不同种植模式下苹果园土壤氮磷养分的分布特征

董贞凯 ，穆兴民 ，李朋飞 ，赵沛义，田耀金

(1.浙江省水利水电勘测设计院，浙江 杭州 310000；2.西北农林科技大学黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室，陕西 杨凌 712100；3.中国科学院水利部水土保持研究所，陕西 杨凌 712100； 4.西安科技大学测绘科学与技术学院，陕西 西安710000； 5.内蒙古自治区农牧业科学院资源环境与检测技术研究所，内蒙古 呼和浩特 010000)

土壤养分作为影响苹果产量的重要因素，为苹果生长发育提供必需的氮磷等营养元素。黄土高原是我国苹果优生区之一[1-2]，近些年苹果种植面积不断增加，土壤中养分大量消耗，导致土壤肥力下降。为保证苹果的高产稳产，每年需要投入大量的肥料[3-4]，致使土壤中的养分分布发生变化。因此，许多学者针对黄土高原地区乔化苹果园土壤养分分布状况做了较多研究。张丽娜等[5]研究了从陕北到关中不同地区果园土壤养分分布特征及差异，发现果园养分在0～80 cm土层变化显著，并对各地区果园提出相应的氮磷施肥建议；冉伟等[6]研究了渭北地区不同年限果园土壤中的氮素累积和分布状况，发现氮素在土壤深层处产生了累积，而且与施肥量具有显著相关性；陈翠霞等[7]以洛川、礼泉两地果园为研究对象，分析了施氮量与土壤中硝态氮累积的关系，认为过量施肥是造成土壤硝态氮累积的主要原因。然而，以上研究主要分析了黄土高原乔化苹果园土壤养分变化差异，忽略了矮化苹果园建园数量和面积正在迅速增加的现状[8]。黄土高原地区新建苹果园数量中超90%为矮化苹果园[9]，逐渐替代传统的乔化苹果园。乔化苹果园和矮化苹果园在种植、施肥等管理上差别较大，对土壤氮磷养分的影响也不同。故本文选择陕西千阳县2种不同种植模式下的苹果园进行采样，分析比较不同土壤剖面土层氮磷养分含量差异及分布特征，以期为该区域果园科学的施肥管理提供参考依据，促进精准农业的发展。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区域位于陕西千阳县(34°45′ N，107°09′ E，海拔710～1 545.5 m)，南北为山地，中部为断陷盆地，沟壑纵横。该区域属暖温带半大陆性气候，多年平均气温10.9℃，最高气温超过35℃，年均蒸发量714.4 mm，年平均降水量641.1 mm。土壤类型为垆土、褐土[10]，耕地集中在谷地和残原地区，小麦、玉米为主要粮食作物，适宜种植苹果，苹果种植面积将近4 000 hm2[11]。

1.2 土壤样品采集方法

矮化苹果园位于崔家头镇(图1)，由宝鸡华圣果业有限责任公司建立的现代苹果种植基地，为矮化自根砧苹果[12-13](在矮化砧木上直接嫁接苹果品种，仅嫁接一次进行繁殖苗木，栽植后第二年结果，4～5 a可达到丰产期，产量达60 000～75 000 kg·hm-2)。矮化苹果树为宽行密植，树龄6 a，株间距0.8～1.0 m，行间距为3.5 m，每公顷2 850株左右，树体为纺锤形，树冠垂直投影1 m2左右，篱架栽培，安装水肥一体化滴灌系统，滴管固定在距离地面高度40 cm的水平钢丝上，贴近树干，如图2。建园时开展土地平整等措施，园区地势平坦，机械化作业方便。崔家头镇的矮化果园选取富士苹果和嘎拉苹果种植区，避开园区边缘并选取这2个种植区形状规则的地块各2 hm2，均匀布设土壤采样点，每0.67 hm2为一个样地，每个样地均匀分为3个地块，选择地块对角线交点附近的果树树冠垂直投影处采样(距离果树树干75 cm左右) ，钻取1个土芯，每10 cm一层，分为10层。2个种植区共计18个土芯，180个土壤样品。

乔化苹果园位于张家塬镇(图1)，由农户小规模种植经营管理，面积0.67 hm2，是传统的乔化苹果树，品种单一，为富士。树龄8～15 a，果树行间距4 m，株间距3 m，果园灌溉施肥方式为大水漫灌和开沟施肥。果园形状为矩形，采样时将其划分为3个地块，每个地块选择对角线交点附近的树冠垂直投影处采样，并错开施肥点，共采取3个土芯，每10 cm一层，分为10层，共计30个土壤样品。

土壤样品采集时间为2020年5月，筛除根系后，放置于阴凉处阴干，研磨后过0.25 mm和1.0 mm土筛，用自封袋带回实验室，以测定相应指标。

1.3 果园肥料施用情况

矮化苹果园根据苹果不同生长时期的养分需求以及树体营养生长状况进行多次分期施肥，施肥方式为水肥滴灌。据宝鸡华圣果业种植中心施肥记录显示，富士和嘎啦的氮磷施用比分别为1∶0.6、1∶0.7，氮肥施用量较多，施肥时间跨度较大，为3～11月份(表1)。周边地区乔化富士苹果园施肥量以及化肥种类差别较大，施肥次数和时间比较固定，集中在3月、6月和9月，但施肥量较矮化果园高3倍左右。

表1 果园纯氮磷肥施用情况

1.4 测定项目及方法

全氮采用半微量开氏定氮法[14]，全磷采用NaOH熔融—钼锑抗比色法[15]，有效磷采用NaHCO3浸提—钼锑抗比色法[16]。

1.5 数据处理

利用SPSS对不同品种间同一土层、同一品种不同土层的全氮、全磷和有效磷进行单因素方差分析处理和相关性分析。土壤养分分级参照全国第二次土壤普查养分分级标准[17](表2)，各养分指标均分为6个等级水平，分别为1级(很丰富)、2级(丰富)、3级(中等)、4级(缺乏)、5级(较缺乏)、6级(极缺乏)。数据变异性：低于10%为弱变异；10%～30%之间为中等变异；高于30%为强变异[18-19]。

表2 土壤养分分级标准对照表

2 结果与分析

2.1 果园土壤养分变化特征

2.1.1 不同果园0～100 cm土层土壤氮磷养分变化特征 不同种植模式下矮化苹果园与乔化苹果园0～100 cm土层土壤全氮和有效磷含量差异达显著水平(P<0.05)。如图3所示，乔化种植模式下富士苹果园的全氮含量显著高于矮化种植模式下富士、嘎啦苹果园，增量分别为0.16、0.13 g·kg-1；矮化种植模式不同苹果品种之间土壤全氮含量无显著差异，嘎啦苹果园全氮含量仅高出富士苹果园0.03 g·kg-1。各种植模式下果园0～100 cm土层土壤全磷含量无显著差异，乔化种植模式下富士苹果园土壤全磷含量仅比矮化种植模式下富士、嘎啦苹果园分别高0.05、0.07 g·kg-1。乔化种植模式下苹果园土壤有效磷含量与矮化种植模式下富士、嘎啦苹果园土壤有效磷含量差异显著，前者分别比后者高44.03、47.53 mg·kg-1；矮化苹果园不同品种间土壤有效磷含量无显著差异。

2.1.2 不同土层深度果园土壤氮磷养分变化特征 果园不同土层间的土壤氮磷含量变化如表3所示，矮化富士、矮化嘎啦和乔化富士苹果园土壤全氮含量变异性分别为强变异、中等变异、中等变异；全磷含量变异性分别为：中等变异、中等变异、强变异；有效磷含量变异性均为强变异。不同土层全量养分含量的变化相对较小，有效磷含量变化比较剧烈，离散程度较大，说明有效磷在土层中具有明显的聚集性。因此，根据表1对各土层养分含量进行评估划分等级。矮化苹果园0～20 cm土层的养分含量等级多为2、3级，即丰富和中等，20 cm深度以下土层为4～6级，多表现为养分缺乏甚至极度缺乏；而乔化苹果园0～100 cm土层养分含量的变化趋势更加剧烈，0～40 cm土层养分多为1～3级，含量很丰富，40 cm深度以下土层为4～6级，养分含量较为缺乏。

表3 果园0～100 cm各土层全氮、全磷和有效磷含量

矮化苹果园与乔化苹果园不同土层土壤氮磷养分含量差异达到了显著性水平(P<0.05)，如图4所示。矮化富士苹果园浅层土壤全氮含量变化幅度相对较大，并且全氮含量随土层深度增加而降低，在20～40 cm土层处差异显著，40 cm土层深度以下全氮含量变化趋于稳定；矮化嘎啦苹果园土壤全氮含量随土层深度增加而缓慢降低，在10～40 cm土层处差异显著，之后趋于稳定；乔化富士苹果园土壤全氮含量变化相对剧烈，在40～50 cm土层处陡降，50 cm土层深度以下趋于稳定。矮化富士、嘎啦苹果园土壤全磷含量随土层深度增加而缓慢降低，均在30～50 cm土层处发生显著变化，之后趋于稳定；而乔化苹果园浅层土壤全磷含量变化幅度相对较大，在40～50 cm土层处陡降，50 cm土层深度以下基本不变。矮化富士、嘎啦苹果园土壤有效磷含量在0～10 cm土层土壤中的聚集显著，分别占其0～100 cm土层总量的37.23%、38.90%；而乔化苹果园土壤有效磷含量主要聚集在0～40 cm土层中，约占其0～100 cm土层总量的85.24%。

2.2 土壤氮磷养分含量与土层深度的变化关系

如表4、图5所示，各苹果园的土壤养分含量与土层深度存在显著负相关关系(P<0.05)，随着土层深度的增加，土壤中的养分含量减少，但其变化趋势不同。矮化富士苹果园土壤全氮、全磷和有效磷含量随土层深度的变化过程更符合幂函数的变化关系，仅0～20 cm深度土层的养分含量下降较快；乔化富士苹果园土壤全氮、全磷和有效磷含量随土层深度的变化过程更符合对数函数的变化关系，整体下降趋势明显。

表4 土壤氮磷养分与土层深度的相关系数

3 讨 论

本研究结果表明，矮化苹果园品种间各养分含量差异不明显，但与乔化苹果园相比，土壤全氮、全磷和有效磷含量均相对较低，尤其是有效磷含量，是乔化苹果园有效磷含量的1/7～1/14。说明在气候、地形、土壤母质等外部因素基本一致的情况下，不同种植管理模式土壤养分含量之间的差异，主要是由施肥管理造成的。矮化苹果园的施肥方式为水肥一体化滴灌，直接滴灌在地表，分期分量多次施肥。苹果不同生长时期的养分需求是不同的，水肥一体滴灌方式可以根据施用果树各时期所需要的营养元素进行针对性的施肥，肥料的利用率较高，养分在土壤中的残留也相应减少[20-21]。与矮化苹果园相比，乔化苹果园的施肥方式为沟施，果农使用机械开沟，深度为30 cm左右，一次性施用较多肥料，果树无法及时吸收利用各类养分，使土壤中养分的残留量增加。2种种植管理模式均导致土壤养分在0～40 cm深度的浅层聚集现象，深层土壤养分含量相对稳定，这与曹裕等[22]、高义民等[23]人研究相似。但由于矮化苹果树的根系浅无主根，且多为须根，主要分布在0～20 cm土层中，可以较好地利用浅层土壤中的养分。李丙智等[24]在矮化苹果园，离苹果树主干80 cm，挖深度为80 cm深，长宽分别为100 cm和60 cm的土槽坑，取20 cm×20 cm×100 cm的土块，调查果树0～80 cm深度土层的根系分布状况，发现0～20 cm土层中的根系鲜重占总量的60.91%。而乔化果树根系较深，主要有效根在20～60 cm，不易吸收利用土壤表层有效养分，使肥料利用率降低，可适当增加其施肥深度[25]。因此，在苹果施肥过程中，建议多次少量施肥，并且针对苹果不同生长周期对营养元素种类的需求进行施肥。

4 结 论

1)0～100 cm土层中，矮化苹果园不同品种间土壤全氮、全磷和有效磷平均含量差异不显著，但其土壤全氮和有效磷含量显著低于乔化苹果园(P<0.05)；矮化苹果园各养分聚集的土层较浅，主要集中在0～10 cm土层，尤其是有效磷含量，矮化富士、嘎啦苹果园0～10 cm土层中有效磷含量分别占总量的37.23%、38.90%；而乔化苹果园土壤中各养分聚集土层相对较深，主要分布在0～40 cm土层中。

2)果园的土壤养分含量与土层深度存在显著负相关关系(P<0.05)；矮化苹果园0～100 cm土层土壤全氮、全磷和有效磷含量随土层深度的变化过程符合幂函数的变化趋势，在浅层土壤中养分含量变化剧烈，随后变化趋于平缓；而乔化苹果园的变化趋势更符合对数函数，整体下降趋势明显。