程昊天, 孔 濤, 姜 濤, 王振宇, 鄭 爽, 高 欣, 王 立

(1.遼寧工程技術(shù)大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院, 遼寧 阜新 123000;2.遼寧省沙地治理與利用研究所, 遼寧 阜新 123000; 3.遼寧科技學(xué)院 生物醫(yī)藥與化學(xué)工程學(xué)院, 遼寧 本溪 117004)

農(nóng)林復(fù)合系統(tǒng)在防治水土流失和提高系統(tǒng)生產(chǎn)力等方面發(fā)揮著重要的作用[1]，然而這種作用可能被樹木和作物的競爭所抵消[2]。如何充分利用樹木和作物的協(xié)同作用，最大程度地利用現(xiàn)有資源是提高農(nóng)林復(fù)合系統(tǒng)整體生產(chǎn)力的關(guān)鍵[3]。果農(nóng)間作是農(nóng)林復(fù)合系統(tǒng)的主要模式之一，因其具有較高的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益，近年來得到廣泛的應(yīng)用[4-5]。與此同時，受土壤水分、養(yǎng)分和光照強度等有限性資源的影響，果農(nóng)間作模式勢必會引發(fā)果樹和農(nóng)作物對資源的競爭，進(jìn)而影響作物產(chǎn)量及降低經(jīng)濟(jì)效益[6-7]。目前，主要從地上界面和地下界面兩個角度對果農(nóng)間作系統(tǒng)的競爭關(guān)系進(jìn)行研究，學(xué)者們深入研究后發(fā)現(xiàn)，林木與作物通過根系在地下界面對土壤水分和養(yǎng)分的競爭較林木與作物在地上界面對光、熱和氣的競爭更為激烈[8-11]。因此，對果農(nóng)間作系統(tǒng)土壤養(yǎng)分分布特征進(jìn)行研究，從而認(rèn)清其對土壤養(yǎng)分資源的競爭與互補關(guān)系，是果農(nóng)間作系統(tǒng)能否實現(xiàn)高效可持續(xù)經(jīng)營的關(guān)鍵問題[12]。遼西風(fēng)沙半干旱區(qū)地域遼闊，擁有豐富的土地和光熱資源，是遼寧省重要的商品糧和經(jīng)濟(jì)作物生產(chǎn)基地，然而由于本區(qū)干旱少雨，水土流失和風(fēng)蝕嚴(yán)重，區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展被嚴(yán)重限制[13]。因此，通過合理布置農(nóng)林復(fù)合系統(tǒng)，在有效改善生態(tài)環(huán)境的同時提高經(jīng)濟(jì)效益，對遼西地區(qū)的振興發(fā)展意義重大。本文以遼西北沙地蘋果—花生間作系統(tǒng)為研究對象，通過對不同水平和垂直范圍內(nèi)土壤養(yǎng)分空間分布特征的研究，分析間作系統(tǒng)的土壤養(yǎng)分效應(yīng)，旨在從土壤養(yǎng)分角度探討果農(nóng)間作系統(tǒng)中果樹和農(nóng)作物的相互作用關(guān)系，為該區(qū)域農(nóng)林復(fù)合系統(tǒng)的可持續(xù)經(jīng)營提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗在遼寧省固沙造林研究所章古臺試驗基地進(jìn)行?；匚挥谶|寧省阜新市彰武縣(42°39′—42°43′N，122°23′—122°33′E)，地處科爾沁沙地東南部邊緣，平均海拔226.5 m，屬亞濕潤大陸性季風(fēng)氣候。年均氣溫7.9 ℃，極端最低氣溫-36.3 ℃，極端最高氣溫38.3 ℃；年平均降水量498.8 mm，其中60%～70%的降水集中在6—8月，年平均蒸發(fā)量11 762 mm；無霜期平均154 d，年平均風(fēng)速3.8 m/s。土壤主要為風(fēng)沙土，流動風(fēng)沙土的物理性沙粒占94.7%，物理性黏粒占5.3%。植被以抗旱性較強的沙生植物為主，代表性植物有色木槭(Acerpictum)、山里紅(Crataeguspinnatifida)、榆樹(Ulmuspumila)、大果榆(Ulmusmacrocarpa)、山杏(Armeniacasibirica)、胡枝子(Lespedezabicolor)、鹽蒿(Artemisiahalodendron)、花曲柳(Fraxinusrhynchophylla)、中華隱子草(Cleistogeneschinensis)等。主要造林樹種為樟子松(Pinussylvestris)、楊樹(Populus)和蘋果(Maluspumila)等。

1.2 研究方法

1.2.1 樣地設(shè)計與樣品采集 本研究以當(dāng)?shù)刂饕?jīng)濟(jì)樹種寒富蘋果與農(nóng)作物花生作為研究對象，試驗包含3個處理：蘋果—花生間作系統(tǒng)、花生單作系統(tǒng)及蘋果單作系統(tǒng)。每個處理設(shè)置3個重復(fù)，每塊樣地作為1次重復(fù)，共設(shè)置9塊樣地。樣地自北向南整齊排列成3行，其中第1行為花生單作處理，第2行為蘋果—花生間作處理，第3行為蘋果單作處理，各處理行均設(shè)置了1行蘋果樹保護(hù)行。每個處理行均包含3塊間距5 m的樣地，每塊樣地面積為7.5 m×6.0 m，處理行間距均為6 m。蘋果—花生間作、蘋果單作的每個樣地均包括3棵果樹，蘋果與花生行向均為南北走向，蘋果行距6 m，株距2.5 m，花生間距設(shè)為0.25 m，間作系統(tǒng)中花生距蘋果樹基部為1 m。果樹距樣地東西邊界各3 m，距南北邊界各1.25 m，即樣地邊界兩行果樹中線處。蘋果栽植于2014年，栽植密度為770株/hm2，待蘋果生長2 a發(fā)育較穩(wěn)定后，于2016年4月開始，每年持續(xù)進(jìn)行花生單作、間作種植，并劃分樣地區(qū)域，測定各樣地在處理前的土壤養(yǎng)分含量(表1)，處理前各樣地的土壤養(yǎng)分含量基本一致，保障了本研究中處理后土壤養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)的可比性。

在花生種植前進(jìn)行翻耕整地，翻耕深度為20 cm，以經(jīng)過腐熟處理的牛糞作為基肥均勻施肥，施加量為7 500 kg/hm2。牛糞的基礎(chǔ)肥力如下：有機質(zhì)14.5%，全氮0.32%，全磷0.25%，全鉀0.16%?；室淮涡允┳悖辉僮贩?。

試驗期間樣地每15 d灌溉一次，每次灌溉量為1 000 m3/hm2。整個種植過程采用科學(xué)精細(xì)化管理，以保證試驗區(qū)間作與單作的耕作及水肥管理水平一致。

本次研究的單作、間作系統(tǒng)花生種植時間為2019年4月20日，研究樣地蘋果樹株高為3.5 m。胸徑8.5 cm，南北冠幅1.1 m，東西冠幅1.0 m。于2019年8月20日采集土壤樣品以測定土壤養(yǎng)分。蘋果—花生間作系統(tǒng)中采樣位置距蘋果樹基部依次為0，25，50，75，100，150，200，300 cm，土層深度依次為：0—10，10—20，20—30，30—40，40—50，50—60 cm；在花生、蘋果單作樣地內(nèi)按S形布設(shè)5個樣點采集土壤樣品。將上述土壤樣品帶回實驗室，風(fēng)干過篩后測定土壤養(yǎng)分含量。

表1 各樣地處理前土壤養(yǎng)分含量(2016年)

1.2.2 測定指標(biāo)及方法 土壤養(yǎng)分指標(biāo)(土壤有機質(zhì)、全氮、全磷、堿解氮、有效磷、速效鉀)于2019年9—12月在實驗室進(jìn)行測定。土壤有機質(zhì)用油浴加熱消煮—重鉻酸鉀法測定，全氮采用蒸餾法測定，全磷采用酸溶鉬銻抗混合比色法測定，堿解氮采用堿解擴散法測定，有效磷采用碳酸氫鈉溶液浸提—硫酸鉬銻抗比色法測定，速效鉀采用火焰光度計法測定。測定方法根據(jù)鮑士旦編著的《土壤農(nóng)化分析》的方法進(jìn)行[14]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2017進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和繪制表格、曲線圖和柱狀圖，利用SPSS 22.0軟件進(jìn)行平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)、偏度、峰度和K-S值的計算和正態(tài)分布的分析，并對單作和間作的土壤養(yǎng)分進(jìn)行單因素方差分析(one-way ANOVA)。

2 結(jié)果與分析

2.1 間作系統(tǒng)土壤養(yǎng)分指標(biāo)的描述性統(tǒng)計特征

對蘋果—花生間作系統(tǒng)6種土壤養(yǎng)分指標(biāo)進(jìn)行經(jīng)典統(tǒng)計分析和K-S檢驗，計算各指標(biāo)變異系數(shù)，劃分土壤養(yǎng)分指標(biāo)的變異程度(詳見表2)，并根據(jù)全國第二次土壤普查養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)對各土壤養(yǎng)分指標(biāo)進(jìn)行分級，分析土壤養(yǎng)分狀況。

表2 蘋果-花生間作系統(tǒng)0-60 cm土層土壤養(yǎng)分指標(biāo)統(tǒng)計特征值

由表2可知，蘋果—花生間作系統(tǒng)0—60 cm土層范圍內(nèi)，土壤有機質(zhì)、速效鉀變化范圍分別為2.45～6.10 g/kg，1.25～15.99 mg/kg，平均值分別為4.09 g/kg和7.98 mg/kg，整體上處于極缺乏狀態(tài)；土壤全氮、堿解氮變化范圍分別為0.30～1.34 g/kg，4.57～94.97 mg/kg，平均值分別為0.73 g/kg，37.23 mg/kg，整體上處于很缺乏狀態(tài)；土壤全磷最小值為0.20 g/kg，最大值為0.65 g/kg，平均值為0.49 g/kg，整體上處于缺乏狀態(tài)；土壤有效磷最小值為6.52 mg/kg，最大值為17.74 mg/kg，平均值為11.53 mg/kg，整體上處于中等狀態(tài)。綜上所述，蘋果與花生復(fù)合系統(tǒng)土壤養(yǎng)分狀況是土壤有效磷含量中等、全磷含量缺乏、有機質(zhì)不足、缺氮、缺鉀。不同土壤養(yǎng)分指標(biāo)變異強度不同，其變異程度大小依次為:堿解氮>速效鉀>有機質(zhì)>全氮>有效磷>全磷，土壤養(yǎng)分指標(biāo)變異系數(shù)為22.11%～94.97%，均小于100 %，屬于中等變異性，上述分析說明蘋果與花生復(fù)合系統(tǒng)土壤養(yǎng)分指標(biāo)在空間分布上總體存在中等變異性。結(jié)合K-S檢驗值可知，土壤有效磷、速效鉀呈正態(tài)分布，土壤有機質(zhì)、全氮、全磷、堿解氮經(jīng)自然對數(shù)轉(zhuǎn)換后符合正態(tài)分布。

2.2 間作系統(tǒng)土壤養(yǎng)分含量空間分布

2.2.1 土壤養(yǎng)分含量分布特征 由圖1可知,隨距果樹水平距離的增加，表土層(0—20 cm)有機質(zhì)、全氮、全磷、有效磷呈現(xiàn)“先降—后增—再降”的變化趨勢；土壤堿解氮含量先升后降；速效鉀含量先降后升。在>20—40 cm的土層中，有機質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀含量隨水平距離增加先降后升，全磷、堿解氮呈先升后降的趨勢。全氮、速效鉀的極值出現(xiàn)在同一位置，其中，二者最小值均出現(xiàn)在150 cm處，峰值均出現(xiàn)在0 cm處；有效磷最小值和最大值分別出現(xiàn)在200，300 cm處。>40—60 cm土層的有機質(zhì)、全氮、全磷含量隨水平距離增加呈現(xiàn)“先升后降”的變化趨勢，3者的最小值均出現(xiàn)在0 cm處；堿解氮、有效磷、速效鉀隨水平距離增加“先降后升”。

從土層的角度分析，土壤有機質(zhì)、全氮、堿解氮、速效鉀含量隨著土層深度的增大持續(xù)下降。土壤全磷含量在水平距離0，150，300 cm處隨土層加深而不斷降低；而在水平距離25，50，75，100 cm處呈現(xiàn)出20—40 cm >40—60 cm >0—20 cm的規(guī)律。土壤有效磷含量在靠近果樹的75 cm水平范圍內(nèi)，隨著土層的加深而降低，而在>200—300 cm水平范圍內(nèi)變化規(guī)律不明顯。

圖1 研究區(qū)土壤養(yǎng)分空間分布特征

為了更加直觀分析間作系統(tǒng)土壤養(yǎng)分含量的空間分布特征，結(jié)合果樹的施肥管理方式和果樹與作物的實際間距，本研究將[0,100 cm)范圍定義為果樹帶區(qū)，[100 cm，300 cm]范圍定義為作物區(qū)。其中，[100 cm，200 cm)為近果樹作物區(qū)，[200 cm，300 cm]為遠(yuǎn)果樹作物區(qū)。并定義：

某種土壤養(yǎng)分變化系數(shù)=(SNi-SNck)/SNck

(1)

式中：SNi為間作系統(tǒng)某種土壤養(yǎng)分含量; SNck為單作系統(tǒng)某種土壤養(yǎng)分含量。

由表3可知，從水平區(qū)帶的角度分析，有機質(zhì)、全磷的土壤養(yǎng)分變化系數(shù)均為負(fù)值，在果樹帶[0,100 cm)相比單作下降幅度最大；全氮土壤養(yǎng)分變化系數(shù)在表土層(0—20 cm)為負(fù)值，而在深土層(>20—60 cm)為正值，果樹帶區(qū)表土層的全氮含量下降幅度最大，深土層的提高幅度最小。這表明間作系統(tǒng)在果樹帶區(qū)對土壤總養(yǎng)分競爭激烈，果樹對總養(yǎng)分的競爭大于花生。堿解氮、有效磷、速效鉀的土壤養(yǎng)分變化系數(shù)在各區(qū)域有正有負(fù)，其在近果樹作物區(qū)[100 cm，200 cm)相比單作降幅最大或提高最小，表明間作系統(tǒng)在近果樹作物區(qū)對土壤速效養(yǎng)分競爭激烈，花生對養(yǎng)分的競爭大于果樹。

從土層角度分析，有機質(zhì)、有效磷的變化系數(shù)在深土層均值分別為-0.17和-0.11，明顯低于表土層的均值-0.06和-0.05，表明間作系統(tǒng)對有機質(zhì)、有效磷的競爭主要集中于深土層。

全磷、速效鉀規(guī)律則恰好相反，表土層相對于單作的降幅明顯高于深土層，說明其競爭主要集中于表土層。全氮在表土層的變化系數(shù)均值為-0.04，在深土層為0.12，表明表土層呈現(xiàn)競爭作用而深土層呈現(xiàn)合作效果。堿解氮在表土層和深土層的變化系數(shù)均值分別為1.45和0.18，均呈現(xiàn)合作效應(yīng)，表土層高于深土層。

表3 蘋果-花生間作系統(tǒng)不同土層土壤養(yǎng)分變化系數(shù)

2.2.2 土壤養(yǎng)分含量競爭激烈位點 通過土層深度加深后土壤養(yǎng)分含量最小值出現(xiàn)位點與蘋果樹的距離，可推斷出土壤養(yǎng)分競爭激烈位點的位置變化規(guī)律。表土層(0—20 cm)土壤有機質(zhì)、全氮、全磷、有效磷最小值均出現(xiàn)在水平距離25 cm處，堿解氮和速效鉀則出現(xiàn)在150 cm處。>20—40 cm土層，有機質(zhì)在>25—100 cm范圍內(nèi)最??；全磷含量最小值出現(xiàn)在0 cm處；全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀則出現(xiàn)在150 cm或200 cm處。對>40—60 cm土層，土壤有機質(zhì)、全氮、全磷最小值均出現(xiàn)在水平距離0 cm處；有效磷和速效鉀最小值則出現(xiàn)在水平距離150 cm處；堿解氮含量在0—300 cm水平范圍內(nèi)趨于穩(wěn)定。由此可知，間作系統(tǒng)對總養(yǎng)分碳、氮、磷的競爭激烈位點總體位于果樹帶區(qū)，而對有效養(yǎng)分碳、氮、磷的競爭激烈位點主要位于作物區(qū)。綜上所述，隨著土層的加深，土壤有機質(zhì)、全氮、全磷的土壤養(yǎng)分競爭激烈位點向靠近蘋果樹的位置移動，有效磷的土壤養(yǎng)分競爭激烈位點向遠(yuǎn)離蘋果樹的位置移動，速效鉀、堿解氮的土壤養(yǎng)分競爭激烈位點位置保持不變。

2.3 間作與單作系統(tǒng)土壤養(yǎng)分對比分析

由表4可知，間作系統(tǒng)的有機質(zhì)、全磷、堿解氮、有效磷、速效鉀平均含量與花生單作差異顯著(p<0.05)，其中，有機質(zhì)、全磷、有效磷和速效鉀的平均含量顯著低于花生單作(p<0.05)，堿解氮平均含量顯著高于花生單作(p<0.05)，全氮平均含量與花生單作無顯著差異(p>0.05)；與蘋果單作相比，間作系統(tǒng)的有機質(zhì)、全磷平均含量顯著低于蘋果單作(p<0.05)，堿解氮平均含量顯著高于蘋果單作(p<0.05)，全氮、有效磷、速效鉀平均含量與蘋果單作相比差異不顯著(p>0.05)。就兩種單作而言，花生單作的各養(yǎng)分平均含量均顯著高于蘋果單作(p<0.05)。

表4 蘋果-花生間作、花生單作、蘋果單作土壤養(yǎng)分對比分析

為深入分析各間作類型中作物土壤養(yǎng)分整體空間的分布規(guī)律，定義：

間作系統(tǒng)土壤養(yǎng)分效應(yīng)=

(SAi-SAck)/SAck×100%

(2)

式中：SAi為間作系統(tǒng)某種土壤養(yǎng)分平均含量; SAck為單作系統(tǒng)某種土壤養(yǎng)分平均含量。

由圖2可知，蘋果—花生間作系統(tǒng)與花生單作相比，土壤有機質(zhì)、全氮、全磷、有效磷、速效鉀的土壤養(yǎng)分效應(yīng)均為負(fù)值，表現(xiàn)為負(fù)效應(yīng)，表明間作系統(tǒng)土壤有機質(zhì)、全氮、全磷、有效磷、速效鉀含量低于花生單作。間作系統(tǒng)中蘋果和花生對上述養(yǎng)分進(jìn)行競爭和利用，且競爭程度不同，表現(xiàn)為：速效鉀(-26.42%)>全磷(-18.25%)>有效磷(-16.11%)>有機質(zhì)(-13.77%)>全氮(-2.91%)，其中土壤速效鉀養(yǎng)分效應(yīng)最?。煌寥缐A解氮的土壤養(yǎng)分效應(yīng)為正值，表現(xiàn)為正效應(yīng)，即與花生單作相比，間作系統(tǒng)土壤中的堿解氮含量較高。對比蘋果單作，間作系統(tǒng)土壤有機質(zhì)、全磷、速效鉀的土壤養(yǎng)分效應(yīng)為負(fù)效應(yīng)，表現(xiàn)為：全磷(-14.27%)>有機質(zhì)(-10.17%)>速效鉀(-8.87%)，全磷的土壤養(yǎng)分效應(yīng)最小。土壤全氮、堿解氮、有效磷的土壤養(yǎng)分效應(yīng)為正效應(yīng)。上述分析表明，蘋果—花生間作系統(tǒng)對土壤中的速效鉀、全磷、有機質(zhì)的需求量較大，結(jié)合全國第二次土壤普查養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)，在蘋果—花生間作系統(tǒng)后期施肥管理中應(yīng)追加鉀肥、磷肥和有機肥。

圖2 蘋果-花生間作系統(tǒng)土壤養(yǎng)分水平變化系數(shù)

3 討 論

本研究隨著土層加深，間作系統(tǒng)各養(yǎng)分含量總體呈下降的趨勢，有明顯的表聚性。這是由于蘋果和花生地上部分的凋落物和地下部分的死亡根系在微生物的作用下，在表土層形成腐殖質(zhì)層，腐殖質(zhì)經(jīng)過進(jìn)一步的分解，為林下農(nóng)作物的生長提供養(yǎng)分[15-16]，從而對表土層的土壤養(yǎng)分累積起到增益作用。同時，間作養(yǎng)分競爭產(chǎn)生的介質(zhì)是土壤及其溶液，是通過植物根系的競爭吸收作用實現(xiàn)，即根系對土壤養(yǎng)分循環(huán)起著重要作用，是作物吸收養(yǎng)分的主要途徑[17]，而表層土壤是根系生長較為密集的區(qū)域[18]，因此養(yǎng)分從下層土壤中向根系密集的上層運移，使得表層土(0—20 cm)養(yǎng)分含量較下層高。

間作系統(tǒng)中由于蘋果的介入，引發(fā)了作物的土壤水分場和養(yǎng)分場的較大重疊[19]，本研究中間作系統(tǒng)土壤養(yǎng)分變化系數(shù)和養(yǎng)分競爭激烈點位位置隨空間的變化而改變，在一定程度上反映了蘋果農(nóng)林復(fù)合系統(tǒng)所承載的養(yǎng)分獲取能力及樹木與林下農(nóng)作物的競爭關(guān)系。一方面，土壤養(yǎng)分資源作為蘋果和花生生長需要的共有資源，二者必然對土壤水肥進(jìn)行競爭，致使土壤養(yǎng)分含量減少，產(chǎn)生虧損；另一方面，蘋果產(chǎn)生的凋落物通過腐殖作用將土壤養(yǎng)分返還給土壤，對土壤養(yǎng)分有增益作用[20]，虧缺和增益的綜合影響形成了蘋果與花生競爭與互補的平衡關(guān)系。蔡崇法等[21]研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)養(yǎng)分供應(yīng)不足時，必然引起植物個體的生長、發(fā)育、生態(tài)及其生態(tài)位改變，即引起養(yǎng)分競爭。Hagger和Beer[22]對刺桐(Erythrinapoeppigiana)—玉米(Zeamays)間作的營養(yǎng)競爭所作的研究得出靠近刺桐樹行的玉米生物量與生長在行中的相比下降44%，含氮量降低35%。Odhiambo等[23]以銀樺(Grevillearobusta)與玉米(Zeamays)間作系統(tǒng)產(chǎn)量為研究對象，結(jié)果表明間作系統(tǒng)中存在著養(yǎng)分競爭，間作的玉米產(chǎn)量較單作降低了40%。云雷等[24]通過對晉西黃土區(qū)核桃與農(nóng)作物間作系統(tǒng)土壤養(yǎng)分垂直分布、水平分布和土壤養(yǎng)分的綜合效應(yīng)的研究，得出核桃與間作農(nóng)作物的養(yǎng)分關(guān)系表現(xiàn)為競爭關(guān)系，且競爭強度隨著作物距離果樹行的距離變化而變化。

本研究從微觀的角度出發(fā)，隨著土層加深競爭激烈位點在水平方向上發(fā)生遷移，這與花生、蘋果樹的根系垂直分布有關(guān)。樹木根系是農(nóng)林復(fù)合系統(tǒng)中的“安全網(wǎng)”，對系統(tǒng)養(yǎng)分的獲取起到了積極的作用[25-27]。蘋果樹根系在0—60 cm土層中，而花生根系主要分布在0—20 cm耕層中，這是導(dǎo)致表土層(0—20 cm)和深土層(>20—60 cm)競爭激烈位點不同的根本原因。土壤有機質(zhì)、全氮、全磷、堿解氮的土壤養(yǎng)分競爭激烈位點在深土層(>20—60 cm)向靠近蘋果樹的位置移動的原因是在0—20 cm表土層中，蘋果樹與花生根系的生態(tài)位存在部分重疊，對養(yǎng)分的競爭激烈，同時由于花生種植行數(shù)多，整體對土壤養(yǎng)分的競爭較強，因而水平方向土壤養(yǎng)分競爭激烈位點離蘋果行較遠(yuǎn)。在深土層，花生根系數(shù)量非常少，而蘋果樹根系依然分布較多，由于缺少了花生根系對養(yǎng)分的競爭，因而競爭激烈位點離果樹行較近。有效磷的土壤養(yǎng)分競爭激烈位點向遠(yuǎn)離蘋果樹的位置移動，可能是由于深根“養(yǎng)分泵”的作用導(dǎo)致，樹木的深根如同一臺“養(yǎng)分泵”，從深層土壤中或地下水中吸收地下深層礦物的風(fēng)化所產(chǎn)生的養(yǎng)分[28]。本研究中，礦物風(fēng)化所產(chǎn)生的可利用磷元素被樹木深根吸出，提高了近樹位置的有效磷含量。而遠(yuǎn)離蘋果樹的位置無法獲得足夠的可利用磷元素的補充，因此造成有效磷競爭激烈位點的偏移。速效鉀的土壤養(yǎng)分競爭激烈位點位置保持不變，是因為鉀元素主要來自土壤，受其他因素影響較小。

與此同時，在宏觀角度，從土壤養(yǎng)分變化系數(shù)的情況來看，水平區(qū)帶上間作系統(tǒng)在果樹帶區(qū)對土壤總養(yǎng)分競爭激烈，在近果樹作物區(qū)對土壤速效養(yǎng)分競爭激烈。此現(xiàn)象充分說明間作系統(tǒng)存在養(yǎng)分競爭，并且這種競爭隨著水平方向上離樹距離的增加而變化。養(yǎng)分競爭激烈的區(qū)域，主要位于果樹帶區(qū)[0,100 cm)和近果樹作物區(qū)[100 cm，200 cm)，形成這種養(yǎng)分分布規(guī)律的原因是由于蘋果—花生間作系統(tǒng)中，蘋果根系的水平分布范圍一般在0—200 cm，因此，在這個范圍內(nèi)，蘋果與花生對養(yǎng)分的競爭十分激烈，生態(tài)位重疊值較大，土壤養(yǎng)分消耗強烈，土壤庫養(yǎng)分出現(xiàn)低貯量區(qū)，加之林木的遮陰等作用，造成了果樹對作物區(qū)的脅地現(xiàn)象。隨著離果樹距離的增加，蘋果吸收根系逐漸減小，競爭逐漸變小。不同深度的土層中，有機質(zhì)、有效磷的競爭主要集中于深土層，全磷、速效鉀競爭主要集中于表土層，全氮和堿解氮則在不同程度上呈現(xiàn)合作效應(yīng)。這一特征充分表明間作系統(tǒng)充分利用了深層土壤養(yǎng)分，并在一定程度上對間作系統(tǒng)整體生產(chǎn)力提高起到了積極作用。

間作系統(tǒng)與花生單作、蘋果單作相比，對各土壤養(yǎng)分的需求程度有所不同，土壤養(yǎng)分效應(yīng)值在一定程度上反映了果農(nóng)復(fù)合系統(tǒng)中果樹與農(nóng)作物的競爭與互補情況，結(jié)合全國第二次土壤普查養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)，可確定該地區(qū)的針對性施肥方案。本研究發(fā)現(xiàn)蘋果—花生間作系統(tǒng)土壤養(yǎng)分效應(yīng)值有正有負(fù)，總體而言，蘋果—花生間作系統(tǒng)對土壤中的速效鉀、全磷、有機質(zhì)的需求量較大，在后期施肥管理中要有針對性的人工施肥，并根據(jù)有機質(zhì)、全磷、速效鉀競爭激烈位點位置確定施肥區(qū)域。有機質(zhì)、全磷競爭激烈位點主要出現(xiàn)在果樹帶區(qū)，速效鉀競爭激烈位點則主要位于作物區(qū)，因此可在果樹帶區(qū)施用有機肥、磷肥，作物區(qū)施入鉀肥來補充養(yǎng)分，提高作物產(chǎn)量。根據(jù)全國第二次土壤普查養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)對各土壤養(yǎng)分指標(biāo)的分級情況，計算出該地區(qū)有機肥、磷肥、鉀肥的施加量為38 400，240，336 kg/hm2。

4 結(jié) 論

(1) 蘋果—花生間作系統(tǒng)土壤有效磷含量中等、全磷含量缺乏、有機質(zhì)不足、缺氮、缺鉀。變異程度大小依次為：堿解氮>速效鉀>有機質(zhì)>全氮>有效磷>全磷；土壤有效磷、速效鉀呈正態(tài)分布，土壤有機質(zhì)、全氮、全磷、堿解氮經(jīng)自然對數(shù)轉(zhuǎn)換后符合正態(tài)分布。

(2) 水平方向上，間作系統(tǒng)對總養(yǎng)分有機質(zhì)、氮、磷在果樹帶區(qū)競爭激烈，對有效養(yǎng)分氮、磷、鉀在近果樹作物區(qū)競爭激烈；垂直方向上，有機質(zhì)、有效磷的競爭主要集中于深土層，全磷、速效鉀競爭主要集中于表土層，全氮和堿解氮則在不同程度上呈現(xiàn)合作效應(yīng)。

(3) 與各單作相比，間作系統(tǒng)各養(yǎng)分的效應(yīng)表現(xiàn)不同。與花生單作相比，間作系統(tǒng)除了堿解氮外的其他5個養(yǎng)分均呈現(xiàn)負(fù)效應(yīng)；與蘋果單作相比，間作系統(tǒng)有機質(zhì)、全磷、速效鉀呈現(xiàn)負(fù)效應(yīng)，其他為正效應(yīng)。

(4) 總體而言，間作系統(tǒng)中蘋果—花生間作系統(tǒng)對土壤中的有機質(zhì)、全磷、速效鉀的需求量較大，應(yīng)在果樹帶區(qū)施用有機肥、磷肥，作物區(qū)施入鉀肥，該地區(qū)有機肥、磷肥、鉀肥的施加量為38 400，240，336 kg/hm2。