福建设施葡萄园土壤氮磷钾丰缺状况及垂直分布特征

范晓晖，谢星，郭淑珍，刘文婷，陈敏星，陈慕松，吴寿华

(1. 宁德市农业科学研究所，福建 福安 355017；2. 福安市农业农村局，福建 福安 355017；3. 宁德市扶贫开发服务中心，福建 宁德 352100)

自21世纪以来，随着避雨栽培的成功应用及栽培技术的不断提高，南方产区葡萄栽培面积迅速增加[1-4]。据国家葡萄产业技术体系福州葡萄试验站统计，2018年福建葡萄种植面积约为1.1万 hm2，设施栽培比率达 80.4%，已成为我国鲜食葡萄的新兴优势产区之一[5-6]。避雨设施避免了南方频繁降雨对葡萄栽培的限制，有效地减少了因多雨高湿天气造成的葡萄病害，提高了葡萄品质和经济效益[7-9]。但在葡萄产业高速发展的同时，也伴随着一些问题，其中化肥过量投入、有机肥料投入过低和盲目灌溉等现象普遍存在，加之葡萄为多年栽培果树，随着种植年限的增加，葡萄园土壤板结、酸化等环境问题日益突出[10-13]，使之成为南方葡萄产业发展的瓶颈[14]。

土壤养分状况是影响果树产量和果实品质的重要因素[15]，其中氮、磷、钾是作物生长所必需的三种大量营养元素[16-17]。氮、磷和钾肥也是葡萄栽培过程中最常施用的肥料[18-22]。合理施用化肥可提高作物产量，但过量施用不仅会降低肥料利用率，使部分养分在土壤中大量积累，造成土壤养分失衡，还会破坏土壤结构和生态环境，最终影响作物的产量和品质[23-25]。因此，通过土壤养分状况调查分析，了解栽培土壤养分状况就显得尤为重要。以往的研究主要针对葡萄园表层土壤养分丰缺状况的调查，且多以有效性养分调查分析为主，较少涉及对较深土层及土壤养分全量调查分析[26-29]。为此，本研究以福建省寿宁县千亩高优示范园区为研究对象，选取14个代表性葡萄园，测定葡萄土壤剖面的氮磷钾全量及其有效性养分含量，旨在揭示福建设施葡萄园土壤氮磷钾养分含量垂直分布特征，以期为南方设施葡萄园的合理施肥提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

寿宁县位于福建东北部，海拔500～1200 m，属中亚热带山地气候，年平均气温13～19 ℃，日照时数1760 h，积温达4745～6570 ℃，≥10 ℃的有效积温4249 ℃，降水量1976 mm，无霜期250 d。采用设施栽培有利于优质葡萄生产。

1.2 样品采集处理及测定

通过对寿宁县千亩高优农业示范园区（葡萄）实地调查，依据园区葡萄种植分布位置（坡地、平地）选取代表性葡萄园，共布设采样点14个。按照0～20 cm、20～40 cm和40～60 cm深度分层取样，共采集土壤样品40个。每样品取1.0 kg装入洁净的聚乙烯塑料自封袋中，带回实验室，自然风干，并去除杂草、草根、砾石等杂物，研磨过筛分装。

全氮和碱解氮采用半微量凯氏定氮法测定；全磷采用碱熔融-钼锑抗比色测定，有效磷采用双酸浸提-钼锑抗比色测定；全钾采用碱熔融-火焰光度计法测定，有效钾采用冷硝酸浸提-火焰光度计法测定[30]。

1.3 数据分析

数据采用Excel2010整理，通过SPSS19.0统计软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 葡萄园氮磷钾统计分析

由表1可知，不同位置葡萄园土壤剖面氮磷钾含量差别明显。平地葡萄园土壤全氮、碱解氮、全磷、有效磷、全钾和有效钾含量较于坡地葡萄园分别高出40.0%、34.16%、24.32%、6.85%、31.26%和28.15%。不同位置的葡萄园各养分之间变异情况也有所差异，其中坡地葡萄园土壤养分变异系数大小顺序为：有效磷＞全磷＞有效钾＞碱解氮＞全氮＞全钾；平地葡萄园土壤养分变异系数大小顺序为：有效磷＞全磷＞碱解氮＞全氮＞有效钾＞全钾。

表1 不同位置葡萄园氮磷钾含量统计分析Table 1 Statistical values of N, P and K content in soil profiles of vineyards at different locations

2.2 葡萄园土壤氮磷钾垂直分布特征

2.2.1 葡萄园土壤氮含量垂直分布特征

由表2可知，葡萄园各土层土壤全氮含量呈现出随土层深度增加而降低的垂直分布规律。其中，坡地葡萄园0～20 cm土壤全氮含量相较于20～40 cm、40～60 cm分别高出0.28 g·kg-1和0.55 g·kg-1，但差异不显著；而平地葡萄园则分别高出0.41 g·kg-1和0.39 g·kg-1，差异也不显著。土壤碱解氮的分布规律与全氮分布规律一致，亦随土层深度增加而降低的垂直分布规律。其中，坡地葡萄园0～20 cm土壤碱解氮含量显著高于40～60 cm，这两者之间相差40.73 g·kg-1；而平地葡萄园各土层土壤碱解氮含量相互之间差异不显著。此外，平地葡萄园各土层土壤全氮含量均高于坡地葡萄园，其中平地葡萄园20～40 cm与40～60 cm之间的土壤碱解氮含量相差仅为4.07 g·kg-1，较坡地葡萄园而言较小。

表2 不同位置葡萄园土壤氮磷钾含量垂直分布特征Table 2 Vertical distribution characteristics of N, P and K content in soil profiles of vineyards at different locations

2.2.2 葡萄园土壤磷含量垂直分布特征

由表2可知，平地葡萄园各土层土壤全磷含量高于坡地葡萄园，差异不显著，从上到下分别高出0.12、0.05、0.11 g·kg-1。坡地葡萄园0～20 cm土壤全磷含量相较于20～40 cm差异不显著，但是与40～60 cm差异显著；而平地葡萄园0～20 cm土壤全磷含量显著高于20～40、40～60 cm，相较于葡萄园土壤全磷分布规律，土壤有效磷的表层聚集现象更为明显，0～20 cm土壤有效磷含量均显著高于20～40 cm与40～60 cm，其中坡地葡萄园分别高出36.58 mg·kg-1和52.5 mg·kg-1，平地葡萄园分别高出62.19 mg·kg-1和64.93 mg·kg-1；与土壤全磷含量分布情况不同，平地葡萄园20～40 cm土壤有效磷含量低于坡地葡萄园，两者相差10.61 mg·kg-1，但差异不显著。

2.2.3 葡萄园土壤钾垂直分布特征

由表2可知，葡萄园土壤钾的垂直分布情况与土壤氮、磷的垂直分布情况有所差异。坡地葡萄园0～20 cm土壤全钾含量最高，20～40 cm有所下降，40～60 cm略有回升，各土层全钾含量差异均不显著；而平地葡萄园土壤全钾则随土壤深度的增加而增加，均增加0.33 g·kg-1，但各土层相互之间差异均不显著；总体上平地葡萄园各土层土壤全钾均显著高于坡地葡萄园，分别高出7.84、9.62、9.54 g·kg-1。葡萄园土壤有效钾含量的表层“积聚效应”更为明显，坡地葡萄园土壤有效钾分布规律与全钾分布规律一致，而平地葡萄园则表现出垂直递减的分布规律，其中平地葡萄园0～20 cm有效钾含量比40～60 cm土层高72.85 mg·kg-1，差异显著。总体而言，平地葡萄园各土层土壤有效钾含量均高于坡地葡萄园，但差异均不显著。

2.3 葡萄园土壤氮磷钾丰缺情况

2.3.1 坡地葡萄园0～60 cm土壤氮磷钾丰缺情况

根据全国第二次土壤普查养分分级标准（表3），不同位置的葡萄园0～60 cm土壤养分的丰缺程度不尽相同。由表4可知，50%的坡地葡萄园土壤全氮和碱解氮处于较缺水平，33.33%处于缺水平，仅5号样点处于中等水平。土壤全磷含量整体较低，仅12号点处于较缺水平，其他样点处于缺的水平以下；而土壤有效磷丰缺情况则与全磷不同，仅3号样点处于极缺水平，其他样点处于中等水平以上，其中1号样点处于丰富水平。土壤全钾含量仅5号和12号样点处于丰富水平，1号、2号和9号样点处于中等水平，3号样点处于较缺水平；土壤有效钾仅1号样点处于较丰富水平，其他样点处于中等水平以下。

表3 全国第二次土壤普查分级标准Table 3 Classification standard of the second general survey of soil

表4 各样点葡萄园0～60 cm土层土壤养分平均值Table 4 Mean of soil nutrient content in 0～60 cm of vineyard at different points

2.3.2 平地葡萄园0～60 cm土壤氮磷钾丰缺情况

与表3对比表明，平地葡萄园0～60 cm土壤养分丰缺情况要优于坡地葡萄园。平地葡萄园0～60 cm土壤全氮处于中等水平以上的葡萄园占62.50%；相较于土壤全氮丰缺情况而言，碱解氮丰缺水平有所降低，葡萄园土壤碱解氮处于中等水平以上的葡萄园占50%，其中14号样点的土壤全氮与碱解氮处于丰富水平。平地葡萄园0～60 cm土壤全磷丰缺情况与坡地葡萄园情况相似，仅14号样点处于中等水平，其他均处于较缺的水平以下；而土壤有效磷的丰缺情况则明显提高，整体处于中等水平以上，其中13号样点处于丰富水平。平地葡萄园0～60 cm土壤全钾仅14号样点处于较丰富水平，其他均处于丰富水平；50%葡萄园土壤有效钾处于较缺的水平，处于中等水平和较丰富水平各占25%。

3 讨论与结论

诸多研究已经表明，地形作为五大成土因素之一，直接影响土壤养分的空间分布[31-32]。赛牙热木·哈力甫等[33]研究认为，随海拔高度的增加，受地表径流的影响，海拔高度与土壤中氮磷钾含量呈负相关关系。黄安香等[34]研究发现，土壤氮磷钾养分含量受坡度影响较大，坡度越小保肥能力越强。本研究结果亦表明：葡萄园土壤养分含量分布受海拔、坡度等地形因素的影响，具体表现为平地葡萄园土壤氮磷钾含量要明显高于坡地位置的葡萄园。

本研究葡萄园土壤养分具有明显的表层“积聚效应”，葡萄园土壤全氮、全磷及其有效量和土壤有效钾含量主要集中在0～20 cm土层，20 cm土层以下迅速降低，这可能与葡萄栽培环境及水肥管理有关。本研究区葡萄栽培均为避雨设施模式，降水对土壤的影响不大，也对土壤养分的扩散速率影响不明显[35]，加之果农长期施用三元素平衡性复合肥，且以撒施为主，造成土壤养分在表层积聚。

全氮含量通常用于衡量土壤氮素的基础肥力，而碱解氮含量与作物的生长关系密切。本研究区土壤氮含量整体处在较低水平，且土壤氮素含量随着土层深度的增加而降低。相关研究认为，土壤氮素含量与有机质含量呈正相关，随着土层深度的加深，土壤含水量、通气量、温度也随之降低，深层土壤有机物质的周转也随之减弱，因而影响土壤氮素含量[20,36-37]。从养分的丰缺情况而言，本研究区土壤全磷含量在较低水平，但有效磷含量在较高水平，这可能与植物根系有密切关系。宋伟等[38]研究表明，葡萄80%以上的根系分布在0～60 cm土层，而根系分泌的有机酸、氢离子等物质酸化根系周围的土壤，并提高土壤磷的有效形态[21,39]。本研究区土壤钾的垂直分布规律与氮素、磷素有所差异，坡地葡萄园土壤全钾0～20 cm土层含量最高，20～40 cm有所下降，40～60 cm略有回升；而平地葡萄园土壤全钾则随土壤深度的增加而增加，这与传统葡萄园施肥管理经验有密切关系。葡萄作为喜钾性果树，果农在种植过程中钾肥过量施用的情况较为普遍，易造成葡萄园土壤钾元素积累。但有效钾的丰缺情况则处于较低水平，这可能与设施栽培下的灌溉管理有关。设施栽培下葡萄园土壤缺少降水的补充，同时传统的灌溉方式使得设施土壤干湿交替频繁，进一步加剧土壤钾元素的固定，造成土壤钾的有效性降低[22]。

在葡萄生产中肥料不仅是保证树体正常发育的重要物质，也是关乎经济效益和环境效益的主要因素。合理施肥不仅可以提高葡萄的产量和品质，还能提高果园的土壤肥力和环境效益。因此，南方设施葡萄园施肥应该结合葡萄园所处的地形位置和土壤养分测定结果，针对性制定葡萄园施肥方案以替代传统单纯追求高产的经验施肥模式，合理配施氮磷肥，避免盲目过量施用钾肥，通过增施有机肥和补充土壤微生物菌剂，提高肥料的利用率，减缓土壤养分在土壤中的大量累积，降低农业面源污染风险。