王志秀，賀 婧，陳 鋒

（寧夏大學資源環(huán)境學院，寧夏 銀川 750021）

賀蘭山東麓位于寧夏回族自治區(qū)境內，地處北緯 37°43′～ 39°23′，東經 105°45′～ 106°47′，銀川平原西部邊緣，賀蘭山沿山以東，涵蓋了石嘴山、銀川和吳忠三市。屬中溫帶干旱氣候區(qū)。賀蘭山東麓憑借其優(yōu)越的地理位置和氣候條件，成為了中國重要的葡萄酒產區(qū)，也是世界最佳釀酒葡萄生態(tài)區(qū)之一。

按照寧夏回族自治區(qū)政府規(guī)劃，至2020年在賀蘭山東麓形成百萬畝葡萄種植長廊，大量荒漠草原開墾為葡萄地，地表覆被發(fā)生改變，開墾后形成的土壤其物理、化學及生物學性質也都發(fā)生了極大的變化。因此，賀蘭山東麓葡萄產區(qū)已經成為生態(tài)學家、土壤學家重點關注的區(qū)域。目前圍繞賀蘭山東麓葡萄產區(qū)土壤肥力［1］、土壤微量元素［2］、土壤水肥管理［3］、土壤重金屬污染評價［4］等方面已展開研究，楊海江等［5］以銀川市西夏區(qū)賀蘭山東麓4處葡萄種植區(qū)為研究區(qū)域，研究了該區(qū)域土壤C、N、P化學計量特征，結果顯示該區(qū)域土壤C、N、P差異明顯且含量不高，處于全國中等較低水平；C/P遠低于全國平均水平。田欣等［1］對賀蘭山東麓葡萄產區(qū)土壤肥力進行綜合評價，結果顯示該區(qū)域土壤綜合肥力屬于貧瘠水平，堿解氮含量低是土壤肥力的主要限制因子。

但有關于賀蘭山東麓荒漠草原土壤開墾后，葡萄產地土壤養(yǎng)分受農業(yè)管理措施影響下隨種植年限的變化特征研究還少見報道。因此本研究以賀蘭山東麓原生荒漠草原土壤為對照，以種植1、7、20年的葡萄地土壤為研究對象，探討由荒漠草原開墾為葡萄地，受到農業(yè)管理措施干預后隨著種植年限的延長，葡萄土壤養(yǎng)分的變化情況，為賀蘭山東麓葡萄品質的提升及葡萄種植管理提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于寧夏回族自治區(qū)賀蘭山東麓的葡萄樣地。賀蘭山東麓屬中溫帶干旱氣候區(qū)，全年平均氣溫約5～9℃，氣溫日較差、年較差大，太陽輻射強；干旱少雨，多年平均降水量為194.3 mm，降水集中于夏秋季節(jié)；全年蒸發(fā)量在1 000 mm以上，氣候干燥。賀蘭山東麓釀酒葡萄種植區(qū)北起石嘴山市大武口區(qū)，最南端至吳忠市紅寺堡區(qū)，主要產區(qū)涉及30余鄉(xiāng)鎮(zhèn)，20余萬hm2土地。土壤類型以灰鈣土為主，同時涵蓋了風沙土、灌淤土、淡灰鈣土、礫質砂土和少量灰漠土，該區(qū)域光照充足，積溫高，特別適宜種植中熟歐亞釀酒葡萄品種。在這樣干旱的氣候條件下，葡萄成熟緩慢而充分，香氣發(fā)育完全，色素形成良好，含糖量高，酸度適中，無病蟲害［6］，具有國內其它地區(qū)無法相比的品質優(yōu)勢。截至2016年底，該區(qū)域葡萄種植面積達40 666.7 hm2。

1.2 試驗樣地設置與樣品采集

土壤樣品采集于2017年9月進行，在賀蘭山東麓設置4個處理，以原生荒漠草原土壤為對照，另3個處理分別為種植葡萄時間為1、7、20年的樣地。不同種植年限的葡萄地均由荒漠草原開墾而來，開墾過程均為采用大型挖掘機從地表向下約80～100 cm處將土壤挖起后翻倒，人工撿出表層土壤中的大塊礫石，在土壤30 cm處施入牛糞。該過程使土壤松動，原土壤分層發(fā)生改變。葡萄種植樣地均采用滴灌的灌溉方式，葡萄地在初期開墾翻土時施入牛糞，滴灌每月一次，每次24 h；種植7年的葡萄地依據土壤干濕狀況，春、夏、秋3季平均每半月滴灌一次，每次24 h，8月份控水；肥料以牛糞為主，每兩年施加一次，春季施入，平均1 500 kg·hm-2，埋于約30 cm土層。種植20年葡萄土壤灌水平均每月一次，每次20 h，每年5月、8月以滴灌形式將氮肥施入土壤，平均施加氮肥50 kg·hm-2，每3年施加一次牛糞，春季施入，平均7 500 kg·hm-2，填埋入土壤約30 cm處。

采樣點選取時避開馬路邊緣，選擇具有代表性的200 m×200 m的樣區(qū)，每個樣區(qū)內布設3個樣方，每個樣方按照對角線法選擇5個點作為采樣點，采集土壤剖面0～10、10～20、20～30、30～40、40～60、60～80、80～100 cm土壤樣品。每層3點取樣并混合均勻代表各層土壤樣品，每個樣方內的5個樣點按照土壤分層進行混合，代表該樣區(qū)。采集的土壤樣品挑揀植物根系、凋落物、礫石后風干，使用立式行星球磨儀（PBM-1A）研磨，過0.9、0.25、0.15 mm標準篩，用于不同土壤養(yǎng)分指標的測定。

1.3 樣品分析方法

土壤pH值采用電位法測定；土壤電導率采用電極法測定；土壤粒徑采用Mastersizer 3000（英國）激光粒度儀進行測定；土壤礫石含量采用篩重法測定；土壤養(yǎng)分含量按照鮑士旦［7］的方法進行測定。土壤全氮采用凱氏定氮法；全磷采用氫氧化鈉熔融—鉬銻抗比色法；全鉀采用氫氧化鈉熔融—火焰光度法；有效磷采用碳酸氫鈉浸提—鉬銻抗比色法；速效鉀采用中性乙酸銨浸提—火焰光度法；有機碳采用重鉻酸鉀外加熱法。

1.4 數據分析

使用SPSS 19.0、Excel 2007對土壤養(yǎng)分數據進行分析與處理。結合全國第二次土壤普查養(yǎng)分分級標準將土壤養(yǎng)分含量進行分級，對原生荒漠草原土壤樣品、不同種植年限、不同深度葡萄地土壤養(yǎng)分指標進行相關性分析，并對其差異性進行單因素方差分析與LSD多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同種植年限葡萄地土壤基本狀況

賀蘭山東麓的葡萄地由荒漠草原開墾而來，土壤礫石含量高，荒漠草原與種植1年的葡萄地土壤＞2 mm礫石平均含量為62.81%，種植7年的葡萄地土壤礫石含量為25.98%，種植20年的葡萄地土壤礫石含量為53.35%；土壤深層礫石含量高于表層。土壤平均容重為1.58 g·cm-3，土壤呈堿性，其中種植20年的土壤樣地土壤pH值為7.97，這是由于有機肥的施入調節(jié)了土壤酸堿度，其他土壤pH值平均為8.48。土壤含水量：荒漠草原3.02%；種植1年葡萄地5.84%；種植7年葡萄地土壤水分含量較高，為11.61%，與長期及時滴灌有關；種植20年葡萄地土壤含水量為7.17%。就養(yǎng)分投入狀況而言，待開墾的荒漠草原、種植1年的葡萄地未投入化肥、有機肥等肥料，種植7年的葡萄地投入少量的磷鉀肥，種植20年葡萄地土壤中施入牛糞等有機肥。

2.2 土壤養(yǎng)分含量差異性分析

2.2.1 賀蘭山東麓不同種植年限土壤養(yǎng)分含量差異

為了解賀蘭山東麓葡萄種植區(qū)土壤養(yǎng)分特征，對所采集的土壤樣品養(yǎng)分平均含量做了簡單的描述統(tǒng)計與分級。如表1 所示，不同年限土壤全氮、全磷含量均處于較低水平，種植葡萄7年的土壤全氮含量最低，為0.39 g·kg-1；荒漠草原全磷含量最低，為0.16 g·kg-1，土壤開墾后隨種植年限的延長其含量逐步增加；按照全國第二次土壤普查養(yǎng)分分級標準［8］，各年限土壤全鉀含量均處于一級水平；荒漠草原開墾為葡萄地后，全鉀含量基本隨種植年限的延長而下降，種植20年的葡萄土壤受有機肥施加量的影響而增加；種植20年的土壤有機質含量最高，為11.18 g·kg-1，處于四級水平，與施肥和凋落物的積累有關；各年限速效鉀含量相對較高，土壤開墾后基本呈下降趨勢；種植7、20年的葡萄土壤有效磷含量較高，荒漠草原與種植1年含量低，處于六級水平。

表1 不同年限土壤有機質、養(yǎng)分平均含量統(tǒng)計與分級

土壤速效鉀、有效磷含量隨種植年限的延長而增加，在種植葡萄20年土壤樣品中達到最高值，分別為216.13、38.37 mg·kg-1，明顯高于其他年限土壤；荒漠草原、種植20年的土壤全磷、全鉀、速效鉀、有效磷含量之間差異達到極顯著水平，表明隨種植年限的延長，人為管理措施對土壤養(yǎng)分含量影響顯著，除全鉀外，全磷、速效鉀、有效磷含量均明顯上升。

對土壤養(yǎng)分含量之間的差異進行單因素方差分析與多重比較，4個處理的土壤速效鉀、全磷、有效磷含量存在極顯著差異；全鉀含量：荒漠草原＞1年＞20年＞7年，荒漠草原土壤與種植葡萄7年、20年的葡萄地土壤全鉀含量差異顯著；荒漠草原土壤、種植葡萄1、7年土壤與種植葡萄20年的土壤速效鉀含量存在極顯著差異，種植葡萄20年的土壤速效鉀含量是種植1年的2.43倍，20年＞7年＞1年＞荒漠草原；種植葡萄20年的土壤全磷、有效磷含量遠高于其他年限土壤，較荒漠草原分別提高2.25、25.93倍，存在極顯著差異；土壤速效鉀、全磷、有效磷含量均隨種植年限增加而升高。種植葡萄20年的土壤有機質含量最高，達11.63 g·kg-1；種植7年的有機質含量最低，為6.89 g·kg-1，存在極顯著差異；種植7年與20年葡萄地土壤全氮含量也存在顯著差異。

2.2.2 賀蘭山東麓土壤養(yǎng)分隨土層深度的變化情況

不同年限土壤養(yǎng)分隨深度變化的方差分析結果顯示：各年限土壤養(yǎng)分具有明顯的表聚性；除全磷、全鉀含量在不同深度上差異不顯著之外，表層土壤全氮、有機質含量與深層含量差異極顯著；種植1年、20年的土壤表層全磷含量與深層的差異達到極顯著水平，種植1年的土壤表層速效鉀含量與深層含量差異極顯著。

除全鉀之外，不同年限土壤養(yǎng)分含量均隨土層深度增加基本呈波動下降趨勢，表層土壤養(yǎng)分含量最高，荒漠草原表層土壤速效鉀、有機質、全氮含量分別是深層土壤的5.44、5.36、6.06倍（表2）；不同年限土壤全鉀含量在土壤深度約為40 cm處出現轉折，開始呈逐步上升趨勢，其他養(yǎng)分指標仍呈下降趨勢，但下降速率有所變化；荒漠草原土壤全氮、全磷、有機質、速效鉀含量隨土層深度增加呈明顯下降趨勢，但種植1年的土壤養(yǎng)分隨土層深度變化規(guī)律不明顯，這與土壤開墾過程對原土壤分層擾動有關；種植7年的土壤養(yǎng)分含量從表層向下呈下降趨勢，全磷、速效鉀、有效磷到達深層時含量有所回升，這與種植7年的葡萄根系下扎深度密切相關；種植20年的葡萄土壤全氮、全磷含量在約30 cm深度上有所上升，之后繼續(xù)下降，全磷、有效磷隨土層深度變化幅度較大，差異規(guī)律不明顯。以上分析顯示土壤開墾對土壤養(yǎng)分隨土層深度的變化規(guī)律有明顯影響。

2.3 土壤養(yǎng)分因子Pearson相關性分析

為了解不同種植年限、不同土層深度分別與土壤養(yǎng)分因子之間的關系，對所研究的土壤養(yǎng)分因子進行Pearson相關性分析。

由表3可見，荒漠草原開墾為葡萄地后，種植7年的葡萄地土壤有效磷與全氮、有機質、速效鉀呈現極顯著的相關關系；從荒漠草原到種植20年，土壤開墾后，葡萄地土壤全磷與速效鉀、全磷與有機質的相關性由顯著水平下降為不顯著后上升為顯著相關，有效磷與有機質、速效鉀的相關性發(fā)生變化，在種植7年時達到最大，到種植20年時相關性減弱。

表2 各年限不同深度土壤有機質、養(yǎng)分含量

表3 不同年限土壤有機質、養(yǎng)分Pearson相關性分析

對土壤養(yǎng)分因子的總體研究顯示（表4），由于受到土壤開墾以及管理措施的影響，種植年限與土壤速效鉀、全磷、有效磷存在極顯著的強正相關關系（確定標準為相關系數大于0.6［9］），但與全鉀呈極顯著負相關關系，這是因為全鉀主要來源于母巖，含量受人為影響小，而受葡萄生長消耗影響較大；土層深度與速效鉀、有機質、全氮呈極顯著強負相關關系，與全磷呈顯著的負相關關系，主要與葡萄生長及根系深度有關。就土壤養(yǎng)分指標之間的相關性而言，土壤全鉀與速效鉀、全磷、有效磷呈顯著負相關；速效鉀、全磷與其他養(yǎng)分因子之間多數呈極顯著的相關關系。以上分析結果表明荒漠草原開墾后，賀蘭山東麓葡萄種植區(qū)種植年限與土壤深度對土壤養(yǎng)分狀況的影響較為強烈，土壤養(yǎng)分因子之間的關系極為密切，某一養(yǎng)分因子的變化會引起其他土壤養(yǎng)分的明顯增減。

表4 葡萄土壤養(yǎng)分因子Pearson相關性分析

3 討論

3.1 土壤養(yǎng)分隨種植時間的變化情況

土壤養(yǎng)分現狀分析結果顯示，荒漠草原開墾后，不同養(yǎng)分指標隨著種植年限的增加及農業(yè)管理措施干預在土壤中有不同程度的累積，這與劉建霞等［10］、朱余清等［11］的研究成果一致。在荒漠草原開墾為葡萄地過程中對土壤進行翻動，荒漠草原植被的植株和根系對土壤養(yǎng)分的歸還，輔之以管理措施的干預，在較短時間內恢復和提高了土壤的生產力，改善了土壤環(huán)境質量，隨著種植年限的延長以及農業(yè)管理措施的干預，枯枝落葉和有機肥料在土壤中腐解，土壤速效鉀、全磷、有效磷含量均明顯上升。但由于土壤中的全鉀主要來源于成土母質［12］，外源施肥料以表層添加氮肥為主，對全鉀的補給量較少，隨著種植年限的增加，增施化肥促進葡萄生長的同時會加速對土壤中全鉀的消耗，補給量小于消耗量，導致土壤中的全鉀含量逐步下降，因此全鉀含量隨種植年限的延長呈快速下降趨勢。種植葡萄20年的土壤全鉀含量出現小幅度上升是由于為滿足葡萄生長以及產量需求，種植戶施用了大量牛糞作為肥料，而牛糞中所含有的養(yǎng)分十分豐富，不僅使其他養(yǎng)分得到大幅度提升，也補充了土壤中全鉀缺失的狀況，而種植7年的葡萄地施用牛糞次數少，作用不夠顯著，因此種植20年葡萄地較7年的土壤全鉀含量高，種植葡萄20年的土壤中，除全鉀以外的其他養(yǎng)分含量較其他年限均為最高。

3.2 土層深度對土壤養(yǎng)分狀況的影響

荒漠草原與葡萄地土壤養(yǎng)分含量均具有明顯的表聚性［13］，這是由于表層土壤較為疏松，通氣性、結構性好［14］，能夠及時接受水分輸入；此外，表層土壤中微生物較多，使累積凋落物分解轉化為土壤養(yǎng)分，能夠改善表層土壤養(yǎng)分狀況；隨著荒漠草原的開墾、種植年限的延長以及相應的管理措施干預，土壤表層養(yǎng)分逐步提升。

除全鉀外，大部分土壤養(yǎng)分指標隨土壤深度的變化情況基本呈波動下降趨勢，數據分析結果顯示：葡萄地土壤養(yǎng)分指標在深度約為30～40 cm處發(fā)生變化，土壤全鉀的變化由此發(fā)生轉折，荒漠草原土壤、種植葡萄1年的土壤全鉀在30 cm處變化情況發(fā)生轉變，而種植葡萄7、20年的土壤全鉀含量在40 cm處變化情況發(fā)生轉折，這是由于荒漠草原以及種植1年的葡萄根系一般分布在地下30 cm以內，下扎較淺，而種植7、20年的葡萄根系發(fā)達，下扎較深，由地表向下30～40 cm處受植物根系量的影響，全鉀含量逐漸減少，繼續(xù)向下時植物根系減少，土壤全鉀含量逐漸接近成土母質含鉀量。而速效鉀、有機質、全氮不同于全鉀，土壤表層易從肥料中得到補充，但深層難以獲得補給，因此由表層向下含量逐漸減少，在根系較為密集的土層下降較快，隨著土層加深，植被根系的減少，對土壤養(yǎng)分的吸收速率減緩。

荒漠草原土壤養(yǎng)分含量隨土層深度增加呈下降趨勢，土地開墾后，這一規(guī)律有所變化，在小范圍內有所波動，且隨種植時間的延長，在一定深度養(yǎng)分聚集。種植葡萄20年的土壤全磷、有效磷、有機質、全氮等養(yǎng)分指標在約30 cm處養(yǎng)分含量較高，這是由于長期在約30 cm的土層施肥，導致該深度區(qū)域附近土壤養(yǎng)分集聚。隨土壤深度增加，仍呈下降趨勢。

3.3 土壤養(yǎng)分因子間的相關關系

相關性分析顯示研究區(qū)土壤各養(yǎng)分因子之間存在著不同強度、不同方向的相關性，表明土壤養(yǎng)分因子之間的關系較為密切［13］，存在協同和拮抗作用［15］，可以用其綜合反應土壤肥力水平。有機質與全磷、有效磷、全氮、速效鉀存在顯著正相關關系，與其他學者［13，16-17］的研究成果一致；有機質與全氮之間存在極顯著的正相關關系，這與查燕［18］的研究結果一致；王宏燕等［19］對哈爾濱黑土土壤生態(tài)系統(tǒng)碳氮功能耦合進行研究時也證明有機質是影響黑土土壤氮素的主要因子。這是由于土壤中的有機質主要來源于根系分泌物和凋落物的分解轉化，而氮素也大多來源于植物凋落物的返還、死亡的細根和根系分泌的有機物［20］，因此，有機質與全氮高度耦合［21-22］。速效鉀、有效磷與有機質、全氮呈極顯著正相關關系，表明土壤中速效養(yǎng)分主要來源于有機質的微生物分解［23］。全磷與其他土壤養(yǎng)分因子呈現不同程度、不同方向相關性，且相關性較強，表明全磷受管理措施的影響非常大，就與其他養(yǎng)分因子的相關性來看，全磷能夠促進植物對其他養(yǎng)分的吸收［15］。

4 結論

荒漠草原土壤開墾后，隨種植年限的增加以及農業(yè)管理措施的干預，多數養(yǎng)分指標均呈上升趨勢，從荒漠草原開墾到種植葡萄7年，土壤全鉀含量呈下降趨勢?？傮w來看，荒漠草原土壤開墾為葡萄地后，隨種植年限的增加以及管理措施的干預，土壤的整體養(yǎng)分水平提升。

土壤養(yǎng)分隨深度變化規(guī)律總體為隨土壤深度的增加，除全鉀含量呈先下降后上升之外，多數土壤養(yǎng)分因子呈波動下降趨勢?；哪菰_墾為葡萄地后，該規(guī)律在約30～40 cm處發(fā)生小幅度變化，但隨種植年限的延長趨于穩(wěn)定。

土壤養(yǎng)分因子之間的關系密切，且較為復雜，存在協同或拮抗作用，可以用其綜合反映土壤肥力水平。