文献参数: 孙琳娜, 翟梅枝.施肥模式对核桃园土壤团聚体养分含量及果实品质的影响[J].水土保持通报,2026,46(4):150-159. Citation:Sun Linna, Zhai Meizhi. Effects of fertilization patterns on nutrient contents of soil aggregates and fruit quality in walnut orchards [J]. Bulletin of Soil and Water Conservation,2026,46(4):150-159.
核桃(
Juglans regia L.)是中国重要的木本油料树种,其种仁含油量在木本油料作物中居于首位
[1]。大力发展核桃产业对提升油料自给能力、保障国家粮油安全具有重要战略意义
[2]。核桃富含多酚、黄酮类化合物、维生素E及不饱和脂肪酸等多种功能性成分,具有延缓动脉粥样硬化、调节血液黏稠度等多重生理活性,是优质的天然抗氧化膳食来源
[3-4]。截至2020年,中国核桃种植面积、年产量等指标均居世界前列,年产量达4.80×10
6 t
[5]。陕西省作为核桃主产区之一,2018年种植面积达7.78×10
5 hm
2,产量3.54×10
5 t,总产值7.33×10
9元,核桃已成为区域农业经济的重要支柱
[6]。然而,与樱桃、苹果等果树相比,核桃的经济效益仍有较大提升空间,已有研究指出,这一差距与长期不合理施肥导致的土壤退化密切相关
[7]。
长期施肥作为农业管理中持续影响土壤质量的关键措施,通过调控土壤理化性质与生物学过程,对作物产量和品质产生累积性效应
[8-9]。目前,为实现核桃高产优质目标,研究多集中于施肥用量与配比,尤其侧重氮、磷、钾等大量元素的施用效应。例如,张博勇等
[10]采用“3 414”设计研究了氮、磷、钾配施对“辽核4号”核桃品质的影响;Min Anmin等
[11]发现磷肥对核桃产量的贡献高于氮肥和钾肥;赵书岗等
[12]研究表明,氮、磷、钾肥配施可显著提高“清香”核桃的产量与经济性状。在施肥模式方面,有机肥覆盖被证实能有效提升土壤有机质和有效养分含量
[13];Mazzon等
[14]进一步指出,有机肥在提升土壤碳氮库及促进相关酶活性方面优于单施化肥。然而,现有研究多聚焦于土壤整体养分状况,关于施肥对土壤团聚体养分空间分布与核桃产量品质形成的耦合关系仍不明确,这严重制约了核桃园精准施肥策略的优化。同时,在核桃主产区,长期过量施用化肥已引发土壤酸化,结构劣化,微生物区系失衡及养分效率下降等一系列生态问题,严重制约了核桃产业的可持续发展
[15]。
因此,深入研究长期施肥对核桃园土壤生态系统的影响,对推动核桃产业提质增效具有重要意义。本研究依托西北农林科技大学核桃推广示范站的长期定位施肥试验,重点解析不同施肥模式下土壤团聚体的养分分配特征,系统阐明团聚体养分有效性对核桃产量与品质形成的驱动机制,为核桃园土壤健康管理与精准施肥提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
本试验地位于陕西省商洛市山阳县西北农林科技大学核桃推广示范站(109°56′E,35°21′N),当地气候是亚热带半季风气候,因为地处山区,具有很多山地气候的特点,试验站位于秦岭东南侧,海拔838 m,年平均气温13 ℃,年平均降水量709 mm。试验地为砂质壤土,砂粒、粉粒和黏粒分别为62.07%,30.19%,7.74%,土壤肥力中等偏下。施肥试验布设前土壤基础性质指标:pH值为 7.25,有机质含量为 10.34 g/kg,全氮为 1.22 g/kg,速效磷为29.06 mg/kg,速效钾为 98.82 mg/kg。
1.2 试验设计
(1) 供试品种。本研究以试验站主栽品种11 a生‘香玲’核桃(2012年栽植)为研究对象。果实通常于8月下旬成熟。2012年嫁接苗建园,株行距为5 m×6 m,即:330株/hm2,南北行向定植。
(2) 试验处理。长期定位施肥试验始于2013年,本试验采用随机区组的方法,设置5个处理:不施肥(CK),单施化肥(T1),化肥配施有机肥(T2),化肥配施生物有机肥(T3),化肥、有机肥和生物有机肥配施(T4),每处理重复3次,每小区面积约为360 m2,为防止处理间的干扰,各处理之间设置一行宽6 m的保护行。施肥方案结合树龄及当时测定的土壤养分实际情况制定而成,所有肥料于每年11月底前作为基肥施入条形沟(深度20—40 cm,宽度20—30 cm),并与土壤充分混匀。
(3) 供试肥料。化肥(N∶P
2O
5∶K
2O=18∶18∶18),有机肥(SOM:50%;N+P
2O
5+K
2O≥5%,具体为N+P
2O
5+K
2O=1.83+2.34+1.32),生物有机肥(SOM:50%;N+P
2O
5+K
2O≥5%,具体为活菌数>2.00×10
7/g;N+P
2O
5+K
2O=1.92+2.24+1.12。具体施肥试验设计见
表1。
1.3 样品采集与测定
1.3.1 土壤样品采集
在2022年11月初施肥前进行土壤样品采集,采样范围在每棵核桃树冠投影下三分之二处,距离树干1.5 m左右的范围避开施肥区域,按照“S”型路线,均匀选取 5个样点,使用定制的取样环刀(直径为 10 cm、高度为 10 cm)采集深度为 0—40 cm的土样混合,每个小区采集6棵核桃树的原状土按四分法进行充分混合为1个土样。分别用聚乙烯塑料盒装好,做好标记贴上标签。
将所采集的原状土壤沿自然裂隙轻轻掰成10 mm大小,使用低温干燥机低温(4 ℃)风干至含水量的8%~10%,即为待测土样。
1.3.2 植物样品采集
核桃果实样品分别于2020年8月、2022年8月末核桃成熟时采收,每个处理选取6棵长势均一、无病虫害的核桃树作为采样树,在东、南、西、北及内膛和外围随机采集,每株树采集10个果实,将60个果实混合为1个样品,每个处理重复3次。带回实验室后喷洒乙烯利,待核桃果实产生离层时脱去青皮,清洗后干燥保存。
1.3.3 土壤团聚体基本性质测定
土壤团聚体机械稳定性分级:本试验采取干筛法,土样风干后,将500 g土样倒入土壤筛,土筛孔径从上到下依次为5,2,1,0.25,0.053 mm,筛底收集小于 0.053 mm的土粒。利用电动摇筛机筛分团聚体,使各个粒级的土粒落在相对应的筛面上,依次得到>5 mm,5~2 mm,2~1 mm,1~0.25 mm,0.25~0.053 mm和<0.053 mm粒级团聚体,即将土壤分为6个不同粒径团聚体,称重并记录。
土壤团聚体氮磷钾测定参考《土壤农化分析》
[16]方法进行。
(1) 全氮。凯氏消煮法,AA3连续流动分析仪测定;硝态氮和铵态氮:1 mol/L KCl浸提,AA3连续流动分析仪测定。
(2) 全磷。NaOH熔融,钼锑抗比色法;速效磷:NaHCO3浸提,钼锑抗比色法。
(3) 全钾。NaOH熔融,火焰光度法测定;速效钾:NH4OAc浸提,火焰光度法测定。
1.3.4 核桃产量品质测定
经济性状指标测定:核桃采收期,从CK, T1,T2,T3,T4 5个处理的试验树上分别采果,统计各处理单株挂果量、测定总产量(仅产量指标采用2020年所采集果实)。
用电子天平(0.001 g)称单个核仁重(g),计算出干果均重、仁重以及出仁率等。用游标卡尺测量出干果样品的纵径、横径、缝合线径和果壳厚度(mm),计算坚果三径平均值。内在营养指标测定如
表2所示。
1.4 数据处理与分析
采用Microsoft Excel 2019进行数据统计,SPSS 25.0进行单因素方差和显著性差异分析,采用Origin 2021作图。
2 结果与分析
2.1 长期施肥对土壤团聚体主要全量养分含量的影响
由
图1可看出,施肥显著提升了各粒径土壤团聚体中全氮(TN)、全磷(TP)、全钾(TK)及有机质(SOM)含量,其中T
4处理(化肥+有机肥+生物菌肥)效果最优。
0.25~0.053 mm的团聚体中不同处理的TN含量存在显著性差异,具体为T4分别是CK, T1,T2,T3的4.08,2.22,1.32,1.17倍。所有处理的TN含量均在粒径<0.053 mm的粉黏性团聚体中相对较低,其中,CK的TN含量最低,为0.49 g/kg,与T4处理下的粉黏性团聚体相比,TN含量低了75.7%。TP含量在T1处理的1~0.25 mm粒径中最高(0.78 g/kg),T4在所有粒径中TP含量均高于CK, T2和T3,1~0.25 mm粒径达0.62 g/kg,较其他粒径高出7%~22%。TK在T4处理下的1~0.25 mm粒径中最高(28.77 g/kg),为CK的1.19倍,亦高于T1和T2。SOM方面,T4处理显著提高各粒径含量(11.52~11.71 g/kg),其中1~0.25 mm粒径最高,为CK的4.72倍;<0.053 mm粒径中,T4亦表现最优。
2.2 长期施肥对团聚体主要速效养分含量的影响
由
图2可看出,施肥显著提升了各粒径土壤团聚体中硝态氮(NO₃⁻-N)、铵态氮(NH₄⁺-N)、有效磷(AP)和速效钾(AK)含量,呈现明显的粒径分布规律。
NO₃⁻-N含量随施肥强度依次增加(CK<T1<T2<T3<T4),T4处理在各粒径中含量最高,1~0.25 mm粒径中积累最高,即便在<0.053 mm粒径中,T4仍显著优于CK。NH₄⁺-N在各粒径中均随施肥强度递增。T4处理下1~0.25 mm粒径含量最高(6.44 mg/kg),处理间差异显著,表明施肥增强了团聚体对NH₄⁺-N的富集能力。AP在T1处理下含量最高,尤其在1~0.25 mm和0.25~0.053 mm粒径中优势明显。各粒径间AP分布趋势为:1~0.25 mm粒径>2~1 mm粒径>0.25~0.053 mm粒径>2~5 mm粒径>(>5 mm)粒径>(<0.053 mm)粒径。AK含量随施肥强度依次提升(T4>T3>T2> T1>CK),T4处理在1~0.25 mm粒径中最高(247.33 mg/kg),显著优于其他处理。
2.3 不同施肥处理对核桃产量的影响
由
图3可知,不同施肥处理的核桃产量差异显著。其中,T
4处理产量最高,显著优于其他处理。2020年,T
4产量分别为CK, T
1,T
2,T
3的6.23,2.30,1.57,1.14倍;2022年,其产量为CK, T
1,T
2,T
3的6.5,2.19,1.48,1.15倍。
2.4 不同施肥处理对核桃果实经济性状的影响
表3显示,T
4处理在核桃坚果多个经济性状指标上表现最优: ①三径均值最大,为37.69 mm,较T
3,T
2,T
1和CK分别提升1.96,2.00,2.59,2.83 mm,即果个最大; ②单果干重和仁重均最大,分别为13.46 g和7.59 g,单果干重较CK提高30%;仁重为CK的1.45倍,且均呈现:T
4>T
3>T
2>T
1>CK的趋势; ③壳厚最小,为1.30 mm,较CK减少22%; ④出仁率最高,较CK提高9%。
2.5 不同施肥处理对果实含油量和脂肪酸的影响
表4显示,不同施肥处理核仁含油率有一定差异,整体含油率在65%~70%。T
4处理含油率最高,为68.59%,与其他处理均有显著差异;T
1—T
3与CK亦存在显著差异,但3个处理间差异不显著。
在脂肪酸组成方面: ①不饱和脂肪酸:T
4显著提高了油酸含量,达21.52%,为CK的1.23倍,增幅约20%;尽管亚油酸与亚麻酸略有下降,总体不饱和脂肪酸水平仍因T
4配施肥而提升; ②饱和脂肪酸:T
4处理下棕榈酸含量略高于CK, T
1和T
2,硬脂酸含量分别较CK,T
1,T
2和T
3提高14.45%,4.15%,3.44%和2.73%,表明T
4有助于优化脂肪酸结构; ③蛋白质含量:所有施肥处理均显著提高核仁蛋白质含量(均>16%,
p<0.05),T
4处理最高,为CK的1.07倍。不同施肥处理的核仁含油率之间存在显著差异,具体可见
表4。
2.6 不同施肥处理对核仁氨基酸的影响
表5显示,不同施肥处理对核仁氨基酸含量均产生差异性影响: ①氨基酸总量:T
4处理下核仁氨基酸总量最高,达18.89%,为CK的1.11倍,差异显著(
p<0.05)。 ②天冬氨酸:T
4处理显著提高天冬氨酸含量(
p<0.05),分别为CK, T
1,T
2,T
3的1.12,1.07,1.05,1.05倍,T
4与CK差异极显著。 ③谷氨酸:T
4处理下谷氨酸含量达3.55%,较CK, T
1,T
2和T
3分别提高8.2%,4.41%,4.71%和4.10%。 ④脯氨酸:T
4处理显著提升脯氨酸含量(1.45%),较CK(1.28%)增加0.17%(
p<0.05)。 ⑤甘氨酸与丙氨酸:T
4处理下甘氨酸和丙氨酸含量较CK分别提高13.9%和21.43%。
2.7 不同施肥处理对核仁矿质元素含量的影响
图4表明,不同施肥处理显著提高核桃果实中P, K, Mn, Fe, Zn和Mg的含量: ①T
4处理下P和K含量最高,分别为4 818.9 mg/kg和3 797.8 mg/kg,较CK显著提升5.6%和6.4%。 ②Mn含量在T
1和T
2处理中显著增加,T
2处理最高,为105.89 mg/kg。 ③T
4处理Fe含量达34.56 mg/kg,较T
1提高16.4%。 ④Zn含量在T
2和T
4处理中显著升高,分别较CK高31.4%和29.5%。 ⑤Mg为含量最高的营养元素,T
4处理达980.45 mg/kg,分别为CK, T
1,T
2,T
3的1.12,1.07,1.05,1.01倍。
2.8 施肥-土壤团聚体质量-产品品质相关分析
2.8.1 核桃果仁脂肪酸的相关性分析
如
图5所示,核仁脂肪酸组成与坚果经济性状之间存在显著相关性。含油率、硬脂酸、不饱和脂肪酸及蛋白质与出仁率、仁重、单果干重及三径均值均呈正相关(
r>0.8)。油酸与各经济性状间亦表现出显著正相关,棕榈酸和亚麻酸与上述性状亦呈正相关,但相关系数低于0.6,亚麻酸与各经济性状呈现负相关性。综上,核桃的出仁率、仁重、单果干重及三径均值等关键经济性状指标与脂肪酸组成密切相关。
2.8.2 核桃果仁微量元素及大量元素与产量相关性分析
由
图6可知, ①核桃产量与P, K, Fe, Mg含量呈显著正相关,相关系数均超过0.75,尤以与P元素相关性最为显著(
r=0.925)。产量与Zn的相关系数为0.653,Mn与其他元素及产量之间相关性普遍较低(
r<0.39),且与Fe呈负相关(
r=—0.315)。 ②元素间的相关性表现为Zn与K, Mg与P之间存在较强正相关(
r=0.793和 0.795);P与K, Zn与P, Mg与Zn间相关性适中(r分别为 0.604,0.645,0.602);Mg与K, Mg与Fe, Fe与P, Fe与K之间亦呈一定程度相关性(
r=0.62~0.73)。
综上所述,核桃产量与多数矿质元素含量密切相关,尤其与P元素关系最强;但各元素间相关性差异明显。
2.8.3 核仁氨基酸与土壤团聚体速效养分、全量养分的相关性分析
如
图7所示,土壤团聚体中各养分指标与氨基酸组成之间存在密切而差异化的联系。氮素指标和有机质与氨基酸的相关性最为广泛和显著,其中TN与SOM和绝大多数氨基酸呈极显著正相关(
p<0.001),NO₃⁻-N也与部分氨基酸存在显著正相关(
p<0.05)。在氨基酸组分中,天冬氨酸(Asp)、谷氨酸(Glu)、甘氨酸(Gly)和赖氨酸(Lys)等关键氨基酸与氮素、有机质的相关性尤为突出,而蛋氨酸(Met)与酪氨酸(Tyr)则与上述指标无显著相关(
p>0.05)。这一结果表明团聚体中的氮素与有机质是驱动氨基酸合成与积累的核心因子。
TP与包括天冬氨酸(Asp)、丝氨酸(Ser)等在内的数种氨基酸达到了极显著正相关(p<0.001),TK也与部分氨基酸呈显著正相关,说明TP, TK水平对氨基酸组成具有重要影响。相比之下,AK与氨基酸的相关性相对较弱,且关联的氨基酸种类较少,反映出AK对氨基酸组成的直接影响力可能较为有限;AP仅与谷氨酸(Glu)、丙氨酸(Ala)等少数氨基酸存在显著正相关(p<0.05);AK与氨基酸的关联性最弱,表明其对氨基酸组成的直接调控作用有限。
3 讨 论
长期施肥显著提升了不同粒径土壤团聚体中全量养分(全氮TN、全磷TP、全钾TK、有机质SOM)及速效养分(硝态氮NO₃⁻-N、铵态氮NH₄⁺-N、有效磷AP、速效钾AK)的含量。各类养分在1~0.25 mm粒径团聚体中的含量普遍最高,提示该粒径范围是养分富集的关键区域,发挥着重要的土壤肥力调节作用。该养分分布规律与Six等
[17]的研究结果高度一致,这说明中等粒径团聚体在维持土壤养分储存及结构稳定性中处于核心地位。
在各施肥处理下,T
4处理显著提高了所有粒径团聚体中的TN, TK和SOM含量,尤以1~0.25 mm粒径团聚体表现最为突出。例如,T
4处理下该粒径团聚体的TN含量达到2.18 g/kg,较对照组(CK)提升约190.67%,表明复合施肥促进了养分的持续供应与有效积累。TP含量在T
1处理(单一化肥)下略优,可能因化肥中磷素易被土壤固定,显示了磷素供给形式对其在团聚体中分布的显著影响
[18]。1~0.25 mm团聚体中T
4处理SOM含量最高,为CK的4.72倍,原因可能是: ①生物有机肥的施用直接补充果树生长发育必需的有效养分,提高了有机质输入; ②混合施肥通过促进土壤大团聚体内的微团聚体形成,从而调控了养分释放的强度与速率,进一步增强了有机质的积累。
速效养分方面,T4处理显著促进了NO₃⁻-N和AK的积累,且含量随施肥强度递增。AP在T1处理下表现较佳,提示过量有机肥施用可能导致磷元素缓释或被微生物固定,从而暂时降低其有效性,此现象亟需进一步探讨其释放机制。总体而言,T4处理通过改善土壤结构与微生态环境,增强了团聚体对养分的固定与缓释能力,有效保障了养分供应的稳定性与持续性。
已有研究指出,科学的施肥管理能够显著提高作物产量与品质
[19],其中化肥与有机肥的合理配施对玉米等作物增产效果明显
[20]。本研究中,各施肥处理(T
1,T
2,T
3,T
4)在核桃产量及品质方面均显著高于对照组(CK),且产量随施肥年限增加呈持续增长趋势。增产机制可能包括两方面:一是施用生物有机肥提高了土壤微生物活性,促进有机质分解与养分转化,使生育期的果树最大程度上吸收利用矿质养分,从而增加了核桃产量;二是土壤有机质含量上升加速土壤团聚体固氮、硫化、氧化等过程,促使土壤中难溶性养分的释放,增加土壤有效养分含量,为核桃树生长提供更全面的营养支持。杨瑞平等
[21]研究也表明,羊厩肥与化肥配施可显著促进马铃薯干物质积累,实现增产。
在果实品质方面,T
4与T
2处理表现尤为突出。T
4处理下核仁的磷、钾含量最高,铁含量达34.56 mg/kg;T
1与T
2处理则显著提高了锰含量,而T
2与T
4处理显著增加了锌含量。施肥处理普遍提高了核仁中矿质元素的含量,这一结果与张倩
[22]的研究结论一致。在物理性状与营养品质方面,T
2,T
3和T
4处理均表现出显著改善作用。具体表现为三径均值、单果干重和仁重增加,壳厚减小,出仁率与含油率提高,蛋白质和总氨基酸含量上升,从而有效优化了坚果的商品性与食用品质
[23]。核仁中不饱和脂肪酸与必需氨基酸含量是评价其营养价值的关键指标。本研究中,T
2,T
3和T
4处理均能显著提高不饱和脂肪酸总量,同时降低油酸比例,增加亚油酸和亚麻酸含量,该趋势与卢璐等
[24]的报道一致。这一结果可能与施肥改善土壤理化性质(如养分有效性)有关,从而在果树关键生育阶段提供更为均衡的矿质营养,促进核仁中微量元素积累与油脂品质形成,最终综合提升坚果的物理性状与营养品质。
唐敏等
[25]提出蛋白质含量、单果质量、磷含量、出仁率及产量为核桃品质评价的关键指标;时羽杰等
[26]则强调壳厚、三径、硬脂酸与亚麻酸含量为主要因子。本研究选取的营养成分、产量及相关品质指标均涵盖上述关键评价要素。T
4处理在多项指标中表现最优,说明持续的养分供应与微生态环境改善有助于促进树体健康与果实充分发育,综合提升核桃的经济与营养价值。
核桃的经济性状、营养元素及土壤养分之间存在复杂的相互作用网络。研究表明,核仁脂肪酸组成与关键经济性状(如出仁率、仁重等)呈显著正相关
[27],其中含油率与仁重的相关性最强(
r=0.935),而不饱和脂肪酸和蛋白质的高含量可能直接促进果实品质提升。核桃产量与矿质元素(如P, K, Fe, Mg)显著正相关,尤其是P元素(
r=0.925)。
团聚体中TN和SOM与大部分氨基酸呈极显著正相关(p<0.001),说明土壤TN和SOM的积累对氨基酸的组成与分布具有重要影响。AN和AK也与部分氨基酸存在显著正相关(p<0.05),表明土壤中速效养分的有效性也在一定程度上参与调控氨基酸的代谢与转化过程;AP与少数关键氨基酸(如谷氨酸 Glu、丙氨酸 Ala)存在显著正相关(p<0.05),说明土壤中易被利用的磷素可能直接参与了这些特定氨基酸的代谢途径或对产生这些氨基酸的微生物活性有促进作用。中大团聚体(>0.25 mm)中的养分和氨基酸相关性普遍高于微团聚体,暗示大团聚体在养分和氨基酸的固持与稳定中可能发挥更为关键的作用
4 结 论
不同施肥处理可显著提升核桃园土壤团聚体养分及果实产量与品质,其中1~0.25 mm粒级团聚体养分含量最高,且土壤团聚体养分、果实营养元素与产量及经济性状间呈显著正相关。化肥、有机肥与生物有机肥配施(T4)模式在提升土壤养分承载能力、果实产量品质及经济效益方面表现最优,建议作为核桃园优先养分管理方案,以实现土壤质量与果实经济性状协同提升、提质增产持续高效的目标。
国家重点研发计划“逆境对油料树种品质与产量形成的影响机制”(2023YFD2200305)
陕西省重点研发计划“核桃种质资源保护利用及轻简化栽培关键技术研发及产业化”(2023-ZDLNY-18)