河北永定河流域葡萄园土壤硝态氮空间分布特征

李思奇，王志慧，常玉瑶，吉艳芝，郭艳杰，刘俊，张丽娟，王娅静

河北永定河流域葡萄园土壤硝态氮空间分布特征

李思奇1，王志慧2，常玉瑶1，吉艳芝1，郭艳杰1，刘俊3，张丽娟1，王娅静1

1河北农业大学资源与环境科学学院/河北省农田生态环境重点实验室/河北省城市森林健康技术创新中心，河北保定 071000；2中国冶金地质总局物勘院，河北保定 071000；3河北省林业科学研究院，石家庄 050061

【目的】探究永定河流域葡萄园氮素投入、高程与土壤硝态氮含量和累积量之间的关系，旨在为永定河流域葡萄种植区的合理施肥和降低环境污染风险提供理论依据。【方法】以河北永定河流域52个典型葡萄园为研究对象，实地调研葡萄园养分投入现状，室内分析测定葡萄园0—60 cm垂直土层（间隔20 cm）硝态氮含量，并计算其累积量和盈余量。利用ArcGIS地统计学方法分析氮素投入和盈余、土壤硝态氮含量和累积量的空间变异性。【结果】永定河流域施用有机肥农户不足50%，以施用无机肥为主。上、下游葡萄园平均氮素投入量分别为（1 492.79±988.90）和（1 079.31±638.25） kg·hm-2，平均氮素盈余量分别为（1 430.41±993.01）和（1 027.23±637.37） kg·hm-2，氮素投入与盈余量之间呈极显著正相关（＜0.01），且在空间分布上均具有从西到东递减的趋势。土壤硝态氮含量和累积量在不同土层间的变化及空间分布规律一致，低值区主要分布在下游，高值区主要分布在上游。上游和下游0—60 cm土壤剖面硝态氮平均含量分别为34.96和18.76 mg·kg-1，平均累积量分别为92.44和48.12 kg·hm-2，不同土层间均差异显著。上游土壤硝态氮含量和累积量在20—40 cm土层最低，下游则随土层的增加而增加。上游土壤硝态氮含量和累积量在600—650 m高程范围内最高，显著高于其他高程（＜0.05），而下游受高程的影响不显著。相关性分析表明，高程主要影响表层硝态氮累积量分布，氮素投入主要影响底层硝态氮累积量分布。【结论】永定河流域葡萄园氮素盈余严重，垂直土层硝态氮向深层累积，不同高程（除450—500 m）土壤硝态氮含量与累积量均为上游高于下游，但在垂直分布上变化趋势不同，受高程和氮素投入共同影响。

永定河流域；葡萄园；氮素投入与盈余；高程；硝态氮含量；硝态氮累积量；空间分布

0 引言

【研究意义】据《中国统计年鉴》统计数据，2020年我国葡萄总产量已达到1 431.4Í104t，仅次于苹果、柑橘、梨，位居第四位[1]，成为农民脱贫增收和稳定收入的主导产业。近年来，随着葡萄产业的迅速发展，为提高果实产量，果农普遍存在盲目施肥、过量施肥、肥料投入比例不均衡等问题[2-3]，不仅对果品产量和品质的提升产生不利影响[4]，而且与土壤硝态氮累积、淋溶和水体污染等一系列生态环境问题密切相关[5-6]。研究表明，与纯氮投入360 kg·hm-2相比，宁夏永宁县玉泉营葡萄基地纯氮投入超过480 kg·hm-2时，葡萄产量下降1.72%，果实糖酸比降低12.60%[7]。较高氮素投入还不利于果实吸氮及地上生物量的累积[8]，导致土壤氮养分高于有效阈值，促进养分富集与淋失，引起地下水硝酸盐含量超标、水质下降[9-10]。高晶波等[11]对俞家河小流域猕猴桃园研究表明，该区域氮素表观盈余量达1 195 kg·hm-2，占氮素投入量的90.39%，造成硝态氮向深层累积增加，淋溶到地下水的风险值大大增加。因此，探索葡萄园施肥现状和土壤硝态氮迁移累积特性，对制定合理的施肥方案和减少环境污染具有重大意义。【前人研究进展】硝态氮由于具有较强的淋溶特性，对环境的影响不容小觑，其在土壤中的累积和分布特征已得到广泛的重视。不同作物的种类、形态特征（如根系分布等）、养分吸收特征（吸收时期、吸收种类和利用效率等）不同，因而硝态氮在土壤中的残留量及累积深度存在差异。如封育后的荒漠草地受凋落物影响，硝态氮具有表聚特性[12]，不易发生淋失。但番茄、黄瓜等蔬菜作物[13-14]由于根系较浅，较深根系仅达60 cm土层，因此硝态氮宜累积到60 cm以下，成为植物硝酸盐超标和地下水污染的主要因子[15-16]。硝态氮累积分布同样受种植区域地形地貌、管理方式的影响，李乐等[17]对三峡库区典型流域硝态氮输出特征研究表明，流域NO3--N主要来自旱地、水田和园地等农业用地，且通过旱地进入的NO3--N占梅溪河和大宁河流域总负荷的80%和67%。但刘占军等[18]对我国苹果园施肥现状和土壤剖面氮分布特征研究表明，灌区体系下苹果园土壤硝态氮含量高于旱作，硝态氮累积峰向深层下移。在其他耕作作物体系中，RANA等[19]在巴基斯坦开展水稻-小麦轮作试验发现，硝态氮淋失量在水稻生长过程中高于小麦，但与范宏翔等[20]对太湖流域典型水稻-小麦轮作农田区氮素淋洗损失试验中的研究结论相反。氮素投入、海拔、土壤质地等因素亦影响土壤硝态氮累积和分布。马振朝等[21]对怀来和昌黎两县葡萄园的研究与郭路航等[22]对太行山山前平原葡萄园的研究均发现，土壤硝态氮累积量随着施肥量的增加而上升，有向下层土壤迁移的趋势。海拔对土壤硝态氮影响的研究多集中在林业土壤，对葡萄园的研究较少。车明轩等[23]对川西高山灌丛草甸土壤氮分布状况研究表明，高海拔的土壤硝态氮含量显著高于低海拔，但有的研究相反[24]。另外，与其他土壤结构相比，黏粒含量高的土壤因有较低的淋溶潜力和较高的保水性，使得对氮利用率更高[25]，降低硝态氮累积深度[26]。由此可见，影响土壤硝态氮空间分布的因素众多，不同时间、空间尺度上的影响因子也大不相同。【本研究切入点】河北省2020年葡萄总产量达124.6Í104t，位居全国第二，仅次于新疆[1]，张家口作为河北省优势葡萄种植区，葡萄园主要集中在位于怀涿盆地的永定河流域两岸，海拔高差明显。该地养分投入比例不协调，氮肥投入过多，施肥方式差异大[27]，季节性降雨明显，使得大量硝态氮在土壤累积或随水迁移，造成氮素损失，增加环境污染风险。当前对怀涿盆地葡萄园土壤硝态氮分布规律研究主要集中在某小区或田间试验中[27-29]，而对区域空间范围内硝态氮累积量与高程的研究不多。【拟解决的关键问题】因此，本研究以永定河流域葡萄园为研究区域，通过实地调研和室内分析研究流域葡萄园施肥现状及土壤剖面硝态氮累积和空间分布规律，旨在探讨葡萄园氮素投入、高程与土壤硝态氮累积量的关系，进而为永定河流域提高氮肥利用率、控制土壤硝态氮累积及促进葡萄园持续健康发展提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

永定河流域主要有桑干河、洋河两大支流，两支流在怀来县夹河村汇合。因实地调研发现洋河两岸的葡萄园较少且多数转化为农田，故本研究区主要以涿鹿县朝阳寺至桑干河洋河交汇处（永定河上游）和桑干河洋河交汇处至官厅水库以东部分区域（永定河下游）的葡萄园为研究对象。研究区地处怀涿盆地，海拔在450—850 m之间，地势南北高中间低，四季分明，太阳光辐射强，雨热同季，昼夜温差大，无霜期长，年降雨量420—480 mm，年均温9.6—10.6 ℃。该地土层深厚、通透性好、排水性好，土壤类型为褐土，土壤质地为砂壤土[30]。在永定河上游选取27个典型葡萄园，下游选取25个典型葡萄园，样点分布如图1所示。在450—500、500—550、550—600、600—650和650—700 m各高程上分别布有至少5个样点，进行施肥现状调研和土壤样品采集。每个样点葡萄园面积大小不一，分布在0.02—1.13 hm2。每个葡萄园采用GPS定位，记录园地坐标位置和高程。

图1 永定河流域葡萄园采样点位分布

1.2 研究方法

在2018年和2019年果实膨大期（7—8月份）进行施肥现状调研和土壤样品采集。施肥现状调研通过发放调查问卷完成，调查内容包括肥料种类、肥料养分含量、施用量。调查共发放72份问卷，其中上游共获得27份有效问卷，下游共获得25份有效问卷。土壤样品采集时，每个葡萄园采用“S”形5点取样法利用土钻在距离葡萄主干30 cm处分层采集0—60 cm垂直土层土壤样品（间隔 20 cm），相同土层混匀后装入自封袋中密封，带回实验室测定土壤硝态氮。同时每个样点分别采用环刀和铝盒取土以测定土壤容重和含水量。

土壤NO3--N含量采用SKALAR SAN++型连续流动分析仪测定；土壤容重和含水量采用105 ℃烘干法测定[31]；土壤颗粒组成利用Bettersize2000激光粒度分析仪测定，粒径分级标准参考美国制，砂粒（2—0.05 mm）、粉粒（0.05—0.002 mm）、黏粒（＜0.002 mm）。

1.3 数据计算与处理

1.3.1 数据计算

（1）氮素投入量：化肥养分含量按农户实际施肥种类、用量及施用肥料包装标明的养分含量计算，有机肥养分参照《中国有机肥料养分志》养分含量计算[32]。

（2）土壤硝态氮累积量（kg·hm-2）=土层厚度（cm）×土壤容重（g·cm-3）×土壤硝态氮含量（mg·kg-1）/10[33]。

（3）氮素盈余量（kg·hm-2）=输入项-输出项；输入项=无机肥氮养分（kg·hm-2）+有机肥氮养分（kg·hm-2）+沉降氮养分（kg·hm-2）+灌水带入氮养分（kg·hm-2）；输出项为果实收获带出氮养分量（kg·hm-2），包括果实、叶片、枝条和根的氮吸收量。沉降氮根据本课题组王探魁、孙卓玲[2,34]的试验得到的张家口大气氮沉降值为10.1 kg·hm-2。流域上、下游由灌水带入的平均氮养分分别为23.07和37.42 kg·hm-2[34]。葡萄园产量、面积按照农户调查值计算；果实收获带出氮养分量按照《肥料实用手册》[35]与《中国肥料实用手册》[36]等相关参数计算，每1 000 kg葡萄果实中带走3.9 kg纯氮。

1.3.2 数据处理与作图 采用Excel 2016进行数据计算及图表绘制，选择SPSS 26.0软件进行数据差异显著性分析、独立T检验、Pearson相关性分析，多重比较采用LSD法。利用Origin 2022绘制箱线图。采用ArcGIS 10.2地统计分析中的反距离权重法对相关指标进行空间插值分析，各指标分级标准如下：氮素投入量、氮素盈余量采用相等间隔各分为8个等级，土壤硝态氮含量、累积量采用相等间隔各分为6个等级。

2 结果

2.1 氮素投入与盈余特征

2.1.1 氮素投入结构分析 通过对流域葡萄园施氮情况调研发现，全域施用有机肥的农户不足50%，施用无机肥的农户较多，高达96%，说明农户存在重无机肥、轻有机肥投入的现象。此外，调研发现施用微量元素肥料和配方肥的农户较少，占1.92%。由图2可知，永定河流域上、下游氮素投入结构存在显著差异。上游有机肥氮的平均投入量为1 022.23 kg·hm-2，高于无机肥氮投入（849.17 kg·hm-2）。下游则相反，有机肥氮和无机肥氮的平均投入量分别为582.88和779.48 kg·hm-2。可见，流域上游葡萄园比下游更重视有机肥的投入。流域上游氮素投入量与盈余量均高于下游，上游的氮素投入量平均为（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为（1 430.41±993.01）kg·hm-2，是下游的1.39倍。在上游和下游，氮素投入量与盈余量之间均呈极显著正相关，关系式分别为=1.0037-67.867（2=0.9991；＜0.01）和=0.9971-48.917（2=0.9969；＜0.01），这表明氮肥投入对盈余量影响较大，应重视从源头控制氮污染。

2.1.2 氮素投入量和盈余量空间分布 由图3-a氮素投入量的空间分布可知，流域上游葡萄园氮素投入量高于下游，且空间上呈斑块状的分布格局，说明受人为管理方式的影响，流域内氮素投入分布不均匀。氮素投入量在西北角及东南角较高（＞2 000 kg·hm-2），而在上下游分界处及下游中东部部分区域氮素投入量较低（＜1 500 kg·hm-2），整体上氮素投入量从西到东呈递减趋势。如图3-b所示，氮素盈余量的空间分布与氮素投入量基本一致，说明肥料投入高的地方盈余量也高。

2.1.3 不同高程区域葡萄园氮素投入 由表1可知，不同高程区域葡萄园氮素投入差异较大。全流域范围内，450—500 m高程区域氮素投入显著低于500—550和550—600 m高程区域。下游中，450—500 m高程区域氮素投入显著低于650—700 m高程区域，但上游中各高程区域氮素投入差异不显著。仅在550—600 m高程范围内上游氮素投入显著高于下游，其他高程范围内差异均不显著。

柱上不同大写字母代表不同区域同一指标间差异显著（P＜0.05）；柱上不同小写字母代表同一区域不同指标间差异显著（P＜0.05）

图3 永定河流域葡萄园氮素投入量（a）和盈余量（b）空间分布

表1 永定河流域不同高程区域葡萄园氮素投入

不同大写字母代表同一区域不同高程间的差异显著（＜0.05）；不同小写字母代表同一高程不同区域间的差异显著（＜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 土壤硝态氮含量分布特征

2.2.1 土壤硝态氮含量空间分布 由图4可知，土壤硝态氮含量在上、下游和不同土层间有显著差异。整体上，土壤硝态氮含量高值区主要分布在上游，低值区则在下游，且在等高线密集区含量较高。上游和下游0—60 cm土层硝态氮平均含量分别为34.96和18.76 mg·kg-1。在垂直分布上，上游20—40 cm土层土壤硝态氮含量低于0—20和40—60 cm土层，分别为9.54、12.71和12.71 mg·kg-1。下游土壤硝态氮平均含量呈现出随土层的增加而增加的趋势，0—20、20—40和40—60 cm土层的硝态氮平均含量分别为5.25、5.47和8.04 mg·kg-1。

图4 永定河流域葡萄园0—60 cm土层硝态氮含量空间分布

2.2.2 不同高程葡萄园土壤硝态氮含量分布 由表2可知，永定河上、下游葡萄园不同土层的硝态氮含量与所处高程有密切关系。上游，600—650 m高程0—20、20—40 cm土层的硝态氮含量均最高，显著高于其他高程。40—60 cm土层硝态氮含量也在600—650 m高程最大，但与其他高程间差异不显著。综上可知，永定河流域上游0—60 cm土层硝态氮含量在600—650 m高程最高，450—500 m高程最低；相同土层时，土壤硝态氮含量随高程的上升有增加的趋势；相同高程时各土层间差异不显著，说明土壤硝态氮含量在各层间变化不明显。永定河流域下游，不同土层和不同高程对土壤硝态氮含量的影响均不显著。在相同高程和相同土层，对比上、下游土壤硝态氮含量可知，仅在450—500 m高程处相同土层上游的硝态氮含量低于下游，其余高程均是相反的结论。说明高程是影响硝态氮含量的重要因素，与葡萄园氮素投入共同决定了土壤硝态氮的含量。

表2 永定河流域上、下游不同高程葡萄园土壤剖面硝态氮含量（mg·kg-1）垂直分布

不同大写字母代表同一土层不同高程间的差异显著（＜0.05）；不同小写字母代表同一高程不同土层间的差异显著（＜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 土壤硝态氮累积特征

2.3.1 土壤硝态氮累积量空间分布 由图5可知，土壤硝态氮累积量在上、下游和不同土层间有显著差异。整体上，土壤硝态氮累积量高值区主要分布在上游，低值区则在下游，在等高线密集区含量较高。上游和下游0—60 cm土层硝态氮平均累积量分别为92.44和48.12 kg·hm-2。在垂直分布上，上游20—40 cm土层硝态氮累积量低于0—20和40—60 cm土层，分别为25.28、32.96和34.20 kg·hm-2。下游土壤硝态氮平均累积量呈现出随土层的增加而增加的趋势，0—20、20—40和40—60 cm土层的硝态氮平均累积量分别为12.86、13.63和21.62 kg·hm-2。

图5 永定河流域葡萄园0—60 cm土层硝态氮累积量空间分布

2.3.2 不同高程葡萄园土壤硝态氮累积量 由表3可知，永定河上、下游葡萄园土壤不同土层的硝态氮累积量与所处高程有密切关系。永定河流域上游，0—20、20—40 cm土层硝态氮累积量均在600—650 m高程最大，显著高于其他高程。40—60 cm土层硝态氮累积量也在600—650 m高程最大，但与其他高程间差异不显著。综上可知，永定河流域上游0—60 cm土层硝态氮累积量在600—650 m高程最大，在450—500 m高程最低。这表明流域上游累积量与含量变化规律一致，随高程的上升有增加的趋势。相同高程时各土层间差异不显著，说明硝态氮累积量垂直变化不明显。永定河流域下游，不同土层和不同高程对土壤硝态氮累积量的影响均不显著。在相同高程和相同土层，对比上、下游土壤硝态氮累积量可知，仅在450—500 m高程相同土层上游的硝态氮累积量低于下游，其余高程均是相反的结论。说明流域上游更应重视减少外源氮素输入量，高程影响了土壤硝态氮累积量的分布。

表3 永定河流域上、下游不同高程葡萄园土壤剖面硝态氮累积量（kg·hm-2）垂直分布

不同大写字母代表同一土层不同高程间的差异显著（＜0.05）；不同小写字母代表同一高程不同土层间的差异显著（＜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 土壤硝态氮累积量影响因素分析

为进一步分析不同环境因子对流域葡萄园土壤硝态氮累积量的影响，对硝态氮累积量与环境因子进行相关性分析（表4）。结果表明，在垂直分布上，永定河流域葡萄园土壤硝态氮累积量与对应土层硝态氮含量呈极显著正相关关系。仅表层硝态氮累积量与高程呈显著正相关关系。整体而言，高程与不同土层硝态氮累积量关系由强到弱为表层、中层、底层；而氮素投入与不同土层硝态氮累积量关系由强到弱为底层、中层、表层，由此可见，表层硝态氮累积量分布受高程影响较大，底层硝态氮累积量分布受氮素投入影响较大。

表4 环境因子与葡萄园土壤剖面硝态氮累积量的相关性分析

“*”、“**”分别代表在0.05和0.01概率水平下相关性显著

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

3 讨论

3.1 氮肥施用对永定河流域葡萄园土壤硝态氮累积的影响

葡萄是多年生木质藤本植物，在各生育时期内选择性吸收养分，易因施肥不当导致养分不平衡。氮肥在农业生产中具有不可替代的地位，可以促进果实生长，增加葡萄产量，改善葡萄品质。然而本研究调查发现永定河流域葡萄园农户总体施肥种类较单一，且比例不均衡，葡萄园氮养分投入主要来自无机肥和有机肥，无机肥以尿素和复合肥为主，有机肥以羊粪、鸡粪为主，微量元素肥料和配方肥施用农户仅占1.92%。此外，流域上、下游各葡萄园施肥量差异较大，上游有机肥与无机肥的纯氮投入比例约为1.2﹕1，下游则为1﹕1.3。且上、下游地区葡萄园农户平均氮肥施用量分别为（1 492.79±988.90）和（1 079.31± 638.25）kg·hm-2，远高于永定河流域葡萄园合理施氮量（270—330 kg·hm-2）[2]，是其3—5倍。因此，农户施肥应具有动态性，根据葡萄各生育时期的需肥特性，结合土壤肥力，合理施氮，改善土壤理化性质。本研究还发现永定河流域上游氮素平均盈余量为1 430.41 kg·hm-2，是下游的1.39倍，均高于卢树昌等[37]调查的河北省葡萄园氮养分盈余量（911 kg·hm-2）。与孙卓玲[34]对怀来、涿鹿两县葡萄园氮投入研究结果一致，涿鹿县葡萄园氮素投入远高于怀来县，是其3.6倍。可见，流域葡萄园氮投入量过高现象长期存在，这与氮肥投入水平和葡萄的经济效益直接相关，园主普遍存在“高投入等于高产出”的认知观念有关；也与该地区葡萄园土壤以壤质砂土或砂质壤土的土壤质地类型有关，土壤保水保肥能力较差，养分易淋失，而葡萄主要根系分布在40 cm以上土层，因此氮肥投入较高。

前人研究表明，施氮量对葡萄园土壤氮素含量、累积量均有显著影响[22,38-39]。而本研究结果表明，氮素投入与硝态氮累积量呈正相关，但不显著，且相较表层硝态氮累积量而言，与中层、深层硝态氮相关性更强。这与在其他作物上的研究结果一致[40-42]。可能是由于永定河流域葡萄园土壤质地偏砂，对养分固持能力较弱。永定河流域上、下游0—60 cm土层平均硝态氮累积量分别达到92.44和48.12 kg·hm-2，土壤剖面空间垂直分布上均在底层硝态氮累积量最高，因为长期的氮肥投入为土壤硝态氮累积提供物质条件，高氮肥投入伴随大水漫灌会导致硝态氮的大量累积并向下层土壤迁移[11]。

3.2 高程对永定河流域葡萄园土壤硝态氮累积的影响

海拔变化引起的温度和水分等环境因子的改变是影响土壤氮素空间异质性的重要因素[24]。硝态氮作为土壤可溶性氮素的重要组成之一，其空间分布因海拔变化而具有异质性[43-44]。本研究中，流域上游土壤硝态氮累积量随着高程的升高呈现出增高—降低—增高—降低的“M”型变化，而流域下游土壤硝态氮累积量随着高程的升高则呈现出增高—降低—增高的趋势，这与流域上、下游不同高程土壤含水量变化趋势相同。一方面可能是由于土壤含水量沿海拔的变化使得土壤中的水溶性氮含量发生变化，促进氮素矿化能力，进而增加该海拔处的硝态氮含量[45]。另一方面可能是由于不同高程范围内葡萄园氮素投入量不同（表1），造成土壤硝态氮累积分布差异[46]。但整体上流域上、下游葡萄园土壤硝态氮累积量随高程的升高有增加的趋势。研究还发现，高程与表层土壤硝态氮累积量呈显著正相关，而与中层和底层土壤硝态氮累积量相关性不显著。这同SHARMA等[47]对喜马拉雅氮转化率的研究相似，说明表土氮转化率对海拔和温度的响应高于底土，但在土壤中氮素因子和水分因子的控制下，随海拔的升高，氮转化率的变化不一致。

本研究还发现，流域上游土壤硝态氮累积量在600—650 m高程最高，显著高于其他高程，但相同高程各土层间差异不显著，说明相比土层深度，高程对硝态氮分布影响更大。另外，本研究中流域上游不同土层硝态氮累积量均在450—500 m高程范围内最低，且仅450—500 m高程处相同土层上游的硝态氮累积量低于下游，其余高程均是相反，说明土壤硝态氮分布同样受区域地形地貌影响，也可能是与上游葡萄园氮素投入高于下游以及450—500 m高程区域内葡萄园氮素投入相对较低有关。此外，有关研究表明，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转化为NO3--N的速率增加，使得位于高水位高程和上游断面土壤硝态氮含量高[48]。本研究中处于涿鹿县的流域上游区域水位高于处于怀来县的流域下游区域水位[49]，可能使上游葡萄园土壤硝态氮偏高。

4 结论

4.1 永定河流域上游和下游葡萄园平均氮素投入量分别为1 492.79和1 079.31 kg·hm-2，平均氮素盈余量分别为1 430.41和1 027.23 kg·hm-2，过量的氮素投入导致土壤氮素大量盈余，应适当减少氮肥投入的同时重视有机无机肥投入比例。

4.2 永定河上游和下游葡萄园土壤剖面硝态氮累积量空间分布与含量趋势一致，同时，0—60 cm垂直土层均呈现上游高于下游，局部区域斑块状分布的格局。600—650 m高程，上游葡萄园土壤硝态氮含量和累积量均最高，显著高于其他高程（＜0.05）；而下游受高程的影响不显著。

4.3 葡萄园氮素投入与所处高程是影响土壤硝态氮累积量的重要因素。表层硝态氮累积量分布主要受高程影响，底层硝态氮累积量分布主要受氮素投入影响。

[1] 中国统计年鉴. 北京: 中国统计出版社, 2021.

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

[2] 王探魁, 张丽娟, 冯万忠, 吉艳芝, 杨志新, 秦晓杰. 河北省葡萄主产区施肥现状调查分析与研究. 北方园艺, 2011(13): 5-9.

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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

河北省怀来县科技支撑计划（2021C-04）、国家重点研发计划（2017YFD0200106）、河北省自然科学基金（D2020204006）

李思奇，E-mail：lisiqi_hebei@163.com。通信作者张丽娟，E-mail：lj_zh2001@163.com。通信作者王娅静，E-mail：wangyj117@163.com

（责任编辑 李云霞）