葡萄设施栽培土壤养分含量丰缺程度及垂直分布变化特征

刘 威，刘 旭，王 昊，蔡卫佳，罗桂杰

（江苏省农业科学院 宿迁农科所，江苏 宿迁 223800）

0 引言

我国是世界葡萄生产和消费的大国之一，2016年我国葡萄种植面积约为80.96万hm2［1］，其中设施栽培面积约为23.07万hm²。葡萄设施栽培是实现葡萄高产、优质、安全、高效的有效途径之一，为果农带来了可观的经济效益，但与露地栽培相比，设施栽培有着较为封闭的生态环境，随着种植年限的增加，葡萄园土壤会出现板结、盐渍化及营养缺失等问题［2］。

土壤是葡萄生产的基础，是树体汲取养分和水分的源泉，土壤质量的高低直接影响着葡萄的产量和质量［3］。土壤养分、土层的深度和理化特性等均能对果树根系的生长发育和吸收功能产生影响。研究表明，氮、磷、钾是作物生长必需的营养元素［4］，土壤氮、磷、钾含量的高低可直接影响土壤肥力，进而影响作物产量；但过量施用肥料不仅会降低肥料利用率，还会造成土壤养分失衡，破坏土壤结构和生态环境，最终影响作物的产量和品质。施肥深度也会影响作物产量，葡萄根系分布在0～60 cm土层中，主要分布在0～30 cm土层中［5］；将肥料施入根系分布较密的土层，有利于葡萄产量和品质的提高［2］。本文以洋河新区江苏润易农业科技有限公司设施葡萄园的土壤为研究对象，通过测定0～20、20～40、40～60 cm设施大棚内土层土壤养分含量，分析设施葡萄栽培土壤养分含量丰缺及垂直分布变化特征，以期为设施葡萄园的科学施肥提供理论参考。

1 材料和方法

1.1 试验材料

试验材料采集地点在宿迁市洋河新区江苏润易农业科技有限公司2号、5号和8号大棚，大棚建造于2017年，种植品种为光阳玫瑰葡萄，株距2.50 m，行距2.66 m。

1.2 采集方法

土壤按照GB/T 36197—2018标准进行采集，利用内径30 mm的土钻，采用5点法取样，采集0～20、20～40、40～60 cm大棚内耕层土壤，每个大棚各层土壤取3个混合土样。将采集的土壤样品风干后研磨过筛保存，用于土壤理化性质的测定。

1.3 试验方法

土壤pH值按照NY/T 1121.2—2006标准采用玻璃电极法进行测定；电导率按照HJ 802—2016标准进行测定；有机质含量按照NT/T 1121.6—2006标准进行测定；全氮含量按照HJ 717—2014凯氏法进行测定；全磷含量按照GB/T 9837—1988标准进行测定；全钾含量按照NY/T 87—1988标准进行测定；碱解含量氮按照LY/T 1229—1999标准进行测定；有效磷含量按照NY/T 1121.7—2014标准进行测定；有效钾含量按照NY/T 889—2004标准进行测定；有效硼含量按照NY/T 1121.8—2006标准进行测定；钙、镁元素含量采用HF-HNO3- H2O2消解，ICP-AES/MS法进行测定［6］。

1.4 数据分析

根据全国第二次土壤普查分级标准（表1）并采用SPSS 23.0软件对调查数据进行整理分析，采用Excel 2019软件作图。

表1 全国第二次土壤普查分级标准

2 结果与分析

2.1 土壤pH值和EC值的垂直分布特征

从表2可以看出，3个设施大棚内土壤pH值在7.62～8.23之间，属于弱碱性土壤。同一设施大棚内0～20 cm土层土壤pH值显著低于20～40和40～60 cm土层的，而20～40和40～60 cm土层土壤pH值差异不具有显著性（P＞0.01）。3个设施大棚土壤pH值随着土层深度的增加呈垂直增加的分布规律。

表2 设施葡萄园不同深度土壤pH值和EC值

3个设施大棚内土壤EC值在582.0～1465.0 μs/cm之间，且随着土壤深度的增加呈先减少后持平的垂直分布规律。同一设施大棚内0～20 cm土层土壤EC值显著低于20～40和40～60 cm土层的，而20～40和40～60 cm土层土壤EC值差异不具有显著性；2号设施大棚内0～20 cm土层土壤EC值显著高于5号和8号设施大棚内0～20 cm土层的，而5号和8号设施大棚内0～20 cm土层土壤EC值差异不具有显著性（P＞0.01）。

2.2 土壤养分含量的垂直分布特征

2.2.1 土壤有机质含量的垂直分布特征 从表3可以看出，3个设施大棚内土壤有机质含量在3.84～ 32.40 g/kg之间，5号棚土壤有机质含量最高，平均值为19.91 g/kg，2号棚土壤有机质含量最低，平均值为11.59 g/kg；3个设施大棚内土壤有机质含量均随着土壤深度的增加而降低。2号、5号和8号同一设施大棚内0～20、20～40和40～60 cm不同土层土壤有机质含量差异极显著（P＜0.01）。

2.2.2 土壤全氮、全磷、全钾含量的垂直分布特征 从表3可以看出，3个设施大棚内土壤全氮含量在0.26～2.03 g/kg之间，5号棚土壤全氮含量最高，平均值为1.24 g/kg，8号棚土壤全氮含量最低，平均值为0.89 g/kg；3个设施大棚内土壤全氮含量均随着土壤深度的增加而降低。2号、5号和8号同一设施大棚内0～20、20～40和40～60 cm不同土层土壤全氮含量差异极显著（P＜0.01）。

表3 设施葡萄园不同深度土壤有机质、全氮、全磷、全钾含量

3个设施大棚内土壤全磷含量在0.62～2.37 g/kg之间，5号棚土壤全磷含量最高，平均值为1.27 g/kg，8号棚土壤全磷含量最低，平均值为0.93 g/kg；3个设施大棚内土壤全磷含量均随着土壤深度的增加而降低。2号、5号和8号同一设施大棚内0～20 cm土层土壤全磷含量显著高于20～40和40～60 cm土层土壤的全磷含量，而20～40和40～60 cm土层土壤全磷含量无显著性差异（P＞0.01）。

3个设施大棚内土壤全钾含量在23.46～26.08 g/kg之间，5号棚土壤全钾含量最高，平均值为25.77 g/kg，8号棚土壤全钾含量最低，平均值为24.12 g/kg；但3个设施大棚内土壤全钾含量无明显变化规律。2号、5号和8号同一设施大棚内0～20、20～40和40～60 cm土层土壤全钾含量无显著性差异（P＞0.01）。

2.2.3 土壤碱解氮、有效磷和有效钾含量的垂直分布特征 从表4可以看出，3个设施大棚内土壤碱解氮含量在35.5～211.83 mg/kg之间，5号棚土壤碱解氮含量最高，平均值为123.00 mg/kg，8号棚土壤碱解氮含量最低，平均值为85.61 mg/kg；3个设施大棚内土壤碱解氮含量均随着土壤深度的增加而降低。2号、5号和8号同一设施大棚内0～20、20～40和40～60 cm不同深度土层土壤碱解氮含量差异极显著（P＜0.01）。

表4 设施葡萄园不同深度土壤碱解氮、 有效磷和有效钾含量

3个设施大棚内土壤有效磷含量在8.62～92.04 mg/kg之间，5号棚土壤有效磷含量最高，平均值为64.05 mg/kg，8号棚土壤有效磷含量最低，平均值为19.60 mg/kg；3个设施大棚内土壤有效磷含量均随土壤深度的增加而降低。2号、5号和8号同一设施大棚内 0～20、20～40和40～60 cm不同深度土层土壤有效磷含量差异极显著（P＜0.01）。

3个设施大棚内土壤有效钾含量在77.87～ 668.84 mg/kg之间，2号棚土壤有效钾含量最高，平均值为465.57 mg/kg，8号棚土壤有效钾含量最低，平均值为155.08 mg/kg；3个设施大棚内土壤有效钾含量均随着土壤深度的增加而降低。2号、5号和8号同一设施大棚内0～20、20～40和40～60 cm不同深度土层土壤有效钾含量差异极显著（P＜0.01）。

2.3 不同深度土壤中、微量元素含量的垂直分布特征

从表5可以看出：3个设施大棚内土壤有效B、有 效Zn含 量 范 围 分 别 在0.17～1.44、36.93～91.51 mg/kg；5号棚土壤有效B含量最高，平均值为0.87 mg/kg，8号棚土壤有效B含量最低，平均值为0.42 mg/kg；5号棚土壤有效Zn含量最高，平均值为81.15 mg/kg，8号棚土壤有效Zn含量最低，平均值为64.19 mg/kg；3个设施大棚内土壤有效B含量和有效Zn含量都随着土壤深度的增加而逐渐降低。2号设施大棚内40～60 cm深度土层土壤有效B含量显著低于0～20和20～40 cm土层土壤有效B含量，0～20和20～40 cm土层土壤有效B含量不具有差异显著性；5号和8号同一设施大棚内0～20、20～40和40～60 cm不同深度土层土壤有效B含量差异极显著（P＜0.01）。2号和5号同一设施大棚内0～20 cm土层土壤有效Zn含量显著高于20～40和40～60 cm土层土壤的有效Zn含量，20～40和40～60 cm土层土壤有效Zn含量差异不显著（P＞0.01）。

从表5可以看出：3个设施大棚内土壤有效Ca、有效Mg和有效Fe含量范围分别为53.24～64.34、17.55～21.93和24.74～30.18 mg/kg；8号棚的土壤有效Ca含量最高，平均值为61.87 mg/kg，2号棚土壤有效Ca含量最低，平均值为58.13 mg/kg；2号棚土壤有效Mg含量最高，平均值为19.28 mg/kg，8号棚土壤有效Mg含量最低，平均值为17.64 mg/kg；5号棚土壤有效Fe含量最高，平均值为28.61 mg/kg，2号棚土壤有效Fe含量最低，平均值为25.98 mg/kg；3个设施大棚内土壤有效Ca、有效Mg和有效Fe含量基本上均呈现出随着土壤深度的增加而逐渐升高的垂直分布规律。2号和5号同一设施大棚内0～20、20～40和40～60 cm不同深度土层土壤有效Ca含量差异显著；8号设施大棚内40～60 cm土层土壤有效Ca含量显著高于0～20 cm土层土壤有效Ca含量，0～20和20～40 cm土层土壤有效Ca含量差异不显著（P＞0.01）。2号和8号同一设施大棚内0～20、20～40和40～60 cm不同深度土层土壤有效Mg含量无显著性差异；5号设施大棚内40～60 cm深度土层土壤有效Mg含量极显著高于0～20和20～40 cm土 层 土 壤 有 效Mg含 量，0～20和20～40 cm土层土壤有效Mg含量不具有显著性差异（P＞0.01）。2号、5号和8号同一设施大棚内0～20、20～40和40～60 cm不同深度土层土壤有效Fe含量无显著差异（P＞0.01）。

表5 设施葡萄园不同深度土壤中、微量元素含量

2.4 土壤营养物质的丰缺情况

2.4.1 土壤有机质的丰缺情况 根据表1和表3可知，3个葡萄设施大棚0～60 cm土壤有机质丰缺程度不尽相同。由表3可知，3个设施大棚有机质含量（平均值）都处于较缺水平，土壤有机质多集中在0～20 cm土层土壤，其含量占有机质总含量的53.84%，在该土层土壤有机质含量2号设施大棚处于较缺等级，5号设施大棚处于较丰富等级，8号设施大棚处于中等等级；20～40 cm土层土壤有机质含量占总有机质含量的30.53%，都处于较缺等级；40～60 cm土层有机质含量占总有机质含量的15.62%，2号和5号设施大棚处于缺等级，8号设施大棚处于极缺等级。综合分析可知，土壤有机质基本上集中在0～40 cm土层中，其含量占有机质总含量的84.38%。

2.4.2 土壤氮、磷、钾的丰缺情况 根据表1和表3可知，3个葡萄设施大棚0～60 cm土壤氮、磷、钾的丰缺程度有所不同。由表3和表4可知，3个葡萄设施大棚土壤全氮和碱解氮含量处于中等水平，土壤全氮和碱解氮集中在0～20 cm土层土壤，分别占全氮和碱解氮总含量的54.17%、52.90%；20～40 cm土层土壤全氮和碱解氮含量分别占全氮和碱解氮总含量的30.04%、31.86%；40～60 cm土层土壤全氮和碱解氮含量分别占全氮和碱解氮总含量的15.79%、15.24%。3个葡萄设施大棚土壤全磷和有效磷含量处于丰富水平，土壤全磷和有效磷集中在0～20 cm土层土壤，分别占全磷和有效磷总含量的55.60%、49.38%；20～40 cm土层土壤全磷和有效磷含量分别占全磷和有效磷总含量的24.53%、36.95%；40～60 cm土层土壤全磷和有效磷含量分别占全磷和有效磷总含量的19.87%、13.68%。3个葡萄设施大棚土壤全钾和有效钾含量处于丰富水平，0～20 cm土层土壤全钾含量占全钾总含量的33.34%；土壤有效钾多集中在0～20 cm，占有效钾总含量的52.69%。20～40 cm土层土壤全钾和有效钾含量分别占全钾和有效钾总含量的33.77%、27.34%；40～60 cm土层土壤全钾和有效钾含量分别占全钾和有效钾总含量的32.89%、19.98%。从以上数据可以看出：3个设施大棚土壤氮含量处于中等水平，磷和钾含量处于丰富水平，且大多集中在0～40 cm土层中。

3 讨论

土壤养分表层的聚集主要由其迁移和活化造成的。土壤的肥力保持能力和流失的快慢在一定程度上主要由养分的迁移能力决定。本研究试验区为设施连栋大棚，以滴灌方式进行水分灌溉，自然降水对土壤的影响极小，也对土壤养分的迁移影响较小［7］。研究发现，设施栽培内土壤养分主要随着水分的下渗垂直迁移［8］，在水分的湿润下，土壤表层养分被浸提和分解［9］，导致养分随着水分的下渗而迁移。本研究表明，设施大棚内土壤养分具有明显的表层聚集现象，土壤全氮、全磷、碱解氮、有效磷、有效钾在0～20 cm土层聚集50.0%左右，在0～40 cm土层聚集80.0%左右；0～20 cm土层土壤氮、磷、钾含量显著高于20～40、40～60 cm土层土壤氮、磷和钾的含量；土壤EC值、全氮、全磷、碱解氮、有效磷、有效钾、有效B和有效Zn含量随着土壤深度的增加均呈减少的垂直分布规律。范晓晖等［4］研究发现，调查区内土壤养分具有明显的表层“积聚效应”，土壤全氮、全磷、有效磷和有效钾含量随土层深度的增加而减少，这与本研究结果一致，与其他学者的研究结果［10-14］也基本相似。土壤养分的表层聚集现象也可能与果农的施肥方式、管理方式有关，撒施和施肥深度较浅都是造成土壤养分表层聚集现象的原因。土壤全钾含量随着土壤深度的增加无明显的变化规律，这可能是因为葡萄较喜好钾肥，果农施用钾肥过多，易造成设施葡萄大棚土壤钾元素的积累。整体而言，土壤有效Ca、有效Mg和有效Fe随着土壤深度的增加呈逐渐升高的垂直分布规律，这说明土壤有效Ca、有效Mg和有效Fe在土壤中有了累积。周俊等［15］对农田耕层土壤中、微量元素的空间分布进行了研究，得出全区土壤有效Fe平均含量随着土层的加深呈缓慢增加的趋势，这与本研究结果一致。

土壤是葡萄正常生长的基础条件，其养分丰缺状况在很大程度上决定了植株寿命、果实品质以及葡萄酒的质量与风味［16］。对土壤养分丰缺状况进行调查研究是对葡萄进行合理施肥与养分管理的需要，土壤的养分含量对葡萄树体生长状况及果实品质影响较大［17］。本研究表明，试验区土壤磷、钾含量处于丰富水平，氮含量处于中等水平，有机质含量处于较缺水平，这说明3个设施大棚不平衡施肥现象明显，有机肥施用不足，磷、钾肥施用过量。因此，葡萄生产中的肥料施用不能盲目，要根据葡萄生产区地形、土壤养分调查结果、种植葡萄特性和生产规律进行施肥，并辅助施用生物菌肥等，提高肥料利用率，减少资源浪费和投入。

4 结论

试验区3个设施大棚内土壤养分具有明显的表层聚集现象，土壤全氮、全磷、碱解氮、有效磷、有效钾的50.0%左右聚集在0～20 cm土层，80.0%左右聚集在0～40 cm土层；0～20 cm土层土壤氮、磷、钾含量显著高于20～40、40～60 cm土层土壤氮、磷和钾的含量；土壤EC值、全氮、全磷、碱解氮、有效磷、有效钾、有效B和有效Zn含量随着土壤深度的增加呈减少的垂直分布规律，土壤全钾含量随着土壤深度的增加无明显的变化规律，土壤pH、有效Ca、有效Mg和有效Fe含量随着土壤深度的增加基本上呈逐渐升高的垂直分布规律；土壤磷、钾较为丰富，氮含量处于中等水平，有机质含量较低，存在不平衡施肥的现象，有机肥施用不足，磷、钾肥施用过量。