全 文 ：中国生态农业学报 2011年 1月 第 19卷 第 1期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Jan. 2011, 19(1): 1923


* 陕西省农业厅项目“陕西苹果土壤与施肥标准化管理技术研究”资助
** 通讯作者: 王益权(1957~), 男, 教授、博士生导师, 主要从事土壤物理与改良的教学科研工作。E-mail: soilphysics@163.com
孙蕾(1985~), 女, 在读硕士, 主要从事土壤质量方面的研究。E-mail: wendy175245@163.com
收稿日期: 2010-01-22 接受日期: 2010-08-27
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2011.00019
种植果树对土壤物理性状的双重效应*
孙 蕾 王益权** 张育林 李建波 胡海燕
(西北农林科技大学资源环境学院 杨凌 712100)
摘 要 在渭北果区选择不同园龄(<10年、10~20年、>20年)果园, 分层测定 0~60 cm土层土壤容重、土壤
坚实度、土壤含水量以及表层土壤团聚体组成等物理性状, 进一步分析了果园土壤物理性状随园龄的变化特
征。结果表明: 土壤容重在 0~30 cm土层随园龄增长而降低; 在 30 cm以下土层随园龄增长而增加, 超过了健
康园艺土壤的质量标准 1.30 g·cm3; 与休闲农田相比, 种植果树可降低 10~30 cm土层土壤容重; 但 30 cm以
下土层土壤坚实度急剧增大, 接近或达到了限制根系延伸的土壤质量标准 1 000 kPa; 与休闲农田相比, 种植
果树对于降低 17.5~27.5 cm 土层的坚实度具有明显作用。果园表层土壤团聚体状况整体较差, 水稳性优势团
聚体直径为 0.5~0.25 mm, >0.25 mm水稳性团聚体含量随园龄增加而增大, >20年果园比<10年果园高 1倍。种
植果树对表层土壤具有明显的保护和改善作用, 却在深层发生着紧实化和坚硬化过程。果树对土壤物理状况
的双重效应体现在对 0~30 cm土层土壤结构具有改善作用, 对 30 cm以下土层土壤结构有破坏作用。果园土
壤“深层的隐蔽性退化过程”影响着果树根系健康生长, 应当给予极大关注。
关键词 果园 土壤容重 土壤团聚体 土壤坚实度 双重效应 土壤隐蔽性退化 种植年限
中图分类号: S151.9 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2011)01-0019-05
Dual effect of fruit tree cultivation on soil physical characteristics
SUN Lei, WANG Yi-Quan, ZHANG Yu-Lin, LI Jian-Bo, HU Hai-Yan
(College of Resources and Environmental Sciences, Northwest A & F University, Yangling 712100, China)
Abstract Soil bulk density, hardness, moisture and surface soil aggregation composition were measured in <10-, 10~20- and
>20-year-old orchards in Weibei Region. The results showed that soil bulk density in the 0~30 cm soil layer decreased with increas-
ing orchard age. However, bulk density below the 30 cm layer increased with increasing orchard age, exceeding the 1.30 g•cm3 up-
per limit for healthy garden soils. Soil bulk density in the 10~30 cm soil layer was lower in orchards than in croplands. Soil hardness
increased sharply below the 30 cm soil layer, almost reaching the 1 000 kPa upper limit of soil quality standard for healthy root
growth. Soil hardness in the 17.5~27.5 cm soil layer is lower in orchards than in croplands. Soil aggregation status was poor in sur-
face soil of orchards. Most water-stable aggregates in the orchard soils were in 0.5~0.25 mm range class. Contents of water-stable
soil aggregates >0.25 mm increased with increasing age of orchards. Water-stable soil aggregates contents in 20-year-old orchards
were two times higher than those in 10-year-old orchards. Fruit trees have a dual effect on soil physical characteristics. Soil physical
conditions was generally improved in topsoil (0~30 cm), but worsen in subsoil (<30 cm) with increasing orchard age. As latent deg-
radation of subsoil in orchards affected the healthy growth of fruit trees, any such degradation should be carefully monitored.
Key words Orchard, Soil bulk density, Soil aggregate, Soil hardness, Dual effect, Latent soil degradation, Cultivation years
(Received Jan. 22, 2010; accepted Aug. 27, 2010)
随着经济的快速发展, 果园种植面积逐渐扩大,
对改善人们的生活水平, 促进经济全面快速发展起
到了极大作用。陕西省渭北地区气候条件独特, 土
壤条件优越, 是优质苹果主要生产基地, 苹果品质
驰名中外, 极大地推动了区域经济的快速发展, 也
成为陕西省发展经济的支柱产业之一。然而, 该区
20 中国生态农业学报 2011 第 19卷


影响果业可持续发展的一系列问题已经出现, 如随
着植果年限增加 , 果树衰老明显 , 树势衰弱 , 抗病
性降低 ; 果树的盛果期缩短 , 产量下降; 果品质量
明显下降等。究其原因, 主要是由于果园管理不够
规范, 导致果园土壤质量明显退化, 影响果树生产
潜力的发挥[12], 严重制约了地区经济的健康发展。
目前, 关于果园土壤质量演变问题的研究主要
集中在土壤深层干燥化、养分匮缺及重金属累积等
方面 [37], 而对随种植年限延长果园土壤物理性状
研究仍鲜见报道[8]。果园土壤质量是果业健康发展
的最重要基础和最基本的保障条件, 而果园土壤的
物理状况又是果树的重要立地条件。本文分析了渭
北地区果园土壤物理性状及其演变趋势, 以期探寻
果园生产的障碍, 促进果园可持续发展和提高果品
质量。
1 材料与方法
1.1 试验区概况
试验选在陕西省渭北苹果主产区旬邑县, 该县
平均海拔 1 300 m, 年平均气温 9.0 ℃, 年辐射总量
5.02×105 J·cm2, 年日照 2 390.2 h, 年均降雨量
606.3 mm, 土壤类型以黏黑垆土为主。具有海拔较
高、日照充足、昼夜温差大、土层深厚、土体疏松、
气候较为干燥、环境污染小等优越条件。该地区腐
殖质层深厚, 常在 1 m 以上。苹果种植历史相对较
长, 在整个渭北旱塬地区具有很好的代表性。供试
树种为“红富士”, 生长健壮, 树势中等。
1.2 采样及分析方法
试验于 2008 年 10 月果品采收期间, 在旬邑县
植果历史相对较长的原底乡, 分别选择相同自然生
态条件的>20 年、10~20 年和＜10 年等园龄段的苹
果园作为研究对象, 每个园龄段果园各选 3 个作为
试验重复, 从中采集土壤样品并进行土壤物理性状
测定[9]。用原状土取土钻(镶有 100 cm3的环刀)从上
到下按 10 cm的间距依次在 0~60 cm土层分别取原
状土样, 测定土壤容重; 在 0~20 cm 土层采集原状
土样, 用硬质盒将样品带回室内后风干, 沿风干形
成的自然裂隙掰成 1 cm3 左右的土块, 用干筛法和
湿筛法进行土壤结构分析, 团聚体湿筛用 Yoder 法;
用 SC-900型土壤坚实度仪, 按 2.5 cm间距现场测定
各园龄果园 0~45 cm 土层土壤坚实度, 每个果园布
置 3 个测点。并在当地选择土壤条件相对一致的农
田为对照, 进行相关项目检测。
试验结果采用 Excel软件和 SPSS数据处理系统
进行分析。
2 结果与分析
2.1 不同园龄段果园土壤容重的变化趋势
果树根系分布、吸收能力主要依赖于土壤物理
性状, 适宜的土体有利于根系向纵深方向延伸, 增
加根系量。对果树而言土壤容重在 1.00~1.30 g·cm3
比较适宜[10]。
研究表明 , 渭北果园土壤容重普遍偏大 , 在
1.20~1.50 g·cm3之间, 20 cm以下土层土壤容重均
高于 1.30 g·cm3(图 1)。进一步分析发现, 0~60 cm
土层土壤容重随园龄增长具有两个不同方向的变化
趋势区间: 0~30 cm土层土壤容重随园龄增加而降低,
这是因为果园土壤人为耕作扰动次数少及树冠对降
雨的缓冲作用, 有效保护了表层土壤结构; 而农田
0~10 cm 土层土壤容重小于果园土壤, 是人为耕作
松土所致, 其 10~30 cm土层土壤容重高于果园土壤,
佐证了农田土壤频繁扰动和压实, 以及地面保护条
件较差、土壤黏粒向深层移动问题。30~60 cm土层
受人为扰动因素较小, 果园土壤容重不仅高于农田,
且随园龄增加而增大, 这是因为渭北地区土壤有机
物质贫瘠, 属于弱团聚性土壤, 未被团聚的土壤黏
粒有向深层移动而密实趋势; 此外, 也与旱地果园
深层根系吸水作用使土体收缩以及根系挤压等有
关。<10年果园土壤最大容重出现在 20~30 cm处, 而
10~20 年和>20 年果园土壤容重最大值分别出现在
30~40 cm 和 40 cm 以下土层, 呈现出随园龄增加
30~60 cm土层土壤容重显著增大、容重增大的土层
空间增加和向下延伸的变化趋势。土壤深层容重增
大、向紧实化方向演变成为果园土壤退化的主要形
式之一。


图 1 不同园龄段果园土壤容重的变化
Fig. 1 Soil bulk density in orchards with different planting ages
第 1期 孙 蕾等: 种植果树对土壤物理性状的双重效应 21


进一步对果园土壤容重主体间效应检验得出 :
土层和种植年限的 sig 值分别为 0、0.032, 均小于
0.05, 说明各果园土壤容重在时间和空间上均具有
显著差异。30~50 cm土层土壤容重与其他土层差异
显著, 证实渭北旱塬果园土壤紧实层位置不在表层,
而在亚表层。在果园管理方面有必要适时适度深翻,
一方面可有效防止果园土壤内部紧实化和紧实层逐
渐延伸给果园土壤管理带来困难, 另一方面果园土
体疏松有助于增加果树新根生成和增加根系的吸收
功能, 有利于维持果树的健康树势, 延缓果树衰老
等[11]。
2.2 不同园龄段果园土壤坚实度的变化趋势
一般认为紧实土壤中根系生长速度较慢[12]。土
壤硬度(坚实度)有时用穿透阻力表示, 即把前端锥
状圆柱探测器推入土壤中所需的力。当阻力超过 1
MPa, 根系生长明显变缓 , 随后二者近似呈线性关
系, 当阻力约为 5 MPa时, 根系生长基本停滞[1314]。
另有报道 , 增加豌豆根阻力 , 根产生胁迫反应 , 30
min内根伸长速度减小 50%, 压力解除后, 生长速度
有轻微增加[15]。机械阻力使根伸长速度减慢的原因
一是分生组织细胞分裂速度减慢, 二是细胞长度变
短(不是体积减小)[16]。
在相同时间和自然条件下, 检测了不同园龄果
园土壤坚实度。图 2 表明, 随剖面深度增加果园土
壤坚实度明显增大, 且随种植年数增大呈现出规律
性增大趋势。与农田土壤相比, 果园土壤在 17.5~
27.5 cm范围内坚实度较小, 说明种植果树可减小这
一土层范围的土壤坚实度, 可能与根的穿插作用有
关; 但>30 cm土层的果园土壤坚实度与农田土壤相
比无明显差异。0~20 cm 土层内渭北各果园土壤坚


图 2 不同园龄段果园土壤的坚实度变化
Fig. 2 Soil hardness in orchards with different planting ages
实度相对较小, 变化范围为 100~600 kPa, 对根系生
长不会有影响。而在 20 cm以下果园土壤坚实度急
剧增大, 已经接近或超过影响根系延伸生长的程度,
尤其是在>20 年果园表现更为显著。土壤亚表层出
现紧实化制约着果树根系的延伸。通过对不同园龄
果园土壤坚实度的比较可以得出, 长期植果会导致
表层土壤和深层土壤的紧实化, 这可能与果园管理
措施及黏粒的长期淋溶淀积有关, 需进一步研究。
土壤坚实度既依赖于含水量, 相反也影响土壤
水分状况。图 3 表明果园深层土壤含水量较小, 这
可能是导致土壤坚实度增大的原因之一。<10 年、
10~20 年和>20 年园龄果园土壤坚实度与含水量均
呈显著负相关关系(sig分别为 0.003、0.018和 0.007,
均小于 0.05)。


图 3 不同园龄段果园土壤含水量的变化
Fig. 3 Soil moisture in orchards with different planting ages

不同土层土壤含水量差异显著, 佐证了随园龄
增加, 深层土壤容重增大, 影响降水期间土壤水分
入渗能力和深层土壤墒情的恢复, 导致长龄果园土
壤剖面上下层之间含水量出现更为明显差异的变化
趋势。
2.3 不同园龄段果园土壤团聚体的变化
直径>0.25 mm 水稳性团聚体含量在一定程度
上反映着土壤的抗侵蚀能力。相反, 表层土壤团聚
体在雨水的冲刷过程中, 由于“水爆”或者“气爆”
的作用 , 会由直径较大团聚体破碎为小直径团粒 ,
从而改变各粒级团粒的含量[1719]。树冠对雨滴能量
的缓冲作用, 保护了土壤表层结构体。
由表 1可知, 渭北果园土壤水稳性团聚体(>0.25
mm)含量仅为 112.91~241.36 g·kg1, 而土壤优势水
22 中国生态农业学报 2011 第 19卷


稳性团聚体直径在 0.5~0.25 mm, 相对较大直径团
聚体含量很少 , 证明渭北土壤的团聚作用整体较
差。此外, 随植果年限增加, 果园土壤>0.25 mm 水
稳性土壤团聚体含量有明显增加趋势, >20年果园比
<10年果园增长达 1倍, 而<0.25 mm团聚体含量在
减少, 整体上果树促进了表层土壤水稳性团聚体的
形成, 其结果与前人研究结果趋势一致, 佐证了果
树对表层土壤结构体的保护作用。

表 1 不同园龄段果园表层土壤水稳性团聚体(湿筛)含量
Tab. 1 Contents of topsoil water-stable aggregates in orchards with different planting ages
水稳性团聚体含量 Soil water-stable aggregate content (g·kg1) 种植年限
Planting age (a) >5 mm 5~2 mm 2~1 mm 1~0.5 mm 0.5~0.25 mm >0.25 mm <0.25 mm
<10 11.82 12.08 9.59 21.05 58.37 112.91 887.09
10~20 11.06 18.84 19.34 35.92 93.10 178.26 821.74
>20 9.23 19.39 13.69 29.06 169.99 241.36 758.64

表 2 不同园龄段果园土壤各级别水稳性团聚体稳定系数[18]
Tab. 2 Soil water-stable aggregate stability index in orchards with different planting ages
土壤团粒稳定系数 Soil water-stable aggregate stability index 种植年限
Planting age (a) >5 mm 5~2 mm 2~1 mm 1~0.5 mm 0.5~0.25 mm
<10 0.027 2 0.022 7 0.016 2 0.032 3 0.116 7
10~20 0.027 2 0.036 3 0.033 3 0.056 5 0.188 6
>20 0.019 6 0.034 0 0.022 3 0.043 2 0.307 7

由表 2 可知, >5 mm 土壤水稳性团聚体稳定系
数随种植年限的增加而减小, 说明长期种植果树不
利于>5 mm水稳性团聚体的稳定。5~0.5 mm土壤水
稳性团聚体稳定系数在 10~20年园龄果园达到最大,
说明种植果树初期有利于此级别团聚体的稳定, 但
随着种植果树年限的增加, 水稳性团聚体稳定性降
低, 破碎为较小团聚体的可能性增加。种植果树年
限超过 20年使果园土壤结构性变差。
3 讨论
土壤容重、孔隙度是反映土壤物理性状的主要
指标, 其大小不仅影响土壤水、气、热状况, 而且影
响矿质养分供应及苹果根系的穿插与生长[20]。在同
一气候和土壤条件下, 土壤容重、孔隙度除与成土
母质、气候条件有密切关系外, 还受植被、耕作、
土壤有机质以及人为管理水平等因素的影响。张晋
爱等[21]研究了不同种植年限柠条林对土壤容重的影
响, 得出柠条林土壤容重介于 0.99~1.29 g·cm3之
间, 在 10~26 年内呈现递减趋势。安韶山等[22]、曹
成有等[23]、苏永中等[24]分别研究了 8年和 18年的柠
条林、0~28 年锦鸡人工林, 发现土壤容重均呈减少
趋势。上述研究工作限于林地表层土壤, 未涉及较
深土层土壤容重的变化。吴思政等[25]研究了土壤容
重与杏树生长的关系, 表明土壤容重对杏产量有显
著影响 , 在杏品种、分布、树龄、管理及土壤类
型相同情况下 , 杏单株产量和单位面积产量随土
壤容重减少而增大。可见, 土壤容重变化趋势不仅
与植被类型有很大关系, 也直接影响到果品产量与
质量。
渭北果园土壤容重发生着双方向的变化过程 ,
果园土壤在 20 cm以上各层土壤容重在健康园艺土
壤的标准范围内[26], 均小于 1.30 g·cm3, 且随园龄
增加, 土壤容重有减小趋势; 在 20 cm 以下土层各
果园土壤容重高于 1.30 g·cm3, 达到了影响根系延
伸的标准 , 且随园龄增加不仅土壤容重显著增大 ,
且容重增加的土层厚度也增厚。
土壤坚实度对植物生长和作物产量的影响已成
为为全球关注的问题之一, 主要原因在于使用重型
农业机械、人为的土壤耕作管理以及土壤干旱等因
素, 使土壤坚实度产生明显变化, 影响土壤水肥气
热状况, 影响植物生长和作物产量[26]。土壤坚实度
对植物根系穿插能力的影响在果树上体现得更为明
显, 尤其是底土紧实化直接影响根系伸长, 减小了
根系觅水觅肥空间。坚实度表征着土壤质地、结构
等理化性状, 也反映着土壤墒情。探讨土壤坚实度
变化规律与影响因子是评价根系生长物理条件的重
要内容。
渭北果园土壤坚实度整体上呈现出随园龄增加
而显著增大的趋势, 各园龄果园间在 0~20 cm 范围
不很明显, 而在 20 cm以下土层变异性显著; 20 cm
以上土层各果园土壤坚实度变异在 100~600 kPa 范
围, 不会影响根系生长, 20 cm以下土层果园土壤坚
实度接近或超过了限制根系延伸的 1 000 kPa标准,
尤其是 20年以上园龄的果园表现更为明显, 意味着
第 1期 孙 蕾等: 种植果树对土壤物理性状的双重效应 23


该果园果树根系已经承受明显的机械胁迫作用。果
园土壤 30 cm 以下土层紧实化和坚硬化程度增加,
限制了水分入渗和深层土壤墒情的修复, 表现为随
园龄增加其土壤上下层之间含水量差异更加明显。
土壤结构受自然生态环境变迁和人为生产管理
活动的影响很大, 由于耕作土壤扰动性较大, 土壤
结构退化现象严重, 已有资料中多数是研究农田土
壤结构的演变趋势。刘梦云等[27]研究了不同土地利
用方式下土壤团粒及微团粒状况, 发现团聚体总量
为天然草地>灌木林地>果园>农地>人工草地。江泽
普等 [28]曾研究不同年限红壤果园土壤团聚体状况 ,
结果为在 15 年内土壤大团聚体含量随种植时间延
长而降低, 在 30 年后逐渐增加; 1~0.25 mm 团聚体
不断下移, 在 20~40 cm土层积累。目前, 渭北果园
土壤结构体的变化趋势以及结构体变化与果树衰老
之间的关系研究报道尚少。
渭北旱塬果园表层土壤团聚体状况整体上较差,
>0.25 mm 水稳性团聚体含量为 112.91~241.36
g·kg1, 其中优势级别为 0.5~0.25 mm; 随着种植果
树年限的增加, >0.25 mm 水稳性团聚体含量增加,
20年以上果园比 10年以下果园高 1倍以上, 表明种
植果树对表层土壤的团聚有改善作用。
4 结论
长期种植果树对表层土壤结构具有明显保护和
改善作用, 却在深层发生着紧实化和坚硬化过程。
种植果树对土壤物理状况的双重效应体现在对 0~20
cm土层土壤结构具有改善作用, 而对 20 cm以下土
层土壤结构有破坏作用。果园土壤“深层的隐蔽性
退化过程”影响着果树根系健康生长, 应给予极大
关注。
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