避雨栽培梨園不同土層養(yǎng)分變化趨勢分析

黃新忠，曾少敏，陳小明

(福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹研究所/福建省落葉果樹工程技術(shù)研究中心，福州，350013)

有關(guān)果樹避雨栽培效應(yīng)研究，以微域生境氣象因子變化趨勢及其對產(chǎn)量、品質(zhì)、病蟲害發(fā)生的影響報道居多，普遍認(rèn)為果樹在避雨設(shè)施增溫保溫及阻斷雨水等作用下，對提高產(chǎn)量、增進(jìn)品質(zhì)、調(diào)節(jié)產(chǎn)期、減輕病害等方面的效果突出[1-2]。避雨栽培微域生境變化勢必對土壤養(yǎng)分產(chǎn)生影響，但相關(guān)研究則鮮有報道。南方果樹上應(yīng)用避雨栽培以葡萄歷史最久、范圍最廣、規(guī)模最大[3-5]，應(yīng)用于桃[6-7]、梨[8-13]、櫻桃[14]、李[15]等則始于近年。福建內(nèi)陸山區(qū)為我國重要早熟梨產(chǎn)區(qū)，現(xiàn)有梨栽培面積2.27萬hm2，總產(chǎn)量17.10萬t，為當(dāng)?shù)孛撠氈赂?、鄉(xiāng)村振興的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)之一，但因多分布于武夷山脈與戴云山脈兩大山系高雨區(qū)，開花幼果期遭受低溫陰雨甚至晚霜晚凍侵害概率較高，果實(shí)發(fā)育中前期雨季持續(xù)時間長，葉部病害發(fā)生嚴(yán)重誘發(fā)的早期落葉現(xiàn)象嚴(yán)重，從而面積與產(chǎn)量、質(zhì)量、效益之間的矛盾較為突出明顯[16]。近年來，為改變這一現(xiàn)狀，福建梨主產(chǎn)縣(市)在示范應(yīng)用避雨栽培35 hm2取得成功并獲明顯成效的基礎(chǔ)上，正試圖進(jìn)一步加大避雨栽培推廣力度，以實(shí)現(xiàn)梨產(chǎn)業(yè)量、質(zhì)并進(jìn)與轉(zhuǎn)型升級，但受推廣應(yīng)用歷史較短、相關(guān)研發(fā)滯后等影響，生產(chǎn)者在肥水管理上存在較大的盲目性，多采用與常規(guī)露地栽培無差異措施，從而對產(chǎn)量、品質(zhì)及成本構(gòu)成一定負(fù)面作用。為此，本文采取設(shè)立對比試驗(yàn)園方式，研究分析避雨栽培與露地栽培梨園不同土層營養(yǎng)變化規(guī)律差異，為提高避雨栽培梨園土壤水肥管理措施適配性提供依據(jù)與奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

2015—2019年，試驗(yàn)設(shè)在國家梨產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系福州綜合試驗(yàn)站試驗(yàn)園內(nèi)(N26.845°，E116.781°，海拔345 m)，年均溫17.0 ℃，年降雨量1 850.0 mm，年日照時數(shù)1 720.7 h；土壤為丘陵紅壤，pH值4.89，有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀含量分別為1.850%、104.5 mg/kg、18.0 mg/kg、100.0 mg/kg。供試面積2×667 m2，即覆膜避雨水平棚架栽培區(qū)(以下簡稱避雨栽培)、露地水平棚架栽培區(qū)(以下簡稱露地栽培)互為相鄰，面積各667 m2；品種為4年生“翠冠”中間砧高接的“翠玉”，株行距4 m×4 m(即41株/667 m2)。避雨栽培區(qū)塑料薄膜避雨大棚架設(shè)于2015年冬，頂高3.2 m、肩高2.8 m、寬4 m、長32 m，四周無裙膜。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置2個處理，處理1為避雨栽培，處理2為露地栽培(對照)。2個處理施肥按同期同質(zhì)等量進(jìn)行，即每年于12月底前，在樹冠滴水線以內(nèi)挖深30 cm、寬40 cm的環(huán)狀溝，每667 m2施有機(jī)質(zhì)含量≥45%，氮、磷、鉀含量≥5%的成品有機(jī)肥800 kg+氮、磷、鉀含量分別為18%、10%、17%的復(fù)合肥41 kg，施肥時先將肥料與開溝取出的土充分拌勻后一同回填環(huán)狀溝內(nèi)；5月中旬每667 m2淺耕撒施氮、磷、鉀含量分別為18%、10%、17%的復(fù)合肥61.5 kg，除病蟲害藥劑防治露地栽培較避雨栽培(一般3次)增加8～9次外，其余管理措施趨于一致。

1.3 土壤取樣方法

每個處理按東、西、南、北、中5個方位各選取1株樹冠大小、長勢強(qiáng)弱相近的植株周圍的土壤作為土壤分析樣品固定取樣對象，每個單株為1個重復(fù)。土壤分析樣品取樣時間，除2015年為11月中旬外，2017、2019年均為采果后的8月中旬；取樣方法為：在供取樣植株兩條對角線上距樹干1.2～1.5 m處的4個點(diǎn)(冬季施用基肥環(huán)狀溝處)，用取土器先取0～20 cm土層土壤進(jìn)行充分混合后按四分法稱取1 kg作為1個0～20 cm土層土壤混合樣，再用取土器取20～40 cm土層土壤進(jìn)行充分混合后按四分法稱取1 kg作為1個20～40 cm土層土壤混合樣，即每年每個處理取0～20 cm、20～40 cm土層土壤混合分析樣品各5個。土樣帶回實(shí)驗(yàn)室，過2 mm篩，除去土壤中可見動植物殘體及石礫等雜質(zhì)后進(jìn)行自然風(fēng)干，過20目篩用于土壤養(yǎng)分含量測定。

1.4 土壤養(yǎng)分測定

使用酸度計(jì)(MT-5000)測定土壤pH值，采用CN元素分析儀(Vario MAX)測定土壤有機(jī)碳(SOC)和全氮含量(TN)，速效磷用鉬藍(lán)比色法測定；速效鉀含量用中性醋酸銨浸提法，交換性鈣和鎂含量用1 mol/L中性醋酸銨浸提法，土壤有效鐵、錳、銅和鋅含量采用0.1 mol/L鹽酸浸提法，以上浸提液均采用 ICP-OES(電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀)測定。相關(guān)指標(biāo)測定均重復(fù)3次。

1.5 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2010進(jìn)行處理；不同處理的顯著性差異比較采用SPSS 24.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 pH值與有機(jī)質(zhì)

試驗(yàn)結(jié)果看出，露地栽培梨園不同土層pH值相對較穩(wěn)定，而避雨栽培梨園土壤pH值因不同土層而呈現(xiàn)不同的變化趨勢，即0～20 cm土層的pH值隨著避雨栽培年限延長而提高，20～40 cm土層的pH值則隨著避雨栽培年限延長而降低，這可能的原因是避雨栽培區(qū)自然降水的淋溶作用減少，以及地表蒸騰導(dǎo)致表層土壤的鹽漬化傾向，改變原有土壤不同深度土層H+平衡(見圖1)。由圖2可以看出，在本研究施用成品有機(jī)肥水平情況下，基本能使露地栽培梨園土壤有機(jī)質(zhì)含量保持在相對穩(wěn)定狀態(tài)，而避雨栽培梨園土壤有機(jī)質(zhì)含量則呈增加趨勢，說明避雨栽培形成的相對缺水的土壤環(huán)境延緩了有機(jī)質(zhì)分解過程。

“**”表示差異極顯著(p<0.01)。圖3至圖7同。

“*”表示差異顯著(p<0.05)。圖3至圖7同。

2.2 主要礦質(zhì)營養(yǎng)元素

從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，梨園土壤不同栽培方式與土層深淺的全氮、有效磷含量呈逐年提高趨勢明顯，尤其是避雨栽培淺層土壤更為顯著；有效鉀、有效鎂含量變化趨勢相近，均呈逐年下降過程，與露地栽培相比，避雨栽培下降過程顯著減緩，這一差異可能主要源自避雨栽培雨水淋溶損失較輕及水分蒸發(fā)作用加大的積聚效應(yīng)。有效鈣含量而言，露地栽培不同土層及避雨栽培深層土壤增減趨勢差異不明顯，而避雨栽培淺層土壤隨避雨年限的延長而下降趨勢顯著，這可能與鈣的移動性較小的特性及避雨栽培下淺層土壤較干旱條件會降低有效鈣的含量有關(guān)(見圖3至圖7)。

圖3 避雨栽培梨園土壤全氮含量變化趨勢

圖4 避雨栽培梨園土壤有效磷含量變化趨勢 圖5 避雨栽培梨園土壤有效鉀含量變化趨勢

圖6 避雨栽培梨園土壤有效鈣含量變化趨勢 圖7 避雨栽培梨園土壤有效鎂含量變化趨勢

2.3 微量元素

試驗(yàn)對微量元素的分析結(jié)果表明，雖然土壤有效鐵、有效錳含量不分栽培方式與土層深度均呈逐年明顯增加趨勢，但增勢均以露地栽培極顯著強(qiáng)于避雨栽培。

其中有效鐵含量避雨栽培增勢弱于露地栽培，可能主要是由于避雨栽培土壤水分含量較低，導(dǎo)致氣相比、特別是氧含量的提高，使二價鐵被轉(zhuǎn)化為不溶性三價鐵而沉淀；而有效錳含量增勢表現(xiàn)為露地栽培強(qiáng)于避雨栽培，可能的原因一方面是在有機(jī)質(zhì)含量較豐富和水分較充足的露地栽培條件下，有利于錳向還原型可給態(tài)轉(zhuǎn)化，另一方面露地栽培病蟲害藥劑防治頻次較避雨栽培高，選用藥劑中不乏含錳的種類，錳隨藥液滲入土中，從而增加土壤錳元素來源。

有效銅含量避雨栽培深層土壤及露地栽培土壤變幅較小，而避雨栽培淺層土壤呈明顯下降過程，這可能與避雨栽培淺層土壤銅的溶解度隨著鹽漬化的加重及pH值的提高而降低有關(guān)。2種栽培方式有效鋅含量在不同土壤深度條件下均呈逐年增加趨勢，尤以避雨栽培更為顯著，這可能主要是有機(jī)質(zhì)中含有一定量的鋅，在本研究施用有機(jī)質(zhì)肥料水平條件下，土壤有機(jī)質(zhì)含量逐年提高不僅有利于鋅的積累，而且有機(jī)質(zhì)中的腐殖酸與鋅結(jié)合提高了鋅的有效性(見圖8至圖11)。

圖8 避雨栽培梨園土壤有效鐵含量變化趨勢 圖9 避雨栽培梨園土壤有效錳含量變化趨勢

圖10 避雨栽培梨園土壤有效銅含量變化趨勢 圖11 避雨栽培梨園土壤有效鋅含量變化趨勢

3 討論

關(guān)于避雨栽培土壤酸堿度變化趨勢，蔬菜類作物研究結(jié)果普遍認(rèn)為隨著種植年限的延長而日趨酸化[17-18]。在多年生果樹類方面，因不同地域土壤與管理差異而表現(xiàn)不同。王金云等[19]跟蹤取樣檢測分析結(jié)果表明，處于堿性土壤地區(qū)的山西山陰的桃樹設(shè)施栽培土壤，在增施纖維素含量較高的有機(jī)肥料條件下，隨著種植年限增加，pH值呈下降趨勢；而陳婷等[20]對比取樣檢測分析結(jié)果顯示，處于酸性土壤地區(qū)的福建建甌的巨峰葡萄設(shè)施栽培土壤，與露地栽培相比，pH值有所提高。本研究結(jié)果則介于兩者之間，避雨栽培梨園淺層土壤pH值呈逐年上升而深層土壤呈逐年下降趨勢，這可能更符合避雨設(shè)施氣溫、地溫較高和相對干旱的生境變化規(guī)律，即避雨栽培較高的氣溫、土溫形成較強(qiáng)的地表蒸發(fā)作用，促使深層土壤中的鹽分隨著土體內(nèi)水分自下而上運(yùn)行，從而向土壤淺層積聚。深層土壤因鹽分減少而導(dǎo)致H+的富余，而淺層土壤則因鹽分的積聚將導(dǎo)致H+相對減少[21]。

在本研究施肥水平條件下，露地栽培土壤有機(jī)質(zhì)含量趨于穩(wěn)定，避雨栽培梨園的有機(jī)質(zhì)含量則隨著種植年限的延長而增加，這一結(jié)果與王金云等[19]對山西山陰設(shè)施桃樹栽培土壤及陳婷等[20]對福建建甌避雨栽培巨峰葡萄園土壤研究結(jié)果趨同。關(guān)于避雨栽培作物土壤礦質(zhì)營養(yǎng)的變化趨勢，桃[19]、蔬菜[22]等研究報道普遍認(rèn)為較露地栽培更具富積作用，隨著種植年限的延長增加明顯，這可能與避雨栽培可以減少養(yǎng)分地表徑流與淋溶損失密切相關(guān)。本研究基于分土層取樣檢測分析結(jié)果則顯示，避雨栽培對梨園土壤礦質(zhì)營養(yǎng)元素有效性含量增減作用表現(xiàn)不一，其中全氮、有效磷、有效鋅積累過程顯著或極顯著高于露地栽培，尤其是全氮與有效磷含量在避雨栽培多年后超早熟砂梨礦質(zhì)營養(yǎng)適宜值[23]現(xiàn)象更為突出，在減量控施方面呈現(xiàn)出較大空間，與桃[16]、蔬菜[18]等相關(guān)研究報道一致。對部分礦質(zhì)營養(yǎng)元素有效性研究，如有效鉀、有效鎂，雖然避雨栽培多年后仍顯著或極顯著高于露地栽培，但變化趨勢與露地栽培一致，均呈逐年消減過程，在維持土壤含量平衡上仍表現(xiàn)出較大增施需求，這與桃[16]、蔬菜[22]等相關(guān)研究報道存在較大差異，可能主要與不同作物種類生長發(fā)育過程對鉀、鎂需求量及試驗(yàn)或生產(chǎn)過程施用量不對等有關(guān)。避雨栽培對部分礦質(zhì)營養(yǎng)元素有效性含量則具有抑制作用，如有效鈣、有效鐵、有效錳、有效銅等在避雨栽培多年后明顯低于露地栽培，同樣表現(xiàn)出有異于桃[19]、蔬菜[22]的研究結(jié)果，這可能主要與研究地點(diǎn)水分豐欠條件有關(guān)。本研究中，因缺乏灌溉設(shè)施，水分補(bǔ)給主要依賴于棚隙雨水滲漏，存在明顯的水分偏少情況。

另據(jù)本研究施肥量推算結(jié)果，供試區(qū)域盛產(chǎn)梨園避雨、露地栽培每年每667 m2需消耗速效鉀分別為22.864 kg和24.062 kg，年均分別需增施1.849 kg和3.062 kg；避雨、露地栽培每年每667 m2需消耗交換性鎂分別為2.294 kg和2.554 kg，年均需分別增施1.132 kg和1.393 kg。

4 結(jié)論

在閩西北避雨栽培梨園4年的種植過程中，隨著種植年限的增加，淺層土壤pH值呈逐年上升而深層土壤呈逐年下降趨勢，有機(jī)質(zhì)含量較露地栽培明顯提高，總氮、有效磷、有效鋅積累過程顯著或極顯著高于露地栽培，有效鉀、有效鎂含量變化趨勢與露地栽培一致，呈逐年消減過程，有效鈣、有效鐵、有效錳、有效銅含量明顯低于露地栽培。由此建議，避雨栽培梨園有機(jī)肥單位面積最低施用量可以每667 m2施用有機(jī)質(zhì)含量45%、總養(yǎng)分含量≥5%的成品有機(jī)肥800 kg作為參考值；在礦質(zhì)營養(yǎng)施用上注重控氮、減磷、增鉀、補(bǔ)鎂，并做到化肥深施和定期灌溉補(bǔ)水，以減輕或控制淺層土壤鹽漬化與深層土壤酸化，提高有效鈣、有效鐵等含量水平。