碳氮含量，對于有機質而言，種植綠肥可以提高11.15%～22.69%果園土壤有機碳，且對于表層的微生物碳影響更為明顯，對于土壤全氮的提升效果為35.43%～55.48%，土壤微生物氮對于綠肥種植更為敏感，能夠直接被植物吸收的堿解氮和反映土壤肥力的土壤微生物含量增加明顯。

3.2.3有機肥和綠肥優(yōu)劣對比

本研究發(fā)現(xiàn)有機肥對于土壤碳氮的提升效果優(yōu)于綠肥，前人的研究也證明了此觀點 [34]，這和有機肥和綠肥轉換為SOC的比例有關[35-37]。但前人的研究也發(fā)現(xiàn)有機肥的提高效果與有機肥的種類有較大的關系，堆肥的效果優(yōu)于糞肥發(fā)酵，且投入量與提高效果也呈現(xiàn)出正相關[35]。但有機肥投入會帶來更高的溫室氣體排放，溫室排放量是碳固存速率的12倍左右[36，38]。因此為了促進果園產業(yè)的綠色持續(xù)發(fā)展，建議果園管理采取適量有機肥和種植綠肥結合的方式。

忠縣柑橘園僅19.42%的土壤pH適于柑橘生長，45.75%的土壤有機質缺乏，51.37%的土壤全氮含量偏低。施用有機肥和綠肥對于提高果園土壤有機質、土壤全氮含量提升效果明顯。施用有機肥和綠肥分別提高了16.90%和8.71%土壤有機質含量，18.52%和11.25%的土壤全氮。

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Spatial Distribution Characteristics of Soil Carbon and Nitrogen in Typical Citrus Orchards of the Three Gorges Reservoir Region

Zhan Pengjie1，Deng Maolin2，Shi Xiaojun1，Zhang Yueqiang1，Chen Zhihui1，Kuang Dejiao1，Liu zhenlan2，Zhang Yuting1*

（1.School of Resources and Environment，Southwest University，Interdisciplinary Research Center for Agriculture Green Development in Yangtze River Basin，Beibei，Chongqing 400715，China;2.Chongqing Zhong County Agriculture and Rural Committee，Zhong county，Chongqing 404300，China）

Abstract：In order to clarify the soil pH，the abundance and distribution characteristics of organic matter，and total nitrogen in typical citrus orchards in the Three Gorges Reservoir area，695 soil samples from citrus orchards in Zhong County were collected to detect the status of soil pH，organic matter，and total nitrogen;At the same time，a questionnaire survey was conducted in the main citrus-growing towns in Zhong County，and 217 valid questionnaires were collected to clarify the impact of different management methods on soil organic matter and total nitrogen.The results showed that the soil pH of 25.47% citrus orchards was lower than 5.5，19.42% of citrus orchards had soil pH of 5.5～6.5，and 35.97% of citrus orchards had soil pH greater than 7.5;45.75% of citrus orchards had soil organic matter content of less than 15 g/kg，and 48.78% of citrus orchard soil was 15～30 g/kg，5.47% citrus orchard soil organic matter was greater than 30 g/kg;51.37% citrus orchard soil total nitrogen was less than 1.0 g/kg，36.69% citrus orchard soil total nitrogen was 1.0～1.5 g/kg，11.94 % citrus orchard soil total nitrogen was greater than 1.5 g/kg.Different management methods of citrus orchards could significantly affect the soil carbon and nitrogen status.Green manure mulching and organic fertilizer application could increase soil organic matter by 8.71% and 16.90%，respectively，and ould increase soil total nitrogen by 11.25% and 18.52%，respectively.Therefore，the combination of appropriate amount of organic fertilizer and planting green manure is an important measure to improve the organic matter and total nitrogen of the orchard.

Keywords：Zhong county;citrus;soil organic matter;soil total nitrogen

收稿日期：2021-12-28;

修回日期：2022-01-04

基金項目：國家自然科學基金項目（31902116）

通訊作者：張宇亭（1985—），男，博士，副教授，主要從事土壤碳氮循環(huán)研究，E-mail：zyt2018@swu.edu.cn.