河北永定河流域葡萄園土壤硝態氮空間分布特征

李思奇，王志慧，常玉瑤，吉艷芝，郭艷杰，劉俊，張麗娟，王婭靜

河北永定河流域葡萄園土壤硝態氮空間分布特征

李思奇1，王志慧2，常玉瑤1，吉艷芝1，郭艷杰1，劉俊3，張麗娟1，王婭靜1

1河北農業大學資源與環境科學學院/河北省農田生態環境重點實驗室/河北省城市森林健康技術創新中心，河北保定 071000；2中國冶金地質總局物勘院，河北保定 071000；3河北省林業科學研究院，石家莊 050061

【目的】探究永定河流域葡萄園氮素投入、高程與土壤硝態氮含量和累積量之間的關系，旨在為永定河流域葡萄種植區的合理施肥和降低環境污染風險提供理論依據。【方法】以河北永定河流域52個典型葡萄園為研究對象，實地調研葡萄園養分投入現狀，室內分析測定葡萄園0—60 cm垂直土層（間隔20 cm）硝態氮含量，并計算其累積量和盈余量。利用ArcGIS地統計學方法分析氮素投入和盈余、土壤硝態氮含量和累積量的空間變異性。【結果】永定河流域施用有機肥農戶不足50%，以施用無機肥為主。上、下游葡萄園平均氮素投入量分別為（1 492.79±988.90）和（1 079.31±638.25） kg·hm-2，平均氮素盈余量分別為（1 430.41±993.01）和（1 027.23±637.37） kg·hm-2，氮素投入與盈余量之間呈極顯著正相關（＜0.01），且在空間分布上均具有從西到東遞減的趨勢。土壤硝態氮含量和累積量在不同土層間的變化及空間分布規律一致，低值區主要分布在下游，高值區主要分布在上游。上游和下游0—60 cm土壤剖面硝態氮平均含量分別為34.96和18.76 mg·kg-1，平均累積量分別為92.44和48.12 kg·hm-2，不同土層間均差異顯著。上游土壤硝態氮含量和累積量在20—40 cm土層最低，下游則隨土層的增加而增加。上游土壤硝態氮含量和累積量在600—650 m高程范圍內最高，顯著高于其他高程（＜0.05），而下游受高程的影響不顯著。相關性分析表明，高程主要影響表層硝態氮累積量分布，氮素投入主要影響底層硝態氮累積量分布。【結論】永定河流域葡萄園氮素盈余嚴重，垂直土層硝態氮向深層累積，不同高程（除450—500 m）土壤硝態氮含量與累積量均為上游高于下游，但在垂直分布上變化趨勢不同，受高程和氮素投入共同影響。

永定河流域；葡萄園；氮素投入與盈余；高程；硝態氮含量；硝態氮累積量；空間分布

0 引言

【研究意義】據《中國統計年鑒》統計數據，2020年我國葡萄總產量已達到1 431.4í104t，僅次于蘋果、柑橘、梨，位居第四位[1]，成為農民脫貧增收和穩定收入的主導產業。近年來，隨著葡萄產業的迅速發展，為提高果實產量，果農普遍存在盲目施肥、過量施肥、肥料投入比例不均衡等問題[2-3]，不僅對果品產量和品質的提升產生不利影響[4]，而且與土壤硝態氮累積、淋溶和水體污染等一系列生態環境問題密切相關[5-6]。研究表明，與純氮投入360 kg·hm-2相比，寧夏永寧縣玉泉營葡萄基地純氮投入超過480 kg·hm-2時，葡萄產量下降1.72%，果實糖酸比降低12.60%[7]。較高氮素投入還不利于果實吸氮及地上生物量的累積[8]，導致土壤氮養分高于有效閾值，促進養分富集與淋失，引起地下水硝酸鹽含量超標、水質下降[9-10]。高晶波等[11]對俞家河小流域獼猴桃園研究表明，該區域氮素表觀盈余量達1 195 kg·hm-2，占氮素投入量的90.39%，造成硝態氮向深層累積增加，淋溶到地下水的風險值大大增加。因此，探索葡萄園施肥現狀和土壤硝態氮遷移累積特性，對制定合理的施肥方案和減少環境污染具有重大意義。【前人研究進展】硝態氮由于具有較強的淋溶特性，對環境的影響不容小覷，其在土壤中的累積和分布特征已得到廣泛的重視。不同作物的種類、形態特征（如根系分布等）、養分吸收特征（吸收時期、吸收種類和利用效率等）不同，因而硝態氮在土壤中的殘留量及累積深度存在差異。如封育后的荒漠草地受凋落物影響，硝態氮具有表聚特性[12]，不易發生淋失。但番茄、黃瓜等蔬菜作物[13-14]由于根系較淺，較深根系僅達60 cm土層，因此硝態氮宜累積到60 cm以下，成為植物硝酸鹽超標和地下水污染的主要因子[15-16]。硝態氮累積分布同樣受種植區域地形地貌、管理方式的影響，李樂等[17]對三峽庫區典型流域硝態氮輸出特征研究表明，流域NO3--N主要來自旱地、水田和園地等農業用地，且通過旱地進入的NO3--N占梅溪河和大寧河流域總負荷的80%和67%。但劉占軍等[18]對我國蘋果園施肥現狀和土壤剖面氮分布特征研究表明，灌區體系下蘋果園土壤硝態氮含量高于旱作，硝態氮累積峰向深層下移。在其他耕作作物體系中，RANA等[19]在巴基斯坦開展水稻-小麥輪作試驗發現，硝態氮淋失量在水稻生長過程中高于小麥，但與范宏翔等[20]對太湖流域典型水稻-小麥輪作農田區氮素淋洗損失試驗中的研究結論相反。氮素投入、海拔、土壤質地等因素亦影響土壤硝態氮累積和分布。馬振朝等[21]對懷來和昌黎兩縣葡萄園的研究與郭路航等[22]對太行山山前平原葡萄園的研究均發現，土壤硝態氮累積量隨著施肥量的增加而上升，有向下層土壤遷移的趨勢。海拔對土壤硝態氮影響的研究多集中在林業土壤，對葡萄園的研究較少。車明軒等[23]對川西高山灌叢草甸土壤氮分布狀況研究表明，高海拔的土壤硝態氮含量顯著高于低海拔，但有的研究相反[24]。另外，與其他土壤結構相比，黏粒含量高的土壤因有較低的淋溶潛力和較高的保水性，使得對氮利用率更高[25]，降低硝態氮累積深度[26]。由此可見，影響土壤硝態氮空間分布的因素眾多，不同時間、空間尺度上的影響因子也大不相同。【本研究切入點】河北省2020年葡萄總產量達124.6í104t，位居全國第二，僅次于新疆[1]，張家口作為河北省優勢葡萄種植區，葡萄園主要集中在位于懷涿盆地的永定河流域兩岸，海拔高差明顯。該地養分投入比例不協調，氮肥投入過多，施肥方式差異大[27]，季節性降雨明顯，使得大量硝態氮在土壤累積或隨水遷移，造成氮素損失，增加環境污染風險。當前對懷涿盆地葡萄園土壤硝態氮分布規律研究主要集中在某小區或田間試驗中[27-29]，而對區域空間范圍內硝態氮累積量與高程的研究不多。【擬解決的關鍵問題】因此，本研究以永定河流域葡萄園為研究區域，通過實地調研和室內分析研究流域葡萄園施肥現狀及土壤剖面硝態氮累積和空間分布規律，旨在探討葡萄園氮素投入、高程與土壤硝態氮累積量的關系，進而為永定河流域提高氮肥利用率、控制土壤硝態氮累積及促進葡萄園持續健康發展提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

永定河流域主要有桑干河、洋河兩大支流，兩支流在懷來縣夾河村匯合。因實地調研發現洋河兩岸的葡萄園較少且多數轉化為農田，故本研究區主要以涿鹿縣朝陽寺至桑干河洋河交匯處（永定河上游）和桑干河洋河交匯處至官廳水庫以東部分區域（永定河下游）的葡萄園為研究對象。研究區地處懷涿盆地，海拔在450—850 m之間，地勢南北高中間低，四季分明，太陽光輻射強，雨熱同季，晝夜溫差大，無霜期長，年降雨量420—480 mm，年均溫9.6—10.6 ℃。該地土層深厚、通透性好、排水性好，土壤類型為褐土，土壤質地為砂壤土[30]。在永定河上游選取27個典型葡萄園，下游選取25個典型葡萄園，樣點分布如圖1所示。在450—500、500—550、550—600、600—650和650—700 m各高程上分別布有至少5個樣點，進行施肥現狀調研和土壤樣品采集。每個樣點葡萄園面積大小不一，分布在0.02—1.13 hm2。每個葡萄園采用GPS定位，記錄園地坐標位置和高程。

圖1 永定河流域葡萄園采樣點位分布

1.2 研究方法

在2018年和2019年果實膨大期（7—8月份）進行施肥現狀調研和土壤樣品采集。施肥現狀調研通過發放調查問卷完成，調查內容包括肥料種類、肥料養分含量、施用量。調查共發放72份問卷，其中上游共獲得27份有效問卷，下游共獲得25份有效問卷。土壤樣品采集時，每個葡萄園采用“S”形5點取樣法利用土鉆在距離葡萄主干30 cm處分層采集0—60 cm垂直土層土壤樣品（間隔 20 cm），相同土層混勻后裝入自封袋中密封，帶回實驗室測定土壤硝態氮。同時每個樣點分別采用環刀和鋁盒取土以測定土壤容重和含水量。

土壤NO3--N含量采用SKALAR SAN++型連續流動分析儀測定；土壤容重和含水量采用105 ℃烘干法測定[31]；土壤顆粒組成利用Bettersize2000激光粒度分析儀測定，粒徑分級標準參考美國制，砂粒（2—0.05 mm）、粉粒（0.05—0.002 mm）、黏粒（＜0.002 mm）。

1.3 數據計算與處理

1.3.1 數據計算

（1）氮素投入量：化肥養分含量按農戶實際施肥種類、用量及施用肥料包裝標明的養分含量計算，有機肥養分參照《中國有機肥料養分志》養分含量計算[32]。

（2）土壤硝態氮累積量（kg·hm-2）=土層厚度（cm）×土壤容重（g·cm-3）×土壤硝態氮含量（mg·kg-1）/10[33]。

（3）氮素盈余量（kg·hm-2）=輸入項-輸出項；輸入項=無機肥氮養分（kg·hm-2）+有機肥氮養分（kg·hm-2）+沉降氮養分（kg·hm-2）+灌水帶入氮養分（kg·hm-2）；輸出項為果實收獲帶出氮養分量（kg·hm-2），包括果實、葉片、枝條和根的氮吸收量。沉降氮根據本課題組王探魁、孫卓玲[2,34]的試驗得到的張家口大氣氮沉降值為10.1 kg·hm-2。流域上、下游由灌水帶入的平均氮養分分別為23.07和37.42 kg·hm-2[34]。葡萄園產量、面積按照農戶調查值計算；果實收獲帶出氮養分量按照《肥料實用手冊》[35]與《中國肥料實用手冊》[36]等相關參數計算，每1 000 kg葡萄果實中帶走3.9 kg純氮。

1.3.2 數據處理與作圖 采用Excel 2016進行數據計算及圖表繪制，選擇SPSS 26.0軟件進行數據差異顯著性分析、獨立T檢驗、Pearson相關性分析，多重比較采用LSD法。利用Origin 2022繪制箱線圖。采用ArcGIS 10.2地統計分析中的反距離權重法對相關指標進行空間插值分析，各指標分級標準如下：氮素投入量、氮素盈余量采用相等間隔各分為8個等級，土壤硝態氮含量、累積量采用相等間隔各分為6個等級。

2 結果

2.1 氮素投入與盈余特征

2.1.1 氮素投入結構分析 通過對流域葡萄園施氮情況調研發現，全域施用有機肥的農戶不足50%，施用無機肥的農戶較多，高達96%，說明農戶存在重無機肥、輕有機肥投入的現象。此外，調研發現施用微量元素肥料和配方肥的農戶較少，占1.92%。由圖2可知，永定河流域上、下游氮素投入結構存在顯著差異。上游有機肥氮的平均投入量為1 022.23 kg·hm-2，高于無機肥氮投入（849.17 kg·hm-2）。下游則相反，有機肥氮和無機肥氮的平均投入量分別為582.88和779.48 kg·hm-2。可見，流域上游葡萄園比下游更重視有機肥的投入。流域上游氮素投入量與盈余量均高于下游，上游的氮素投入量平均為（1 492.79±988.90） kg·hm-2，是下游的1.38倍；上游的氮素盈余量平均為（1 430.41±993.01）kg·hm-2，是下游的1.39倍。在上游和下游，氮素投入量與盈余量之間均呈極顯著正相關，關系式分別為=1.0037-67.867（2=0.9991；＜0.01）和=0.9971-48.917（2=0.9969；＜0.01），這表明氮肥投入對盈余量影響較大，應重視從源頭控制氮污染。

2.1.2 氮素投入量和盈余量空間分布 由圖3-a氮素投入量的空間分布可知，流域上游葡萄園氮素投入量高于下游，且空間上呈斑塊狀的分布格局，說明受人為管理方式的影響，流域內氮素投入分布不均勻。氮素投入量在西北角及東南角較高（＞2 000 kg·hm-2），而在上下游分界處及下游中東部部分區域氮素投入量較低（＜1 500 kg·hm-2），整體上氮素投入量從西到東呈遞減趨勢。如圖3-b所示，氮素盈余量的空間分布與氮素投入量基本一致，說明肥料投入高的地方盈余量也高。

2.1.3 不同高程區域葡萄園氮素投入 由表1可知，不同高程區域葡萄園氮素投入差異較大。全流域范圍內，450—500 m高程區域氮素投入顯著低于500—550和550—600 m高程區域。下游中，450—500 m高程區域氮素投入顯著低于650—700 m高程區域，但上游中各高程區域氮素投入差異不顯著。僅在550—600 m高程范圍內上游氮素投入顯著高于下游，其他高程范圍內差異均不顯著。

柱上不同大寫字母代表不同區域同一指標間差異顯著（P＜0.05）；柱上不同小寫字母代表同一區域不同指標間差異顯著（P＜0.05）

圖3 永定河流域葡萄園氮素投入量（a）和盈余量（b）空間分布

表1 永定河流域不同高程區域葡萄園氮素投入

不同大寫字母代表同一區域不同高程間的差異顯著（＜0.05）；不同小寫字母代表同一高程不同區域間的差異顯著（＜0.05）

Different uppercase letters represent significant differences between different elevations of the same region (＜0.05); Different lowercase letters represent significant differences between different regions of the same elevation (＜0.05)

2.2 土壤硝態氮含量分布特征

2.2.1 土壤硝態氮含量空間分布 由圖4可知，土壤硝態氮含量在上、下游和不同土層間有顯著差異。整體上，土壤硝態氮含量高值區主要分布在上游，低值區則在下游，且在等高線密集區含量較高。上游和下游0—60 cm土層硝態氮平均含量分別為34.96和18.76 mg·kg-1。在垂直分布上，上游20—40 cm土層土壤硝態氮含量低于0—20和40—60 cm土層，分別為9.54、12.71和12.71 mg·kg-1。下游土壤硝態氮平均含量呈現出隨土層的增加而增加的趨勢，0—20、20—40和40—60 cm土層的硝態氮平均含量分別為5.25、5.47和8.04 mg·kg-1。

圖4 永定河流域葡萄園0—60 cm土層硝態氮含量空間分布

2.2.2 不同高程葡萄園土壤硝態氮含量分布 由表2可知，永定河上、下游葡萄園不同土層的硝態氮含量與所處高程有密切關系。上游，600—650 m高程0—20、20—40 cm土層的硝態氮含量均最高，顯著高于其他高程。40—60 cm土層硝態氮含量也在600—650 m高程最大，但與其他高程間差異不顯著。綜上可知，永定河流域上游0—60 cm土層硝態氮含量在600—650 m高程最高，450—500 m高程最低；相同土層時，土壤硝態氮含量隨高程的上升有增加的趨勢；相同高程時各土層間差異不顯著，說明土壤硝態氮含量在各層間變化不明顯。永定河流域下游，不同土層和不同高程對土壤硝態氮含量的影響均不顯著。在相同高程和相同土層，對比上、下游土壤硝態氮含量可知，僅在450—500 m高程處相同土層上游的硝態氮含量低于下游，其余高程均是相反的結論。說明高程是影響硝態氮含量的重要因素，與葡萄園氮素投入共同決定了土壤硝態氮的含量。

表2 永定河流域上、下游不同高程葡萄園土壤剖面硝態氮含量（mg·kg-1）垂直分布

不同大寫字母代表同一土層不同高程間的差異顯著（＜0.05）；不同小寫字母代表同一高程不同土層間的差異顯著（＜0.05）

Different uppercase letters represent significant differences among different elevations of the same soil layer (＜0.05); and different lowercase letters represent significant differences among different soil layers of the same elevation (＜0.05)

2.3 土壤硝態氮累積特征

2.3.1 土壤硝態氮累積量空間分布 由圖5可知，土壤硝態氮累積量在上、下游和不同土層間有顯著差異。整體上，土壤硝態氮累積量高值區主要分布在上游，低值區則在下游，在等高線密集區含量較高。上游和下游0—60 cm土層硝態氮平均累積量分別為92.44和48.12 kg·hm-2。在垂直分布上，上游20—40 cm土層硝態氮累積量低于0—20和40—60 cm土層，分別為25.28、32.96和34.20 kg·hm-2。下游土壤硝態氮平均累積量呈現出隨土層的增加而增加的趨勢，0—20、20—40和40—60 cm土層的硝態氮平均累積量分別為12.86、13.63和21.62 kg·hm-2。

圖5 永定河流域葡萄園0—60 cm土層硝態氮累積量空間分布

2.3.2 不同高程葡萄園土壤硝態氮累積量 由表3可知，永定河上、下游葡萄園土壤不同土層的硝態氮累積量與所處高程有密切關系。永定河流域上游，0—20、20—40 cm土層硝態氮累積量均在600—650 m高程最大，顯著高于其他高程。40—60 cm土層硝態氮累積量也在600—650 m高程最大，但與其他高程間差異不顯著。綜上可知，永定河流域上游0—60 cm土層硝態氮累積量在600—650 m高程最大，在450—500 m高程最低。這表明流域上游累積量與含量變化規律一致，隨高程的上升有增加的趨勢。相同高程時各土層間差異不顯著，說明硝態氮累積量垂直變化不明顯。永定河流域下游，不同土層和不同高程對土壤硝態氮累積量的影響均不顯著。在相同高程和相同土層，對比上、下游土壤硝態氮累積量可知，僅在450—500 m高程相同土層上游的硝態氮累積量低于下游，其余高程均是相反的結論。說明流域上游更應重視減少外源氮素輸入量，高程影響了土壤硝態氮累積量的分布。

表3 永定河流域上、下游不同高程葡萄園土壤剖面硝態氮累積量（kg·hm-2）垂直分布

不同大寫字母代表同一土層不同高程間的差異顯著（＜0.05）；不同小寫字母代表同一高程不同土層間的差異顯著（＜0.05）

Different uppercase letters represent significant differences among different elevations of the same soil layer (＜0.05); and different lowercase letters represent significant differences among different soil layers of the same elevation (＜0.05)

2.4 土壤硝態氮累積量影響因素分析

為進一步分析不同環境因子對流域葡萄園土壤硝態氮累積量的影響，對硝態氮累積量與環境因子進行相關性分析（表4）。結果表明，在垂直分布上，永定河流域葡萄園土壤硝態氮累積量與對應土層硝態氮含量呈極顯著正相關關系。僅表層硝態氮累積量與高程呈顯著正相關關系。整體而言，高程與不同土層硝態氮累積量關系由強到弱為表層、中層、底層；而氮素投入與不同土層硝態氮累積量關系由強到弱為底層、中層、表層，由此可見，表層硝態氮累積量分布受高程影響較大，底層硝態氮累積量分布受氮素投入影響較大。

表4 環境因子與葡萄園土壤剖面硝態氮累積量的相關性分析

“*”、“**”分別代表在0.05和0.01概率水平下相關性顯著

“*” and “**” represent significant correlation at 0.05 and 0.01 probability levels, respectively

3 討論

3.1 氮肥施用對永定河流域葡萄園土壤硝態氮累積的影響

葡萄是多年生木質藤本植物，在各生育時期內選擇性吸收養分，易因施肥不當導致養分不平衡。氮肥在農業生產中具有不可替代的地位，可以促進果實生長，增加葡萄產量，改善葡萄品質。然而本研究調查發現永定河流域葡萄園農戶總體施肥種類較單一，且比例不均衡，葡萄園氮養分投入主要來自無機肥和有機肥，無機肥以尿素和復合肥為主，有機肥以羊糞、雞糞為主，微量元素肥料和配方肥施用農戶僅占1.92%。此外，流域上、下游各葡萄園施肥量差異較大，上游有機肥與無機肥的純氮投入比例約為1.2﹕1，下游則為1﹕1.3。且上、下游地區葡萄園農戶平均氮肥施用量分別為（1 492.79±988.90）和（1 079.31± 638.25）kg·hm-2，遠高于永定河流域葡萄園合理施氮量（270—330 kg·hm-2）[2]，是其3—5倍。因此，農戶施肥應具有動態性，根據葡萄各生育時期的需肥特性，結合土壤肥力，合理施氮，改善土壤理化性質。本研究還發現永定河流域上游氮素平均盈余量為1 430.41 kg·hm-2，是下游的1.39倍，均高于盧樹昌等[37]調查的河北省葡萄園氮養分盈余量（911 kg·hm-2）。與孫卓玲[34]對懷來、涿鹿兩縣葡萄園氮投入研究結果一致，涿鹿縣葡萄園氮素投入遠高于懷來縣，是其3.6倍。可見，流域葡萄園氮投入量過高現象長期存在，這與氮肥投入水平和葡萄的經濟效益直接相關，園主普遍存在“高投入等于高產出”的認知觀念有關；也與該地區葡萄園土壤以壤質砂土或砂質壤土的土壤質地類型有關，土壤保水保肥能力較差，養分易淋失，而葡萄主要根系分布在40 cm以上土層，因此氮肥投入較高。

前人研究表明，施氮量對葡萄園土壤氮素含量、累積量均有顯著影響[22,38-39]。而本研究結果表明，氮素投入與硝態氮累積量呈正相關，但不顯著，且相較表層硝態氮累積量而言，與中層、深層硝態氮相關性更強。這與在其他作物上的研究結果一致[40-42]。可能是由于永定河流域葡萄園土壤質地偏砂，對養分固持能力較弱。永定河流域上、下游0—60 cm土層平均硝態氮累積量分別達到92.44和48.12 kg·hm-2，土壤剖面空間垂直分布上均在底層硝態氮累積量最高，因為長期的氮肥投入為土壤硝態氮累積提供物質條件，高氮肥投入伴隨大水漫灌會導致硝態氮的大量累積并向下層土壤遷移[11]。

3.2 高程對永定河流域葡萄園土壤硝態氮累積的影響

海拔變化引起的溫度和水分等環境因子的改變是影響土壤氮素空間異質性的重要因素[24]。硝態氮作為土壤可溶性氮素的重要組成之一，其空間分布因海拔變化而具有異質性[43-44]。本研究中，流域上游土壤硝態氮累積量隨著高程的升高呈現出增高—降低—增高—降低的“M”型變化，而流域下游土壤硝態氮累積量隨著高程的升高則呈現出增高—降低—增高的趨勢，這與流域上、下游不同高程土壤含水量變化趨勢相同。一方面可能是由于土壤含水量沿海拔的變化使得土壤中的水溶性氮含量發生變化，促進氮素礦化能力，進而增加該海拔處的硝態氮含量[45]。另一方面可能是由于不同高程范圍內葡萄園氮素投入量不同（表1），造成土壤硝態氮累積分布差異[46]。但整體上流域上、下游葡萄園土壤硝態氮累積量隨高程的升高有增加的趨勢。研究還發現，高程與表層土壤硝態氮累積量呈顯著正相關，而與中層和底層土壤硝態氮累積量相關性不顯著。這同SHARMA等[47]對喜馬拉雅氮轉化率的研究相似，說明表土氮轉化率對海拔和溫度的響應高于底土，但在土壤中氮素因子和水分因子的控制下，隨海拔的升高，氮轉化率的變化不一致。

本研究還發現，流域上游土壤硝態氮累積量在600—650 m高程最高，顯著高于其他高程，但相同高程各土層間差異不顯著，說明相比土層深度，高程對硝態氮分布影響更大。另外，本研究中流域上游不同土層硝態氮累積量均在450—500 m高程范圍內最低，且僅450—500 m高程處相同土層上游的硝態氮累積量低于下游，其余高程均是相反，說明土壤硝態氮分布同樣受區域地形地貌影響，也可能是與上游葡萄園氮素投入高于下游以及450—500 m高程區域內葡萄園氮素投入相對較低有關。此外，有關研究表明，好氧微生物活性的增加，土壤氨化速率、硝化速率增加，促使NH4+-N轉化為NO3--N的速率增加，使得位于高水位高程和上游斷面土壤硝態氮含量高[48]。本研究中處于涿鹿縣的流域上游區域水位高于處于懷來縣的流域下游區域水位[49]，可能使上游葡萄園土壤硝態氮偏高。

4 結論

4.1 永定河流域上游和下游葡萄園平均氮素投入量分別為1 492.79和1 079.31 kg·hm-2，平均氮素盈余量分別為1 430.41和1 027.23 kg·hm-2，過量的氮素投入導致土壤氮素大量盈余，應適當減少氮肥投入的同時重視有機無機肥投入比例。

4.2 永定河上游和下游葡萄園土壤剖面硝態氮累積量空間分布與含量趨勢一致，同時，0—60 cm垂直土層均呈現上游高于下游，局部區域斑塊狀分布的格局。600—650 m高程，上游葡萄園土壤硝態氮含量和累積量均最高，顯著高于其他高程（＜0.05）；而下游受高程的影響不顯著。

4.3 葡萄園氮素投入與所處高程是影響土壤硝態氮累積量的重要因素。表層硝態氮累積量分布主要受高程影響，底層硝態氮累積量分布主要受氮素投入影響。

[1] 中國統計年鑒. 北京: 中國統計出版社, 2021.

China Statistical Yearbook. Beijing: China Statistics Press, 2021. (in Chinese)

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Spatial Distribution of Nitrate in Vineyards Soils in Yongding River Basin, Hebei Province

LI SiQi1, WANG ZhiHui2, CHANG YuYao1, JI YanZhi1, GUO YanJie1, LIU Jun3, ZHANG LiJuan1, WANG YaJing1

1College of Resources and Environmental Sciences, Hebei Agricultural University/Key Laboratory of Farmland Eco-Environment of Hebei Province/Innovation Center of Urban Forest Health Technology of Hebei Province, Baoding 071000, Hebei;2Geological Prospecting Institute, China General Administration of Metallurgical Geology, Baoding 071000, Hebei;3Hebei Academy of Forestry Sciences, Shijiazhuang 050061

【Objective】The relationship between nitrogen input, elevation of vineyards and soil nitrate content and accumulation in Yongding River Basin was studied, in order to provide a theoretical basis for rational fertilization and reduction of environmental pollution risks of vineyards in Yongding River Basin. 【Method】52 typical vineyards in Yongding River Basin of Hebei Province were selected as the research objects. The current situation of nutrient input in the vineyard was analyzed through field investigation. Soil nitrate contents of 0-60 cm (20 cm interval) was measured through indoor analysis, and its accumulation and surplus were calculated. Spatial variability of nitrogen input and surplus, soil nitrate content and accumulation were analyzed by ArcGIS geostatistics. 【Result】Less than 50% of farmers in Yongding River basin applied organic fertilizer, mainly using inorganic fertilizer. The average nitrogen input in upstream and downstream vineyards was (1 492.79±988.90) and (1 079.31±638.25) kg·hm-2, respectively. The average nitrogen surplus were (1 430.41±993.01) and (1 027.23±637.37) kg·hm-2, respectively. There was a significant positive correlation between nitrogen input and surplus (＜0.01), and the spatial distribution showed a decreasing trend from west to east.The variation and spatial distribution of soil nitrate content and accumulation in different soil layers were consistent. The low value area was mainly distributed in the downstream, while the high value area was mainly distributed in the upstream. The average nitrate content of 0-60 cm soil profile in the upper and lower reaches was 34.96 and 18.76 mg·kg-1, respectively, and the average cumulative amount was 92.44 and 48.12 kg·hm-2, respectively, which showed significant differences among different soil layers. Soil nitrate content and accumulation in the upper reaches were the lowest in the 20-40 cm soil layer, and increased with the increase of soil layer in the lower reaches. Soil nitrate content and accumulation in the upper reaches were the highest at 600-650 m elevation, which were significantly higher than those at other elevations (＜0.05). However, soil nitrate content and accumulation in the lower reaches were not significantly affected by elevation. Correlation analysis showed that the distribution of nitrate accumulation in the surface layer were mainly affected by elevation, while in the bottom layer were mainly affected by nitrogen input.【Conclusion】In the Yongding River Basin, the nitrogen surplus of vineyards in the study area was serious, and the nitrate in the vertical soil layer accumulated to the deep layer. The soil nitrate content and accumulation at different elevations (except 450-500 m) were higher in the upstream than in the downstream, but the variation trend of vertical distribution was different, which was jointly affected by the elevation and nitrogen input.

Yongding River Basin; vineyards; nitrogen input and surplus; elevation; nitrate content; nitrate accumulation; the spatial distribution

10.3864/j.issn.0578-1752.2023.17.013

2022-08-30；

2022-12-06

河北省懷來縣科技支撐計劃（2021C-04）、國家重點研發計劃（2017YFD0200106）、河北省自然科學基金（D2020204006）

李思奇，E-mail：lisiqi_hebei@163.com。通信作者張麗娟，E-mail：lj_zh2001@163.com。通信作者王婭靜，E-mail：wangyj117@163.com

（責任編輯 李云霞）