不同種植模式下蘋果園土壤氮磷養分的分布特征

董貞凱 ，穆興民 ，李朋飛 ，趙沛義，田耀金

(1.浙江省水利水電勘測設計院，浙江 杭州 310000；2.西北農林科技大學黃土高原土壤侵蝕與旱地農業國家重點實驗室，陜西 楊凌 712100；3.中國科學院水利部水土保持研究所，陜西 楊凌 712100； 4.西安科技大學測繪科學與技術學院，陜西 西安710000； 5.內蒙古自治區農牧業科學院資源環境與檢測技術研究所，內蒙古 呼和浩特 010000)

土壤養分作為影響蘋果產量的重要因素，為蘋果生長發育提供必需的氮磷等營養元素。黃土高原是我國蘋果優生區之一[1-2]，近些年蘋果種植面積不斷增加，土壤中養分大量消耗，導致土壤肥力下降。為保證蘋果的高產穩產，每年需要投入大量的肥料[3-4]，致使土壤中的養分分布發生變化。因此，許多學者針對黃土高原地區喬化蘋果園土壤養分分布狀況做了較多研究。張麗娜等[5]研究了從陜北到關中不同地區果園土壤養分分布特征及差異，發現果園養分在0～80 cm土層變化顯著，并對各地區果園提出相應的氮磷施肥建議；冉偉等[6]研究了渭北地區不同年限果園土壤中的氮素累積和分布狀況，發現氮素在土壤深層處產生了累積，而且與施肥量具有顯著相關性；陳翠霞等[7]以洛川、禮泉兩地果園為研究對象，分析了施氮量與土壤中硝態氮累積的關系，認為過量施肥是造成土壤硝態氮累積的主要原因。然而，以上研究主要分析了黃土高原喬化蘋果園土壤養分變化差異，忽略了矮化蘋果園建園數量和面積正在迅速增加的現狀[8]。黃土高原地區新建蘋果園數量中超90%為矮化蘋果園[9]，逐漸替代傳統的喬化蘋果園。喬化蘋果園和矮化蘋果園在種植、施肥等管理上差別較大，對土壤氮磷養分的影響也不同。故本文選擇陜西千陽縣2種不同種植模式下的蘋果園進行采樣，分析比較不同土壤剖面土層氮磷養分含量差異及分布特征，以期為該區域果園科學的施肥管理提供參考依據，促進精準農業的發展。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究區域位于陜西千陽縣(34°45′ N，107°09′ E，海拔710～1 545.5 m)，南北為山地，中部為斷陷盆地，溝壑縱橫。該區域屬暖溫帶半大陸性氣候，多年平均氣溫10.9℃，最高氣溫超過35℃，年均蒸發量714.4 mm，年平均降水量641.1 mm。土壤類型為壚土、褐土[10]，耕地集中在谷地和殘原地區，小麥、玉米為主要糧食作物，適宜種植蘋果，蘋果種植面積將近4 000 hm2[11]。

1.2 土壤樣品采集方法

矮化蘋果園位于崔家頭鎮(圖1)，由寶雞華圣果業有限責任公司建立的現代蘋果種植基地，為矮化自根砧蘋果[12-13](在矮化砧木上直接嫁接蘋果品種，僅嫁接一次進行繁殖苗木，栽植后第二年結果，4～5 a可達到豐產期，產量達60 000～75 000 kg·hm-2)。矮化蘋果樹為寬行密植，樹齡6 a，株間距0.8～1.0 m，行間距為3.5 m，每公頃2 850株左右，樹體為紡錘形，樹冠垂直投影1 m2左右，籬架栽培，安裝水肥一體化滴灌系統，滴管固定在距離地面高度40 cm的水平鋼絲上，貼近樹干，如圖2。建園時開展土地平整等措施，園區地勢平坦，機械化作業方便。崔家頭鎮的矮化果園選取富士蘋果和嘎拉蘋果種植區，避開園區邊緣并選取這2個種植區形狀規則的地塊各2 hm2，均勻布設土壤采樣點，每0.67 hm2為一個樣地，每個樣地均勻分為3個地塊，選擇地塊對角線交點附近的果樹樹冠垂直投影處采樣(距離果樹樹干75 cm左右) ，鉆取1個土芯，每10 cm一層，分為10層。2個種植區共計18個土芯，180個土壤樣品。

喬化蘋果園位于張家塬鎮(圖1)，由農戶小規模種植經營管理，面積0.67 hm2，是傳統的喬化蘋果樹，品種單一，為富士。樹齡8～15 a，果樹行間距4 m，株間距3 m，果園灌溉施肥方式為大水漫灌和開溝施肥。果園形狀為矩形，采樣時將其劃分為3個地塊，每個地塊選擇對角線交點附近的樹冠垂直投影處采樣，并錯開施肥點，共采取3個土芯，每10 cm一層，分為10層，共計30個土壤樣品。

土壤樣品采集時間為2020年5月，篩除根系后，放置于陰涼處陰干，研磨后過0.25 mm和1.0 mm土篩，用自封袋帶回實驗室，以測定相應指標。

1.3 果園肥料施用情況

矮化蘋果園根據蘋果不同生長時期的養分需求以及樹體營養生長狀況進行多次分期施肥，施肥方式為水肥滴灌。據寶雞華圣果業種植中心施肥記錄顯示，富士和嘎啦的氮磷施用比分別為1∶0.6、1∶0.7，氮肥施用量較多，施肥時間跨度較大，為3～11月份(表1)。周邊地區喬化富士蘋果園施肥量以及化肥種類差別較大，施肥次數和時間比較固定，集中在3月、6月和9月，但施肥量較矮化果園高3倍左右。

表1 果園純氮磷肥施用情況

1.4 測定項目及方法

全氮采用半微量開氏定氮法[14]，全磷采用NaOH熔融—鉬銻抗比色法[15]，有效磷采用NaHCO3浸提—鉬銻抗比色法[16]。

1.5 數據處理

利用SPSS對不同品種間同一土層、同一品種不同土層的全氮、全磷和有效磷進行單因素方差分析處理和相關性分析。土壤養分分級參照全國第二次土壤普查養分分級標準[17](表2)，各養分指標均分為6個等級水平，分別為1級(很豐富)、2級(豐富)、3級(中等)、4級(缺乏)、5級(較缺乏)、6級(極缺乏)。數據變異性：低于10%為弱變異；10%～30%之間為中等變異；高于30%為強變異[18-19]。

表2 土壤養分分級標準對照表

2 結果與分析

2.1 果園土壤養分變化特征

2.1.1 不同果園0～100 cm土層土壤氮磷養分變化特征 不同種植模式下矮化蘋果園與喬化蘋果園0～100 cm土層土壤全氮和有效磷含量差異達顯著水平(P<0.05)。如圖3所示，喬化種植模式下富士蘋果園的全氮含量顯著高于矮化種植模式下富士、嘎啦蘋果園，增量分別為0.16、0.13 g·kg-1；矮化種植模式不同蘋果品種之間土壤全氮含量無顯著差異，嘎啦蘋果園全氮含量僅高出富士蘋果園0.03 g·kg-1。各種植模式下果園0～100 cm土層土壤全磷含量無顯著差異，喬化種植模式下富士蘋果園土壤全磷含量僅比矮化種植模式下富士、嘎啦蘋果園分別高0.05、0.07 g·kg-1。喬化種植模式下蘋果園土壤有效磷含量與矮化種植模式下富士、嘎啦蘋果園土壤有效磷含量差異顯著，前者分別比后者高44.03、47.53 mg·kg-1；矮化蘋果園不同品種間土壤有效磷含量無顯著差異。

2.1.2 不同土層深度果園土壤氮磷養分變化特征 果園不同土層間的土壤氮磷含量變化如表3所示，矮化富士、矮化嘎啦和喬化富士蘋果園土壤全氮含量變異性分別為強變異、中等變異、中等變異；全磷含量變異性分別為：中等變異、中等變異、強變異；有效磷含量變異性均為強變異。不同土層全量養分含量的變化相對較小，有效磷含量變化比較劇烈，離散程度較大，說明有效磷在土層中具有明顯的聚集性。因此，根據表1對各土層養分含量進行評估劃分等級。矮化蘋果園0～20 cm土層的養分含量等級多為2、3級，即豐富和中等，20 cm深度以下土層為4～6級，多表現為養分缺乏甚至極度缺乏；而喬化蘋果園0～100 cm土層養分含量的變化趨勢更加劇烈，0～40 cm土層養分多為1～3級，含量很豐富，40 cm深度以下土層為4～6級，養分含量較為缺乏。

表3 果園0～100 cm各土層全氮、全磷和有效磷含量

矮化蘋果園與喬化蘋果園不同土層土壤氮磷養分含量差異達到了顯著性水平(P<0.05)，如圖4所示。矮化富士蘋果園淺層土壤全氮含量變化幅度相對較大，并且全氮含量隨土層深度增加而降低，在20～40 cm土層處差異顯著，40 cm土層深度以下全氮含量變化趨于穩定；矮化嘎啦蘋果園土壤全氮含量隨土層深度增加而緩慢降低，在10～40 cm土層處差異顯著，之后趨于穩定；喬化富士蘋果園土壤全氮含量變化相對劇烈，在40～50 cm土層處陡降，50 cm土層深度以下趨于穩定。矮化富士、嘎啦蘋果園土壤全磷含量隨土層深度增加而緩慢降低，均在30～50 cm土層處發生顯著變化，之后趨于穩定；而喬化蘋果園淺層土壤全磷含量變化幅度相對較大，在40～50 cm土層處陡降，50 cm土層深度以下基本不變。矮化富士、嘎啦蘋果園土壤有效磷含量在0～10 cm土層土壤中的聚集顯著，分別占其0～100 cm土層總量的37.23%、38.90%；而喬化蘋果園土壤有效磷含量主要聚集在0～40 cm土層中，約占其0～100 cm土層總量的85.24%。

2.2 土壤氮磷養分含量與土層深度的變化關系

如表4、圖5所示，各蘋果園的土壤養分含量與土層深度存在顯著負相關關系(P<0.05)，隨著土層深度的增加，土壤中的養分含量減少，但其變化趨勢不同。矮化富士蘋果園土壤全氮、全磷和有效磷含量隨土層深度的變化過程更符合冪函數的變化關系，僅0～20 cm深度土層的養分含量下降較快；喬化富士蘋果園土壤全氮、全磷和有效磷含量隨土層深度的變化過程更符合對數函數的變化關系，整體下降趨勢明顯。

表4 土壤氮磷養分與土層深度的相關系數

3 討 論

本研究結果表明，矮化蘋果園品種間各養分含量差異不明顯，但與喬化蘋果園相比，土壤全氮、全磷和有效磷含量均相對較低，尤其是有效磷含量，是喬化蘋果園有效磷含量的1/7～1/14。說明在氣候、地形、土壤母質等外部因素基本一致的情況下，不同種植管理模式土壤養分含量之間的差異，主要是由施肥管理造成的。矮化蘋果園的施肥方式為水肥一體化滴灌，直接滴灌在地表，分期分量多次施肥。蘋果不同生長時期的養分需求是不同的，水肥一體滴灌方式可以根據施用果樹各時期所需要的營養元素進行針對性的施肥，肥料的利用率較高，養分在土壤中的殘留也相應減少[20-21]。與矮化蘋果園相比，喬化蘋果園的施肥方式為溝施，果農使用機械開溝，深度為30 cm左右，一次性施用較多肥料，果樹無法及時吸收利用各類養分，使土壤中養分的殘留量增加。2種種植管理模式均導致土壤養分在0～40 cm深度的淺層聚集現象，深層土壤養分含量相對穩定，這與曹裕等[22]、高義民等[23]人研究相似。但由于矮化蘋果樹的根系淺無主根，且多為須根，主要分布在0～20 cm土層中，可以較好地利用淺層土壤中的養分。李丙智等[24]在矮化蘋果園，離蘋果樹主干80 cm，挖深度為80 cm深，長寬分別為100 cm和60 cm的土槽坑，取20 cm×20 cm×100 cm的土塊，調查果樹0～80 cm深度土層的根系分布狀況，發現0～20 cm土層中的根系鮮重占總量的60.91%。而喬化果樹根系較深，主要有效根在20～60 cm，不易吸收利用土壤表層有效養分，使肥料利用率降低，可適當增加其施肥深度[25]。因此，在蘋果施肥過程中，建議多次少量施肥，并且針對蘋果不同生長周期對營養元素種類的需求進行施肥。

4 結 論

1)0～100 cm土層中，矮化蘋果園不同品種間土壤全氮、全磷和有效磷平均含量差異不顯著，但其土壤全氮和有效磷含量顯著低于喬化蘋果園(P<0.05)；矮化蘋果園各養分聚集的土層較淺，主要集中在0～10 cm土層，尤其是有效磷含量，矮化富士、嘎啦蘋果園0～10 cm土層中有效磷含量分別占總量的37.23%、38.90%；而喬化蘋果園土壤中各養分聚集土層相對較深，主要分布在0～40 cm土層中。

2)果園的土壤養分含量與土層深度存在顯著負相關關系(P<0.05)；矮化蘋果園0～100 cm土層土壤全氮、全磷和有效磷含量隨土層深度的變化過程符合冪函數的變化趨勢，在淺層土壤中養分含量變化劇烈，隨后變化趨于平緩；而喬化蘋果園的變化趨勢更符合對數函數，整體下降趨勢明顯。