庫爾勒香梨土壤主要養(yǎng)分與產(chǎn)量關(guān)系的研究

劉茂秀，史軍輝，王新英

(新疆林業(yè)科學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830046)

新疆庫爾勒香梨(PyrusbretschmeideriReha)歷史悠久，品質(zhì)上佳，以其皮薄肉細(xì)、汁多脆甜、香味濃郁而馳名國內(nèi)外，是新疆三大名優(yōu)瓜果特產(chǎn)之一，已成為新疆南部重要的出口創(chuàng)匯農(nóng)產(chǎn)品之一[1]，在新疆林果業(yè)發(fā)展中具有重要地位[2]。香梨屬薔薇科、梨屬中的白梨系統(tǒng)，是新疆梨和西洋梨的自然雜交后代，在新疆的種植歷史已有1 400～2 000 年[3]，2015年掛果面積已達(dá)到3.33萬hm2，實(shí)現(xiàn)了一定的產(chǎn)量和效益。但是單位面積的產(chǎn)量和效益與國內(nèi)外相比還具有一定的差距。土壤養(yǎng)分供給是林木生長發(fā)育重要的物質(zhì)基礎(chǔ)。目前，新疆香梨園普遍存在過量施肥，管理不合理，導(dǎo)致香梨樹體營養(yǎng)失調(diào)，產(chǎn)量不穩(wěn)定，果品品質(zhì)下降等突出問題[4]。科學(xué)合理的平衡施肥是庫爾勒香梨綠色生產(chǎn)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)[1]，也是提質(zhì)增效的基本措施之一。

目前，許多學(xué)者綜合運(yùn)用植物養(yǎng)分分析、土壤養(yǎng)分分析、數(shù)值模型等方法研究農(nóng)田土壤主要養(yǎng)分指標(biāo)與產(chǎn)量的相關(guān)關(guān)系，建立土壤養(yǎng)分指標(biāo)與產(chǎn)量的定量關(guān)系模型[5]。高祥照等[6]發(fā)現(xiàn)小麥產(chǎn)量與有效磷、全氮及有機(jī)質(zhì)之間存在高度正相關(guān)。柴仲平等[7-8]研究表明，土壤中氮磷鉀及其配方施肥對庫爾勒香梨果實(shí)主要營養(yǎng)元素具有一定影響，科學(xué)的果園土壤管理方法對庫爾勒香梨的產(chǎn)量與果實(shí)品質(zhì)有積極的促進(jìn)作用[9]。但是，庫爾勒香梨是一種深根性多年生喬木，生命周期長，不同器官和不同年季間植株體內(nèi)養(yǎng)分存在著不斷的再循環(huán)和再利用現(xiàn)象[10]，影響目標(biāo)產(chǎn)量構(gòu)成的因素復(fù)雜。因此，果樹測土施肥技術(shù)要求參照農(nóng)業(yè)大田土壤標(biāo)準(zhǔn)，針對性不強(qiáng)。本文選擇管理水平較高的庫爾勒香梨初果期果園，通過標(biāo)準(zhǔn)樣株土壤養(yǎng)分及單株產(chǎn)量實(shí)測值，利用統(tǒng)計模型構(gòu)建庫爾勒香梨園土壤主要營養(yǎng)元素與產(chǎn)量之間的關(guān)系，探討土壤主要營養(yǎng)元素與產(chǎn)量的數(shù)量關(guān)系，為庫爾勒香梨目標(biāo)產(chǎn)量的定量施肥技術(shù)提供理論指導(dǎo)與科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)基本概況

試驗區(qū)位于塔里木盆地東北緣的巴音郭楞蒙古自治州。研究區(qū)屬典型暖溫帶大陸性干旱氣候，年平均氣溫11.40℃；年平均降水為30.50 mm，降水主要集中在5～9月；年平均蒸發(fā)量為2 598.20 mm；年積溫(≥10℃)4 050～4 080 ℃。自治州內(nèi)孔雀河為主要水系，歷年平均流量12.10億m3。截至2015年，庫爾勒市屬香梨面積已達(dá)5.07萬hm2，年產(chǎn)量超過45萬t，成為新疆乃至全國著名的“梨鄉(xiāng)”和綠色無公害果品基地。

1.2 研究方法

1.2.1 選擇供試果園

2012年5月，在巴州庫爾勒市的阿瓦提鄉(xiāng)、和什力克鄉(xiāng)和包頭湖農(nóng)場選擇6個初果期果園，果園土壤為砂壤土，pH值7.8，灌溉方式為漫灌，田間管理方式一致。標(biāo)準(zhǔn)園面積為4～6.67 hm2，樹齡為8～10年，株行距為4 m×5 m、4 m×6 m、5 m×5 m。每株果樹平均施有機(jī)肥0.12 m3/hm2、氮肥5.53 kg/hm2、磷肥4.56 kg/hm2和鉀肥1.26 kg/hm2。每個果園中采用“S”形布點(diǎn)法，以長勢良好，無病蟲害和無機(jī)械損傷的香梨為標(biāo)準(zhǔn)株，每個果園9株，共計54株標(biāo)準(zhǔn)株。

1.2.2 樣品采集

2012年8月下旬，在每個標(biāo)準(zhǔn)樣株的樹冠滴水線附近或以樹干為圓點(diǎn)向外延伸到樹冠邊緣的2/3處，避開施肥溝(穴)，沿樹冠垂直投影方向按東、南、西、北4個方向設(shè)置采樣點(diǎn)，以農(nóng)業(yè)土壤耕作層和幼樹期庫爾勒香梨根系集中分布相結(jié)合確定采樣深度為60 cm，分0～20、20～60 cm兩個層次，將每標(biāo)準(zhǔn)株4個方向的相同層次土樣混合為1個樣，每標(biāo)準(zhǔn)株土樣2個，每個果園18個土樣，6個果園共計108個樣。根據(jù)土壤樣品的制備方法[11]

處理土樣并標(biāo)識。9月，采用全株收獲法對已標(biāo)定的香梨標(biāo)準(zhǔn)株的產(chǎn)量進(jìn)行測定，同時對果品分等定級。本文產(chǎn)量指標(biāo)采用標(biāo)準(zhǔn)株香梨產(chǎn)量。

1.2.3 測定指標(biāo)與方法

土壤養(yǎng)分測定指標(biāo)為土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀，產(chǎn)量指標(biāo)為標(biāo)準(zhǔn)株香梨產(chǎn)量。土壤有機(jī)質(zhì)數(shù)值采用硫酸重鉻酸鉀外加熱法(NY/T85-1988)測定，堿解氮采用堿解擴(kuò)散法(LY/T1229-1999)測定，有效磷采用NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法(GB/T12297-1990)測定，速效鉀采用NH4OAc浸提-火焰光度法(LY/1236-1999)[12]測定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

通過SPSS 19.0統(tǒng)計軟件對土壤與產(chǎn)量關(guān)系進(jìn)行多種曲線回歸分析，比較顯著度系數(shù)，選擇最佳模型。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同土層營養(yǎng)元素分布特點(diǎn)

初果期香梨園不同土壤層次營養(yǎng)元素變化規(guī)律見表1。0～20 cm土層有機(jī)質(zhì)和有效磷含量均高于20～60 cm，0～20 cm土層有機(jī)質(zhì)和有效磷含量分別是20～60 cm的1.30倍和1.49倍。而0～20 cm的堿解氮和速效鉀含量均低于20～60 cm的含量，0～20 cm的堿解氮和速效鉀含量分別是20～60 cm的0.63倍和0.68倍。從變異系數(shù)來看，有效磷的變異系數(shù)最大(CV=0.91)，其次是有機(jī)質(zhì)(CV=0.15)，而速效鉀和堿解氮含量變異系數(shù)相對較小，分布相對均勻。由于目前香梨施肥深度均較淺，一般在土壤15～20 cm，而有機(jī)質(zhì)和有效磷的移動性較差，堿解氮和速效鉀的移動性相對較強(qiáng)[13-15]，導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)和有效磷含量在土壤表層聚集，而堿解氮和速效鉀則隨水移動到土壤下層聚集。

表1 不同土層營養(yǎng)元素含量

注：表中AK、AN、AP、OM分別代表速效鉀、堿解氮、有效磷和有機(jī)質(zhì)，指標(biāo)后面的數(shù)字1、2分別為表層(0～20 cm)和表下層(20～60 cm)的土壤性質(zhì)，AK1～AK2表示表層與表下層速效鉀之差，其余同類符號與此類似。各項代號下同。

2.2 不同層次中土壤有機(jī)質(zhì)與產(chǎn)量關(guān)系模型

對庫爾勒香梨果園 0～20 cm和20～60 cm土壤有機(jī)質(zhì)與產(chǎn)量關(guān)系擬合，模型圖呈“旗形”。0～20 cm土層有機(jī)質(zhì)含量與香梨單株產(chǎn)量關(guān)系顯著，呈對數(shù)函數(shù)y=9.784 3+13.144lnx(P=0.034)(圖1A)；20～60 cm土層有機(jī)質(zhì)與香梨單株產(chǎn)量關(guān)系顯著，呈現(xiàn)冪函數(shù)y=28.577x0.221 3(P=0.021)(圖1B)，比較P值，表明20～60 cm土層有機(jī)質(zhì)含量對香梨單株產(chǎn)量的敏感程度更強(qiáng)。因此，庫爾勒香梨園有機(jī)肥要開溝深施，避免土壤表層施用，提高有機(jī)質(zhì)對香梨產(chǎn)量的影響效應(yīng)。

圖1 不同層次土壤有機(jī)質(zhì)與香梨單株產(chǎn)量的相關(guān)性注：A表示0～20 cm土層，B表示20～60 cm土層，下同。

2.3 不同層次土壤堿解氮與產(chǎn)量關(guān)系模型

通過對庫爾勒香梨果園0～20 cm及20～60 cm土層中堿解氮與產(chǎn)量關(guān)系進(jìn)行擬合，模型圖呈“旗形”。2個土層堿解氮含量與產(chǎn)量關(guān)系趨勢有明顯的差異(圖2)，表明不同土壤深度的堿解氮含量對香梨園產(chǎn)量效應(yīng)不一致。統(tǒng)計分析表明，0～20 cm土層堿解氮與產(chǎn)量相關(guān)性不顯著(P=0.453)(圖2A)，20～60 cm土層堿解氮與產(chǎn)量相關(guān)性顯著(P=0.053)(圖2B)，其關(guān)系模型為y=91.718+16.016lnx。從圖2B中可知，20～60 cm土層中，土壤堿解氮含量在0～0.06 g/kg區(qū)間，隨著施氮量增加，香梨產(chǎn)量提升較快，氮肥效益顯著；土壤堿解氮含量大于0.06 g/kg，隨著施氮量增加，香梨產(chǎn)量平緩增加。

圖2 不同層次土壤堿解氮與香梨單株產(chǎn)量的相關(guān)性

2.4 不同層次土壤有效磷與產(chǎn)量關(guān)系模型

對庫爾勒香梨果園 0～20 cm及20～60 cm土層中有效磷與產(chǎn)量關(guān)系進(jìn)行擬合，模型圖呈“旗形”。2個土壤層有效磷與產(chǎn)量具有顯著相關(guān)性，但是不同土壤深度的有效磷含量對香梨產(chǎn)量效應(yīng)有一定的差異(圖3)。0～20 cm和20～60 cm土層有效磷與產(chǎn)量關(guān)系模型均為對數(shù)函數(shù)，函數(shù)關(guān)系分別為y=81.479+10.315lnx(P=0.014)(圖3A)和y=110.11+16.416lnx(P=0.002)(圖3B)。由圖3B可知，庫爾勒香梨產(chǎn)量隨土壤有效磷含量增加而平緩地提高，即在有效磷含量低于0.02 g/kg，隨著磷肥量增加，香梨產(chǎn)量提升較快，磷肥增產(chǎn)效益顯著，說明土壤有效磷含量對香梨樹體有效磷吸收效率有一定影響。

圖3 不同層次土壤有效磷與香梨單株產(chǎn)量的相關(guān)性

2.5 不同層次土壤速效鉀與產(chǎn)量關(guān)系模型

對庫爾勒香梨果園 0～20 cm和20～60 cm土層中速效鉀含量與產(chǎn)量關(guān)系進(jìn)行曲線擬合，模型圖呈“旗形”。0～20 cm土層中速效鉀含量與產(chǎn)量關(guān)系模型為冪函數(shù)，其關(guān)系為y=76.959x0.279(P=0.041)(圖4A)；20～60 cm土層中速效鉀含量與產(chǎn)量關(guān)系未達(dá)顯著性(P=0.092)，但由圖4B可知，香梨產(chǎn)量隨土壤速效鉀含量的增加呈增加趨勢。從圖4分析得出，土壤速效鉀含量小于0.10 g/kg，合理施用鉀肥可以迅速提高庫爾勒香梨產(chǎn)量，鉀肥效應(yīng)較好；土壤速效鉀含量高于0.10 g/kg時，施用鉀肥，香梨產(chǎn)量平穩(wěn)緩慢增加，增產(chǎn)效果不顯著。

圖4 不同層次土壤速效鉀與香梨單株產(chǎn)量的相關(guān)性

3 討論

截至2015年，巴州地區(qū)庫爾勒香梨種植面積已達(dá)5.07萬hm2，年產(chǎn)量超過45萬t，約占新疆梨產(chǎn)量的43%，由于栽培管理經(jīng)營模式及間作方式不同，香梨種植密度多樣化，導(dǎo)致相同生長發(fā)育階段香梨園產(chǎn)量存在較大差異(表2)。目前，庫爾勒香梨測土配肥主要針對某一生長發(fā)育階段產(chǎn)量進(jìn)行推薦施肥，忽略了株行距對香梨產(chǎn)量的影響，針對性不強(qiáng)。本研究中構(gòu)建土壤主要營養(yǎng)元素與單株產(chǎn)量模型，適用于不同株行距的香梨園為達(dá)到目標(biāo)產(chǎn)量進(jìn)行定量推薦施肥。

表2 庫爾勒香梨產(chǎn)量調(diào)查

土壤有機(jī)質(zhì)是反映土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)，而氮、磷、鉀則是植物生長的必需營養(yǎng)元素。氮素和鉀素在降雨和灌溉水作用下，能隨水分運(yùn)移淋溶到土壤深層，而磷素具有較強(qiáng)的吸附性，不易被土壤中的水分運(yùn)移攜帶走，移動性較差[13-15]。因此，本研究中有機(jī)質(zhì)和有效磷集中在土壤表層(0～20 cm)，而堿解氮和速效鉀則集中于土壤下層(20～60 cm)，分布規(guī)律與各營養(yǎng)元素在土壤中的遷移性一致。所調(diào)查初果期香梨園土壤堿解氮、有效磷、速效鉀和有機(jī)質(zhì)的平均值分別為68.24 mg/kg、21.80 mg/kg、112.61 mg/kg和11.3 g/kg，與盛果期香梨園土壤養(yǎng)分研究[16]結(jié)果相比，土壤主要養(yǎng)分狀況稍有一些差異，差異性均不顯著(P>0.05)，其主要原因可能是庫爾勒主產(chǎn)區(qū)初果期和盛果期香梨園都采用相同的施肥量和管理措施，忽略初果期和盛果期樹體自身的營養(yǎng)需求導(dǎo)致的結(jié)果。

新疆第二次土壤養(yǎng)分狀況調(diào)查得出“缺氮、少磷、鉀有余”[17]的結(jié)果。本文中綠洲內(nèi)部的庫爾勒香梨園產(chǎn)量對土壤氮、磷、鉀等主要營養(yǎng)成分敏感性表現(xiàn)一定的差異，即有機(jī)質(zhì)、堿解氮和速效鉀含量與產(chǎn)量關(guān)系顯著性P值在0.05左右，而香梨園產(chǎn)量對磷有較高敏感性(P=0.01)，與新疆土壤養(yǎng)分狀況相對應(yīng)，這與前人研究精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)土壤養(yǎng)分與水稻產(chǎn)量關(guān)系模型研究結(jié)果一致[5]。

土壤主要養(yǎng)分含量是影響產(chǎn)量的主要因素[5]，通過構(gòu)建土壤主要養(yǎng)分與產(chǎn)量關(guān)系模型，庫爾勒初果期香梨園土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀均與產(chǎn)量呈正相關(guān)，這與前人對蘋果園和春小麥土壤有效養(yǎng)分與產(chǎn)量關(guān)系研究結(jié)果一致[13，18]。對土壤不同層次來講，在0～20、20～60 cm土層中有機(jī)質(zhì)和有效磷含量與產(chǎn)量關(guān)系均顯著，但20～60 cm土層較0～20 cm顯著性更強(qiáng)。而堿解氮含量在20～60 cm土層與產(chǎn)量關(guān)系顯著，速效鉀含量在0～20 cm土層與產(chǎn)量關(guān)系顯著。這表明鉀肥施入表層或葉面噴施都能提高香梨產(chǎn)量，而將有機(jī)質(zhì)、氮肥和磷肥施入表層則達(dá)不到香梨提質(zhì)增效的目的，只有將有機(jī)質(zhì)、氮肥和磷肥施入土壤下層才能有效提高庫爾勒香梨產(chǎn)量，這與郭篤發(fā)等[19]對小麥的研究結(jié)果不一致。這主要是由于0～90 cm深度土層是庫爾勒香梨根系生物量和吸收根分布的主要區(qū)域，是香梨田間肥水管理的重要區(qū)域[10]，將有機(jī)質(zhì)、氮肥和磷肥施于此區(qū)間內(nèi)，有利于香梨果樹樹體對肥料的吸收利用，顯著提高香梨園產(chǎn)量。

本研究中初果期香梨園土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀與產(chǎn)量關(guān)系模型均呈“旗形”，表明施肥能增加土壤有效養(yǎng)分含量，從而增加產(chǎn)量或減少產(chǎn)量；但施肥用量達(dá)到一定的閾值后，施肥量對產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率會出現(xiàn)平緩，體現(xiàn)了施肥用量不能超過土壤養(yǎng)分的閾值，這一研究結(jié)果與前人關(guān)于施肥對南疆紅富土蘋果、庫爾勒香梨和灰棗產(chǎn)量影響的研究結(jié)果一致[20-22]。本研究中土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀含量閾值分別為5.0、0.04、0.02、0.1 g/kg，在閾值內(nèi)增施肥料可顯著提高產(chǎn)量，超過閾值增產(chǎn)率則開始下降。因此，在對庫爾勒初果期香梨園進(jìn)行肥料施用時，需根據(jù)土壤中各養(yǎng)分含量適當(dāng)施用，以免造成肥料浪費(fèi)及成本過高等問題。

4 結(jié)論

庫爾勒香梨園土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀含量均與單株產(chǎn)量關(guān)系顯著相關(guān)，在20～60 cm土層中有機(jī)質(zhì)、堿解氮和有效磷含量與產(chǎn)量關(guān)系均顯著相關(guān)，在0～20 cm土層速效鉀含量與產(chǎn)量關(guān)系顯著。因此，可利用以下數(shù)學(xué)模型對庫爾勒香梨園為達(dá)到目標(biāo)產(chǎn)量進(jìn)行推薦施肥，即有機(jī)質(zhì) y=28.56x0.22、堿解氮 y=16.02Lnx+91.72、有效磷 y=16.42Lnx+110.11、速效鉀 y=75.96x0.28。同時，為提高肥料利用率，有機(jī)肥、氮肥、磷肥均應(yīng)深施(施肥深度≥20 cm)。

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