福建設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. 寧德市農業科學研究所，福建 福安 355017；2. 福安市農業農村局，福建 福安 355017；3. 寧德市扶貧開發服務中心，福建 寧德 352100)

自21世紀以來，隨著避雨栽培的成功應用及栽培技術的不斷提高，南方產區葡萄栽培面積迅速增加[1-4]。據國家葡萄產業技術體系福州葡萄試驗站統計，2018年福建葡萄種植面積約為1.1萬 hm2，設施栽培比率達 80.4%，已成為我國鮮食葡萄的新興優勢產區之一[5-6]。避雨設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，提高了葡萄品質和經濟效益[7-9]。但在葡萄產業高速發展的同時，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、酸化等環境問題日益突出[10-13]，使之成為南方葡萄產業發展的瓶頸[14]。

土壤養分狀況是影響果樹產量和果實品質的重要因素[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量，但過量施用不僅會降低肥料利用率，使部分養分在土壤中大量積累，造成土壤養分失衡，還會破壞土壤結構和生態環境，最終影響作物的產量和品質[23-25]。因此，通過土壤養分狀況調查分析，了解栽培土壤養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分豐缺狀況的調查，且多以有效性養分調查分析為主，較少涉及對較深土層及土壤養分全量調查分析[26-29]。為此，本研究以福建省壽寧縣千畝高優示范園區為研究對象，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分含量，旨在揭示福建設施葡萄園土壤氮磷鉀養分含量垂直分布特征，以期為南方設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1760 h，積溫達4745～6570 ℃，≥10 ℃的有效積溫4249 ℃，降水量1976 mm，無霜期250 d。采用設施栽培有利于優質葡萄生產。

1.2 樣品采集處理及測定

通過對壽寧縣千畝高優農業示范園區（葡萄）實地調查，依據園區葡萄種植分布位置（坡地、平地）選取代表性葡萄園，共布設采樣點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 數據分析

數據采用Excel2010整理，通過SPSS19.0統計軟件進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 葡萄園氮磷鉀統計分析

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分之間變異情況也有所差異，其中坡地葡萄園土壤養分變異系數大小順序為：有效磷＞全磷＞有效鉀＞堿解氮＞全氮＞全鉀；平地葡萄園土壤養分變異系數大小順序為：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出隨土層深度增加而降低的垂直分布規律。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律與全氮分布規律一致，亦隨土層深度增加而降低的垂直分布規律。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律，土壤有效磷的表層聚集現象更為明顯，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”更為明顯，坡地葡萄園土壤有效鉀分布規律與全鉀分布規律一致，而平地葡萄園則表現出垂直遞減的分布規律，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?？傮w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

根據全國第二次土壤普查養分分級標準（表3），不同位置的葡萄園0～60 cm土壤養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準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土壤養分豐缺情況要優于坡地葡萄園。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 討論與結論

諸多研究已經表明，地形作為五大成土因素之一，直接影響土壤養分的空間分布[31-32]。賽牙熱木·哈力甫等[33]研究認為，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相關關系。黃安香等[34]研究發現，土壤氮磷鉀養分含量受坡度影響較大，坡度越小保肥能力越強。本研究結果亦表明：葡萄園土壤養分含量分布受海拔、坡度等地形因素的影響，具體表現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分具有明顯的表層“積聚效應”，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境及水肥管理有關。本研究區葡萄栽培均為避雨設施模式，降水對土壤的影響不大，也對土壤養分的擴散速率影響不明顯[35]，加之果農長期施用三元素平衡性復合肥，且以撒施為主，造成土壤養分在表層積聚。

全氮含量通常用于衡量土壤氮素的基礎肥力，而堿解氮含量與作物的生長關系密切。本研究區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。相關研究認為，土壤氮素含量與有機質含量呈正相關，隨著土層深度的加深，土壤含水量、通氣量、溫度也隨之降低，深層土壤有機物質的周轉也隨之減弱，因而影響土壤氮素含量[20,36-37]。從養分的豐缺情況而言，本研究區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、氫離子等物質酸化根系周圍的土壤，并提高土壤磷的有效形態[21,39]。本研究區土壤鉀的垂直分布規律與氮素、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，這與傳統葡萄園施肥管理經驗有密切關系。葡萄作為喜鉀性果樹，果農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，這可能與設施栽培下的灌溉管理有關。設施栽培下葡萄園土壤缺少降水的補充，同時傳統的灌溉方式使得設施土壤干濕交替頻繁，進一步加劇土壤鉀元素的固定，造成土壤鉀的有效性降低[22]。

在葡萄生產中肥料不僅是保證樹體正常發育的重要物質，也是關乎經濟效益和環境效益的主要因素。合理施肥不僅可以提高葡萄的產量和品質，還能提高果園的土壤肥力和環境效益。因此，南方設施葡萄園施肥應該結合葡萄園所處的地形位置和土壤養分測定結果，針對性制定葡萄園施肥方案以替代傳統單純追求高產的經驗施肥模式，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，減緩土壤養分在土壤中的大量累積，降低農業面源污染風險。