施氮對香梨園土壤養分、根系生物量及產量品質的影響

李偉 謝文歌 張曦瑜 馮雷 徐巧 柴仲平

摘 要：【目的】研究庫爾勒香梨樹體根系生物量及產量、品質如何響應土壤養分的變化?！痉椒ā恳?-7 年生庫爾勒香梨為試驗對象，研究0、150、300 和450 N kg·hm-2（分別表示為N0、N1、N2 和N3）4 個氮肥施用量處理下庫爾勒香梨土壤養分與根系生物量及產量、品質的相關性?！窘Y果】隨著施氮量的增加，土壤養分、根系生物量、果實產量及果實中可溶性固形物、Vc 含量和糖酸比均表現為先增加后降低的趨勢，在N2 處理達最大值。果實中石細胞含量則表現為先降低后增加的趨勢，在N2 處理達最小值。果實中總酸含量隨著施氮量的增加而不斷降低，在N3 處理達最小值。果實產量與土壤中生物氮極顯著正相關（P ＜ 0.01），與生物碳、堿解氮、無機碳、全碳顯著正相關（P ＜ 0.05）；果實中可溶性固形物、Vc 含量、糖酸比與土壤中生物氮、生物碳和堿解氮均表現為極顯著正相關（P ＜ 0.01）；果實糖酸比與土壤全碳間存在顯著正相關關系（P ＜ 0.05）；果實中總酸與土壤全氮、硝態氮、銨態氮、堿解氮、全碳間顯著負相關（P ＜ 0.05）。果實產量、糖酸比與根系生物量間極顯著正相關（P ＜ 0.01）；果實總酸與根系生物量表現為極顯著負相關（P ＜ 0.01）；可溶性固形物及Vc 均與根系生物量表現出顯著正相關（P ＜ 0.05）。在合理的施氮范圍內隨著庫爾勒香梨園土壤養分的提高，香梨樹體根系生物量及產量、品質均呈上升態勢，產量和品質與樹體根系生物量之間同樣存在著動態依存關系?！窘Y論】在5-7 年樹齡庫爾勒香梨的經營管理過程中，可通過提高土壤養分，增加根系生物量來促進香梨增產提質。N2 處理（300kg·hm-2）施肥量可作為最佳施氮量。

關鍵詞：庫爾勒香梨；土壤養分；根系生物量；氮肥；產量；品質

中圖分類號：S625.5+4 文獻標志碼：A 文章編號：1003—8981（2023）03—0235—09

庫爾勒香梨Pyrus brestschneideri Rehd. 歷史悠久，味甜爽滑，酥脆爽口，香味濃郁，營養豐富，在新疆與吐魯番葡萄、哈密瓜齊名[1]。庫爾勒香梨原產自新疆庫爾勒地區，是新疆梨與西洋梨的自然雜交后代，種植歷史達1 400 年以上[2]。2021 年庫爾勒香梨種植面積達到46.7 萬hm2，實現了一定的產量和效益，在主產區庫爾勒市，庫爾勒香梨收入已占到農民人均純收入的三分之一[3]。但是單位面積的產量與效益與國內外相比還是具有一定的差距[4]。果樹的生長離不開外界環境因素的調節。土壤是樹體根系能夠直接接觸到的外界環境[5]。土壤養分供給是林木生長發育重要的物質基礎[6]。但香梨果園土壤肥力主要調控因素不明， 施肥不合理，致使香梨樹體營養失調嚴重，不僅造成了香梨果樹的非正常減產，還導致香梨樹勢衰弱，產量不穩定，果實品質下降等問題[7]。為了解決生產水平低的問題，同時最大限度提高土地資源的利用效率，促進果農增收，有必要對香梨園土壤養分、樹體根系生物量與果樹產量品質的關系進行探究。本研究通過對氮肥施用量的調節，分析土壤養分對不同施氮梯度的響應和對庫爾勒香梨樹體根系生物量及香梨產量、品質的影響程度，探究樹體根系生物量的變化與果樹產量、品質的相關關系，為提高庫爾勒香梨產量品質提供合理的調控手段與理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

本試驗在新疆巴音郭楞蒙古自治州庫爾勒市南郊阿瓦提農場（41°40′28″N、86°07′12″E）進行。試驗地位于天山南坡，塔里木盆地東北邊緣，氣候類型屬于典型的溫帶大陸性干旱荒漠氣候，年均氣溫在10.5 ～ 11.8 ℃，年降水量50 ～ 55 mm，年最大蒸發量2 788 mm，年均日照時數達2 800 ～3 000 h，日照總輻射為5 700 ～ 6 500 mJ·cm-2，有效積溫4 100 ～ 4 400 ℃，無霜期210 ～ 239 d。試驗前香梨園土壤各養分含量為：有機質14.11 g·kg-1、堿解氮53.82 mg·kg-1、有效磷22.75 mg·kg-1、速效鉀217 mg·kg-1、pH 值7.84。

1.2 試驗設計

2018—2020 年的3 年間， 以5 ～ 7 年生庫爾勒香梨為試材，株距2×4 m，1 125 株·hm-2。選取長勢相仿、未受病蟲害侵擾的36 株果樹掛牌標記。試驗以當地農戶常規施肥量為最高施氮處理、減施三分之一為中施氮處理、減施三分之二為低施氮處理、不施氮肥做對照處理共4 個不同施氮處理水平（ 分別記作N0、N1、N2、N3），分別施以N 0、150、300、450 kg·hm-2，相當于每株0、133、267、400 g，每處理選9 株，單株為1 次重復。選尿素（N 46%）作為氮肥，60% 于萌芽前基施，剩余40% 在膨果前期追施，重過磷酸鈣（P2O5 46%）和硫酸鉀（K2O 51%）在萌芽期前一次性施入，用量分別為300 kg P2O5·hm-2（每株267 g P2O5）和75kg K2O·hm-2（每株67 gK2O）。均采用環狀溝施的施肥方式，施肥后實行常規管理，各處理間管理方式一致。

1.3 采樣與測定

樣品采集均在2020 年進行。對不同施氮處理采取相同的采樣方法。

于果實成熟期對庫爾勒香梨樹體進行整株挖掘取樣，以單株為單位，各處理均取3 株。采集樹體根系（主根、一級側根和二級側根）和果實。樣品收集后采取清水→洗滌劑→清水→ 1% 鹽酸→ 3 次去離子水順序沖洗后，在105℃下殺青30 min，再在80℃的條件下烘干至恒質量，并稱其干物質的質量。土壤樣品于香梨成熟期采集。

在施肥溝兩側，去除地表凋落物后，按0 ～ 20、20 ～ 40 和40 ～ 60 cm 進行分層采集0 ～ 60 cm土層土樣，采樣時各處理取3 棵果樹的土樣，每棵果樹隨機取點重復取土3 次初步進行搗碎混合，保存于一個封口的自封袋中，并放入盛有干冰的保鮮箱中運輸至實驗室。返回實驗室后，挑揀土樣除去根、石塊后過篩（2 mm）并均勻混合，室內風干，過1 mm 篩，用于土壤理化分析，文中土壤理化性質分析均采用0 ～ 20、20 ～ 40、40 ～ 60 cm 各土層測得數據的平均值。

1.4 測定方法

土壤微生物量碳（SMBC）測定采用熏蒸提取—容量分析法；生物量氮（SMBN）測定采用熏蒸提取—茚三酮比色法[8]。全氮含量用凱氏定氮法測定[9]，全碳含量使用元素分析儀測定。硝態氮用酚二磺酸比色法[10]；銨態氮含量利用靛酚藍比色法；堿解氮采用堿解擴散法；土壤有機碳含量采用重鉻酸鉀外加熱法測定；可溶性固形物使用手持式折光儀測定；維生素C 含量采用2，6 －二氯靛酚法[11] 測定；總酸含量參照國標法（GB/T 12456-2021）酸堿指示劑滴定法測定；石細胞含量采用冷凍H2SO4 處理法[12] 測定。

計算公式：

單株產量= 單株果實總數× 單果質量；

產量：1 hm2 香梨總產量由單株產量計算得出。

SMBC=Ec/k EC，式中Ec 為熏蒸與未熏蒸土壤的差值，k EC 為轉換系數，取值0.38。

SMBN=mEmin-N，式中Emin-N 為熏蒸與未熏蒸土壤的差值，m 為轉換系數，取值5.0。

土壤無機碳= 土壤全碳- 土壤有機碳

糖酸比= 可溶性固形物/ 總酸。

1.5 數據分析

利用Microsoft Office Excel 2019 軟件初步整理數據后，使用SPSS 27.0 軟件進行單因素方差分析（One-way ANOVA）和Person 相關性分析；最后采用Origin 2021 軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 施氮對香梨園土壤養分的影響

2.1.1 不同施氮處理對土壤養分含量的影響

如圖1 所示，各處理土壤養分含量基本呈現波動上升，進一步分析養分變化規律可知，成熟期土壤生物碳、生物氮、無機碳、全碳含量均在N2 處理下達到峰值，較N0 處理分別增加了16.3%，61.4％，88.6％，54.5％，且生物氮、全碳和無機碳含量在N2 處理下與其他處理間差異顯著（P ＜ 0.05）；全氮、硝態氮、銨態氮、堿解氮、有機碳含量隨施氮量的增加而不斷增加，表現為N3 ＞ N2 ＞ N1 ＞ N0。硝態氮、有機碳含量均在N3 處理下顯著大于其他處理（P ＜ 0.05）。全氮、硝態氮、銨態氮、堿解氮、有機碳、無機碳、全碳、生物氮含量各施肥處理均與N0 處理間存在顯著差異（P ＜ 0.05）。

2.1.2 土壤養分與施氮量的相關關系

由表1 可知，成熟期土壤全氮、硝態氮、銨態氮、堿解氮、有機碳、均與施氮量具有極顯著的相關性（P ＜ 0.01），全碳與施氮量具有極顯著的相關性（P ＜ 0.05），說明香梨成熟期土壤養分含量受到施氮的直接影響，果園管理過程中可以通過控制施氮改善香梨園土壤的養分含量。

2.2 施氮對香梨樹體根系生物量的影響

如圖2 所示，隨著各處理施氮量的增加，香梨樹體根系生物量呈現出先增加后減少的趨勢，在N2 處理下達到峰值，為3 054.78 g/ 株，較不施氮的N0 處理香梨樹體根系生物量增加2.3%，N1，N3 處理下差異不顯著，上升趨勢不明顯；但通過對根系生物量與施氮量的相關性分析得出Pearson 相關性系數為0.623（P ＜ 0.05），說明根系生物量與施氮量整體表現為顯著正相關，說明香梨樹體根系生物量受到施氮的正向影響。

2.3 施氮對庫爾勒香梨產量、品質的影響

2.3.1 施氮對庫爾勒香梨產量的影響

如圖3 所示，不同施氮處理中香梨單果數、單果質量和產量均表現出顯著差異（P ＜ 0.05）。

在不同施氮量處理下，單果質量、單株果數以及總產量隨著施氮量的增加而表現為先增加后減少的趨勢，且均在N2 處理下達到最大值。N1、N2、N3 處理與N0 處理相比，單果質量分別增加了14.79 g、27.24 g 和16.08 g，增加范圍在14.7% ～27.0%，N1、N3 處理下差異不顯著。單株果數的增加范圍在39.1% ～ 106.2%。香梨總產量N1、N2、N3 處理較N0 處理分別增加3 583.04、9 847.33 和7 094.44 kg/hm2。

2.3.2 施氮對庫爾勒香梨品質的影響

如圖4，Vc、可溶性固形物量與糖酸比，隨著施氮量的增加表現為先增加后減少的趨勢，皆在N2 處理下達峰值，較N0 處理，維生素C、可溶性固形物和糖酸比的增加范圍分別為5.5% ～ 23.8%、16.8% ～ 31.1%、57.8% ～ 126.8%；而石細胞與總酸隨著施氮量的增加表現為先減少后增加的趨勢，均在N2 處理下達到最小值，N1、N2、N3 處理較不施肥（N0）處理均表現為減小。減小范圍分別為15.2% ～ 52.0%、41.4% ～ 90.4%。

2.4 土壤養分、根系生物量與產量、品質的相關分析

如表2 所示，相關性分析結果顯示：根系生物量與成熟期生物碳、堿解氮表現為極顯著正相關（P ＜ 0.01），與全氮、硝態氮、銨態氮、無機碳全碳表現為顯著正相關（P ＜ 0.05）；產量與成熟期生物氮、硝態氮、銨態氮、堿解氮、有機碳、無機碳全碳表現為極顯著正相關（P ＜ 0.01），與成熟期生物碳、全氮顯著正相關（P ＜ 0.05）；可溶性固形物與成熟期生物氮、全氮、硝態氮、銨態氮、堿解氮、有機碳、無機碳、全碳極顯著正相關（P ＜ 0.01）；Vc 與成熟期生物碳表現為極顯著正相關（P ＜ 0.01），與全氮、銨態氮、堿解氮、無機碳、有機碳間呈顯著正相關（P ＜ 0.05）；總酸與硝態氮、堿解氮表現為極顯著負相關（P ＜ 0.01），與成熟期全氮、銨態氮、有機碳、無機碳以及全碳表現為顯著負相關（P ＜ 0.05）；糖酸比與成熟期硝態氮、有機碳存在極顯著正相關關系（P ＜ 0.01），與全氮、銨態氮、無機碳、全碳為顯著正相關（P ＜ 0.05）。這表明，無論是香梨樹體根系生物量的積累還是產量與果實品質的提升，均與香梨園土壤養分間存在著密切的動態依存關系。

由表3 可知，產量和糖酸比與根系生物量間呈極顯著正相關（P ＜ 0.01）；總酸與根系生物量間呈極顯著負相關（P ＜ 0.01），負相關說明根系生物量的增加能夠抑制果肉酸的產出，從而提高香梨品質；可溶性固形物及維生素C 均與根系生物量表現出顯著正相關（P ＜ 0.05）。這表明根系生物量對庫爾勒香梨的品質與產量均有顯著影響，根系生物量的提高在一定程度上可以提高香梨的產量與品質，因此可以通過調節香梨樹體根系生物量來促進果實產量與品質的提高。

3 討 論

3.1 施氮對香梨園土壤養分、根系生物量及產量品質的影響

肥料的供應能夠直接影響土壤中養分的積累[13]，根系生物量及產量品質的變化也在一定程度上反映施氮的有效性。通過試驗發現，香梨園成熟期土壤養分含量均會因增加施氮量而提高，施氮處理后土壤的養分含量均高于不施氮處理。這與李春梅[14] 等的研究結果一致，說明施氮能夠提高土壤中的養分，改善地力。成熟期土壤養分指標中全氮、硝態氮、銨態氮、堿解氮、有機碳含量在施肥范圍內會隨施氮量的增加而不斷增加，說明施氮能夠有效提升土壤中氮和有機碳的積累，而土壤生物碳、生物氮、無機碳、全碳含量則在施肥范圍內會隨施氮量的增加表現為先增加后減少，在N2 處理下達到最大值，這可能是由于過量施氮致使土壤酸化[15]，土壤微環境發生變化，在破壞微生物細胞的同時抑制木質降解酶的活性，從而抑制微生物的生長活性[16]，使得土壤微生物碳、氮等有所下降[17]。因此，施用氮肥雖然可以提高土壤養分含量，但并不是施肥量越多就越好[18]，只有合理施肥才可以改善土壤質量。

根系是植物吸收養分以及水分的最主要器官之一，在土壤養分循環中起著關鍵作用[19]。本研究表明與未施氮（N0）相比，根系生物量會隨施氮量的增加而波動上升，在N2 處理下達到最大值，與N0 差異顯著（P ＜ 0.05），N1、N2、N3 處理間差異不顯著，這與周瑋等[20] 對馬尾松苗根系的研究結果相似。施氮量與根系生物量整體表現為顯著相關，與張德等[21] 的結果一致，在適量施氮條件下可使果樹樹體根系生物量提升，但過多的氮肥使用量對根系生物量提升不明顯，反而降低了氮肥的利用率，造成浪費。

氮肥是果樹生長的主要必須營養元素，氮素與香梨果樹的生長發育、產量、品質密切相關。本研究對不同施氮處理下香梨的產量變化進行分析，發現施用氮肥能夠明顯提高香梨產量，在施氮300 kg N·hm-2 時庫爾勒香梨產量達最大值，這與丁邦興等[22] 的研究結果一致，但當施氮增加到450 kg N·hm-2 時，產量反而有所下降，這與何雪菲[23]、岳文俊等[24] 的研究結果一致。當高施氮量時，反而會延遲果實的成熟，降低果實的呼吸速率和成熟度[25]，說明氮肥的施用需要控制在合理的范圍，不宜過高。

香梨果實的口感、風味及品質的好壞主要受到可溶性固形物[26]、石細胞、Vc、總酸含量及糖酸比的影響。本研究發現，施用氮肥能夠顯著提高可溶性固形物含量，降低總酸量，提高糖酸比，同時提高Vc 含量，降低果肉的石細胞數量，使得果實風味極佳，這與馬澤躍等[27] 的研究結果一致。但隨著施氮量的增加，可溶性固形物、Vc 含量和糖酸比表現為先增加后減少的趨勢，而石細胞與總酸含量表現為先降低后增加的趨勢，這表明過量施肥反而導致果實品質降低，與鐘冰等[28] 對柑橘施氮研究得出的結果一致。

3.2 土壤養分與根系生物量及產量和品質的相關分析

對香梨園土壤養分與根系生物量及產量、品質做相關性分析，發現根系生物量、產量以及品質均與土壤養分含量密切相關。庫爾勒香梨成熟期果園土壤中生物碳與根系生物量、Vc 間存在極顯著正相關關系（P ＜ 0.01），與產量顯著正相關（P ＜ 0.05）；生物氮與產量、可溶性固形物間極顯著正相關（P ＜ 0.01）；全氮、銨態氮與可溶性固形物極顯著正相關（P ＜ 0.01），與根系生物量、產量、Vc、糖酸比顯著正相關（P ＜ 0.05），與總酸顯著負相關（P ＜ 0.05）；硝態氮與產量、可溶性固形物、糖酸比極顯著正相關（P ＜ 0.01），與總酸極顯著負相關（P ＜ 0.05），與根系生物量顯著正相關（P ＜ 0.05）；堿解氮與根系生物量、產量、可溶性固形物、糖酸比極顯著正相關（P ＜ 0.01），與總酸極顯著負相關（P ＜ 0.01）；有機碳與產量、可溶性固形物糖酸比極顯著正相關（P ＜ 0.01），與總酸顯著負相關（P ＜ 0.05）；無機碳和全碳與產量、可溶性固形物極顯著正相關（P ＜ 0.01）， 與根系生物量、Vc、糖酸比顯著正相關（P ＜ 0.05），與總酸顯著負相關（P ＜ 0.05）。這些結論與前人[29-32] 對甜柿、獼猴桃、蘋果、蜜柑等果樹關于土壤養分與果實品質相關性的結論一致，也與王穎姮等[33] 在施氮對優質水稻產量品質影響研究的結果相一致，在合理施氮范圍內，根系生物量及產量、品質受到土壤養分的影響，均會隨著土壤養分的升高表現為增長的趨勢。

相關性分析表明，香梨產量、品質也受到根系生物量的直接調控，根系生物量與產量、糖酸比極顯著正相關（P ＜ 0.01），與總酸極顯著負相關（P ＜ 0.01），與可溶性固形物、Vc 顯著正相關（P ＜ 0.05）。這與許婷婷等[34] 對花生根系生物量與產量間關系研究的結果相反，其原因可能是由于選取試驗作物果實的生長位置、植株大小、循環利用、是否存在根瘤菌等不同所造成，與宋俊偉等[35] 的研究結果相一致。香梨樹體根系生物量及產量、品質與土壤養分含量間聯系緊密，因此可以通過合理施肥提高土壤養分含量，增加香梨樹體根系生物量，以達到增加香梨產量與提升果實品質的效果。

綜上所述，隨著土壤養分對不同施氮梯度的響應，土壤碳、氮養分含量也會產生變化，從而直接影響庫爾勒香梨果實的產量和品質，這與徐麗等[36] 在探究核桃土壤養分水平與果實產量品質問題的結果相一致，根系生物量雖與施氮量顯著相關，但各處理間差異不顯著，這可能是由于施氮處理只進行了3 年，對于樹體根系生長而言時間較短。目前土壤中的磷、鉀水平在不同氮處理下是否也會存在明顯差異、對庫爾勒香梨根系生物量以及產量和品質是否存在明顯的影響還有待進一步研究。

4 結 論

在合理的施氮范圍內，隨著庫爾勒香梨園土壤養分的提高，香梨樹體根系生物量及產量、品質均呈上升態勢，產量和品質與樹體根系生物量之間同樣存在著動態依存關系。土壤養分與施氮量整體表現為極顯著正相關關系，提高施氮量能有效提高土壤養分。但過量地施用氮肥會使香梨樹體根系生物量、產量和品質受到抑制。根據試驗結果，在5 ～ 7 年樹齡庫爾勒香梨的經營過程中，推薦氮肥施用量為300 kg·hm-2，這樣可以達到改善土壤養分、提高根系生物量、促進香梨增產提質的效果。

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[ 本文編校：趙 坤]