晋西苹果与大豆间作系统土壤养分分布特征

廖文超，毕华兴，高路博，许华森，常译方

（北京林业大学 水土保持学院 水土保持与荒漠化防治教育部重点实验室，北京100083）

果农间作是晋西黄土区农林复合的主要模式之一，由于其具有较高的经济收益［1］，因此深受当地农民的欢迎。但是果树的引入，必然导致果树与作物对于资源的竞争，降低作物产量［2－3］。作物减产的主要原 因 为 果 树 的 地 上 遮 光［4－5］和 地 下 的 水 肥 竞 争［6－7］。部分研究发现，间作系统中种间竞争主要由地下部分体现［8－9］，即水分和养分资源的竞争、互补和化感作用［10］。在晋西黄土区，由于全年无灌溉，所以作为植物生长所必须的营养元素——土壤养分，其变化是作物产量的决定因素［11］。因此，对果农间作系统中土壤养分分布特征进行研究，认识果树和作物种群间对土壤养分资源的竞争与互补关系是果农间作系统能否实现高效可持续经营的关键问题［12］。近年来，对果农间作系统种间竞争关系的研究不断在国内外开展并取得了一定的研究成果［13－14］。然而对不同树龄果农间作系统土壤养分分布特征及规律的研究相对匮乏。本文以晋西黄土区具有代表性的苹果＋大豆间作模式为研究对象，选取不同树龄的苹果＋大豆间作模式，研究间作系统内由于树龄增长而导致的土壤养分分布特征及规律的变化，旨在为改善该地区土壤养分环境、苹果＋大豆间作系统的可持续经营管理提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于山西省吉县地理坐标为35°53′10″—36°21′02″N，110°27′30″—111°07′20″E，地处山西省西南部，是典型的黄土残塬沟壑区。该地区属暖温带大陆性气候，四季分明，雨热同期。据吉县气象站资料，吉县多年平均降水量571mm，且降雨量季节分配不均，降雨主要集中在6—9月，约占全年总降雨量的70%，年均蒸发量1 729mm，年平均气温9.9℃，年均太阳总辐射量5 424MJ／m2，光照时数2 563.8h，≥10℃的积温3 358℃，无霜期172d。主要土壤类型为褐土，黄土母质，土质均匀，较适合作物生长。主要的果农间作树种为苹果（Malus pumila）、核桃（Juglans regia）、桃（Amygdalus persica）、杏（Armeniaca vulgaris）和梨（Pyrus xmichauxii），主要间作作物为大豆（Glycine max）、花生（Arachis hypogaea）和玉米（Zea mays）。

1.2 研究对象

根据黄土残塬沟壑区果农间作经营特点，结合对当地果农间作系统实际经营情况的调查，在山西省吉县东城乡柏东村黄土残塬面，选择果树树龄为4，6，8年生的苹果与大豆间作系统为试验对象。果树品种为矮化富士，均采用相同砧木，大豆品种为晋豆36。研究样地基本情况见表1。间作大豆与果树行之间的距离均为0.75m，走向与果树行相同（东西走向），株行距为0.45m×0.50m，密度为44 400株／hm2，大豆种植于2012年5月。各样地耕地、除草及病虫害防治等管理措施一致，全年无灌溉。

表1 山西省吉县东城乡柏东村样地基本情况

1.3 研究方法

土壤养分监测样点布设以6棵果树为一个矩形样方，在2行果树之间，垂直于果树树行布设3条调查样线。样线1位于两行果树中间两棵果树连线上，样线2与样线3分别位于样线1两侧，与样线1距离为2m，且平行于样线1。在每条样线上布设5个监测样点，各监测点距离果树行的距离分别为0.5，1.5，2.5，3.5，4.5m（由南到北）。每个年龄间作系统各取3个重复。

在大豆生长的关键物候期盛花期（7月），在上述土壤养分监测点采用土钻法取土，由于本研究主要着力于揭示苹果与大豆之间的竞争关系，所以取土时以大豆根系主要集中土层为下限，深度为60cm，每20cm为一层。为使土样具有代表性，每个样点同一层土样为3条样线上距树行等距离处3点的混合样（四分法取样），每个样地设3个重复。测定土壤速效钾、速效磷、有机质和全氮含量：速效钾用火焰光度计法测定；速效磷采用0.5mol／L的NaHCO3溶液浸提—硫酸钼锑抗混合比色法；有机质用油浴加热消煮—重铬酸钾法；全氮采用蒸馏法测定。

2 结果与讨论

2.1 土壤养分垂直分布

不同树龄苹果＋大豆间作系统土壤养分垂直分布特征见图1。由图1可以看出，不同树龄间作系统土壤养分垂直分布具有相似规律。4，6和8年生间作系统的速效钾含量、速效磷含量、有机质含量均表现为：0—20cm＞20—40cm＞40—60cm土层，即随着土层深度增加而减小，这与果树根系由上至下逐渐减少有关［15］；而全氮含量随着土层深度的变化表现为先增大再减小，即相对于20—40cm土层，在0—20cm土层全氮含量显著偏低（p＜0.05），表明苹果树与大豆对于氮素消耗较大，竞争相对激烈，所以对于不同树龄的间作系统在田间管理施肥时应以氮肥为主。在0—60cm土层，速效钾含量、速效磷含量、有机质含量和全氮含量在各土层均表现为6年生间作系统＞4年生间作系统＞8年生间作系统，只有在20—40cm土层速效磷含量表现为：6年生间作系统＞8年生间作系统＞4年生间作系统。表明在8年生间作系统中各养分元素竞争较为激烈；在6年生间作系统中速效钾、速效磷和有机质竞争相对较弱，氮素竞争较强；在4年生间作系统中则氮素竞争最弱。表明随着果树树龄的增长，苹果树与大豆对各养分元素的竞争关系逐渐发生变化，且在8年生间作系统中养分竞争最激烈。这主要是由于随着树龄增长，果树根系进一步发达，对于养分的吸收加强，造成竞争更为激烈。

图1 土壤养分垂直分布特征

2.2 土壤养分水平分布

不同树龄苹果＋大豆间作系统土壤养分水平分布见图2。由图2可以看出，4和6年生间作系统土壤养分水平分布特征一致，均表现为“W”型，即随着距树行距离的增加，速效钾、速效磷、有机质和全氮含量均先后出现两个减少和增加的过程，且两个极小值均出现在距树行1.5和3.5m处，在距树行2.5m（作物中心线）处出现极大值，且极大值点速效钾、速效磷、有机质和全氮含量与极小值点含量差异显著（p＜0.05）。表明在4和6年生间作系统中，苹果树与大豆在距树行1.5和3.5m处养分竞争较为激烈。这主要是由于在距树行1.5和3.5m处果树与大豆的根系分布集中所致［16］。8年生间作系统速效钾、速效磷和有机质含量水平分布特征一致，表现为“M”型，即两个极大值出现在距树行1.5和3.5m处，一个极小值出现在作物中心线处，极大值点与极小值点养分含量差异显著（p＜0.05）。这主要是因为在8年生间作系统中大豆生长受到严重限制，果树根系分布向作物中心线扩展［17］，将竞争最激烈点由距树行1.5和3.5m处向作物中心线转移。在8年生间作系统中，全氮含量水平分布特征与其余3个指标不同，在距树行1.5m处出现一个极小值，在距树行2.5m处出现一个极大值，极大值点与极小值点总氮含量差异显著（p＜0.05），这可能是由于大豆（固氮植物）的固氮作用使得土壤中的氮素含量发生变化。

2.3 果树树龄对间作系统土壤养分的影响

不同树龄间作系统0—60cm土层土壤养分含量统计结果见表2。由表2可以看出，速效钾含量、有机质含量均表现为：6年生间作系统＞4年生间作系统＞8年生间作系统，其中6年生间作系统比4和8年生间作系统速效钾含量分别高出28.10%和32.46%，有机质含量分别高出17.67%和28.61%。速效磷含量表现为：6年生间作系统＞8年生间作系统＞4年生间作系统，6年生间作系统比8和4年生间作系统分别高出15.75%和16.46%。全氮含量表现为：4年生间作系统＞6年生间作系统＞8年生间作系统，4年生间作系统比6和8年生间作系统分别高出21.17%和65.71%。差异性分析显示，4和8年生间作系统速效磷、速效钾、有机质含量无显著差异（p＞0.05），6和8年生间作系统全氮含量无显著差异（p＞0.05）。

图2 土壤养分水平分布特征

表2 不同树龄间作系统土壤养分含量

在4年生间作系统中，果树处于幼龄期，果树与大豆之间相互影响较小，养分竞争较弱；在6年生间作系统中，随着果树冠幅与根系的扩展，大豆生长受到抑制［18］，养分消耗变低，导致土壤养分含量大于4年生间作系统；而在8年生间作系统中，由于果树冠幅与根系进一步扩展，果树生长具有绝对优势，大豆生长受到严重抑制，养分主要被果树消耗，造成8年生间作系统养分含量严重偏低。所以建议随着果树树龄的增长，应该适时增大复合界面的距离或停止复合经营。而全氮含量在4年生间作系统中最高，这主要是由于在该系统中大豆生长较好，其固氮作用导致土壤全氮含量较大。

3 结论

（1）在垂直方向上，不同树龄果农间作系统养分分布具有相似规律，其中速效钾含量、速效磷含量、有机质含量均随着土层深度增加而减少；而全氮含量随着土层深度的变化表现为先增大再减小。各土层速效钾、速效磷和有机质含量均表现为：6年生间作系统＞4年生间作系统＞8年生间作系统，只有在20—40 cm土层速效磷含量表现为：6年生间作系统＞8年生间作系统＞4年生间作系统；而全氮含量在各土层表现为：4年生间作系统＞6年生间作系统＞8年生间作系统。

（2）在水平方向上，4和6年生间作系统土壤养分分布特征一致，均表现为“W”型，即随着距树行距离的增加，在距树行1.5和3.5m处出现两个极小值，在距树行2.5m（作物中心线）处出现一个极大值，8年生间作系统速效钾、速效磷和有机质含量水平分布特征一致，表现为“M”型，即两个极大值出现在距树行1.5和3.5m处，一个极小值出现在作物中心线处。差异性分析显示，极大值点养分含量与极小值点有显著差异（p＜0.05）。而全氮含量水平分布特征与其余3个指标不同，在距树行2.5m（作物中心线）处并没有出现极小值。

（3）总体上，在0—60cm土层，速效钾含量、速效磷含量、有机质含量均为6年生间作系统最高，其中速效钾含量、速效磷含量4年生间作系统和8年生间作系统无显著差异（p＞0.05）；全氮含量为4年生间作系统最高，6年生间作系统和8年生间作系统无显著差异（p＞0.05）。

本试验研究重点定量分析了不同树龄苹果＋大豆间作系统土壤养分空间分布特征，进一步丰富和完善了果农间作系统土壤养分的研究。但不同树龄果农间作系统土壤养分空间分布特征及其差异是由果树密度、类型、施肥管理以及果树和作物的物候期吸收养分状况等因素共同决定的。因此，下一步研究重点应是综合各种因素开展果农间作系统土壤养分特征，结合土壤水分、地下根系特征、光环境等数据对果农间作系统继续进行深入研究，从而为果农间作系统配置、可持续经营管理提供一定的理论依据，实现系统综合收益最大化。

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