福建設(shè)施葡萄園土壤氮磷鉀豐缺狀況及垂直分布特征

范曉暉，謝星，郭淑珍，劉文婷，陳敏星，陳慕松，吳壽華

(1. 寧德市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，福建 福安 355017；2. 福安市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，福建 福安 355017；3. 寧德市扶貧開發(fā)服務(wù)中心，福建 寧德 352100)

自21世紀(jì)以來，隨著避雨栽培的成功應(yīng)用及栽培技術(shù)的不斷提高，南方產(chǎn)區(qū)葡萄栽培面積迅速增加[1-4]。據(jù)國家葡萄產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系福州葡萄試驗站統(tǒng)計，2018年福建葡萄種植面積約為1.1萬 hm2，設(shè)施栽培比率達(dá) 80.4%，已成為我國鮮食葡萄的新興優(yōu)勢產(chǎn)區(qū)之一[5-6]。避雨設(shè)施避免了南方頻繁降雨對葡萄栽培的限制，有效地減少了因多雨高濕天氣造成的葡萄病害，提高了葡萄品質(zhì)和經(jīng)濟效益[7-9]。但在葡萄產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的同時，也伴隨著一些問題，其中化肥過量投入、有機肥料投入過低和盲目灌溉等現(xiàn)象普遍存在，加之葡萄為多年栽培果樹，隨著種植年限的增加，葡萄園土壤板結(jié)、酸化等環(huán)境問題日益突出[10-13]，使之成為南方葡萄產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸[14]。

土壤養(yǎng)分狀況是影響果樹產(chǎn)量和果實品質(zhì)的重要因素[15]，其中氮、磷、鉀是作物生長所必需的三種大量營養(yǎng)元素[16-17]。氮、磷和鉀肥也是葡萄栽培過程中最常施用的肥料[18-22]。合理施用化肥可提高作物產(chǎn)量，但過量施用不僅會降低肥料利用率，使部分養(yǎng)分在土壤中大量積累，造成土壤養(yǎng)分失衡，還會破壞土壤結(jié)構(gòu)和生態(tài)環(huán)境，最終影響作物的產(chǎn)量和品質(zhì)[23-25]。因此，通過土壤養(yǎng)分狀況調(diào)查分析，了解栽培土壤養(yǎng)分狀況就顯得尤為重要。以往的研究主要針對葡萄園表層土壤養(yǎng)分豐缺狀況的調(diào)查，且多以有效性養(yǎng)分調(diào)查分析為主，較少涉及對較深土層及土壤養(yǎng)分全量調(diào)查分析[26-29]。為此，本研究以福建省壽寧縣千畝高優(yōu)示范園區(qū)為研究對象，選取14個代表性葡萄園，測定葡萄土壤剖面的氮磷鉀全量及其有效性養(yǎng)分含量，旨在揭示福建設(shè)施葡萄園土壤氮磷鉀養(yǎng)分含量垂直分布特征，以期為南方設(shè)施葡萄園的合理施肥提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

壽寧縣位于福建東北部，海拔500～1200 m，屬中亞熱帶山地氣候，年平均氣溫13～19 ℃，日照時數(shù)1760 h，積溫達(dá)4745～6570 ℃，≥10 ℃的有效積溫4249 ℃，降水量1976 mm，無霜期250 d。采用設(shè)施栽培有利于優(yōu)質(zhì)葡萄生產(chǎn)。

1.2 樣品采集處理及測定

通過對壽寧縣千畝高優(yōu)農(nóng)業(yè)示范園區(qū)（葡萄）實地調(diào)查，依據(jù)園區(qū)葡萄種植分布位置（坡地、平地）選取代表性葡萄園，共布設(shè)采樣點14個。按照0～20 cm、20～40 cm和40～60 cm深度分層取樣，共采集土壤樣品40個。每樣品取1.0 kg裝入潔凈的聚乙烯塑料自封袋中，帶回實驗室，自然風(fēng)干，并去除雜草、草根、礫石等雜物，研磨過篩分裝。

全氮和堿解氮采用半微量凱氏定氮法測定；全磷采用堿熔融-鉬銻抗比色測定，有效磷采用雙酸浸提-鉬銻抗比色測定；全鉀采用堿熔融-火焰光度計法測定，有效鉀采用冷硝酸浸提-火焰光度計法測定[30]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采用Excel2010整理，通過SPSS19.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 葡萄園氮磷鉀統(tǒng)計分析

由表1可知，不同位置葡萄園土壤剖面氮磷鉀含量差別明顯。平地葡萄園土壤全氮、堿解氮、全磷、有效磷、全鉀和有效鉀含量較于坡地葡萄園分別高出40.0%、34.16%、24.32%、6.85%、31.26%和28.15%。不同位置的葡萄園各養(yǎng)分之間變異情況也有所差異，其中坡地葡萄園土壤養(yǎng)分變異系數(shù)大小順序為：有效磷＞全磷＞有效鉀＞堿解氮＞全氮＞全鉀；平地葡萄園土壤養(yǎng)分變異系數(shù)大小順序為：有效磷＞全磷＞堿解氮＞全氮＞有效鉀＞全鉀。

表1 不同位置葡萄園氮磷鉀含量統(tǒng)計分析Table 1 Statistical values of N, P and K content in soil profiles of vineyards at different locations

2.2 葡萄園土壤氮磷鉀垂直分布特征

2.2.1 葡萄園土壤氮含量垂直分布特征

由表2可知，葡萄園各土層土壤全氮含量呈現(xiàn)出隨土層深度增加而降低的垂直分布規(guī)律。其中，坡地葡萄園0～20 cm土壤全氮含量相較于20～40 cm、40～60 cm分別高出0.28 g·kg-1和0.55 g·kg-1，但差異不顯著；而平地葡萄園則分別高出0.41 g·kg-1和0.39 g·kg-1，差異也不顯著。土壤堿解氮的分布規(guī)律與全氮分布規(guī)律一致，亦隨土層深度增加而降低的垂直分布規(guī)律。其中，坡地葡萄園0～20 cm土壤堿解氮含量顯著高于40～60 cm，這兩者之間相差40.73 g·kg-1；而平地葡萄園各土層土壤堿解氮含量相互之間差異不顯著。此外，平地葡萄園各土層土壤全氮含量均高于坡地葡萄園，其中平地葡萄園20～40 cm與40～60 cm之間的土壤堿解氮含量相差僅為4.07 g·kg-1，較坡地葡萄園而言較小。

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

2.2.2 葡萄園土壤磷含量垂直分布特征

由表2可知，平地葡萄園各土層土壤全磷含量高于坡地葡萄園，差異不顯著，從上到下分別高出0.12、0.05、0.11 g·kg-1。坡地葡萄園0～20 cm土壤全磷含量相較于20～40 cm差異不顯著，但是與40～60 cm差異顯著；而平地葡萄園0～20 cm土壤全磷含量顯著高于20～40、40～60 cm，相較于葡萄園土壤全磷分布規(guī)律，土壤有效磷的表層聚集現(xiàn)象更為明顯，0～20 cm土壤有效磷含量均顯著高于20～40 cm與40～60 cm，其中坡地葡萄園分別高出36.58 mg·kg-1和52.5 mg·kg-1，平地葡萄園分別高出62.19 mg·kg-1和64.93 mg·kg-1；與土壤全磷含量分布情況不同，平地葡萄園20～40 cm土壤有效磷含量低于坡地葡萄園，兩者相差10.61 mg·kg-1，但差異不顯著。

2.2.3 葡萄園土壤鉀垂直分布特征

由表2可知，葡萄園土壤鉀的垂直分布情況與土壤氮、磷的垂直分布情況有所差異。坡地葡萄園0～20 cm土壤全鉀含量最高，20～40 cm有所下降，40～60 cm略有回升，各土層全鉀含量差異均不顯著；而平地葡萄園土壤全鉀則隨土壤深度的增加而增加，均增加0.33 g·kg-1，但各土層相互之間差異均不顯著；總體上平地葡萄園各土層土壤全鉀均顯著高于坡地葡萄園，分別高出7.84、9.62、9.54 g·kg-1。葡萄園土壤有效鉀含量的表層“積聚效應(yīng)”更為明顯，坡地葡萄園土壤有效鉀分布規(guī)律與全鉀分布規(guī)律一致，而平地葡萄園則表現(xiàn)出垂直遞減的分布規(guī)律，其中平地葡萄園0～20 cm有效鉀含量比40～60 cm土層高72.85 mg·kg-1，差異顯著。總體而言，平地葡萄園各土層土壤有效鉀含量均高于坡地葡萄園，但差異均不顯著。

2.3 葡萄園土壤氮磷鉀豐缺情況

2.3.1 坡地葡萄園0～60 cm土壤氮磷鉀豐缺情況

根據(jù)全國第二次土壤普查養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)（表3），不同位置的葡萄園0～60 cm土壤養(yǎng)分的豐缺程度不盡相同。由表4可知，50%的坡地葡萄園土壤全氮和堿解氮處于較缺水平，33.33%處于缺水平，僅5號樣點處于中等水平。土壤全磷含量整體較低，僅12號點處于較缺水平，其他樣點處于缺的水平以下；而土壤有效磷豐缺情況則與全磷不同，僅3號樣點處于極缺水平，其他樣點處于中等水平以上，其中1號樣點處于豐富水平。土壤全鉀含量僅5號和12號樣點處于豐富水平，1號、2號和9號樣點處于中等水平，3號樣點處于較缺水平；土壤有效鉀僅1號樣點處于較豐富水平，其他樣點處于中等水平以下。

表3 全國第二次土壤普查分級標(biāo)準(zhǔn)Table 3 Classification standard of the second general survey of soil

表4 各樣點葡萄園0～60 cm土層土壤養(yǎng)分平均值Table 4 Mean of soil nutrient content in 0～60 cm of vineyard at different points

2.3.2 平地葡萄園0～60 cm土壤氮磷鉀豐缺情況

與表3對比表明，平地葡萄園0～60 cm土壤養(yǎng)分豐缺情況要優(yōu)于坡地葡萄園。平地葡萄園0～60 cm土壤全氮處于中等水平以上的葡萄園占62.50%；相較于土壤全氮豐缺情況而言，堿解氮豐缺水平有所降低，葡萄園土壤堿解氮處于中等水平以上的葡萄園占50%，其中14號樣點的土壤全氮與堿解氮處于豐富水平。平地葡萄園0～60 cm土壤全磷豐缺情況與坡地葡萄園情況相似，僅14號樣點處于中等水平，其他均處于較缺的水平以下；而土壤有效磷的豐缺情況則明顯提高，整體處于中等水平以上，其中13號樣點處于豐富水平。平地葡萄園0～60 cm土壤全鉀僅14號樣點處于較豐富水平，其他均處于豐富水平；50%葡萄園土壤有效鉀處于較缺的水平，處于中等水平和較豐富水平各占25%。

3 討論與結(jié)論

諸多研究已經(jīng)表明，地形作為五大成土因素之一，直接影響土壤養(yǎng)分的空間分布[31-32]。賽牙熱木·哈力甫等[33]研究認(rèn)為，隨海拔高度的增加，受地表徑流的影響，海拔高度與土壤中氮磷鉀含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。黃安香等[34]研究發(fā)現(xiàn)，土壤氮磷鉀養(yǎng)分含量受坡度影響較大，坡度越小保肥能力越強。本研究結(jié)果亦表明：葡萄園土壤養(yǎng)分含量分布受海拔、坡度等地形因素的影響，具體表現(xiàn)為平地葡萄園土壤氮磷鉀含量要明顯高于坡地位置的葡萄園。

本研究葡萄園土壤養(yǎng)分具有明顯的表層“積聚效應(yīng)”，葡萄園土壤全氮、全磷及其有效量和土壤有效鉀含量主要集中在0～20 cm土層，20 cm土層以下迅速降低，這可能與葡萄栽培環(huán)境及水肥管理有關(guān)。本研究區(qū)葡萄栽培均為避雨設(shè)施模式，降水對土壤的影響不大，也對土壤養(yǎng)分的擴散速率影響不明顯[35]，加之果農(nóng)長期施用三元素平衡性復(fù)合肥，且以撒施為主，造成土壤養(yǎng)分在表層積聚。

全氮含量通常用于衡量土壤氮素的基礎(chǔ)肥力，而堿解氮含量與作物的生長關(guān)系密切。本研究區(qū)土壤氮含量整體處在較低水平，且土壤氮素含量隨著土層深度的增加而降低。相關(guān)研究認(rèn)為，土壤氮素含量與有機質(zhì)含量呈正相關(guān)，隨著土層深度的加深，土壤含水量、通氣量、溫度也隨之降低，深層土壤有機物質(zhì)的周轉(zhuǎn)也隨之減弱，因而影響土壤氮素含量[20,36-37]。從養(yǎng)分的豐缺情況而言，本研究區(qū)土壤全磷含量在較低水平，但有效磷含量在較高水平，這可能與植物根系有密切關(guān)系。宋偉等[38]研究表明，葡萄80%以上的根系分布在0～60 cm土層，而根系分泌的有機酸、氫離子等物質(zhì)酸化根系周圍的土壤，并提高土壤磷的有效形態(tài)[21,39]。本研究區(qū)土壤鉀的垂直分布規(guī)律與氮素、磷素有所差異，坡地葡萄園土壤全鉀0～20 cm土層含量最高，20～40 cm有所下降，40～60 cm略有回升；而平地葡萄園土壤全鉀則隨土壤深度的增加而增加，這與傳統(tǒng)葡萄園施肥管理經(jīng)驗有密切關(guān)系。葡萄作為喜鉀性果樹，果農(nóng)在種植過程中鉀肥過量施用的情況較為普遍，易造成葡萄園土壤鉀元素積累。但有效鉀的豐缺情況則處于較低水平，這可能與設(shè)施栽培下的灌溉管理有關(guān)。設(shè)施栽培下葡萄園土壤缺少降水的補充，同時傳統(tǒng)的灌溉方式使得設(shè)施土壤干濕交替頻繁，進(jìn)一步加劇土壤鉀元素的固定，造成土壤鉀的有效性降低[22]。

在葡萄生產(chǎn)中肥料不僅是保證樹體正常發(fā)育的重要物質(zhì)，也是關(guān)乎經(jīng)濟效益和環(huán)境效益的主要因素。合理施肥不僅可以提高葡萄的產(chǎn)量和品質(zhì)，還能提高果園的土壤肥力和環(huán)境效益。因此，南方設(shè)施葡萄園施肥應(yīng)該結(jié)合葡萄園所處的地形位置和土壤養(yǎng)分測定結(jié)果，針對性制定葡萄園施肥方案以替代傳統(tǒng)單純追求高產(chǎn)的經(jīng)驗施肥模式，合理配施氮磷肥，避免盲目過量施用鉀肥，通過增施有機肥和補充土壤微生物菌劑，提高肥料的利用率，減緩?fù)寥鲤B(yǎng)分在土壤中的大量累積，降低農(nóng)業(yè)面源污染風(fēng)險。