陈翠霞，刘占军，陈竹君，周建斌

(1.西北农林科技大学资源环境学院，陕西 杨凌 712100； 2.农业部西北植物营养与农业环境重点实验室，陕西 杨凌 712100)

中国是世界上最大的苹果生产国，产区主要集中在黄土高原和渤海湾两大区域[1-2]，其中黄土高原是世界上适宜苹果生长的最佳优生区[3-4]。陕西省作为黄土高原的苹果主产省份，2015年全省苹果种植面积和产量分别占中国苹果总种植面积和总产量的29.85%和24.34%，位居全国第一，苹果产业已成为带动当地果农增收的富民产业[5-6]。

施肥是提高苹果产量与品质的有效措施。但陕西苹果园氮、磷肥过量施用问题突出[7-8]，一些地区施氮量超过推荐量的2～3倍[9-10]，导致肥料利用率低，土壤氮素盈余量增加。果园0～400 cm土壤剖面硝态氮累积量平均达2 155 kg·hm-2，显著高于农田、菜地[11]。对黄土高原苹果园土壤剖面累积硝态氮的问题已有一些研究，不同研究者的结果有所差异。白茹等[12]研究表明，渭北苹果园0～120 cm土壤剖面硝态氮累积量为868 kg·hm-2。郭胜利等[13]研究发现，长武盛果期苹果园土壤0～600 cm土壤剖面累积的硝态氮量达3 032 kg·hm-2。土壤剖面硝态氮累积量与树龄有关，冉伟等[14]发现，渭北15 a和37 a果园0～400 cm土壤剖面累积的硝态氮量分别为834 kg·hm-2和1 026 kg·hm-2。刘小勇等[15]测定的甘肃陇东旱塬15、20、22 a苹果园0～120 cm土层硝态氮累积分别为448、563、770 kg·hm-2。与多雨区和灌溉区相比，黄土高原土层深厚，淋失和反硝化作用较弱，而且地下水埋深在60 m以下，因此土壤剖面累积的硝态氮进入地下水有一个相对漫长的过程，但其潜在的生态环境效应值得关注[16]。

改革开放后陕西苹果产业的快速发展以位于黄土高原南部的礼泉等区县为代表，显著的经济效应带动了苹果在黄土高原地区的大面积栽培。之后，以洛川为代表的苹果最佳优生区已成为陕西苹果的主产区。新、老果区树龄、施肥现状等存在差异，但目前对于陕西新、老果区土壤剖面硝态氮的累积研究较少。因此，本试验以礼泉及洛川为研究区域，研究了陕西省新、老苹果产区土壤剖面硝态氮的累积及分布，旨在探讨果园施氮量、树龄与土壤硝态氮累积的关系，进而为陕西地区控制并减少果园硝态氮的累积、推荐施肥以及果业持续健康发展提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

选择陕西省洛川、礼泉两县作为全省新、老苹果主产区的代表，其中洛川县位于渭北旱塬中部(E109°13′-109°45′，N35°26′-36°04′)，属暖温带半湿润大陆性季风气候，年均气温9.2℃，海拔1 100～1 200 m，年均降水量622 mm，土壤多为黄绵土；2015年全县苹果栽培面积占耕地总面积的76.9%，多数果园于2000年前后建园；栽植密度600～800株·hm-2，果园多无灌溉条件。果园施肥以化肥为主，年施肥量水平为：N 1 200～1 300 kg·hm-2，P2O5750～850 kg·hm-2，K2O 1 200～1 300 kg·hm-2。

礼泉县地处关中平原(E108°17′-108°41′,N34°20′-34°50′)，地势为西北高、东南低，海拔402～1 467 m，属于暖温带半干旱大陆性气候，年均降水量534 mm，主要土壤类型为褐土。该县苹果产业发展较早，果园大多建于上个世纪80年代末至90年代初，2015年全县苹果栽培面积占耕地总面积的51.2%，栽植密度1 100～1 200株·hm-2，果园灌溉水主要来源于宝鸡峡水库，一般每年灌溉2次，灌溉量为540～680 m3·hm-2。果园施肥以化肥为主，年施肥量为：N 1 100～1 200 kg·hm-2、P2O5600～700 kg·hm-2，K2O 900～1000 kg·hm-2。

1.2 研究方法

2016年11月下旬果实收获后，分别在洛川县凤栖镇芦白村和礼泉县西张堡镇张家村选择15个具有代表性的果园，共30个果园，通过挨家挨户走访调查的方式，详细调查各果园农户在全年苹果各生育期的施氮肥种类和施氮量，最后通过计算转化为纯氮量。洛川县取样果园的树龄分布情况为：2个0～10 a果园、4个10～15 a果园、8个15～20 a果园、1个24 a果园；礼泉县取样果园树龄分布情况：1个0～10 a果园、6个20～25 a果园、2个25～30 a果园、6个30～35 a果园。采用土钻法采集0～200 cm土壤样品(每20 cm为一层)，采样点选择时避开当年施肥点，同一果园采取三钻土，相同土层充分混匀，测定土壤硝态氮含量。硝态氮采用1 molL-1KCl溶液浸提，连续自动分析仪测定，烘干法测定土壤剖面含水量。

1.3 数据处理

以下式计算出土壤剖面不同土层内硝态氮的累积量：

A=h×d×p×10

式中,A为硝态氮累积量(kg·hm-2)，d为土壤容重(g·cm-3),h为土层厚度(cm)，p为硝态氮浓度(mg·kg-1)。

氮素养分平衡采用表观平衡法计算：

氮素表观平衡值=氮素投入量-氮素携出量

其中氮素投入量只考虑氮肥，氮素携出量=作物产量×养分含量/1000计算得到，其他途径带出的养分所占比例较小，这里不予考虑。以上公式中氮素表观平衡值、氮素投入量、氮素携出量及作物产量的单位均为kg·hm-2，养分含量的单位为g·kg-1。

化肥养分含量根据产品标注含量计算，数据整理和分析采用Excle 2007软件进行。

2 结果与分析

2.1 洛川、礼泉两县采样果园土壤氮素的表观平衡

洛川县采样点果园的平均施氮量为1 287±244 kg·hm-2，全县的平均施氮量为1 208±364 kg·hm-2；礼泉县采样点果园的平均施氮量为1 193±300 kg·hm-2，全县的平均施氮量为1 115±417 kg·hm-2，可见本研究所选的取样果园具有代表性。由表1可知：洛川、礼泉两县果园氮盈余量分别高达：1 115±121 kg·hm-2和957±95 kg·hm-2。采样的两个县15个果园氮素平衡各指标间无显著差异。

表1 洛川、礼泉两县采样果园的氮素平衡

注: 表中数字表示均值±标准差，同一列中不同字母表示处理间差异显著(p<0.05)。

Notes: Numbers in the table indicate mean±sd. Different lowercase letters in the same row mean significant difference (p<0.05).

2.2 洛川、礼泉两县采样果园土壤剖面硝态氮含量分布特征

由图1可以看出，两县不同树龄果园均呈现出随着树龄增加，硝态氮累积量增加的趋势。硝态氮在两县不同树龄的苹果园0～200 cm土壤剖面上都发生了淋溶现象，礼泉果园在0～200 cm土壤剖面上没出现明显的累积峰，在80～100 cm 土层以下分布均匀，其中20～35 a果园的硝态氮含量在200 cm土层深处约高达250 mg·kg-1，明显表现出硝态氮深层累积的特征。洛川大多果园硝态氮含量在120 cm相对平稳，0～10、10～15、15～20、>20 a苹果园地0～200 cm土层土壤硝态氮含量变化范围为5.7～330.9 mg·kg-1，其中>20 a果园的土壤硝态氮含量高达231.1 mg·kg-1，0～10、10～15、15～20 a果园土壤剖面的硝态氮含量相对较低，其平均值分别为30.3、69.3、130.2 mg·kg。礼泉0～10、20～25、25～30、30～35 a苹果园地0～200 cm土层土壤硝态氮平均值的变化范围为27.8～297.4 mg·kg-1，其中30～35a果园土壤硝态氮含量最高，达到241.6 mg·kg，0～10、20～25、25～30 a果园土壤剖面的硝态氮含量平均值分别为18.2、161.2、215.2 mg·kg。

2.3 洛川、礼泉两县采样果园土壤剖面硝态氮总累积量

由图2可以看出，洛川、礼泉果园0～200 cm土壤平均硝态氮累积量分别达2 724 kg·hm-2和5 226 kg·hm-2，两地苹果园土壤剖面硝态氮累积严重；两县相比，礼泉果园0～200 cm土壤硝态氮的累积量是洛川果园的近2倍。随树龄的增加，土壤剖面硝态氮累积量呈显著增加的趋势。

由图2可知，两县果园土壤硝态氮累积量在0～100、100～200 cm两个土层的分布特性有一些差异，洛川果园0～100 cm土层硝态氮累积量均高于100～200 cm土层硝态氮累积量，0～10、10～15、15～20、>20 a果园0～100 cm土层硝态氮累积量占0～200 cm总累积量比例分别为52.6%、57.3%、54.2%、53.8%。礼泉除0～10 a果园外，其它不同果龄果园0～100 cm土层硝态氮累积量均低于100～200 cm土层硝态氮累积量，0～10、20～25、25～30、30～35 a果园0～100 cm土层硝态氮累积量占0～200 cm总累积量比例分别为58.6%、34.8%、46.2%、47.7%，表现出礼泉果园的土壤硝态氮累积比洛川果园更具有向深层转移的趋势特性。

图1 洛川、礼泉两县不同树龄果园土壤剖面硝态氮分布特征 distributions in soil profiles of different ages of apple orchards in Luochuan and Liquan counties

图2 洛川、礼泉两县不同树龄果园土壤剖面硝态氮累积分布 accumulated in soil profiles of different ages of apple orchard in Luochuan and Liquan counties

2.4 果园土壤剖面硝态氮累积量与树龄及施氮量的关系

由图3可以看出，随着氮肥投入量的增加，两县果园0～200 cm土层累积的硝态氮量呈现增加的趋势，礼泉大部分果园土壤的硝态氮累积量高于洛川果园。相关分析表明，两县果园施氮量与土壤0～200 cm剖面的硝态氮累积量呈显著正相关。

图4是两地不同果园树龄与土壤硝态氮累积量相关性的结果，可看出随着种植年限的增加，果园土壤0～200 cm剖面累积的硝态氮量表现出显著增加的规律，相关分析表明，土壤0～200 cm剖面累积的硝态氮量与果园树龄间呈显著正相关。

3 讨 论

图3 洛川、礼泉两县果园土壤0～200 cm剖面硝态氮累积量与施氮量的关系Fig.3 Relationship between accumulation in 0～200 cm soil profiles and N application rates in Luochuan and Liquan counties

图4 洛川、礼泉两县果园土壤0～200 cm剖面硝态氮累积量与树龄的关系Fig.4 Relationship between accumulation in 0～200 cm soil profile and orchard ages in Luochuan and Liquan counties

本研究发现陕西苹果产区土壤硝态氮累积相当严重，洛川、礼泉产区0～200 cm土壤硝态氮累积分别达2 724 kg·hm-2和5 226 kg·hm-2。冉伟等[14]研究渭北旱塬不同树龄(10、15、20、26 a和37 a)果园0～200 cm硝态氮累积量分别为：691、820、550、667 kg·hm-2和791 kg·hm-2。郭胜利等[13]研究表明：在垣面和梁地的盛果期果园0～200 cm硝态氮累积量分别达2 034 kg·hm-2和552 kg·hm-2。樊军等[17]测定渭北旱塬塬面10、15、22 a和34 a果园0～200 cm硝态氮累积量分别为1 754、5 986、1 940 kg·hm-2和2 449 kg·hm-2。与前人研究相比，本研究测定土壤硝态氮累积量更高，这与不同区域果园施肥量、产量及土壤等因素有关。随着树龄增加，果园土壤累积硝态氮也明显增加，这与前人研究一致[18]。有研究表明[19]，长期氮肥投入、施肥方法和土壤水分循环平衡与硝态氮累积密切相关，其中长期氮肥投入是硝态氮累积的物质条件。也有研究表明施氮量与土壤硝态氮累积量呈正相关[12]。两县果园土壤硝态氮累积量均很高，这与当地果园氮肥长期投入过高密切相关，本研究调查发现洛川、礼泉果园近年施氮量分别高达1 287±244 kg·hm-2及1 193±300 kg·hm-2，根据王小英等[20]对陕西省施肥状况的评价研究，本研究调查的施氮量已达到合理施氮量的4～5倍，王小英等[20]研究表明陕北高原、渭北旱塬、关中灌区氮投入量分别为490、587、619 kg·hm-2，全省平均为558 kg·hm-2。赵佐平等[8]调查渭北旱塬果园施肥现状表明：施氮量平均为672 kg·hm-2；近年对黄土高原苹果产区施氮量研究表明[21]：果农施氮过量比例高达 90% 以上，施氮量平均高达1 032±32 kg·hm-2，土壤中氮肥盈余为746±33 kg·hm-2。胡道春等[22]调查了黄土高原苹果园施肥现状：2015年氮肥用量平均为 1 220 kg·hm-2。可见，陕西现阶段果园施氮量远高于推荐量，成为该区土壤硝态氮累积量高的主要原因。

新老果区相比，果园0～200 cm土壤硝态氮累积存在显著差异，老果区累积量是新果区的2倍(图2)，这是因为老果区树龄较新果区长10 a左右，树龄越长，土壤硝态氮累积量越高[13-15]。从硝态氮累积在0～100 cm和100～200 cm两个土层分布差异来看，洛川0～100 cm土层硝态氮累积量高于100～200 cm土层，礼泉则呈现出相反趋势，说明礼泉果园的土壤硝态氮累积比洛川果园更具有向深层转移的趋势特性，这与灌溉条件有关。相比无灌溉条件的洛川果园，礼泉果园灌溉量为540～680 m3·hm-2。由于水分是硝态氮向土体深层迁移的动力[23-24]，大量灌溉会导致硝态氮向土体下层淋溶并累积[25-26]。郭胜利[13]、车升国等[27]研究表明，长期种植果树，果园土壤会出现干层，降低水分入渗，硝态氮不会迅速向下迁移。然而在有灌溉条件的果园，此趋势会很明显，因此如何防止根区外的硝态氮向下迁移值得关注。在保证产量和质量的前提下，降低化肥投入量，对减少硝态氮累积有重要的意义[28]，也有研究[29]表明通过氮肥与磷钾肥的合理配施也可减少氮素在土壤中累积。此外，在生产中采取一定的节水保水措施，可减少果园蒸发量，最大限度减少硝态氮的淋溶累积。

4 结 论

陕西省洛川、礼泉苹果产区过高的施氮量(1 240±273 kg·hm-2)，造成土壤剖面中盈余大量氮素，两县平均分别高达2 724 kg·hm-2和5 226 kg·hm-2。随着树龄、施氮量增加，果园土壤硝态氮累积量呈显著增加的趋势。洛川果园0～100 cm土层硝态氮累积量高于100～200 cm土层，礼泉除0～10 a果园外，其它不同果龄果园0～100 cm土层硝态氮累积量均低于100～200 cm土层硝态氮累积量，这与礼泉果园具有灌溉条件，硝态氮淋溶作用强有关。