秦岭北麓小流域猕猴桃园氮素营养与调控

发布时间：2018-10-29 14:31

【摘要】：秦岭北麓是我国猕猴桃主产区之一,猕猴桃栽培面积占全国总栽培面积的近60%。然而,在该地区猕猴桃生产中,果农盲目施肥的现象较为普遍,其中氮肥过量施用问题尤为突出,使得果园氮素盈余问题十分严重,不仅浪费了宝贵的养分资源,也给该地区生态环境带来了一系列潜在危害,严重制约了该地区猕猴桃产业的可持续发展。基于此,本文以秦岭北麓陕西省周至县俞家河小流域为研究对象,采用实地调查和田间试验相结合的方式,于2012~2013连续2年调查了该流域成龄果园的养分投入现状,测定了代表性果园果实及枝条样品养分含量,定量评价了该区域果园年养分携出特征,比较了流域内成龄果园和小麦-玉米轮作农田的土壤养分状况,分析了果园长期大量施肥的潜在环境风险。同时,通过2014~2015连续2年田间定位试验探讨了坡地果园不同坡位0-200 cm土壤剖面养分累积在雨季前后的变化与迁移特征,并通过2012~2015连续3年田间定位试验研究了减量施氮对该地区猕猴桃果园果实产量、品质以及剖面氮素累积和残留的影响。在上述研究的基础上,最终采用养分物质流分析的方法定量研究了该流域果园氮素养分的足迹特征。获得主要结论如下:1.调查结果表明,该流域内猕猴桃果园有机肥投入比例及用量严重不足,其中,完全未施有机肥的果园占调查果园的36.4%(2年平均值,下同),有机肥投入不足的果园占94.3%。化肥中,氮肥的投入量普遍偏高,平均为891 kg N ha~(-1),投入过量的果园比例高达81.8%。磷、钾肥投入不足和过量问题并存。根据文献资料和前期研究汇总的合理施肥量来看,当猕猴桃产量在24~42 t ha~(-1)时,建议化肥用量分别为:N 375~500 kg ha~(-1)、P2O5 186~266 kg ha~(-1)和K2O 286~350 kg ha~(-1),有机肥用量为30000~65000 kg ha~(-1)。因此,提高有机肥施用量及比例、降低氮肥投入量以及合理引导磷钾肥施用是该流域猕猴桃果园当前养分管理的重点方向。2.养分测定分析表明,猕猴桃年生长周期内叶片、果实及修剪枝条中的养分含量在不同品种间(秦美、哑特和华优)均未达到显著性水平(P0.05)。根据研究区果园平均产量(33.9~39.5 t ha~(-1))和年生长周期内平均枝条修剪量(7~11 t ha~(-1),FW)估算,成龄猕猴桃果园因果实收获和冬季枝条修剪所携出量的养分量平均为N 75.0~92.8、P19.4~24.9、K 90.0~117.7、Ca 22.9~27.3、Mg 5.05~7.00和S 2.60~4.89 kg ha~(-1) yr~(-1)。3.对比猕猴桃果园和小麦-玉米农田养分平衡特征发现,果园N、P和K养分总输入量(包括化肥、有机肥、大气沉降和灌溉等)分别为1201、268和615 kg ha~(-1) yr~(-1),远远高于农田养分投入量(N 425 kg ha~(-1) yr~(-1)、P 59 kg ha~(-1) yr~(-1)和K 109 kg ha~(-1) yr~(-1))。果园N、P和K年平均养分表观盈余量分别高达1081、237和491 kg ha~(-1) yr~(-1)。果园0~(-1)00cm和0-200 cm土层土壤硝态氮累积量分别为466和793 kg N ha~(-1),均显著高于农田相应土层。可见,猕猴桃果园养分过量投入是导致养分盈余特别是氮素盈余问题的重要原因。4.坡地果园养分累积和迁移特征表明,5~9月份雨季集中降水是坡地果园土壤养分迁移的重要驱动因子。经过一个雨季后,土壤硝态氮在竖直方向和顺坡方向均表现出明显的迁移特征,竖直移动使得土壤剖面的硝态氮向深层土壤迁移并大量累积,顺坡移动造成果园土壤剖面硝态氮的累积量呈现坡上低、坡下高的空间分布特征,这不仅造成了养分资源的不均衡分布,同时也对地表水及地下水安全构成了潜在威胁。因此,对于坡地果园而言,建议在减少氮肥投入总量的同时采用坡上部多施、坡下部少施或不施的分段施肥策略,从而达到果园高效施肥和环境友好的目的。5.减量施氮试验表明,与农民常规施氮处理相比,当氮肥用量减少25%(2013年和2014年)和45%(2015年)时,猕猴桃果树氮素营养、果实单果重、产量以及品质等均没有发生显著变化(P0.05),但减量施氮处理显著提高了氮肥的偏生产力(PFPN)和果园的经济效益,明显降低了土壤剖面硝态氮的累积量以及向深层土壤淋失的风险。同时,试验结果显示,与普通尿素相比,施用控施尿素对猕猴桃产量以及果实品质无显著影响,但可降低硝态氮的淋失风险。6.养分物质流分析结果显示,与流域内小麦-玉米轮作农田体系相比,果园生产系统的氮素输入量较高,大量氮素养分盈余后造成土壤、大气及水环境的氮负荷明显增加。果园系统年氮素输入总量为1220 kg N ha~(-1),残留于土壤的氮素为783 kg N ha~(-1),树体养分携出量(果实收获、枝条修剪和树体吸收)占总输出量的比例为27%,进入水体和大气环境的养分比例分别为46.7%和26.5%。该流域每年因果树生产而进入水体和大气的氮负荷分别为32.6 t N和18.6 t N,远高于农田系统(3.98 t N和5.50 t N)。综上所述,与农田系统相比,猕猴桃果园生产系统因过量氮肥施用造成了氮盈余量大、养分利用率低和氮污染排放系数高等问题,无疑加剧了土壤、大气和水环境的氮污染负荷。因此,应采取源头减量与变量施肥等策略控制氮素过量投入,减少氮素损失,保障流域猕猴桃果园健康、高效、持续发展。
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【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S663.4

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