库尔勒香梨土壤主要养分与产量关系的研究

2018-03-20刘茂秀史军辉王新英

中国土壤与肥料 2018年1期

刘茂秀，史军辉，王新英

(新疆林业科学院，新疆乌鲁木齐 830046)

新疆库尔勒香梨(PyrusbretschmeideriReha)历史悠久，品质上佳，以其皮薄肉细、汁多脆甜、香味浓郁而驰名国内外，是新疆三大名优瓜果特产之一，已成为新疆南部重要的出口创汇农产品之一[1]，在新疆林果业发展中具有重要地位[2]。香梨属蔷薇科、梨属中的白梨系统，是新疆梨和西洋梨的自然杂交后代，在新疆的种植历史已有1 400～2 000 年[3]，2015年挂果面积已达到3.33万hm2，实现了一定的产量和效益。但是单位面积的产量和效益与国内外相比还具有一定的差距。土壤养分供给是林木生长发育重要的物质基础。目前，新疆香梨园普遍存在过量施肥，管理不合理，导致香梨树体营养失调，产量不稳定，果品品质下降等突出问题[4]。科学合理的平衡施肥是库尔勒香梨绿色生产的重要物质基础[1]，也是提质增效的基本措施之一。

目前，许多学者综合运用植物养分分析、土壤养分分析、数值模型等方法研究农田土壤主要养分指标与产量的相关关系，建立土壤养分指标与产量的定量关系模型[5]。高祥照等[6]发现小麦产量与有效磷、全氮及有机质之间存在高度正相关。柴仲平等[7-8]研究表明，土壤中氮磷钾及其配方施肥对库尔勒香梨果实主要营养元素具有一定影响，科学的果园土壤管理方法对库尔勒香梨的产量与果实品质有积极的促进作用[9]。但是，库尔勒香梨是一种深根性多年生乔木，生命周期长，不同器官和不同年季间植株体内养分存在着不断的再循环和再利用现象[10]，影响目标产量构成的因素复杂。因此，果树测土施肥技术要求参照农业大田土壤标准，针对性不强。本文选择管理水平较高的库尔勒香梨初果期果园，通过标准样株土壤养分及单株产量实测值，利用统计模型构建库尔勒香梨园土壤主要营养元素与产量之间的关系，探讨土壤主要营养元素与产量的数量关系，为库尔勒香梨目标产量的定量施肥技术提供理论指导与科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验区基本概况

试验区位于塔里木盆地东北缘的巴音郭楞蒙古自治州。研究区属典型暖温带大陆性干旱气候，年平均气温11.40℃；年平均降水为30.50 mm，降水主要集中在5～9月；年平均蒸发量为2 598.20 mm；年积温(≥10℃)4 050～4 080 ℃。自治州内孔雀河为主要水系，历年平均流量12.10亿m3。截至2015年，库尔勒市属香梨面积已达5.07万hm2，年产量超过45万t，成为新疆乃至全国著名的“梨乡”和绿色无公害果品基地。

1.2 研究方法

1.2.1 选择供试果园

2012年5月，在巴州库尔勒市的阿瓦提乡、和什力克乡和包头湖农场选择6个初果期果园，果园土壤为砂壤土，pH值7.8，灌溉方式为漫灌，田间管理方式一致。标准园面积为4～6.67 hm2，树龄为8～10年，株行距为4 m×5 m、4 m×6 m、5 m×5 m。每株果树平均施有机肥0.12 m3/hm2、氮肥5.53 kg/hm2、磷肥4.56 kg/hm2和钾肥1.26 kg/hm2。每个果园中采用“S”形布点法，以长势良好，无病虫害和无机械损伤的香梨为标准株，每个果园9株，共计54株标准株。

1.2.2 样品采集

2012年8月下旬，在每个标准样株的树冠滴水线附近或以树干为圆点向外延伸到树冠边缘的2/3处，避开施肥沟(穴)，沿树冠垂直投影方向按东、南、西、北4个方向设置采样点，以农业土壤耕作层和幼树期库尔勒香梨根系集中分布相结合确定采样深度为60 cm，分0～20、20～60 cm两个层次，将每标准株4个方向的相同层次土样混合为1个样，每标准株土样2个，每个果园18个土样，6个果园共计108个样。根据土壤样品的制备方法[11]

处理土样并标识。9月，采用全株收获法对已标定的香梨标准株的产量进行测定，同时对果品分等定级。本文产量指标采用标准株香梨产量。

1.2.3 测定指标与方法

土壤养分测定指标为土壤有机质、碱解氮、有效磷、速效钾，产量指标为标准株香梨产量。土壤有机质数值采用硫酸重铬酸钾外加热法(NY/T85-1988)测定，碱解氮采用碱解扩散法(LY/T1229-1999)测定，有效磷采用NaHCO3浸提-钼锑抗比色法(GB/T12297-1990)测定，速效钾采用NH4OAc浸提-火焰光度法(LY/1236-1999)[12]测定。

1.3 数据处理

通过SPSS 19.0统计软件对土壤与产量关系进行多种曲线回归分析，比较显著度系数，选择最佳模型。

2 结果与分析

2.1 不同土层营养元素分布特点

初果期香梨园不同土壤层次营养元素变化规律见表1。0～20 cm土层有机质和有效磷含量均高于20～60 cm，0～20 cm土层有机质和有效磷含量分别是20～60 cm的1.30倍和1.49倍。而0～20 cm的碱解氮和速效钾含量均低于20～60 cm的含量，0～20 cm的碱解氮和速效钾含量分别是20～60 cm的0.63倍和0.68倍。从变异系数来看，有效磷的变异系数最大(CV=0.91)，其次是有机质(CV=0.15)，而速效钾和碱解氮含量变异系数相对较小，分布相对均匀。由于目前香梨施肥深度均较浅，一般在土壤15～20 cm，而有机质和有效磷的移动性较差，碱解氮和速效钾的移动性相对较强[13-15]，导致有机质和有效磷含量在土壤表层聚集，而碱解氮和速效钾则随水移动到土壤下层聚集。

表1 不同土层营养元素含量

注：表中AK、AN、AP、OM分别代表速效钾、碱解氮、有效磷和有机质，指标后面的数字1、2分别为表层(0～20 cm)和表下层(20～60 cm)的土壤性质，AK1～AK2表示表层与表下层速效钾之差，其余同类符号与此类似。各项代号下同。

2.2 不同层次中土壤有机质与产量关系模型

对库尔勒香梨果园 0～20 cm和20～60 cm土壤有机质与产量关系拟合，模型图呈“旗形”。0～20 cm土层有机质含量与香梨单株产量关系显著，呈对数函数y=9.784 3+13.144lnx(P=0.034)(图1A)；20～60 cm土层有机质与香梨单株产量关系显著，呈现幂函数y=28.577x0.221 3(P=0.021)(图1B)，比较P值，表明20～60 cm土层有机质含量对香梨单株产量的敏感程度更强。因此，库尔勒香梨园有机肥要开沟深施，避免土壤表层施用，提高有机质对香梨产量的影响效应。

图1 不同层次土壤有机质与香梨单株产量的相关性注：A表示0～20 cm土层，B表示20～60 cm土层，下同。

2.3 不同层次土壤碱解氮与产量关系模型

通过对库尔勒香梨果园0～20 cm及20～60 cm土层中碱解氮与产量关系进行拟合，模型图呈“旗形”。2个土层碱解氮含量与产量关系趋势有明显的差异(图2)，表明不同土壤深度的碱解氮含量对香梨园产量效应不一致。统计分析表明，0～20 cm土层碱解氮与产量相关性不显著(P=0.453)(图2A)，20～60 cm土层碱解氮与产量相关性显著(P=0.053)(图2B)，其关系模型为y=91.718+16.016lnx。从图2B中可知，20～60 cm土层中，土壤碱解氮含量在0～0.06 g/kg区间，随着施氮量增加，香梨产量提升较快，氮肥效益显著；土壤碱解氮含量大于0.06 g/kg，随着施氮量增加，香梨产量平缓增加。

图2 不同层次土壤碱解氮与香梨单株产量的相关性

2.4 不同层次土壤有效磷与产量关系模型

对库尔勒香梨果园 0～20 cm及20～60 cm土层中有效磷与产量关系进行拟合，模型图呈“旗形”。2个土壤层有效磷与产量具有显著相关性，但是不同土壤深度的有效磷含量对香梨产量效应有一定的差异(图3)。0～20 cm和20～60 cm土层有效磷与产量关系模型均为对数函数，函数关系分别为y=81.479+10.315lnx(P=0.014)(图3A)和y=110.11+16.416lnx(P=0.002)(图3B)。由图3B可知，库尔勒香梨产量随土壤有效磷含量增加而平缓地提高，即在有效磷含量低于0.02 g/kg，随着磷肥量增加，香梨产量提升较快，磷肥增产效益显著，说明土壤有效磷含量对香梨树体有效磷吸收效率有一定影响。

图3 不同层次土壤有效磷与香梨单株产量的相关性

2.5 不同层次土壤速效钾与产量关系模型

对库尔勒香梨果园 0～20 cm和20～60 cm土层中速效钾含量与产量关系进行曲线拟合，模型图呈“旗形”。0～20 cm土层中速效钾含量与产量关系模型为幂函数，其关系为y=76.959x0.279(P=0.041)(图4A)；20～60 cm土层中速效钾含量与产量关系未达显著性(P=0.092)，但由图4B可知，香梨产量随土壤速效钾含量的增加呈增加趋势。从图4分析得出，土壤速效钾含量小于0.10 g/kg，合理施用钾肥可以迅速提高库尔勒香梨产量，钾肥效应较好；土壤速效钾含量高于0.10 g/kg时，施用钾肥，香梨产量平稳缓慢增加，增产效果不显著。

图4 不同层次土壤速效钾与香梨单株产量的相关性

3 讨论

截至2015年，巴州地区库尔勒香梨种植面积已达5.07万hm2，年产量超过45万t，约占新疆梨产量的43%，由于栽培管理经营模式及间作方式不同，香梨种植密度多样化，导致相同生长发育阶段香梨园产量存在较大差异(表2)。目前，库尔勒香梨测土配肥主要针对某一生长发育阶段产量进行推荐施肥，忽略了株行距对香梨产量的影响，针对性不强。本研究中构建土壤主要营养元素与单株产量模型，适用于不同株行距的香梨园为达到目标产量进行定量推荐施肥。

表2 库尔勒香梨产量调查

土壤有机质是反映土壤质量的重要指标，而氮、磷、钾则是植物生长的必需营养元素。氮素和钾素在降雨和灌溉水作用下，能随水分运移淋溶到土壤深层，而磷素具有较强的吸附性，不易被土壤中的水分运移携带走，移动性较差[13-15]。因此，本研究中有机质和有效磷集中在土壤表层(0～20 cm)，而碱解氮和速效钾则集中于土壤下层(20～60 cm)，分布规律与各营养元素在土壤中的迁移性一致。所调查初果期香梨园土壤碱解氮、有效磷、速效钾和有机质的平均值分别为68.24 mg/kg、21.80 mg/kg、112.61 mg/kg和11.3 g/kg，与盛果期香梨园土壤养分研究[16]结果相比，土壤主要养分状况稍有一些差异，差异性均不显著(P>0.05)，其主要原因可能是库尔勒主产区初果期和盛果期香梨园都采用相同的施肥量和管理措施，忽略初果期和盛果期树体自身的营养需求导致的结果。

新疆第二次土壤养分状况调查得出“缺氮、少磷、钾有余”[17]的结果。本文中绿洲内部的库尔勒香梨园产量对土壤氮、磷、钾等主要营养成分敏感性表现一定的差异，即有机质、碱解氮和速效钾含量与产量关系显著性P值在0.05左右，而香梨园产量对磷有较高敏感性(P=0.01)，与新疆土壤养分状况相对应，这与前人研究精准农业土壤养分与水稻产量关系模型研究结果一致[5]。

土壤主要养分含量是影响产量的主要因素[5]，通过构建土壤主要养分与产量关系模型，库尔勒初果期香梨园土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾均与产量呈正相关，这与前人对苹果园和春小麦土壤有效养分与产量关系研究结果一致[13，18]。对土壤不同层次来讲，在0～20、20～60 cm土层中有机质和有效磷含量与产量关系均显著，但20～60 cm土层较0～20 cm显著性更强。而碱解氮含量在20～60 cm土层与产量关系显著，速效钾含量在0～20 cm土层与产量关系显著。这表明钾肥施入表层或叶面喷施都能提高香梨产量，而将有机质、氮肥和磷肥施入表层则达不到香梨提质增效的目的，只有将有机质、氮肥和磷肥施入土壤下层才能有效提高库尔勒香梨产量，这与郭笃发等[19]对小麦的研究结果不一致。这主要是由于0～90 cm深度土层是库尔勒香梨根系生物量和吸收根分布的主要区域，是香梨田间肥水管理的重要区域[10]，将有机质、氮肥和磷肥施于此区间内，有利于香梨果树树体对肥料的吸收利用，显著提高香梨园产量。

本研究中初果期香梨园土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾与产量关系模型均呈“旗形”，表明施肥能增加土壤有效养分含量，从而增加产量或减少产量；但施肥用量达到一定的阈值后，施肥量对产量的贡献率会出现平缓，体现了施肥用量不能超过土壤养分的阈值，这一研究结果与前人关于施肥对南疆红富土苹果、库尔勒香梨和灰枣产量影响的研究结果一致[20-22]。本研究中土壤有机质、碱解氮、有效磷、速效钾含量阈值分别为5.0、0.04、0.02、0.1 g/kg，在阈值内增施肥料可显著提高产量，超过阈值增产率则开始下降。因此，在对库尔勒初果期香梨园进行肥料施用时，需根据土壤中各养分含量适当施用，以免造成肥料浪费及成本过高等问题。

4 结论

库尔勒香梨园土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量均与单株产量关系显著相关，在20～60 cm土层中有机质、碱解氮和有效磷含量与产量关系均显著相关，在0～20 cm土层速效钾含量与产量关系显著。因此，可利用以下数学模型对库尔勒香梨园为达到目标产量进行推荐施肥，即有机质 y=28.56x0.22、碱解氮 y=16.02Lnx+91.72、有效磷 y=16.42Lnx+110.11、速效钾 y=75.96x0.28。同时，为提高肥料利用率，有机肥、氮肥、磷肥均应深施(施肥深度≥20 cm)。

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