马彦茹，耿庆龙，陈署晃，赖 宁，王新勇

(新疆农业科学院土壤肥料与农业节水研究所/新疆农业科学院绿洲养分与水土资源高效利用重点实验室，乌鲁木齐　830091)



枣棉套作农田土壤养分时空分布特征

马彦茹，耿庆龙，陈署晃，赖 宁，王新勇

(新疆农业科学院土壤肥料与农业节水研究所/新疆农业科学院绿洲养分与水土资源高效利用重点实验室，乌鲁木齐830091)

摘要：【目的】揭示枣棉套作模式下土壤养分时空分布规律，为枣棉套作模式合理施肥及土壤环境健康、可持续发展提供科学依据。【方法】测定和分析不同树龄枣棉套作模式下0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm土层中全氮、有机质、碱解氮、速效磷和速效钾不同分异规律。【结果】随着种植年限(2～6 a)的增加，土壤全氮、碱解氮、有机质随着种植年限的增加呈现下降趋势，而土壤速效磷含量变化则相反，土壤速效钾含量在套作第6 a时含量较2 a、4 a高。在枣树带区内，离枣树越近，土壤养分含量越低、在棉作区，离枣树越远，土壤养分含量越高。土壤养分的含量以表层含量最高，随着土层深度的增加，土壤养分含量降低。随着种植年限(2～6 a)的增加，在垂直方向上各层次土壤养分含量的变化均显著(P<0.05)。【结论】在枣树带及近枣树带区(0～1 m)和棉作物区(1～2 m)形成双水肥系统管理，对枣棉套作系统进行水肥分区管理，有利于科学合理施肥。

关键词:枣棉套作；土壤养分；时空分布

0引 言

【研究意义】近年来，新疆的南疆三地州林果总面积已经达到50.4×104hm2，林果业发展迅速，约占三地州耕地总面积的80%[1]，逐渐形成了南疆三地州特有的果农复合生产模式。原有的施肥方式及耕作制度发生了很大的变化，农田土壤养分状况产生了新的不平衡现象。【前人研究进展】目前，对果农套作种植模式的研究主要集中在化感效应[2-3]对果农系统的作物生长的影响，果农套作系统小气候特征[4-6]，果农套作模式下农作物的生长发育与产量结构等方面[7-10]，这些研究对果农套作中选择适宜的套作模式，提高作物产量、生态效益和经济效益具有重要的指导意义。【本研究切入点】枣棉套作系统改变了土壤养分的空间分布特性[11]，研究表明，土壤氮含量均在垂直和水平两个方向上有明显的空间变异性[12]。目前有关枣棉间作土壤养分累积状况研究较少，研究采用定点取样调查的方法来分析枣棉间作土壤时空分布特征。【拟解决的关键问题】研究选择南疆典型的枣棉套作系统，对土壤养分进行定位监测，以期全面、正确掌握枣棉套系统土壤肥力情况，为制定科学的施肥措施、合理的施肥方案提供理论依据，实现枣粮套作系统可持续生产。

1 材料与方法

1.1 材 料

研究地点位于新疆麦盖提县(E76°52'30"～77°29'30"，N37°57'30"～ 38°19'00")。地势由西南高，东北低，地势平缓。气候属典型的大陆性干旱气候，降水量少，平均年降水量为39.4 mm，年平均气温11.4℃。

研究区内土壤类型以灌淤土为主，以枣棉套作系统土壤作为测试材料。枣树栽植时间分别为 2008、2010、2012年，株行间距为3 m×4 m，棉花四幅膜种植，膜间距 30 cm，一膜 2 行，行间距 50 cm，株间距 10 cm。枣树品种为骏枣(ZiziphusjujubaMill. ‘Junzao’) ，棉花品种为中棉所 49 号(Gossypiumspp) 。图1

图1枣棉套作系统土壤养分采样点布局
Fig.1Setting of jujube-grain intercropping of system of soil nutrient sampling sites

1.2方 法

1.2.1监测点的布设及采集

取样点布设以一行枣树带为中心，在平行于枣树带两侧，间距枣树50 cm，分别布设采样点，一直布设到枣树行距1/2处(作物中心位置附近处)，设置3个重复，取样深度分别为0～20 cm(表层)、20～40 cm(中层)、40～60 cm(下层)。每个样点均为5个土壤混合样。共采集土壤样品243个，取样时间为2014年11月 (棉花收获后)，枣棉套作种植年限分别为 2、4和6 a。图1

1.2.2土壤养分的测定

土壤样品分析项目包括全氮、有机质、碱解氮、速效磷、速效钾。全氮含量采用凯氏定氮法；有机质含量采用重铬酸钾法；碱解氮含量采用碱解扩散法；速效磷含量采用碳酸氢钠浸提—钼锑抗分光光度法；速效钾含量测定采用醋酸铵浸提—火焰光度计测定法。

1.3数据统计

试验中获得每处理3个重复的数据均采用SPSS17.0进行统计分析和显著性检验(Duncan 法，P<0.05)，EXCEL绘制图形。

2结果与分析

2.1枣棉套作模式下土壤养分统计描述

根据经典统计学原理，利用SPSS17.0对不同种植年限0～60 cm土壤养分进行描述性统计分析，结果表明,从整体上看，土壤全氮、碱解氮、有机质随着种植年限的增加呈现下降趋势，而土壤速效磷含量随着种植年限的增加呈现增加趋势；土壤速效钾含量在套作第6 a时含量较2、4 a都高。表1

表1不同种植年限枣棉套作土壤养分统计特征值
Table 1Characteristics of jujube trees in test area

种植年限Plantingage土壤养分Soilnutrients样本数Samplenumber均值Mean最小值Min最大值Max标准差S.D.变异系数C.V.2年Towyears全氮(g/kg)810.390.110.790.20.51有机质(g/kg)817.451.7315.214.040.54碱解氮(mg/kg)8162.7719.1118.825.590.44速效磷(mg/kg)8111.641.437.87.580.66速效钾(mg/kg)81885422431.820.364年Fouryears全氮(g/kg)810.370.110.720.180.49有机质(g/kg)817.151.9213.843.430.48碱解氮(mg/kg)8157.1212.3140.623.530.41速效磷(mg/kg)8115.581.76513.530.87速效钾(mg/kg)8185.34715922.450.266年Sixyears全氮(g/kg)810.360.110.890.170.47有机质(g/kg)816.982.2315.543.240.46碱解氮(mg/kg)8153.1912.3135.121.560.38速效磷(mg/kg)8119.412124.5190.98速效钾(mg/kg)81150.0910122130.280.20

一般来说，当变异系数CV≤0.1时为弱变异性；CV在0.1～1.0时为中等变异性；CV≥1.0时为强变异性。总体上来讲，枣棉套作模式下不同种植年限各养分0～60 cm的变异系数范围分别为：全氮0.47～0.51，有机质0.46～0.54，碱解氮0.38～0.44，速效磷0.66～0.98，速效钾0.20～0.36，均属于中等变异水平；0～60 cm土壤中速效磷变异系数最大，速效钾变异系数最小。随着种植年限的增加，全氮、碱解氮、有机质、速效钾的变异系数呈现降低的趋势(P<0.05)。

2.2 枣棉套作模式下土壤养分时间变异特性

土壤各养分含量的高低在种植2 、4 和6 a中距树距离呈不同规律。枣树带区(距枣树0～0.5 m)，土壤有机质、全氮、速效磷含量表现为6 a>4 a >2 a；土壤速效钾含量表现为6 a >2 a >4 a，碱解氮含量土壤表现为2 a >4 a >6 a。

近枣树带区(0.5～1 m)土壤全氮、有机质含量为4 a >2 a >6 a，碱解氮含量随着种植年限的增加而减少，速效磷含量为4 a >6 a >2 a，速效钾含量为6 a >4 a >2 a。

棉花种植区(1～2 m)土壤有机质、全氮、碱解氮含量均表现为种植2 a较种植4和6 a高，土壤速效磷含量为4 a较2 、6 a高，土壤速效钾含量为种植6 a较2、4 a高。图2

图2枣棉套作不同年限土壤养分变化(P<0.05)
Fig .2 Characteristics of nutrient in jujube-grain intercroppingunder different cultivating years(P<0.05)

2.3 枣棉套作模式下土壤养分空间变异特性

枣棉套作不同种植年限在0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm随着与枣树距离的增大土壤养分所表现出的空间变化情况。

枣棉套作2 a 0～20 cm土壤有机质、全氮、碱解氮含量均表现为在距枣树2 m处含量达到最大值，分别为12.291 g/kg、0.628 g/kg和81.93 mg/kg，20～40 cm土壤有机质、全氮、碱解氮含量表现与0～20 cm时一致分别为10.025 g/kg、0.517 g/kg和79.53 mg/kg。在40～60 cm有机质、全氮、碱解氮、速效磷最大值分别位于距枣树1、1、2、1 m处。土壤速效钾各层含量值变化不大，20～40 cm和40～60 cm最大值出现在距树0.5 m处，0～20 cm最大值在0处。图3

枣棉套作4a的0～20 cm、20～40 cm土壤有机质、全氮含量随着与枣树间距的增大呈现先降低后增加再降低的趋势，在近枣树带(1 m)处出现最大值，分别为9.852、8.976、0.508和0.463 g/kg；40～60 cm土壤有机质、全氮含量随着与枣树间距的增大呈现降低—增加—降低—增加的趋势，枣树带区(0 m)、棉花作物区(2 m)较近枣树带区(0.5～1.5 m)含量高。土壤碱解氮在40～60 cm均表现为随着与枣树间距的增大呈现降低趋势，在枣树区0 m处含量最高为62.6 mg/kg；0～20 cm土壤碱解氮表现为随着与枣树间距的增大呈现增加趋势，20～40 cm的土壤碱解氮含量最高为67.2 mg/kg，距树距离0.5 m处。0～20 cm、40～60 cm土壤速效磷在枣树区1 m处含量最高，为23.2和19.73 mg/kg，20～40 cm土壤速效磷在棉花作物区(2 m)达到极值，土壤速效磷各土层在枣树带区(0 m)处含量最低。土壤速效钾各土层随着与枣树间距的增大变化差异不大。图4

图3枣棉套作2 a土壤养分空间变化(P<0.05)
Fig. 3 Spatial change of soil nutrients in jujube-grain intercropping in two years(P<0.05)

图4枣棉套作4 a土壤养分空间变化(P<0.05)
Fig. 4 Spatial change of soil nutrients in jujube-grain intercropping in four years(P<0.05)

枣棉套作6 a的土壤各层次有机质、全氮含量均在0～40 cm离枣树0.5 m处达到最大值，40～60 m在1 m处含量最高为7.464 g/kg。土壤各层碱解氮分别在离枣树0 m处含量最高，分别为72.6、87.8和62.6 mg/kg；随着与枣树间距的增大土壤各层碱解氮都变现为降低-增加-降低的规律。速效磷含量均在距枣树0.5 m处达到最大值为42.1、48.8和29.5 mg/kg，速效钾各层含量呈现类似规律，随着与枣树间距的增大先增加后降低，均在距枣树0.5 m处含量最高，不过随着深度增加含量有所增加。图5

图5枣棉套作6 a土壤养分空间变化
Fig 5 Spatial change of soil nutrients in jujube-grain intercropping in six years(P<0.05)

3讨 论

在套作系统中，养分元素(尤其是氮、磷、钾)的投入历来受到重视[5,13]。通过对枣棉套作土壤养分时空变化特征调查分析，发现枣棉套作随种植年限的增加土壤全氮、碱解氮、有机质呈现下降趋势(P<0.05)，其原因可能是枣棉套作系统中根系分布密集，而产生引起养分竞争导致[14-15]；而土壤速效磷含量则呈相反趋势(P<0.05)，土壤速效钾含量也有上升趋势。红枣、棉花各自对养分的需求量、需求时期各不相同，所需养分的形态与种类也不尽一样。养分供应不足时，必然引起作物个体之间的生长、发育、生态以及其生态位改变，即引起养分竞争[16-18]。土壤全氮、碱解氮、有机质呈现下降趋势，应该和农民施肥种类以及用量有关，说明对有机肥料及氮素的投入不够，导致土壤质量下降。土壤速效磷含量增加，则可能与农民偏施磷酸二铵，而磷素利用率低、移动性差有关。研究虽然从土壤养分的角度，分析了枣棉套作对土壤养分时空变化规律影响，研究结果对果农间作模式耕地质量提升提供技术基础，但由于土壤养分变化过程极为复杂，对土壤养分运移的过程中产生的机理以及相关的植物生理特性仍需进一步深入研究。

4结 论

4.1随着种植年限(2～6 a)的增加，土壤全氮、碱解氮、有机质随着种植年限的增加呈现下降趋势，而土壤速效磷含量变化则相反，土壤速效钾含量在套作第6 a时较2、4 a都高。土壤全氮、碱解氮、有机质、速效钾含量的变异系数呈现降低的趋势。

4.2从整体上来看在枣树带区内，离枣树越近，土壤养分含量越低、在棉作区，离枣树越远，土壤养分含量越高。随着种植年限(2～6 a)的增加，枣树带区(距枣树0～0.5 m)，土壤有机质、全氮、速效磷含量呈现增加趋势，碱解氮含量土壤表现为下降；近枣树带区(0.5～1 m)土壤有机质、全氮含量为4 a>2 a>6 a，碱解氮含量则下降；棉花种植区(1～2 m)土壤各养分变化规律不相同。

4.3从整体上来看土壤养分的含量以表层含量最高，随着土层深度的增加，土壤养分含量降低。随着种植年限(2～6 a)的增加，在垂直方向上土壤养分含量的层次变化均非常显著(P<0.05)。

在了解土壤养分时空变化特征的基础上，更重要的是如何调控，培肥地力，保持土壤可持续发展，从而提高经济产量和效益是当地农民关注的问题。应加强水肥管理，形成枣棉套作双水肥控制系统，增加红枣与棉花间根障设置，减少养分竞争，从而最大程度地提高生态、经济及社会效益，更好的发挥果农套作系统的优势。

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Spatial-temporal Distribution of Soil Nutrient in Jujube-grain Intercropping System

MA Yan-ru, GENG Qing-long, CHEN Shu-huang, LAI Ning, WANG Xin-yong

(ResearchInstituteofSoil,FertilizerandAgriculturalWaterConservation,XinjiangAcademyofAgriculturalSciences/KeyLaboratoryofOasisNutrientandEfficientUtilizationofWaterandSoilResourcesUrumqi830091,China)

Abstract：【Objective】 Revealing the space-time distribution of soil nutrients in jujube-grain intercropping system，the researching results can provide the important geochemical evidence for rational agricultural programming, planting, soil improvement and scientific fertilization.【Method】Total nitrogen ,organic matter, available N , available P, available K in jujube-crops intercropping system of soil nutrient in layer of 0-20,20-40，40-60 cm were determined and analyzed.【Result】With the increase of the planting fixed number of year (2-6 a), soil total nitrogen, available nitrogen, organic matter increased with increasing years of planting a declining trend, and soil available p content changes, on the other hand, soil available potassium content in interplanting 6 content is higher than 2 years, 4 years.On the whole in Chinese jujube area, the nearer the jujube, the less soil nutrient, in cotton area, the farther from Chinese jujube, the more soil nutrients.The highest content in surface soil nutrient content, with the increase of soil depth, soil nutrient content is lower.With increasing years of planting (2-6 a) the increase of soil nutrient content in the vertical direction of level changes were very significant (P< 0.05). 【Conclusion】Recommended in nearly jujube belt and belt region (0 and 1 m) and cotton crop belts (1-2 m) to form double fertilization system management, to date a cotton padded covering for system partition management, water so that the scientific and reasonable fertilization.

Key words:jujube-crops intercropping; soil nutrients; spatial-temporal distribution

中图分类号：S35;S665.1

文献标识码：A

文章编号：1001-4330(2016)03-0510-08

作者简介:马彦茹(1962-)，女，天津人，助理研究员，研究方向为农业资源环境及土壤肥料，(E- mail)564819139@qq.com通讯作者:耿庆龙(1982-)，男，山东人，副研究员，研究方向为农业遥感及地理信息技术农业应用，(E-mail)qlgeng163@163.com

基金项目:国家自然科学基金项目(41261075)

收稿日期：2016-01-06

doi:10.6048/j.issn.1001-4330.2016.03.017

Fund project:Supported by NSFC(41261075)