2021, Vol. 40
2. 西北农林科技大学资源环境学院/农业农村部西北植物营养与农业环境重点实验室, 陕西 杨凌 712100;
3. 白银市平川区宝积镇人民政府, 甘肃 白银 730913
2. College of Natural Resources and Environment, Northwest A&F University/Key Laboratory of Plant Nutrition and the Agri-Environment in Northwest China, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Yangling 712100, China;
3. People's Government of Baoji Town, Pingchuan District, Baiyin 730913, China
与粮食作物相比，经济作物生产中高养分投入普遍存在[1-3]。据统计，全世界果树和蔬菜所消耗的化肥量占全球化肥总施用量的15%[4-5]。中国作为世界上最大的化肥消费国，其中用于果树和蔬菜生产的比例已超过30%[6]。调查结果显示，1998—2008年我国园艺类作物的平均化肥施用量为633 kg∙hm-2 [7]，其中果树的平均化肥用量高达869 kg∙hm-2 [8]。2012—2013年连续2 a对陕西省周至县猕猴桃主产区化肥用量调查的结果显示，猕猴桃果园氮肥平均纯氮用量为891 kg∙hm-2，远超世界其他国家的化肥用量（200~250 kg∙hm-2 ∙a-1）[9]和我国的推荐施肥量（N 350~500 kg∙hm-2，P2O5 186~266 kg∙hm-2，K2O 286~350 kg∙hm-2）[10]。大量调查研究结果表明，陕西省有近80% 的果园氮肥投入过量，而约30% 的果园磷钾肥投入不足[2, 11-12]。果园长期大量及不平衡养分投入导致果园土壤养分失调、果实产量不高、果品质量不佳、资源耗竭严重、环境污染加剧等一系列生产及生态环境问题[12-18]。
针对果园长期大量化肥投入及生态环境危害的问题，优化果园施肥显得极为重要。掌握果园肥料养分的去向和树体养分吸收量是优化果园合理施肥的前提和关键。在果园生产体系中，年生长周期内从果园携出养分的主要途径包括：叶片生长吸收、果实收获携出、枝条修剪移出、树体吸收贮存及通过其他各种途径（径流、淋溶及气态）进入环境而损失。但目前对猕猴桃果树年生长周期内通过叶片生长吸收、果实收获移出、枝条修剪带走等途径所需养分量尚不明确。因此，有必要对猕猴桃果园年生长周期内树体养分携出量进行研究。
鉴于此，本研究以我国猕猴桃主产区陕西省周至县俞家河流域为研究区域，监测年生长周期内猕猴桃果园因叶片生长吸收、果实收获和枝条修剪而携出的实际养分含量，评估果园年生长周期内养分的需求量，并结合养分实际利用效率反推施肥量，旨在为优化果园施肥管理、减轻农业生态环境负荷提供科学指导。
1 材料与方法 1.1 研究区概况研究区位于秦岭北麓陕西省周至县俞家河流域（107°39′~108°37′E，33°42′~34°14′N）。该流域面积为412.37 hm2，域内海拔482~680 m，属温带大陆性季风气候，年均气温13.2 ℃，无霜期约225 d，年均降水量665 mm，且75% 集中于5—9月，年均光照时数2 154.7 h，日照充足，光热资源丰富，灌溉方便，是猕猴桃优质栽种区域（图 1）。
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图 1 俞家河流域土地利用现状及样点分布情况 Figure 1 Land use status of Yujiahe catchment and sampling sites in this catchment |
本研究采用调查与采样分析相结合的方法。于2013—2016年在整个流域内选取了46个盛果期果园（树龄7~19 a），其中秦美品种29个、哑特品种10个、华优品种7个，具体样点布设如图 1所示。成龄猕猴桃果园的土壤基本理化性状见表 1。
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表 1 俞家河流域成龄果园土壤基础理化性质 Table 1 The basic physical and chemical properties of kiwi-orchard soil in Yujiahe catchment |
在果实收获期（9月下旬—10月上旬）实地记录所选果园果实采摘量，同时随机选取3棵果树全部采摘并记录总质量和果实个数，通过总质量与果实个数计算单果质量。
1.2.2 果实样品采集与测定果实收获期（9月下旬—10月上旬）在选定果园中随机选择4棵果树，并从每株果树的东、西、南、北4个方向随机采摘果实10~15个，组成混合样带回实验室，测定果实养分含量。养分含量测定时先将果实切片，烘干至恒质量，计算含水量，然后粉碎过0.25 mm筛备用。处理好的果实样品采用H2SO4-H2O2消解，用全自动流动分析仪（AA3，Bran and Luebbe，德国）测定果实N含量，钒钼黄比色法测定果实P含量，火焰光度计测定果实K含量[19]。
1.2.3 叶片样品采集与测定叶片凋落后（1月上中旬），在选定猕猴桃果园中随机选出同品种果园各3个，并在各果园中选取3 m× 6 m的样方3个，统计单位面积果园上的落叶数，平均单个叶片质量，并采集落叶混合样品带回实验室分析其养分含量。具体分析方法与果实样品一致。
1.2.4 枝条样品采集与测定在冬季果树集中修剪时（1月上中旬）记录各果园枝条修剪量，并于树体生长的各个方向按照不同生长年限枝条的大致比例采集各生长年限的枝条样品，组成混合样品约1 kg，带回实验室，剪碎烘干至恒质量，计算含水量，然后粉碎过0.25 mm筛备用，测定枝条中养分含量。具体分析方法与果实样品一致。
1.3 果园施肥量的确定在测定果园果实收获携出养分量、枝条修剪携出养分量、叶片养分吸收量的基础上，参考年生长周期内树体贮存养分量，获取年生长周期内果树养分总吸收量。考虑到果树吸收的养分部分来自土壤供应，部分来自外源肥料提供，故从树体吸收总养分量中减去土壤供应量，即可确定肥料供应量。由于施入果园的肥料在当季并不会被果树全部吸收，因此可利用养分利用率反推果园施肥量（图 2）。
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图 2 果园推荐施肥量确定示意图 Figure 2 Schematic diagram of recommended fertilization amount in orchard |
果实养分携出量（kg∙hm-2）=果实产量（kg∙hm-2）×[1-果实水分含量（%）]×果实养分含量（%，干质量）×10
修剪枝条养分携出量（kg∙hm-2）=枝条修剪量（kg∙hm-2）×[1-枝条水分含量（%）]×枝条养分含量（%，干质量）×10
叶片吸收养分量（kg∙hm-2）=单位面积叶片数（个∙m-2）×10 000×单个叶片质量（g）×[1-叶片水分含量（%）]×叶片养分含量（%，干质量）×10
果园推荐施肥量（N/P/K）=[果实N/P/K携出量（kg∙hm-2）+修剪枝条N/P/K携出量（kg∙hm-2）+叶片吸收N/P/K量（kg∙hm-2）+树体N/P/K贮量（kg∙hm-2）-土壤提供N/P/K量（kg∙hm-2）]÷N/P/K肥利用效率（%）
1.4 数据统计本研究中数据均采用平均值（标准差）表示，采用Excel 2016软件整理和计算，采用Origin 8.5（Origin-Lab Corporatio，USA）软件绘图，采用SPSS V19.0软件进行方差分析（P < 0.05）。
2 结果与分析 2.1 不同品种猕猴桃果实产量、单果质量、单叶质量、叶个数和修剪枝条量如表 2所示，秦美、哑特和华优3个猕猴桃品种在果实产量、单果质量、单叶质量、单位面积叶片数及枝条修剪量间均未表现出显著差异（P > 0.05）。秦美、哑特和华优3个品种的果实产量平均值分别为34.51、34.23 t∙hm-2和33.94 t∙hm-2，单果质量的平均值分别为128.93、123.24 g和122.41 g，单叶质量的平均值分别为2.76、2.66 g和2.67 g，每平方米面积上的落叶数平均值分别为542.32、565.33个和555.41个，年生长周期内叶片生物量分别为15.14、15.03 t∙hm-2和14.82 t∙hm-2。秦美、哑特和华优3个品种年生长周期内单株树体枝条修剪量的平均值分别为4.40、3.95 kg和4.03 kg，修剪枝条的生物量分别为7.90、8.30 t∙hm-2和8.46 t∙hm-2。
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表 2 不同品种猕猴桃果实产量、单果质量、单叶质量、叶个数及枝条修剪量 Table 2 Fruit yield, single fruit weight, single leaf weight, leaf number and pruning branches in different kiwifruit varieties |
不同品种猕猴桃叶片、果实及修剪枝条中的养分含量见表 3。由表 3可知，各品种叶片、果实及修剪枝条中养分含量间没有显著差异（P > 0.05）。猕猴桃叶片中平均养分含量呈现N（2.12%~2.22%） > K（1.63%~ 1.65%） > P（0.22%~0.25%），果实平均养分含量呈K（1.38%~1.43%） > N（0.81%~0.89%） > P（0.28%~0.30%），修剪枝条中平均养分含量为N（0.79%~0.83%） > K（0.53%~0.70%） > P（0.09%~0.12%）。
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表 3 不同品种猕猴桃叶片、果实及修剪枝条中的养分含量（%） Table 3 The nutrient concentrations of kiwifruit, leaves and pruning branches in different varieties(%) |
不同猕猴桃品种每千克叶片、果实及修剪枝条吸收的养分量见表 4。秦美、哑特和华优3个猕猴桃品种每千克叶片、果实及修剪枝条吸收的养分量间均没有表现出显著差异（P > 0.05）。每千克猕猴桃叶片平均吸收的N、P和K的量分别为2.81、0.31 g和2.13 g；每千克猕猴桃鲜果平均吸收的N、P和K的量分别为1.40、0.47 g和2.23 g；每千克修剪枝条平均吸收的N、P和K的量分别为3.70、0.47 g和2.94 g。
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表 4 不同品种猕猴桃1 kg叶片、果实及修剪枝条携出的养分量（g） Table 4 Nutrients removal by the harvest of 1 kg of leaves, fresh fruit, fresh pruning branches(g) |
年生长周期内，不同品种猕猴桃叶片吸收、果实采摘携出及枝条修剪携出的养分量如图 3所示。由图 3可知，不同品种间的猕猴桃在叶片、果实和枝条养分吸收量上均无显著差异。叶片生长吸收的N、P和K的平均量分别为42.3、4.7 kg∙hm-2∙a-1和32.2 kg∙hm-2∙a-1；因果实采摘而携出的N、P和K的平均量分别为54.7、18.7 kg∙hm-2∙a-1和87.7 kg∙hm-2∙a-1；因枝条修剪而携出的N、P和K的平均量分别为25.7、2.7 kg∙hm-2∙a-1和16.0 kg∙hm-2∙a-1。
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图中相同字母表示不同品种相同指标间无显著差异（P > 0.05） The same letter in the figure indicates no significant difference in the same index among the different varieties at 0.05 level 图 3 不同品种猕猴桃年生长周期内叶片吸收、果实采摘和枝条修剪携出的养分量 Figure 3 Nutrients removal by leaf uptake, fruit harvest and branch pruning for different kiwifruit varieties in the annual growth cycle of kiwi vines |
在测定年生长周期内猕猴桃叶片养分吸收量、果实养分携出量及修剪枝条养分携出量的基础上，参考年生长周期内猕猴桃树体N贮藏量37.8 kg∙hm-2∙a-1、P 10.2 kg∙hm-2∙a-1和K 9.4 kg∙hm-2∙a-1 [20]，获得年生长周期内猕猴桃树体N、P和K养分总吸收量分别为162、36 kg∙hm-2∙a-1和146 kg∙hm-2∙a-1（表 5）。其中来自土壤的N、P和K养分量为123.2、30.6 kg∙hm-2∙a-1和125.0 kg∙hm-2∙a-1，来自肥料的养分量为38.0、5.4 kg∙hm-2∙a-1和20.0 kg∙hm-2∙a-1。依据N、P和K的肥料利用效率为10%、7% 和23%，确定成龄猕猴桃果园施肥量为N 380 kg∙hm-2∙a-1、P 77 kg∙hm-2∙a-1和K 87 kg∙hm-2∙a-1。
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表 5 猕猴桃果园N、P和K养分吸收量及推荐施肥量 Table 5 N, P and K absorption and recommended fertilization rates in kiwi orchard |
本研究结果表明，不同品种猕猴桃叶片、果实及修剪枝条中养分含量间无显著差异（P > 0.05）。其中叶片中含量为N 2.12%~2.22%、P 0.22%~0.25%、K 1.63%~1.65%，该结果与王健[20]和来源等[23]的研究结果一致。果实中含量为N 0.81%~0.89%、P 0.28%~ 0.30%、K 1.38%~1.43%，其中P含量高于新西兰猕猴桃果实P含量（0.13%）[24-25]，这与研究区果园土壤P背景值较高有关（表 1）。修剪枝条中含量为N 0.79%~ 0.83%、P 0.09%~0.12%、K 0.53%~0.70%，这与新西兰猕猴桃修剪枝条中养分含量吻合[24-25]。年生长周期内，不同品种猕猴桃在果实产量、叶片生物量及枝条修剪量间均无显著差异（P > 0.05）。秦美、哑特和华优3个品种果实产量分别为34.51、34.23 t∙hm-2和33.94 t∙hm-2，叶片生物量分别为15.14、15.03 t∙hm-2和14.82 t∙hm-2，枝条修剪量分别为7.90、8.30 t∙hm-2和8.46 t∙hm-2。不同品种猕猴桃树体因各器官生物量及其养分含量间均无显著差异，所以年生长周期内不同品种猕猴桃各器官生长所需养分量一致，因此不同品种猕猴桃果园可采用统一的养分管理模式。
3.2 猕猴桃年生长期内各器官养分吸收量及合理施肥量年生长周期内，猕猴桃叶片累积生物量为15.0 t∙hm-2，吸N 42.3 kg∙hm-2、P 4.7 kg∙hm-2、K 32.2 kg∙hm-2；研究区平均果实产量为34.2 t∙hm-2，每年因果实收获所携出养分量为N 54.7 kg∙hm-2、P 18.7 kg∙hm-2、K 87.7 kg∙ hm-2；因冬季枝条修剪移出的养分量为N 25.7 kg∙hm-2、P 2.7 kg∙hm-2、K 16.0 kg∙hm-2；因树体生长而贮藏的养分量为N 37.8 kg∙hm-2、P 10.2 kg∙hm-2、K 9.4 kg∙hm-2 [20]。本研究结果显示，树体各器官养分吸收量呈现果实N/K吸收 > 叶片N/K吸收 > 树体N/K贮藏 > 枝条修剪N/K移出；果实P吸收 > 树体P贮藏 > 叶片P吸收 > 枝条修剪P移出。
年生长周期内，猕猴桃树体各器官所需养分主要来自土壤和外源肥料，其中土壤养分供应量遵循斯坦福土壤供肥公式，且土壤养分供应量与土壤实际测定值呈正相关关系[26]。大量研究表明，果园施肥量远高于农田，长期大量的肥料投入已造成果园土壤养分大量累积[1, 15, 27]，本研究区果园土壤速效磷和速效钾含量高达87.7 mg∙kg-1和361.9 mg∙kg-1，0~100 cm土壤剖面内NO3--N的累积量为466.4 kg∙hm-2（表 1）。刘芬[21]通过对陕西省不同区域111个果园“3414”试验点进行数据分析，获得果园土壤养分贡献率分别为N 76.6%、P 85.1%、K 86.2%。果园土壤较高的养分供应量导致肥料养分贡献率较低，同时长期果园养分累积与盈余造成果园肥料利用率极低，BELLARBY等[22]的研究报道，近30 a我国山东果园平均肥料利用率为N 10%、P 7%、K 23%。本研究在测定猕猴桃年生长周期内养分需求量的基础上，区分了土壤供应量和肥料供应量，结合果园实际肥料利用率确定成龄猕猴桃果园施肥量为N 380 kg∙hm-2∙a-1、P2O5 176 kg∙hm-2∙a-1和K2O 106 kg∙hm-2∙a-1，N∶P2O5∶K2O为1∶0.5∶0.3，这与前人研究中猕猴桃果园施肥量（N 413 kg∙hm-2∙a-1、P2O5 211 kg∙hm-2∙a-1、K2O 168 kg∙hm-2∙a-1）[20]及N、P、K比例（1∶0.3∶0.5）[27]相比，N肥用量基本一致，P肥稍有降低，K肥用量及比例明显降低，其主要原因在于：（1）以往果树推荐施肥量多以果实养分吸收量这一指标来衡量[28]，忽略了土壤养分供应量；（2）果树作为多年生木本植物，因长期大量肥料施入造成土壤有效养分含量增加，土壤贡献率大幅提高[15, 21]；（3）北方石灰性土壤是富K土壤，土壤K背景值较高[27]。
3.3 果园养分优化管理与生态环境健康目前，果园过量施肥问题已非常普遍，关于优化果园养分管理及合理施肥量前人已做了大量的研究，如KLEIN等[28]的研究指出，果园施N量一般应为果实吸N量的3~4倍，赵佐平等[11]基于果农实际N素投入量及特点分析果园N负荷，结果表明果园N负荷增加且环境风险较大。路永莉等[10]调查研究表明，俞家河流域50% 以上的果园肥料施用过量，造成果园土壤养分大量累积，并随水向下层土壤乃至地下水迁移。GAO等[29]的研究表明，与农田相比，研究区猕猴桃果园0~10 m土壤剖面内平均硝态氮累积量为7 113 kg∙hm-2，97% 的地下水样品的硝态氮浓度超过了WHO标准。本研究在测定猕猴桃树体各器官养分需求量的基础上，不仅考虑果树生长对养分的需要，还考虑土壤养分的持续供应，最终确定了果园的合理施肥量。本研究结果显示，不同品种成龄猕猴桃果园养分管理可采用统一管理模式，年生长周期内需施N 380 kg∙hm-2、P2O5 176 kg∙hm-2、K2O 106 kg∙hm-2，N∶P2O5∶ K2O为1∶0.5∶0.3，其可作为该流域兼顾产量和环境生态健康的推荐施肥量。
4 结论（1）不同品种猕猴桃（秦美、哑特和华优）单叶质量、叶片量、果实产量、单果质量和修剪枝条量间均无显著差异；叶片、果实及修剪枝条中的养分含量也无显著差异。因此，不同品种成龄猕猴桃果园可采用统一的养分管理模式。
（2）年生长周期内果园因叶片吸收、果实收获、枝条修剪和树体贮藏的总养分量为N 162 kg∙hm-2、P 36 kg∙hm-2、K 146 kg∙hm-2，其中来自肥料提供的养分量为N 38.0 kg∙hm-2∙a-1、P 5.4 kg∙hm-2∙a-1和K 20.0 kg∙hm-2∙a-1。结合土壤供肥比例及果园肥料利用效率，确定果园施肥量分别为N 380 kg∙hm-2∙a-1、P2O5 176 kg∙hm-2∙a-1、K2O 106 kg∙hm-2，N∶P2O5∶K2O为1∶0.5∶ 0.3。
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