避雨栽培梨园不同土层养分变化趋势分析

黄新忠，曾少敏，陈小明

(福建省农业科学院果树研究所/福建省落叶果树工程技术研究中心，福州，350013)

有关果树避雨栽培效应研究，以微域生境气象因子变化趋势及其对产量、品质、病虫害发生的影响报道居多，普遍认为果树在避雨设施增温保温及阻断雨水等作用下，对提高产量、增进品质、调节产期、减轻病害等方面的效果突出[1-2]。避雨栽培微域生境变化势必对土壤养分产生影响，但相关研究则鲜有报道。南方果树上应用避雨栽培以葡萄历史最久、范围最广、规模最大[3-5]，应用于桃[6-7]、梨[8-13]、樱桃[14]、李[15]等则始于近年。福建内陆山区为我国重要早熟梨产区，现有梨栽培面积2.27万hm2，总产量17.10万t，为当地脱贫致富、乡村振兴的主导产业之一，但因多分布于武夷山脉与戴云山脉两大山系高雨区，开花幼果期遭受低温阴雨甚至晚霜晚冻侵害概率较高，果实发育中前期雨季持续时间长，叶部病害发生严重诱发的早期落叶现象严重，从而面积与产量、质量、效益之间的矛盾较为突出明显[16]。近年来，为改变这一现状，福建梨主产县(市)在示范应用避雨栽培35 hm2取得成功并获明显成效的基础上，正试图进一步加大避雨栽培推广力度，以实现梨产业量、质并进与转型升级，但受推广应用历史较短、相关研发滞后等影响，生产者在肥水管理上存在较大的盲目性，多采用与常规露地栽培无差异措施，从而对产量、品质及成本构成一定负面作用。为此，本文采取设立对比试验园方式，研究分析避雨栽培与露地栽培梨园不同土层营养变化规律差异，为提高避雨栽培梨园土壤水肥管理措施适配性提供依据与奠定基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

2015—2019年，试验设在国家梨产业技术体系福州综合试验站试验园内(N26.845°，E116.781°，海拔345 m)，年均温17.0 ℃，年降雨量1 850.0 mm，年日照时数1 720.7 h；土壤为丘陵红壤，pH值4.89，有机质、碱解氮、有效磷、速效钾含量分别为1.850%、104.5 mg/kg、18.0 mg/kg、100.0 mg/kg。供试面积2×667 m2，即覆膜避雨水平棚架栽培区(以下简称避雨栽培)、露地水平棚架栽培区(以下简称露地栽培)互为相邻，面积各667 m2；品种为4年生“翠冠”中间砧高接的“翠玉”，株行距4 m×4 m(即41株/667 m2)。避雨栽培区塑料薄膜避雨大棚架设于2015年冬，顶高3.2 m、肩高2.8 m、宽4 m、长32 m，四周无裙膜。

1.2 试验设计

试验设置2个处理，处理1为避雨栽培，处理2为露地栽培(对照)。2个处理施肥按同期同质等量进行，即每年于12月底前，在树冠滴水线以内挖深30 cm、宽40 cm的环状沟，每667 m2施有机质含量≥45%，氮、磷、钾含量≥5%的成品有机肥800 kg+氮、磷、钾含量分别为18%、10%、17%的复合肥41 kg，施肥时先将肥料与开沟取出的土充分拌匀后一同回填环状沟内；5月中旬每667 m2浅耕撒施氮、磷、钾含量分别为18%、10%、17%的复合肥61.5 kg，除病虫害药剂防治露地栽培较避雨栽培(一般3次)增加8～9次外，其余管理措施趋于一致。

1.3 土壤取样方法

每个处理按东、西、南、北、中5个方位各选取1株树冠大小、长势强弱相近的植株周围的土壤作为土壤分析样品固定取样对象，每个单株为1个重复。土壤分析样品取样时间，除2015年为11月中旬外，2017、2019年均为采果后的8月中旬；取样方法为：在供取样植株两条对角线上距树干1.2～1.5 m处的4个点(冬季施用基肥环状沟处)，用取土器先取0～20 cm土层土壤进行充分混合后按四分法称取1 kg作为1个0～20 cm土层土壤混合样，再用取土器取20～40 cm土层土壤进行充分混合后按四分法称取1 kg作为1个20～40 cm土层土壤混合样，即每年每个处理取0～20 cm、20～40 cm土层土壤混合分析样品各5个。土样带回实验室，过2 mm筛，除去土壤中可见动植物残体及石砾等杂质后进行自然风干，过20目筛用于土壤养分含量测定。

1.4 土壤养分测定

使用酸度计(MT-5000)测定土壤pH值，采用CN元素分析仪(Vario MAX)测定土壤有机碳(SOC)和全氮含量(TN)，速效磷用钼蓝比色法测定；速效钾含量用中性醋酸铵浸提法，交换性钙和镁含量用1 mol/L中性醋酸铵浸提法，土壤有效铁、锰、铜和锌含量采用0.1 mol/L盐酸浸提法，以上浸提液均采用 ICP-OES(电感耦合等离子体发射光谱仪)测定。相关指标测定均重复3次。

1.5 数据分析

试验数据采用Excel 2010进行处理；不同处理的显著性差异比较采用SPSS 24.0统计分析软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 pH值与有机质

试验结果看出，露地栽培梨园不同土层pH值相对较稳定，而避雨栽培梨园土壤pH值因不同土层而呈现不同的变化趋势，即0～20 cm土层的pH值随着避雨栽培年限延长而提高，20～40 cm土层的pH值则随着避雨栽培年限延长而降低，这可能的原因是避雨栽培区自然降水的淋溶作用减少，以及地表蒸腾导致表层土壤的盐渍化倾向，改变原有土壤不同深度土层H+平衡(见图1)。由图2可以看出，在本研究施用成品有机肥水平情况下，基本能使露地栽培梨园土壤有机质含量保持在相对稳定状态，而避雨栽培梨园土壤有机质含量则呈增加趋势，说明避雨栽培形成的相对缺水的土壤环境延缓了有机质分解过程。

“**”表示差异极显著(p<0.01)。图3至图7同。

“*”表示差异显著(p<0.05)。图3至图7同。

2.2 主要矿质营养元素

从试验结果可以看出，梨园土壤不同栽培方式与土层深浅的全氮、有效磷含量呈逐年提高趋势明显，尤其是避雨栽培浅层土壤更为显著；有效钾、有效镁含量变化趋势相近，均呈逐年下降过程，与露地栽培相比，避雨栽培下降过程显著减缓，这一差异可能主要源自避雨栽培雨水淋溶损失较轻及水分蒸发作用加大的积聚效应。有效钙含量而言，露地栽培不同土层及避雨栽培深层土壤增减趋势差异不明显，而避雨栽培浅层土壤随避雨年限的延长而下降趋势显著，这可能与钙的移动性较小的特性及避雨栽培下浅层土壤较干旱条件会降低有效钙的含量有关(见图3至图7)。

图3 避雨栽培梨园土壤全氮含量变化趋势

图4 避雨栽培梨园土壤有效磷含量变化趋势 图5 避雨栽培梨园土壤有效钾含量变化趋势

图6 避雨栽培梨园土壤有效钙含量变化趋势 图7 避雨栽培梨园土壤有效镁含量变化趋势

2.3 微量元素

试验对微量元素的分析结果表明，虽然土壤有效铁、有效锰含量不分栽培方式与土层深度均呈逐年明显增加趋势，但增势均以露地栽培极显著强于避雨栽培。

其中有效铁含量避雨栽培增势弱于露地栽培，可能主要是由于避雨栽培土壤水分含量较低，导致气相比、特别是氧含量的提高，使二价铁被转化为不溶性三价铁而沉淀；而有效锰含量增势表现为露地栽培强于避雨栽培，可能的原因一方面是在有机质含量较丰富和水分较充足的露地栽培条件下，有利于锰向还原型可给态转化，另一方面露地栽培病虫害药剂防治频次较避雨栽培高，选用药剂中不乏含锰的种类，锰随药液渗入土中，从而增加土壤锰元素来源。

有效铜含量避雨栽培深层土壤及露地栽培土壤变幅较小，而避雨栽培浅层土壤呈明显下降过程，这可能与避雨栽培浅层土壤铜的溶解度随着盐渍化的加重及pH值的提高而降低有关。2种栽培方式有效锌含量在不同土壤深度条件下均呈逐年增加趋势，尤以避雨栽培更为显著，这可能主要是有机质中含有一定量的锌，在本研究施用有机质肥料水平条件下，土壤有机质含量逐年提高不仅有利于锌的积累，而且有机质中的腐殖酸与锌结合提高了锌的有效性(见图8至图11)。

图8 避雨栽培梨园土壤有效铁含量变化趋势 图9 避雨栽培梨园土壤有效锰含量变化趋势

图10 避雨栽培梨园土壤有效铜含量变化趋势 图11 避雨栽培梨园土壤有效锌含量变化趋势

3 讨论

关于避雨栽培土壤酸碱度变化趋势，蔬菜类作物研究结果普遍认为随着种植年限的延长而日趋酸化[17-18]。在多年生果树类方面，因不同地域土壤与管理差异而表现不同。王金云等[19]跟踪取样检测分析结果表明，处于碱性土壤地区的山西山阴的桃树设施栽培土壤，在增施纤维素含量较高的有机肥料条件下，随着种植年限增加，pH值呈下降趋势；而陈婷等[20]对比取样检测分析结果显示，处于酸性土壤地区的福建建瓯的巨峰葡萄设施栽培土壤，与露地栽培相比，pH值有所提高。本研究结果则介于两者之间，避雨栽培梨园浅层土壤pH值呈逐年上升而深层土壤呈逐年下降趋势，这可能更符合避雨设施气温、地温较高和相对干旱的生境变化规律，即避雨栽培较高的气温、土温形成较强的地表蒸发作用，促使深层土壤中的盐分随着土体内水分自下而上运行，从而向土壤浅层积聚。深层土壤因盐分减少而导致H+的富余，而浅层土壤则因盐分的积聚将导致H+相对减少[21]。

在本研究施肥水平条件下，露地栽培土壤有机质含量趋于稳定，避雨栽培梨园的有机质含量则随着种植年限的延长而增加，这一结果与王金云等[19]对山西山阴设施桃树栽培土壤及陈婷等[20]对福建建瓯避雨栽培巨峰葡萄园土壤研究结果趋同。关于避雨栽培作物土壤矿质营养的变化趋势，桃[19]、蔬菜[22]等研究报道普遍认为较露地栽培更具富积作用，随着种植年限的延长增加明显，这可能与避雨栽培可以减少养分地表径流与淋溶损失密切相关。本研究基于分土层取样检测分析结果则显示，避雨栽培对梨园土壤矿质营养元素有效性含量增减作用表现不一，其中全氮、有效磷、有效锌积累过程显著或极显著高于露地栽培，尤其是全氮与有效磷含量在避雨栽培多年后超早熟砂梨矿质营养适宜值[23]现象更为突出，在减量控施方面呈现出较大空间，与桃[16]、蔬菜[18]等相关研究报道一致。对部分矿质营养元素有效性研究，如有效钾、有效镁，虽然避雨栽培多年后仍显著或极显著高于露地栽培，但变化趋势与露地栽培一致，均呈逐年消减过程，在维持土壤含量平衡上仍表现出较大增施需求，这与桃[16]、蔬菜[22]等相关研究报道存在较大差异，可能主要与不同作物种类生长发育过程对钾、镁需求量及试验或生产过程施用量不对等有关。避雨栽培对部分矿质营养元素有效性含量则具有抑制作用，如有效钙、有效铁、有效锰、有效铜等在避雨栽培多年后明显低于露地栽培，同样表现出有异于桃[19]、蔬菜[22]的研究结果，这可能主要与研究地点水分丰欠条件有关。本研究中，因缺乏灌溉设施，水分补给主要依赖于棚隙雨水渗漏，存在明显的水分偏少情况。

另据本研究施肥量推算结果，供试区域盛产梨园避雨、露地栽培每年每667 m2需消耗速效钾分别为22.864 kg和24.062 kg，年均分别需增施1.849 kg和3.062 kg；避雨、露地栽培每年每667 m2需消耗交换性镁分别为2.294 kg和2.554 kg，年均需分别增施1.132 kg和1.393 kg。

4 结论

在闽西北避雨栽培梨园4年的种植过程中，随着种植年限的增加，浅层土壤pH值呈逐年上升而深层土壤呈逐年下降趋势，有机质含量较露地栽培明显提高，总氮、有效磷、有效锌积累过程显著或极显著高于露地栽培，有效钾、有效镁含量变化趋势与露地栽培一致，呈逐年消减过程，有效钙、有效铁、有效锰、有效铜含量明显低于露地栽培。由此建议，避雨栽培梨园有机肥单位面积最低施用量可以每667 m2施用有机质含量45%、总养分含量≥5%的成品有机肥800 kg作为参考值；在矿质营养施用上注重控氮、减磷、增钾、补镁，并做到化肥深施和定期灌溉补水，以减轻或控制浅层土壤盐渍化与深层土壤酸化，提高有效钙、有效铁等含量水平。