棗棉套作農田土壤養分時空分布特征

馬彥茹，耿慶龍，陳署晃，賴 寧，王新勇

(新疆農業科學院土壤肥料與農業節水研究所/新疆農業科學院綠洲養分與水土資源高效利用重點實驗室，烏魯木齊　830091)

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棗棉套作農田土壤養分時空分布特征

馬彥茹，耿慶龍，陳署晃，賴 寧，王新勇

(新疆農業科學院土壤肥料與農業節水研究所/新疆農業科學院綠洲養分與水土資源高效利用重點實驗室，烏魯木齊830091)

摘要：【目的】揭示棗棉套作模式下土壤養分時空分布規律，為棗棉套作模式合理施肥及土壤環境健康、可持續發展提供科學依據。【方法】測定和分析不同樹齡棗棉套作模式下0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm土層中全氮、有機質、堿解氮、速效磷和速效鉀不同分異規律。【結果】隨著種植年限(2～6 a)的增加，土壤全氮、堿解氮、有機質隨著種植年限的增加呈現下降趨勢，而土壤速效磷含量變化則相反，土壤速效鉀含量在套作第6 a時含量較2 a、4 a高。在棗樹帶區內，離棗樹越近，土壤養分含量越低、在棉作區，離棗樹越遠，土壤養分含量越高。土壤養分的含量以表層含量最高，隨著土層深度的增加，土壤養分含量降低。隨著種植年限(2～6 a)的增加，在垂直方向上各層次土壤養分含量的變化均顯著(P<0.05)。【結論】在棗樹帶及近棗樹帶區(0～1 m)和棉作物區(1～2 m)形成雙水肥系統管理，對棗棉套作系統進行水肥分區管理，有利于科學合理施肥。

關鍵詞:棗棉套作；土壤養分；時空分布

0引 言

【研究意義】近年來，新疆的南疆三地州林果總面積已經達到50.4×104hm2，林果業發展迅速，約占三地州耕地總面積的80%[1]，逐漸形成了南疆三地州特有的果農復合生產模式。原有的施肥方式及耕作制度發生了很大的變化，農田土壤養分狀況產生了新的不平衡現象。【前人研究進展】目前，對果農套作種植模式的研究主要集中在化感效應[2-3]對果農系統的作物生長的影響，果農套作系統小氣候特征[4-6]，果農套作模式下農作物的生長發育與產量結構等方面[7-10]，這些研究對果農套作中選擇適宜的套作模式，提高作物產量、生態效益和經濟效益具有重要的指導意義。【本研究切入點】棗棉套作系統改變了土壤養分的空間分布特性[11]，研究表明，土壤氮含量均在垂直和水平兩個方向上有明顯的空間變異性[12]。目前有關棗棉間作土壤養分累積狀況研究較少，研究采用定點取樣調查的方法來分析棗棉間作土壤時空分布特征。【擬解決的關鍵問題】研究選擇南疆典型的棗棉套作系統，對土壤養分進行定位監測，以期全面、正確掌握棗棉套系統土壤肥力情況，為制定科學的施肥措施、合理的施肥方案提供理論依據，實現棗糧套作系統可持續生產。

1 材料與方法

1.1 材 料

研究地點位于新疆麥蓋提縣(E76°52'30"～77°29'30"，N37°57'30"～ 38°19'00")。地勢由西南高，東北低，地勢平緩。氣候屬典型的大陸性干旱氣候，降水量少，平均年降水量為39.4 mm，年平均氣溫11.4℃。

研究區內土壤類型以灌淤土為主，以棗棉套作系統土壤作為測試材料。棗樹栽植時間分別為 2008、2010、2012年，株行間距為3 m×4 m，棉花四幅膜種植，膜間距 30 cm，一膜 2 行，行間距 50 cm，株間距 10 cm。棗樹品種為駿棗(ZiziphusjujubaMill. ‘Junzao’) ，棉花品種為中棉所 49 號(Gossypiumspp) 。圖1

圖1棗棉套作系統土壤養分采樣點布局
Fig.1Setting of jujube-grain intercropping of system of soil nutrient sampling sites

1.2方 法

1.2.1監測點的布設及采集

取樣點布設以一行棗樹帶為中心，在平行于棗樹帶兩側，間距棗樹50 cm，分別布設采樣點，一直布設到棗樹行距1/2處(作物中心位置附近處)，設置3個重復，取樣深度分別為0～20 cm(表層)、20～40 cm(中層)、40～60 cm(下層)。每個樣點均為5個土壤混合樣。共采集土壤樣品243個，取樣時間為2014年11月 (棉花收獲后)，棗棉套作種植年限分別為 2、4和6 a。圖1

1.2.2土壤養分的測定

土壤樣品分析項目包括全氮、有機質、堿解氮、速效磷、速效鉀。全氮含量采用凱氏定氮法；有機質含量采用重鉻酸鉀法；堿解氮含量采用堿解擴散法；速效磷含量采用碳酸氫鈉浸提—鉬銻抗分光光度法；速效鉀含量測定采用醋酸銨浸提—火焰光度計測定法。

1.3數據統計

試驗中獲得每處理3個重復的數據均采用SPSS17.0進行統計分析和顯著性檢驗(Duncan 法，P<0.05)，EXCEL繪制圖形。

2結果與分析

2.1棗棉套作模式下土壤養分統計描述

根據經典統計學原理，利用SPSS17.0對不同種植年限0～60 cm土壤養分進行描述性統計分析，結果表明,從整體上看，土壤全氮、堿解氮、有機質隨著種植年限的增加呈現下降趨勢，而土壤速效磷含量隨著種植年限的增加呈現增加趨勢；土壤速效鉀含量在套作第6 a時含量較2、4 a都高。表1

表1不同種植年限棗棉套作土壤養分統計特征值
Table 1Characteristics of jujube trees in test area

種植年限Plantingage土壤養分Soilnutrients樣本數Samplenumber均值Mean最小值Min最大值Max標準差S.D.變異系數C.V.2年Towyears全氮(g/kg)810.390.110.790.20.51有機質(g/kg)817.451.7315.214.040.54堿解氮(mg/kg)8162.7719.1118.825.590.44速效磷(mg/kg)8111.641.437.87.580.66速效鉀(mg/kg)81885422431.820.364年Fouryears全氮(g/kg)810.370.110.720.180.49有機質(g/kg)817.151.9213.843.430.48堿解氮(mg/kg)8157.1212.3140.623.530.41速效磷(mg/kg)8115.581.76513.530.87速效鉀(mg/kg)8185.34715922.450.266年Sixyears全氮(g/kg)810.360.110.890.170.47有機質(g/kg)816.982.2315.543.240.46堿解氮(mg/kg)8153.1912.3135.121.560.38速效磷(mg/kg)8119.412124.5190.98速效鉀(mg/kg)81150.0910122130.280.20

一般來說，當變異系數CV≤0.1時為弱變異性；CV在0.1～1.0時為中等變異性；CV≥1.0時為強變異性。總體上來講，棗棉套作模式下不同種植年限各養分0～60 cm的變異系數范圍分別為：全氮0.47～0.51，有機質0.46～0.54，堿解氮0.38～0.44，速效磷0.66～0.98，速效鉀0.20～0.36，均屬于中等變異水平；0～60 cm土壤中速效磷變異系數最大，速效鉀變異系數最小。隨著種植年限的增加，全氮、堿解氮、有機質、速效鉀的變異系數呈現降低的趨勢(P<0.05)。

2.2 棗棉套作模式下土壤養分時間變異特性

土壤各養分含量的高低在種植2 、4 和6 a中距樹距離呈不同規律。棗樹帶區(距棗樹0～0.5 m)，土壤有機質、全氮、速效磷含量表現為6 a>4 a >2 a；土壤速效鉀含量表現為6 a >2 a >4 a，堿解氮含量土壤表現為2 a >4 a >6 a。

近棗樹帶區(0.5～1 m)土壤全氮、有機質含量為4 a >2 a >6 a，堿解氮含量隨著種植年限的增加而減少，速效磷含量為4 a >6 a >2 a，速效鉀含量為6 a >4 a >2 a。

棉花種植區(1～2 m)土壤有機質、全氮、堿解氮含量均表現為種植2 a較種植4和6 a高，土壤速效磷含量為4 a較2 、6 a高，土壤速效鉀含量為種植6 a較2、4 a高。圖2

圖2棗棉套作不同年限土壤養分變化(P<0.05)
Fig .2 Characteristics of nutrient in jujube-grain intercroppingunder different cultivating years(P<0.05)

2.3 棗棉套作模式下土壤養分空間變異特性

棗棉套作不同種植年限在0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm隨著與棗樹距離的增大土壤養分所表現出的空間變化情況。

棗棉套作2 a 0～20 cm土壤有機質、全氮、堿解氮含量均表現為在距棗樹2 m處含量達到最大值，分別為12.291 g/kg、0.628 g/kg和81.93 mg/kg，20～40 cm土壤有機質、全氮、堿解氮含量表現與0～20 cm時一致分別為10.025 g/kg、0.517 g/kg和79.53 mg/kg。在40～60 cm有機質、全氮、堿解氮、速效磷最大值分別位于距棗樹1、1、2、1 m處。土壤速效鉀各層含量值變化不大，20～40 cm和40～60 cm最大值出現在距樹0.5 m處，0～20 cm最大值在0處。圖3

棗棉套作4a的0～20 cm、20～40 cm土壤有機質、全氮含量隨著與棗樹間距的增大呈現先降低后增加再降低的趨勢，在近棗樹帶(1 m)處出現最大值，分別為9.852、8.976、0.508和0.463 g/kg；40～60 cm土壤有機質、全氮含量隨著與棗樹間距的增大呈現降低—增加—降低—增加的趨勢，棗樹帶區(0 m)、棉花作物區(2 m)較近棗樹帶區(0.5～1.5 m)含量高。土壤堿解氮在40～60 cm均表現為隨著與棗樹間距的增大呈現降低趨勢，在棗樹區0 m處含量最高為62.6 mg/kg；0～20 cm土壤堿解氮表現為隨著與棗樹間距的增大呈現增加趨勢，20～40 cm的土壤堿解氮含量最高為67.2 mg/kg，距樹距離0.5 m處。0～20 cm、40～60 cm土壤速效磷在棗樹區1 m處含量最高，為23.2和19.73 mg/kg，20～40 cm土壤速效磷在棉花作物區(2 m)達到極值，土壤速效磷各土層在棗樹帶區(0 m)處含量最低。土壤速效鉀各土層隨著與棗樹間距的增大變化差異不大。圖4

圖3棗棉套作2 a土壤養分空間變化(P<0.05)
Fig. 3 Spatial change of soil nutrients in jujube-grain intercropping in two years(P<0.05)

圖4棗棉套作4 a土壤養分空間變化(P<0.05)
Fig. 4 Spatial change of soil nutrients in jujube-grain intercropping in four years(P<0.05)

棗棉套作6 a的土壤各層次有機質、全氮含量均在0～40 cm離棗樹0.5 m處達到最大值，40～60 m在1 m處含量最高為7.464 g/kg。土壤各層堿解氮分別在離棗樹0 m處含量最高，分別為72.6、87.8和62.6 mg/kg；隨著與棗樹間距的增大土壤各層堿解氮都變現為降低-增加-降低的規律。速效磷含量均在距棗樹0.5 m處達到最大值為42.1、48.8和29.5 mg/kg，速效鉀各層含量呈現類似規律，隨著與棗樹間距的增大先增加后降低，均在距棗樹0.5 m處含量最高，不過隨著深度增加含量有所增加。圖5

圖5棗棉套作6 a土壤養分空間變化
Fig 5 Spatial change of soil nutrients in jujube-grain intercropping in six years(P<0.05)

3討 論

在套作系統中，養分元素(尤其是氮、磷、鉀)的投入歷來受到重視[5,13]。通過對棗棉套作土壤養分時空變化特征調查分析，發現棗棉套作隨種植年限的增加土壤全氮、堿解氮、有機質呈現下降趨勢(P<0.05)，其原因可能是棗棉套作系統中根系分布密集，而產生引起養分競爭導致[14-15]；而土壤速效磷含量則呈相反趨勢(P<0.05)，土壤速效鉀含量也有上升趨勢。紅棗、棉花各自對養分的需求量、需求時期各不相同，所需養分的形態與種類也不盡一樣。養分供應不足時，必然引起作物個體之間的生長、發育、生態以及其生態位改變，即引起養分競爭[16-18]。土壤全氮、堿解氮、有機質呈現下降趨勢，應該和農民施肥種類以及用量有關，說明對有機肥料及氮素的投入不夠，導致土壤質量下降。土壤速效磷含量增加，則可能與農民偏施磷酸二銨，而磷素利用率低、移動性差有關。研究雖然從土壤養分的角度，分析了棗棉套作對土壤養分時空變化規律影響，研究結果對果農間作模式耕地質量提升提供技術基礎，但由于土壤養分變化過程極為復雜，對土壤養分運移的過程中產生的機理以及相關的植物生理特性仍需進一步深入研究。

4結 論

4.1隨著種植年限(2～6 a)的增加，土壤全氮、堿解氮、有機質隨著種植年限的增加呈現下降趨勢，而土壤速效磷含量變化則相反，土壤速效鉀含量在套作第6 a時較2、4 a都高。土壤全氮、堿解氮、有機質、速效鉀含量的變異系數呈現降低的趨勢。

4.2從整體上來看在棗樹帶區內，離棗樹越近，土壤養分含量越低、在棉作區，離棗樹越遠，土壤養分含量越高。隨著種植年限(2～6 a)的增加，棗樹帶區(距棗樹0～0.5 m)，土壤有機質、全氮、速效磷含量呈現增加趨勢，堿解氮含量土壤表現為下降；近棗樹帶區(0.5～1 m)土壤有機質、全氮含量為4 a>2 a>6 a，堿解氮含量則下降；棉花種植區(1～2 m)土壤各養分變化規律不相同。

4.3從整體上來看土壤養分的含量以表層含量最高，隨著土層深度的增加，土壤養分含量降低。隨著種植年限(2～6 a)的增加，在垂直方向上土壤養分含量的層次變化均非常顯著(P<0.05)。

在了解土壤養分時空變化特征的基礎上，更重要的是如何調控，培肥地力，保持土壤可持續發展，從而提高經濟產量和效益是當地農民關注的問題。應加強水肥管理，形成棗棉套作雙水肥控制系統，增加紅棗與棉花間根障設置，減少養分競爭，從而最大程度地提高生態、經濟及社會效益，更好的發揮果農套作系統的優勢。

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Spatial-temporal Distribution of Soil Nutrient in Jujube-grain Intercropping System

MA Yan-ru, GENG Qing-long, CHEN Shu-huang, LAI Ning, WANG Xin-yong

(ResearchInstituteofSoil,FertilizerandAgriculturalWaterConservation,XinjiangAcademyofAgriculturalSciences/KeyLaboratoryofOasisNutrientandEfficientUtilizationofWaterandSoilResourcesUrumqi830091,China)

Abstract：【Objective】 Revealing the space-time distribution of soil nutrients in jujube-grain intercropping system，the researching results can provide the important geochemical evidence for rational agricultural programming, planting, soil improvement and scientific fertilization.【Method】Total nitrogen ,organic matter, available N , available P, available K in jujube-crops intercropping system of soil nutrient in layer of 0-20,20-40，40-60 cm were determined and analyzed.【Result】With the increase of the planting fixed number of year (2-6 a), soil total nitrogen, available nitrogen, organic matter increased with increasing years of planting a declining trend, and soil available p content changes, on the other hand, soil available potassium content in interplanting 6 content is higher than 2 years, 4 years.On the whole in Chinese jujube area, the nearer the jujube, the less soil nutrient, in cotton area, the farther from Chinese jujube, the more soil nutrients.The highest content in surface soil nutrient content, with the increase of soil depth, soil nutrient content is lower.With increasing years of planting (2-6 a) the increase of soil nutrient content in the vertical direction of level changes were very significant (P< 0.05). 【Conclusion】Recommended in nearly jujube belt and belt region (0 and 1 m) and cotton crop belts (1-2 m) to form double fertilization system management, to date a cotton padded covering for system partition management, water so that the scientific and reasonable fertilization.

Key words:jujube-crops intercropping; soil nutrients; spatial-temporal distribution

中圖分類號：S35;S665.1

文獻標識碼：A

文章編號：1001-4330(2016)03-0510-08

作者簡介:馬彥茹(1962-)，女，天津人，助理研究員，研究方向為農業資源環境及土壤肥料，(E- mail)564819139@qq.com通訊作者:耿慶龍(1982-)，男，山東人，副研究員，研究方向為農業遙感及地理信息技術農業應用，(E-mail)qlgeng163@163.com

基金項目:國家自然科學基金項目(41261075)

收稿日期：2016-01-06

doi:10.6048/j.issn.1001-4330.2016.03.017

Fund project:Supported by NSFC(41261075)