基于獼猴桃樹體養分攜出量確定果園合理施肥量
——以周至縣俞家河流域為例

路永莉，周建斌，海龍，高晶波，張春紅，李林芝，馮家玉

（1.甘肅農業大學資源與環境學院，蘭州 730070；2.西北農林科技大學資源環境學院/農業農村部西北植物營養與農業環境重點實驗室，陜西 楊凌 712100；3.白銀市平川區寶積鎮人民政府，甘肅 白銀730913）

與糧食作物相比，經濟作物生產中高養分投入普遍存在[1-3]。據統計，全世界果樹和蔬菜所消耗的化肥量占全球化肥總施用量的15%[4-5]。中國作為世界上最大的化肥消費國，其中用于果樹和蔬菜生產的比例已超過30%[6]。調查結果顯示，1998—2008 年我國園藝類作物的平均化肥施用量為633 kg·hm-2[7]，其中果樹的平均化肥用量高達869 kg·hm-2[8]。2012—2013 年連續2 a 對陜西省周至縣獼猴桃主產區化肥用量調查的結果顯示，獼猴桃果園氮肥平均純氮用量為891 kg·hm-2，遠超世界其他國家的化肥用量（200～250 kg·hm-2·a-1）[9]和我國的推薦施肥量（N 350～500 kg·hm-2，P2O5186～266 kg·hm-2，K2O 286～350 kg·hm-2）[10]。大量調查研究結果表明，陜西省有近80%的果園氮肥投入過量，而約30%的果園磷鉀肥投入不足[2，11-12]。果園長期大量及不平衡養分投入導致果園土壤養分失調、果實產量不高、果品質量不佳、資源耗竭嚴重、環境污染加劇等一系列生產及生態環境問題[12-18]。

針對果園長期大量化肥投入及生態環境危害的問題，優化果園施肥顯得極為重要。掌握果園肥料養分的去向和樹體養分吸收量是優化果園合理施肥的前提和關鍵。在果園生產體系中，年生長周期內從果園攜出養分的主要途徑包括：葉片生長吸收、果實收獲攜出、枝條修剪移出、樹體吸收貯存及通過其他各種途徑（徑流、淋溶及氣態）進入環境而損失。但目前對獼猴桃果樹年生長周期內通過葉片生長吸收、果實收獲移出、枝條修剪帶走等途徑所需養分量尚不明確。因此，有必要對獼猴桃果園年生長周期內樹體養分攜出量進行研究。

鑒于此，本研究以我國獼猴桃主產區陜西省周至縣俞家河流域為研究區域，監測年生長周期內獼猴桃果園因葉片生長吸收、果實收獲和枝條修剪而攜出的實際養分含量，評估果園年生長周期內養分的需求量，并結合養分實際利用效率反推施肥量，旨在為優化果園施肥管理、減輕農業生態環境負荷提供科學指導。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究區位于秦嶺北麓陜西省周至縣俞家河流域（107°39′～108°37′E，33°42′～34°14′N）。該流域面積為412.37 hm2，域內海拔482～680 m，屬溫帶大陸性季風氣候，年均氣溫13.2 ℃，無霜期約225 d，年均降水量665 mm，且75%集中于5—9 月，年均光照時數2 154.7 h，日照充足，光熱資源豐富，灌溉方便，是獼猴桃優質栽種區域（圖1）。

1.2 研究方法與測定項目

1.2.1 研究方法

本研究采用調查與采樣分析相結合的方法。于2013—2016年在整個流域內選取了46個盛果期果園（樹齡7～19 a），其中秦美品種29 個、啞特品種10 個、華優品種7 個，具體樣點布設如圖1 所示。成齡獼猴桃果園的土壤基本理化性狀見表1。

表1 俞家河流域成齡果園土壤基礎理化性質Table1 The basic physical and chemical properties of kiwi-orchard soil in Yujiahe catchment

在果實收獲期（9 月下旬—10 月上旬）實地記錄所選果園果實采摘量，同時隨機選取3 棵果樹全部采摘并記錄總質量和果實個數，通過總質量與果實個數計算單果質量。

1.2.2 果實樣品采集與測定

果實收獲期（9 月下旬—10 月上旬）在選定果園中隨機選擇4棵果樹，并從每株果樹的東、西、南、北4個方向隨機采摘果實10～15 個，組成混合樣帶回實驗室，測定果實養分含量。養分含量測定時先將果實切片，烘干至恒質量，計算含水量，然后粉碎過0.25 mm篩備用。處理好的果實樣品采用H2SO4-H2O2消解，用全自動流動分析儀（AA3，Bran and Luebbe，德國）測定果實N含量，釩鉬黃比色法測定果實P含量，火焰光度計測定果實K含量[19]。

1.2.3 葉片樣品采集與測定

葉片凋落后（1 月上中旬），在選定獼猴桃果園中隨機選出同品種果園各3個，并在各果園中選取3 m×6 m 的樣方3個，統計單位面積果園上的落葉數，平均單個葉片質量，并采集落葉混合樣品帶回實驗室分析其養分含量。具體分析方法與果實樣品一致。

1.2.4 枝條樣品采集與測定

在冬季果樹集中修剪時（1 月上中旬）記錄各果園枝條修剪量，并于樹體生長的各個方向按照不同生長年限枝條的大致比例采集各生長年限的枝條樣品，組成混合樣品約1 kg，帶回實驗室，剪碎烘干至恒質量，計算含水量，然后粉碎過0.25 mm 篩備用，測定枝條中養分含量。具體分析方法與果實樣品一致。

1.3 果園施肥量的確定

在測定果園果實收獲攜出養分量、枝條修剪攜出養分量、葉片養分吸收量的基礎上，參考年生長周期內樹體貯存養分量，獲取年生長周期內果樹養分總吸收量。考慮到果樹吸收的養分部分來自土壤供應，部分來自外源肥料提供，故從樹體吸收總養分量中減去土壤供應量，即可確定肥料供應量。由于施入果園的肥料在當季并不會被果樹全部吸收，因此可利用養分利用率反推果園施肥量（圖2）。

果實養分攜出量（kg·hm-2）=果實產量（kg·hm-2）×[1-果實水分含量（%）]×果實養分含量（%，干質量）×10

修剪枝條養分攜出量（kg·hm-2）=枝條修剪量（kg·hm-2）×[1-枝條水分含量（%）]×枝條養分含量（%，干質量）×10

葉片吸收養分量（kg·hm-2）=單位面積葉片數（個·m-2）×10 000×單個葉片質量（g）×[1-葉片水分含量（%）]×葉片養分含量（%，干質量）×10

果園推薦施肥量（N/P/K）=[果實N/P/K攜出量（kg·hm-2）+修剪枝條N/P/K 攜出量（kg·hm-2）+葉片吸收N/P/K 量（kg·hm-2）+樹體N/P/K 貯量（kg·hm-2）-土壤提供N/P/K量（kg·hm-2）]÷N/P/K肥利用效率（%）

1.4 數據統計

本研究中數據均采用平均值（標準差）表示，采用Excel 2016 軟件整理和計算，采用Origin 8.5（Origin-Lab Corporatio，USA）軟件繪圖，采用SPSS V19.0 軟件進行方差分析（P＜0.05）。

2 結果與分析

2.1 不同品種獼猴桃果實產量、單果質量、單葉質量、葉個數和修剪枝條量

如表2所示，秦美、啞特和華優3個獼猴桃品種在果實產量、單果質量、單葉質量、單位面積葉片數及枝條修剪量間均未表現出顯著差異（P＞0.05）。秦美、啞特和華優3 個品種的果實產量平均值分別為34.51、34.23 t·hm-2和33.94 t·hm-2，單果質量的平均值分別為128.93、123.24 g 和122.41 g，單葉質量的平均值分別為2.76、2.66 g 和2.67 g，每平方米面積上的落葉數平均值分別為542.32、565.33 個和555.41 個，年生長周期內葉片生物量分別為15.14、15.03 t·hm-2和14.82 t·hm-2。秦美、啞特和華優3個品種年生長周期內單株樹體枝條修剪量的平均值分別為4.40、3.95 kg和4.03 kg，修剪枝條的生物量分別為7.90、8.30 t·hm-2和8.46 t·hm-2。

表2 不同品種獼猴桃果實產量、單果質量、單葉質量、葉個數及枝條修剪量Table2 Fruit yield，single fruit weight，single leaf weight，leaf number and pruning branches in different kiwifruit varieties

2.2 葉片、果實及修剪枝條的養分含量

不同品種獼猴桃葉片、果實及修剪枝條中的養分含量見表3。由表3可知，各品種葉片、果實及修剪枝條中養分含量間沒有顯著差異（P＞0.05）。獼猴桃葉片中平均養分含量呈現N（2.12%～2.22%）＞K（1.63%～1.65%）＞P（0.22%～0.25%），果實平均養分含量呈K（1.38%～1.43%）＞N（0.81%～0.89%）＞P（0.28%～0.30%），修剪枝條中平均養分含量為N（0.79%～0.83%）＞K（0.53%～0.70%）＞P（0.09%～0.12%）。

表3 不同品種獼猴桃葉片、果實及修剪枝條中的養分含量（%）Table3 The nutrient concentrations of kiwifruit，leaves and pruning branches in different varieties（%）

2.3 每生產單位質量葉片、果實和修剪枝條吸收的養分量

不同獼猴桃品種每千克葉片、果實及修剪枝條吸收的養分量見表4。秦美、啞特和華優3 個獼猴桃品種每千克葉片、果實及修剪枝條吸收的養分量間均沒有表現出顯著差異（P＞0.05）。每千克獼猴桃葉片平均吸收的N、P 和K 的量分別為2.81、0.31 g 和2.13 g；每千克獼猴桃鮮果平均吸收的N、P 和K 的量分別為1.40、0.47 g 和2.23 g；每千克修剪枝條平均吸收的N、P和K的量分別為3.70、0.47 g和2.94 g。

表4 不同品種獼猴桃1 kg葉片、果實及修剪枝條攜出的養分量（g）Table4 Nutrients removal by the harvest of 1 kg of leaves，fresh fruit，fresh pruning branches（g）

2.4 不同品種獼猴桃年生長周期內各器官養分攜出量

年生長周期內，不同品種獼猴桃葉片吸收、果實采摘攜出及枝條修剪攜出的養分量如圖3 所示。由圖3 可知，不同品種間的獼猴桃在葉片、果實和枝條養分吸收量上均無顯著差異。葉片生長吸收的N、P和K 的平均量分別為42.3、4.7 kg·hm-2·a-1和32.2 kg·hm-2·a-1；因果實采摘而攜出的N、P 和K 的平均量分別為54.7、18.7 kg·hm-2·a-1和87.7 kg·hm-2·a-1；因枝條修剪而攜出的N、P 和K 的平均量分別為25.7、2.7 kg·hm-2·a-1和16.0 kg·hm-2·a-1。

2.5 研究區獼猴桃果園N、P、K的推薦施用量

在測定年生長周期內獼猴桃葉片養分吸收量、果實養分攜出量及修剪枝條養分攜出量的基礎上，參考年生長周期內獼猴桃樹體N 貯藏量37.8 kg·hm-2·a-1、P 10.2 kg·hm-2·a-1和K 9.4 kg·hm-2·a-1[20]，獲得年生長周期內獼猴桃樹體N、P 和K 養分總吸收量分別為162、36 kg·hm-2·a-1和146 kg·hm-2·a-1（表5）。其中來自土壤的N、P 和K 養分量為123.2、30.6 kg·hm-2·a-1和125.0 kg·hm-2·a-1，來自肥料的養分量為38.0、5.4 kg·hm-2·a-1和20.0 kg·hm-2·a-1。依據N、P和K的肥料利用效率為10%、7%和23%，確定成齡獼猴桃果園施肥量為N 380 kg·hm-2·a-1、P 77 kg·hm-2·a-1和K 87 kg·hm-2·a-1。

表5 獼猴桃果園N、P和K養分吸收量及推薦施肥量Table5 N，P and K absorption and recommended fertilization rates in kiwi orchard

3 討論

3.1 不同品種獼猴桃年生長期內各器官養分含量及生物量

本研究結果表明，不同品種獼猴桃葉片、果實及修剪枝條中養分含量間無顯著差異（P＞0.05）。其中葉片中含量為N 2.12%～2.22%、P 0.22%～0.25%、K 1.63%～1.65%，該結果與王健[20]和來源等[23]的研究結果一致。果實中含量為N 0.81%～0.89%、P 0.28%～0.30%、K 1.38%～1.43%，其中P 含量高于新西蘭獼猴桃果實P 含量（0.13%）[24-25]，這與研究區果園土壤P 背景值較高有關（表1）。修剪枝條中含量為N 0.79%～0.83%、P 0.09%～0.12%、K 0.53%～0.70%，這與新西蘭獼猴桃修剪枝條中養分含量吻合[24-25]。年生長周期內，不同品種獼猴桃在果實產量、葉片生物量及枝條修剪量間均無顯著差異（P＞0.05）。秦美、啞特和華優3 個品種果實產量分別為34.51、34.23 t·hm-2和33.94 t·hm-2，葉片生物量分別為15.14、15.03 t·hm-2和14.82 t·hm-2，枝條修剪量分別為7.90、8.30 t·hm-2和8.46 t·hm-2。不同品種獼猴桃樹體因各器官生物量及其養分含量間均無顯著差異，所以年生長周期內不同品種獼猴桃各器官生長所需養分量一致，因此不同品種獼猴桃果園可采用統一的養分管理模式。

3.2 獼猴桃年生長期內各器官養分吸收量及合理施肥量

年生長周期內，獼猴桃葉片累積生物量為15.0 t·hm-2，吸N 42.3 kg·hm-2、P 4.7 kg·hm-2、K 32.2 kg·hm-2；研究區平均果實產量為34.2 t·hm-2，每年因果實收獲所攜出養分量為N 54.7 kg·hm-2、P 18.7 kg·hm-2、K 87.7 kg· hm-2；因冬季枝條修剪移出的養分量為N 25.7 kg·hm-2、P 2.7 kg·hm-2、K 16.0 kg·hm-2；因樹體生長而貯藏的養分量為N 37.8 kg·hm-2、P 10.2 kg·hm-2、K 9.4 kg·hm-2[20]。本研究結果顯示，樹體各器官養分吸收量呈現果實N/K 吸收＞葉片N/K 吸收＞樹體N/K貯藏＞枝條修剪N/K 移出；果實P 吸收＞樹體P 貯藏＞葉片P吸收＞枝條修剪P移出。

年生長周期內，獼猴桃樹體各器官所需養分主要來自土壤和外源肥料，其中土壤養分供應量遵循斯坦福土壤供肥公式，且土壤養分供應量與土壤實際測定值呈正相關關系[26]。大量研究表明，果園施肥量遠高于農田，長期大量的肥料投入已造成果園土壤養分大量累積[1，15，27]，本研究區果園土壤速效磷和速效鉀含量高達87.7 mg·kg-1和361.9 mg·kg-1，0～100 cm 土壤剖面內NO-3-N 的累積量為466.4 kg·hm-2（表1）。劉芬[21]通過對陜西省不同區域111 個果園“3414”試驗點進行數據分析，獲得果園土壤養分貢獻率分別為N 76.6%、P 85.1%、K 86.2%。果園土壤較高的養分供應量導致肥料養分貢獻率較低，同時長期果園養分累積與盈余造成果園肥料利用率極低，BELLARBY 等[22]的研究報道，近30 a 我國山東果園平均肥料利用率為N 10%、P 7%、K 23%。本研究在測定獼猴桃年生長周期內養分需求量的基礎上，區分了土壤供應量和肥料供應量，結合果園實際肥料利用率確定成齡獼猴桃果園施肥量為N 380 kg·hm-2·a-1、P2O5176 kg·hm-2·a-1和K2O 106 kg·hm-2·a-1，N∶P2O5∶K2O 為1∶0.5∶0.3，這與前人研究中獼猴桃果園施肥量（N 413 kg·hm-2·a-1、P2O5211 kg·hm-2·a-1、K2O 168 kg·hm-2·a-1）[20]及N、P、K比例（1∶0.3∶0.5）[27]相比，N 肥用量基本一致，P 肥稍有降低，K 肥用量及比例明顯降低，其主要原因在于：（1）以往果樹推薦施肥量多以果實養分吸收量這一指標來衡量[28]，忽略了土壤養分供應量；（2）果樹作為多年生木本植物，因長期大量肥料施入造成土壤有效養分含量增加，土壤貢獻率大幅提高[15，21]；（3）北方石灰性土壤是富K土壤，土壤K背景值較高[27]。

3.3 果園養分優化管理與生態環境健康

目前，果園過量施肥問題已非常普遍，關于優化果園養分管理及合理施肥量前人已做了大量的研究，如KLEIN 等[28]的研究指出，果園施N 量一般應為果實吸N 量的3～4 倍，趙佐平等[11]基于果農實際N 素投入量及特點分析果園N 負荷，結果表明果園N 負荷增加且環境風險較大。路永莉等[10]調查研究表明，俞家河流域50%以上的果園肥料施用過量，造成果園土壤養分大量累積，并隨水向下層土壤乃至地下水遷移。GAO 等[29]的研究表明，與農田相比，研究區獼猴桃果園0～10 m 土壤剖面內平均硝態氮累積量為7 113 kg·hm-2，97%的地下水樣品的硝態氮濃度超過了WHO標準。本研究在測定獼猴桃樹體各器官養分需求量的基礎上，不僅考慮果樹生長對養分的需要，還考慮土壤養分的持續供應，最終確定了果園的合理施肥量。本研究結果顯示，不同品種成齡獼猴桃果園養分管理可采用統一管理模式，年生長周期內需施N 380 kg·hm-2、P2O5176 kg·hm-2、K2O 106 kg·hm-2，N∶P2O5∶K2O 為1∶0.5∶0.3，其可作為該流域兼顧產量和環境生態健康的推薦施肥量。

4 結論

（1）不同品種獼猴桃（秦美、啞特和華優）單葉質量、葉片量、果實產量、單果質量和修剪枝條量間均無顯著差異；葉片、果實及修剪枝條中的養分含量也無顯著差異。因此，不同品種成齡獼猴桃果園可采用統一的養分管理模式。

（2）年生長周期內果園因葉片吸收、果實收獲、枝條修剪和樹體貯藏的總養分量為N 162 kg·hm-2、P 36 kg·hm-2、K 146 kg·hm-2，其中來自肥料提供的養分量為N 38.0 kg·hm-2·a-1、P 5.4 kg·hm-2·a-1和K 20.0 kg·hm-2·a-1。結合土壤供肥比例及果園肥料利用效率，確定果園施肥量分別為N 380 kg·hm-2·a-1、P2O5176 kg·hm-2·a-1、K2O 106 kg·hm-2，N∶P2O5∶K2O 為1∶0.5∶0.3。