全 文 ：收稿日期：!""#$"%$"& 接受日期：!""#$’’$"(
基金项目：国家重点基础研究发展计划（(#)计划）（!""*+,’!’’"!）；中国科学院知识创新方向项目（-.+/!$01$ 2!2）资助。
作者简介：杨雨林（’(%)—），男，陕西省蒲城县人，硕士研究生，主要从事土壤化学研究。345678：9:;6:<;%%=;6>::? @:5? @A
! 通讯作者 345678：B8CD:=5B? 7B9@? 6@? @A
黄土高原沟壑区不同年限苹果园
土壤碳、氮、磷变化特征
杨雨林’，郭胜利’，!!，马玉红，车升国’，孙文艺!
（’西北农林科技大学资源与环境学院；!中国科学院，水利部水土保持研究所，陕西杨凌 #’!’""）
摘要：管理措施是影响土壤质量演变的重要因素。分析和讨论了 *、’"、’*年苹果园耕层（"—!" @5）和 "—!"" @5土
壤有机碳、全氮、全磷、有效磷和硝态氮含量及其影响因素。结果表明，*年、’"年和 ’*年的塬面苹果园表层土壤有
机碳依次为 #E*、&E#和 &E# C F 加，与 *年苹果园相比，塬面 ’"年苹果园土壤全磷、速效磷含量分别提高了 ’’G、&"G，并且磷素的变异性随年限而
增加。坡地 ’"年、’*年和 !"年苹果园土壤有机碳依次为 &E)、&E! 和 &E* C F 与 ’"年苹果园相比，’*年苹果园土壤全磷、速效磷含量分别提高了 !"G、!%G。土壤剖面 "—%" @5内不同土地利
用方式土壤碳、氮、磷含量随土层加深而降低，%" @5以下不同利用条件苹果园土壤碳、磷含量差异不大，氮素含量
在 ’"" @5土层下随苹果园种植年限增加而增加。
关键词：黄土高原沟壑区；果园；土壤有机碳；土壤全氮；土壤全磷；土壤有效磷
中图分类号：H’*%E! 文献标识码：I 文章编号：’""%$*"*/（!""%）"2$"&%*$"#
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黄土高原是我国严重的水土流失区，也是优质
苹果的适生区。’(%" 年以来该地区苹果园面积迅
速增长，截至 !"""年，苹果园面积已发展到 %2万公
顷［’］。退耕还果或坡地苹果园建设不仅成为当地居
民脱贫致富的重要途经，而且成为治理水土流失的
重要措施［!$2］。由于水土流失的影响，黄土区苹果
植物营养与肥料学报 !""%，’2（2）：&%* $ &(’
""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
W86AQ JDQS7Q7:A 6AX \NSQ787_NS H@7NA@N
园土壤的基础肥力一般较差［!"#］。增加肥料投入、
提高苹果园蓄水保墒是改善果园土壤肥力，提高苹
果园产量的重要措施［$"%&］。当前苹果园氮、磷肥施
用量一般为当地农田的一倍以上，部分苹果园化肥
施用量甚至达到 ’ ()% *+ , *-.，/ 0(! *+ , *-.［%%］。由
于不合理施肥造成苹果园土壤养分失衡，果品生理
病害严重，施肥的产量效应降低等问题日益突出。
因此，开展长期施肥条件下，苹果园土壤养分含量变
化的调查，为合理调控施肥措施，减少环境污染，推
进苹果园土壤养分管理及平衡施肥提供科学依据。
! 材料与方法
!"! 调查研究地点
调查点位于陕甘交界处的长武县王东沟小流域
（东经 %
)&20&3!%
).20&3，北纬 0!1%.2!0!1%(2）。
该流域为“中国科学院长武黄土高原农业生态试验
站”和“长武农田生态系统国家野外研究站”的所在
地，是我国重点水土流失治理小流域。土地面积
$40 *-.，塬、沟、坡各占土地面积的 % , 0，沟壑密度为
.4#$条 , *-.，属典型的黄土高原沟壑类型区。塬面
海拔 %..& -，从塬面到沟底的最大高差为 .$& -。
属于大陆季风气候，年均气温 54%6，!%&6积温
0&.56，多年平均雨量 !$) --，但季节性分布不均，
#!5月份降水占年降水总量的 !&7。流域内土地
利用类型有农田、荒草地、林地等。主要土壤类型为
黑垆土（分布于塬面）和黄绵土（分布于梁坡），母质
为深厚的中壤质马兰黄土。经过“六五”、“七五”期
间大规模综合治理，土壤侵蚀模数已由治理前的
%$(& 8 , *-.下降到目前的 $5! 8 , *-.以下。塬面地势
平坦，%5$& 年前为粮食作物的主要种植区，自 %5$&
年开始，部分农田先后改建为苹果园。梁坡土壤侵
蚀严重，为水土流失的主要治理地段。%5$& 年以
来，部分梁坡地由荒草地先后改建为苹果园。因此，
除农田外，整个流域内分布有不同种植年限的苹果
园。这为开展长期施肥条件下苹果园土壤碳、氮、磷
演变提供了有利条件。
!"# 采样与分析方法
%4.4% 土壤样品采集 在充分考虑到地貌类型、土
地利用方式等因素基础上，在整个流域采用近似网
格法采样。塬面采集 %&.个样品，其中农田（包括冬
小麦、春玉米、油菜等作物）.!个、苹果园 ##个样品
（种植年限在 !年以内 .%个样品、!!%&年 .%个样
品，%&年以上 0! 个样品）；坡地采集 $& 个样品，其
中荒草地 %) 个、苹果园 (( 个样品（种植年限在 %&
年以内 .(个样品、%&!%! 年 %( 个样品、%! 年以上
.)个样品）。每个苹果园采用“9”型布点取样，取样
部位为树冠投影外缘，每个采样点以多点混合为一
个样品。剖面土壤利用直径 0 :-土钻采集 &—.&&
:-土壤样品，采样点主要分布在坡地荒草地和苹果
园，每 .& :-为一层，分 %&层，设置剖面点 %&个。采
样时间为 .&&)年 !月。
%4.4. 果树样品采集 小流域内选取苹果园株行
距为 0 - ; ) -，种植年限为 !年、%&年、%!年以上 0
种类型果树，各 0个样点，每样点选取大、中、小（以
冠幅为大小依据）果树 0棵。!年龄果树取叶子、枝
条（%、.、0年生），%&年龄和 %!年以上果树取果实、
叶子、枝条（%、.、0和多年生）。
%4.40 分析测定方法 土样风干，磨细过 % --、
&4.! --筛后，测定土壤有机碳（<.9=) ">.?@.=# 氧
化外加热法）、全氮（凯氏定氮法）［%.］、硝态氮 ’="0 A’
（>?B 提取，用流动注射分析仪 CDEF8G@ !&&& 测
定）［%0］、全磷（速效磷（’G粉碎，过 % --筛，测定全氮（半微量开氏法）、全磷
（<.9=)"<.=.消煮，钼蓝比色法）［%.］。
果树不同器官氮、磷含量的差异，采用 9E9
（$4&）软件包统计分析［%)］。并进行均值间 H9I显著
性检验。
# 结果与分析
#"! 苹果园土壤耕层有机碳、氮、磷含量的变化
表 %显示，塬面农田土壤有机碳和全氮含量平
均为 #4#和 &45! + , *+，但农田改为苹果园后土壤碳、
氮含量降低，且随苹果园利用年限的增加呈降低趋
势。如 J %& 年园龄土壤有机碳、氮（(4# 和 &4$0 + ,
*+）较"!年园龄分别降低了 %.7和 %07。表明塬
面农田改为苹果园后，随着施肥和土壤管理方式变
化导致了土壤有机碳、全氮的降低，这值得进一步关
注。与有机碳和全氮不同，土壤磷素含量随苹果园
利用年限而增加，其中 J %&年苹果园全磷和速效磷
含量（$))和 0#4!年 -+ , *+）是"! 年苹果园的（#!$
和 .04! -+ , *+）%4%倍和 %4(倍。显示了苹果园随着
利用年限增加土壤磷素逐渐积累的特征。此外，塬
面农田土壤有机碳和全氮的变异系数分别为
%04!7和 %)4)7，表明不同农户人为施肥、作物种类
等管理措施的差异对塬面土壤有机碳、氮变异性的
影响。与农田相比，苹果园土壤有机碳变异系数并
没有变大，但苹果园土壤全磷和速效磷变异系数远
($( 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 %)卷
表 ! 不同利用年限苹果园土壤有机碳、氮、磷含量
"#$%& ! "’& %&(&%) *+ ,-.、",/ #01 2 30 13++&4&05 *46’#41) *+ 7%#05308 9)
有机碳 !"#$ "%&’(#) * 土壤全氮 +",’$ - ". /"#$
地貌
0’(1
."%2
土地利用
0’(13/4
年限
54’%/
样本数
!’267
-"7
平均值
84’(9 !1
（& : ;&）
变异
系数
*<=
> ?@A平均值
84’(
（& : ;&）
!?@A样本
!’26@
（=）
平均值
84’(9 !1
（& : ;&）
变异
系数
*<=
> B@A平均值
84’(
（& : ;&）
!B@A样本
!’26@
（=）
塬面
+’C$4
$’(1
果园
D%)E’%1
!F GH ?@F I A@F? ?@J ?@J B@F A@BK I A@AL L@? A@BL MM@M
F!HA GH J@? I H@AF HF@? ?@F FG@K A@LF I A@HJ HL@? A@BB F?@H
> HA MF J@? I A@BJ HK@K ?@? JG@B A@LM I A@HH HG@J A@BF JL@J
农田
N’%2$’(1 GF ?@? I H@AM HM@F L@H GA@A A@BF I A@HK HK@K H@AA GA@A
坡地
!$"64
$’(1
果园
D%)E’%1
!HA GJ J@M I A@JL HA@L ?@G LA@L A@?J I A@HG HF@H H@AH BG@M
HA!HF HJ J@G I H@JJ GJ@L B@F L?@F A@?J I A@HK HL@M H@HF BM@L
> HF GK J@F I A@LA HG@K L@M L?@F A@LH I A@HA HG@L A@BB ?B@G
荒地
O’/,4$’(1
HK J@B I G@L? KH@J B@L ?H@K A@?J I A@GL MJ@? H@GL L
"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
F@?
土壤全磷 +",’$ P ". /"#$ 土壤速效磷 D$/4(QP ". /"#$
地貌
0’(1
."%2
土地利用
0’(13/4
年限
54’%/
样本数
!’267
-"7
平均值
84’( 9 !1
（& : ;&）
变异
系数
*<=
> ?FA平均值
84’(
（& : ;&）
!?FA样本
!’26@
（=）
平均值
84’( 9 !1
（& : ;&）
变异
系数
*<=
> HF平均值
84’(
（& : ;&）
!HF样本
!’26@
（=）
塬面
+’C$4
$’(1
果园
D%)E’%1
!F GH ?FL I KB J@F LA? JH@B GM@F I B@H ML@B GB@M GM@L
F!HA GH ??G I HHJ HF@A LFH FG@G GK@B I GK@H B?@H KA@A KG@B
> HA MF LKK I H?K GA@? BGA MK@M M?@F I GG@A FL@J KF@H H?@H
农田
N’%2$’(1 GF ??J I ?B HA@G LGF KA@A GA@B I B@? KJ@M GK@? GL@A
坡地
!$"64
$’(1
果园
D%)E’%1
!HA GJ ?MB I HAG HM@L LJB ?M@H GF@A I HB@H ?J@M MJ@J MA@L
HA!HF HJ ??F I HLG GM@F BHH FA@A GB@B I GA@L JB@F KM@L GF@A
> HF GK LLL I H?G HB@K BMF GA@L MG@H I H?@H FM@M MJ@A HJ@?
荒地
O’/,4$’(1
HK FJL I ?H HG@F ?B? BG@B H@? I A@L KB@B G@MB F?@H
注（-",4）：0N—0’(1."%2；+0—+’C$4$’(1；!0—!$"64 $’(1；0R—0’(1 3/4；D%)E7—D%)E’%1；N0— N’%2$’(1；O0—O’/,4$’(17
高于有机碳和全氮，尤其是 F!HA年园龄速效磷变
异系数达到了 B?@H=，表现出不同农户施肥管理措
施对土壤磷素影响很大。
在梁坡地貌类型上，荒草地土壤有机碳、氮、磷
变异系数均高于塬面农田，改建果园后，不同年限苹
果园土壤有机碳和氮、磷变异系数增大，表明苹果园
的管理差异在进一步影响土壤有机碳和氮、磷的变
异性。荒草地土壤全氮含量低于 > HF 年园龄苹果
园 ?=，苹果园土壤磷素含量与塬面苹果园变化相
似，但土壤全磷含量小于 ?FA 2& : ;& 样本百分数
（?M@H=!GA@L=）和速效磷含量小于 HF 2& : ;&样本
百分数（MA@L=!HJ@?=）随利用年限增加而减少。
与草地相比，改建苹果园后土壤全磷、速效磷达到了
LLL和 MG@H 2& : ;&，并随!HA、HA!HF、> HF年 M种园
龄增高而依次升高，> HF 年与!HA 年园龄相比，全
磷、速效磷含量分别增加了 GA=和 GL=。这些结
果，一方面说明当地群众对坡地苹果园投入的差异，
另一方面也表现出长期施肥坡地苹果园土壤磷素显
著积累的特征，且磷素的积累较塬面更显著。
:;: 苹果园土壤剖面碳、氮、磷含量变化
图 H显示，坡地剖面有机碳含量变化规律与全
氮相似，在耕层以荒草地含量最高，且有机碳和全氮
分别是 HA年以内苹果园土壤的 H@L和 H@J倍；随土
壤深度增加，有机碳和全氮含量逐渐降低且差异逐
渐变小，剖面 LA )2以下苹果园和荒草地的土壤有
机碳和全氮含量基本一致。这表明草地开垦为苹果
?LJK期 杨雨林，等：黄土高原沟壑区不同年限苹果园土壤碳、氮、磷变化特征
图 ! 坡地不同年限果园土壤剖面有机碳和全氮含量分布
"#$%! &’$(#) * +(, -.-+/ 0 ,#1-’#23-#.( #( -45 1.#/ 6’.7#/51 .7 ,#775’5(- 6/+(-#($ 85+’ .’)4+’,1 #( -45 1/.65 /+(,
［注（!"#$）：%&’()*—*+年以内果园 !*+ ,$-& "&’(-&.；%&’()/—*+!*0年果园 *+1*0 ,$-& "&’(-&.；23—荒草地 2-4#$5-6.，下同 7($ 4-8$ 9$5":］
园后，表层土壤有机碳、氮含量降低，但长期施肥对
/+—;+ ’8土层有机碳和全氮含量有提高作用。
从图 /看出，由于荒草地不施肥使在 +—<++ ’8
土层硝态氮含量基本一致，而苹果园因为人为大量
施肥导致耕层硝态氮含量偏高，随果园种植年限!
*+年、*+!*0年和 /+年的递增，硝态氮在深层次土
壤产生大量的积累。
坡地农田 +—/++ ’8土层剖面全磷含量变化不
大。苹果园土层剖面上全磷表层含量最高，且随剖
面加深而降低；随着种植年限的延长，+—;+ ’8全
磷和速效磷含量逐渐升高，显示了随年限逐渐富集
的特征，而在 ;+ ’8以下苹果园土壤全磷和速效磷
含量和农地无明显差异（图 <）。
图 9 不同种植条件下土壤剖面 0&:; :0分布特征
"#$%9 0&:; :0 ,#1-’#23-#.( #( -45 1.#/ 6’.7#/51
3(,5’ ,#775’5(- )’.66#($ 181-5<1
（%&’()<：/+年果园 /+=,$-& "&’(-&.）
图 ; 坡地土壤剖面磷素含量分布
"#$%; =.-+/ > +(, &/15(?> ,#1-’#23-#.( #( -45 1.#/ 6’.7#/51 .7 1/.65 /+(,
;;> 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 *?卷
! 讨论
土壤有机碳的积累与新鲜有机物的输入和土壤
管理方式密切相关。国内外大量的研究表明，在农
田生态系统中，长期施用化肥条件下，土壤有机碳和
氮的含量可以得到维持或提高，增施有机肥会显著
提高土壤有机碳和氮的含量［!"#!$］。但在苹果园生
态系统中，长期施肥条件下土壤有机碳和氮的含量
演变有不同报道。刘建玲等［!%］认为，河北省中南部
苹果园经过 &’年（!(()!*’’)年），’—*’ +,苹果园
土壤有机碳和氮分别提高了 *-" 和 ’-)!$ . / 0.；姜
远茂等［!(］于 !(%( 至 !((% 年 $!(月对山东省 (个
地（市），*!个县（市、区）范围内苹果园土壤进行测
定，发现 !’年来土壤有机质含量呈下降趋势，降幅
为 )12。本研究结果显示，苹果园土壤有机碳也表
现出略微降低的趋势。其原因可能与当地苹果园的
管理措施有关：一是果树修剪，疏花、疏果等带走树
叶枝条和果子，降低了有机物的投入；二是农户的
耕作措施，如深翻土壤造成有机碳分解等；三是果
农对有机肥的重视程度不够，对于农家肥投入很少
甚至不投入。如何改善苹果园土壤管理措施，维持
和提高土壤有机碳、氮的含量尤其应值得关注。
化肥的投入是导致土壤磷素和硝态氮积累的重
要因素。农田常规施肥条件下，土壤硝态氮的积累
主要集中于 ’—*’’ +,土层［!)，*’#*!］，但在苹果园中，
除了 ’—*’’ +,土层外，更深的土层（*’’—)’’ +,）
中也存在显著的硝态氮积累，这可能与苹果园的补
充灌溉和果树根系的分布特征有关。苹果树根系主
要分布在 ’—!’’ +,土层，其中 (’2树根生长在 ’—
1’ +,土层［**#*3］；硝态氮容易随水分迁移至土壤深
层而产生积累的情况（图 *）。在石灰性土壤中，磷
素在土壤中易被固定，很难发生迁移［*"］；农田磷肥
利用率为 "2!!"2［*1］，苹果园的磷肥利用效率更
低，本研究中，磷肥的利用率仅有 *-"2。长期大量
的化肥投入造成土壤中磷含量不断升高从而导致表
层磷素大量积累。刘建玲等［!%］报道，河北省中南部
苹果园 !’年间（!(()!*’’)年）’—*’ +,苹果园土
壤速效磷含量提高了 !**-) ,. / 0.，每年的提高速率
达到 !* ,. / 0.。本研究结果表明，与邻近农田相比，
苹果园土壤有效磷的每年提高速率达到 * ,. / 0.。
由于苹果园施肥深度较农田深，因此，除了表层外，
苹果园 *’—%’ +,土层的磷素含量也得到了显著提
高（图 )）。
渭北地区苹果树株行距平均 ) , 4 3 ,，每公顷
约有 %)’株果树，年施氮、磷肥量为 5 )"’ 和 6 *’’
0. / 0,*，果实平均产量 **"’’ 0. / 0,*。据 *’’1 年调
查，王东沟平均单株果树剪落枝条 "-$) 0.，每年苹
果园带出叶子 *-%) 0. /株、果实生物量 )-!$ 0. /株。
根据苹果树不同器官的测定数据估算（表 *），每年
带出氮、磷量仅为 5 ""-*% 和 6 3-$) 0. / 0,*；但根
据本研究资料（表 !）估算，’—*’ +,土壤在 " 年间
全磷积累量 !!’!*’3 ,. / 0.，即每年积累量约 !%
!"1-" 0. / 0,*；以每年施磷量 *’’ 0. / 0,* 计算，则
每年有 !)(!!$$ 0. / 0,* 磷素以各种形式积累在耕
层以下土壤和苹果树体内。而苹果园土壤每年
!3’—)’’ +, 土层中硝态氮积累量约 1’! (’ 0. /
0,*，’—)’’ +,土层中每年硝态氮积累量约达 !1’
!!%’ 0. / 0,*（图 *）。从 !(%1 到 *’’3 年，本流域的
苹果园面积逐年上升，由初始的占流域总面积的
!-12升高到 *$-!2；而整个流域农田面积由 3%-)2
降低到 !%-32。苹果园逐渐成为当地种植业主要
表 " 氮、磷在苹果树不同器官中的含量分布
#$%&’ " #() $*+ #(, +-./0-%1/-2* -* /3’ 204$*. 25 $66&’ /0’’
器官
78.9:
年限
;<98=
全氮（. / 0.）
>?@9& 5
全磷（. / 0.）
>?@9& 6
叶子 !" !$-$3 A ’-’" !-!$ A ’-’) 9
B<9C !’ !1-(% A ’-!) ’-(1 A ’-’( D
" !%-1$ A ’-’* !-’1 A ’-’* D9
BEF（’-’"） *-’1 ’-!3
一年枝 !" 1-%" A ’-!! D9 !-!1 A ’-’1 9
!G8 D89:+H !’ %-*$ A ’-’1 9 ’-(" A ’-!" D9
" "-$3 A ’-’" D ’-$! A ’-’% D
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二年枝 !" "-’% A ’-** ’-1( A ’-’"
* G8 D89:+H !’ "-3$ A ’-’$ ’-$’ A ’-’(
" )-(1 A ’-’$ ’-"" A ’-’$
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三年枝 !" 3-*! A ’-’* ’-") A ’-’3
) G8 D89:+H !’ 3-)* A ’-’1 ’-"’ A ’-’%
" )-)’ A ’-’) ’-"’ A ’-’1
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多年枝 !" )-"* A ’-’* ’-)$ A ’-’*
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5?@<：M9&K<= C?&&?N(%13期 杨雨林，等：黄土高原沟壑区不同年限苹果园土壤碳、氮、磷变化特征
用地类型。本流域苹果园土壤已经产生大量的磷和
土壤硝态氮积累，如何防止氮、磷进一步积累及其对
环境的影响，应引起进一步的关注。
参 考 文 献：
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