萬連杰, 何瑞杰, 何滿, 田洋, 鄭永強,呂強, 謝讓金, 馬巖巖, 鄧烈, 易時來

西南大學(xué) 柑桔研究所/國家柑桔工程技術(shù)研究中心/中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 柑桔研究所,重慶 400712

柑橘是目前我國和世界第一大類的水果[1],我國柑橘產(chǎn)量占全球的28.2%,位居全球榜首.“愛媛28號”橘橙(CitrusreticulateEhima 28)俗稱“紅美人”“果凍橙”,由于果皮顏色鮮艷,皮薄、 果肉嫩、 口感好,且具備早熟和豐產(chǎn)等特點,是近年來市場和生產(chǎn)上主推的優(yōu)質(zhì)雜柑品種之一．

目前,我國柑橘生產(chǎn)上普遍存在不合理甚至過量施用化肥、 忽視施用有機肥的現(xiàn)象,一定程度上影響了我國柑橘優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)與良性可持續(xù)發(fā)展.據(jù)報道,我國主產(chǎn)區(qū)柑橘氮(N)、 磷(P)、 鉀(K)等肥料投入分別過量36.2萬t、 42.5萬t和35.5萬t,而果園有機肥投入嚴(yán)重不足,僅占47.8%[2].柑橘氮肥利用率為20%～30%,遠(yuǎn)低于國外50%左右的水平[3-4].過量施用化肥不但影響了果實產(chǎn)量與品質(zhì),增加了果品生產(chǎn)成本,還對果園土壤板結(jié)、 水體富營養(yǎng)化、 溫室氣體排放等帶來潛在風(fēng)險.當(dāng)前我國有機肥替代化肥逐漸成為研究熱點[5],已經(jīng)在蘋果[6]、 芒果[7]、 荔枝[8]、 柑橘[3,9-11]等水果上開展了相關(guān)試驗研究.方林發(fā)[9]在一年生大雅柑幼苗的盆栽試驗中發(fā)現(xiàn),綠肥替代75%～100%的化學(xué)氮肥有利于促進(jìn)幼苗對氮素吸收和干物質(zhì)量的積累.侯海軍等[10]對椪柑的研究發(fā)現(xiàn),有機肥替代無機氮肥增產(chǎn)了14%～21%,可滴定酸降低了15%～19%,維生素C提高了42.9%～59.3%.此外,在塔羅科血橙[12]、 檸檬[13-14]上的研究表明,減施化肥、 配施有機肥有利于提高果實產(chǎn)量與品質(zhì),還對果園土壤養(yǎng)分和有機質(zhì)有一定的提升效果.目前,減施化肥、 配施有機肥的相關(guān)研究主要集中在減施氮肥對農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量品質(zhì)影響等方面,而未見等量N，P，K養(yǎng)分下減施化肥配施有機肥在柑橘養(yǎng)分吸收和產(chǎn)量品質(zhì)等方面的研究報道,尤其對初結(jié)果樹柑橘的研究鮮見報道.本研究以“愛媛28號”初結(jié)果樹為對象,研究等量N，P，K條件下,不同有機肥替代比例對其養(yǎng)分吸收利用和產(chǎn)量品質(zhì)的影響,以期獲得最佳有機肥替代比,為柑橘化肥科學(xué)減量和有機肥合理增施提供理論依據(jù)．

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2020-2021年在四川省廣安市武勝縣壹志嘉樹果業(yè)專業(yè)合作社生產(chǎn)園進(jìn)行.該果園地處北緯30°38′、 東經(jīng)106°17′,為亞熱帶季風(fēng)氣候型,年均氣溫18 ℃,年均日照時長1 181.1 h,年均降水量1 087 mm.果園土壤為紫色土,由水稻田改建而成,其中土壤pH值為5.6,堿解氮含量96.58 mg/kg,有效磷含量82.36 mg/kg,速效鉀含量79.85 mg/kg,有機質(zhì)含量15.71 g/kg,土壤基礎(chǔ)肥力中等略偏低.供試柑橘品種為“愛媛28號”(Citrusreticulate“Ehima 28”),砧木為紅橘,3年生初結(jié)果樹.果園種植模式為起壟栽植,株行距為3 m×4 m．

供試肥料為尿素(四川天華股份有限公司,含N比例46.7%)、 鈣鎂磷肥(湖北禹暉化工有限公司,含P2O5量比例為12%)、 硫酸鉀(國投新疆羅布泊鉀鹽有限公司,K2O含量51%)、 生物有機肥(成都正富生物科技有限公司,其中N，P，K總養(yǎng)分≥5.0%,有機質(zhì)≥40.0%,有效活菌數(shù)≥0.20億/g,含有枯草芽孢桿菌、 側(cè)孢短芽孢桿菌、 地衣芽孢桿菌等菌種)．

1.2 試驗設(shè)計

試驗設(shè)不施肥(CK)、 單施化肥(FP)、 生物有機肥替代化肥(S1,S2,S3,S4)等共6個處理,處理S1，S2，S3，S4的N，P和K養(yǎng)分均與FP相同,具體試驗設(shè)計如表1所示.單行柑橘樹為1個處理,選擇生長健壯、 長勢相對一致的植株14株,頭和尾各留一株作為保護樹(采樣時避開此樹),每3株為1個重復(fù),共4個重復(fù).在3月、 7月和10月分別進(jìn)行3次施肥,其中有機肥在10月配合化肥一次性施入土壤,3月和7月追施化肥.N，P，K肥3次施用的比例分別為1∶1∶0.5,0.4∶0.6∶1,0.6∶1∶0.4.施肥位置為樹體行間兩側(cè)滴水線外側(cè)各挖1個長×寬×深為1 m×0.2 m×0.3 m的條溝,將肥料與挖出的土拌勻后回填處理.果園病蟲害和其他田間管理按當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)技術(shù)統(tǒng)一進(jìn)行．

表1 施肥試驗設(shè)計

1.3 采樣與項目測定

1.3.1 枝、 葉、 根樣品采集與養(yǎng)分測定

分別于4月、 7月和11月采集當(dāng)年生花朵、 春梢和秋梢,在樹冠四周分上、 中、 下3層,每層4個方位各采集2個枝條和花朵,每3株樹混合采集為一個樣品,每個處理4次重復(fù).采集后的樣品立即放入事先準(zhǔn)備好的帶有冰袋的保鮮盒中臨時保存,迅速帶回實驗室進(jìn)行枝葉分離,并用去離子水洗凈并擦干樣品,再將樣品放置在恒溫干燥鼓風(fēng)箱中105 ℃殺青30 min,然后80 ℃烘干至恒質(zhì)量并稱量,后用H2SO4-H2O2法消煮制備成待測液,分別用半微量凱氏定氮法、 鉬銻抗比色法、 火焰光度法測定N，P，K含量[15].7月在所有處理樹的同一側(cè)方向去除地表雜草等非土物質(zhì)后,沿樹冠滴水線朝內(nèi)取長×寬×深為20 cm×20 cm×40 cm的土塊,將土塊中的根系取出并清洗干凈,按照葉片類似的操作方法測定養(yǎng)分含量．

1.3.2 果實樣品采集與產(chǎn)量、 品質(zhì)測定

于11月調(diào)查單株產(chǎn)量,沿樹冠4個方位各采1個果,3株樹為1個混合樣品,每個果樣共12個果,4次重復(fù).每個樣品隨機分成兩份,一份用于烘干并按葉片和枝條相同方法進(jìn)行果實N，P，K養(yǎng)分測定,另一份測定果實內(nèi)外品質(zhì)指標(biāo).去離子水洗凈果實后擦干,測定單果質(zhì)量和果實縱橫徑等,然后采用CR-10手持色差計(日本柯尼卡美能達(dá)公司)測定果面色差(Lab色差模型)[16].L表示亮度,值越大表示亮度越高； a表示紅綠色度,值越大越紅,反之越綠； b表黃藍(lán)色度,值越大越黃,反之越藍(lán).用游標(biāo)卡尺測定果皮厚度,硬度用GY-4果實硬度計(浙江托普儀器有限公司研制)測定,榨汁后采用PAL-1數(shù)顯糖度儀(日本ATAGO公司)測定可溶性固形物(TSS),NaOH中和滴定法測定可滴定酸含量(TA),2,6-二氯苯酚吲哚酚鈉滴定法測定維生素C(Vc)含量．

1.3.3 土壤樣品采集與養(yǎng)分測定

于采果前采集土壤樣品,距樹冠滴水線施肥穴同側(cè)10 cm左右處采集土壤樣品,每3株樹的土壤樣品混合為一份土壤樣品,每個處理4次重復(fù).采集后的樣品帶回實驗室,自然風(fēng)干過篩后測定土壤有機質(zhì)、 土壤pH、 堿解氮、 有效磷、 速效鉀等含量[15]．

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法

采用Microsoft Excel 2019，SPSS 25.0和GraphPad Prism 5對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和繪圖,采用Dancan新復(fù)極差法對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析.肥料貢獻(xiàn)率(%)=(施肥處理產(chǎn)量-不施肥處理產(chǎn)量)/施肥處理產(chǎn)量×100%[17]．

2 結(jié)果與分析

2.1 有機肥替代化肥對樹體養(yǎng)分的影響

從試驗結(jié)果可以看出,春梢葉片和枝條的養(yǎng)分含量高于秋梢,葉片和枝條均以N最大,其次為K,P相對最低,且隨著有機肥替代比的增加,葉片和枝條的N，P和K質(zhì)量分?jǐn)?shù)均呈先升高后降低的趨勢.相比FP處理,4個有機肥替代處理春梢葉片N，P和K質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異均無統(tǒng)計學(xué)意義； S2和S3處理的春梢枝條P含量分別增加了16.4%和19.1%,其較S1和S4差異也具有統(tǒng)計學(xué)意義； S3處理的春梢枝條K質(zhì)量分?jǐn)?shù)與提高了18.0%,且相比其他有機肥替代處理差異也有統(tǒng)計學(xué)意義.S3處理的秋梢葉片N和P質(zhì)量分?jǐn)?shù)比FP顯著增加了9.2%和10.6%,各有機肥替代處理(除S1)的秋梢葉片K質(zhì)量分?jǐn)?shù)較FP均有明顯提升； S3處理的秋梢枝條K質(zhì)量分?jǐn)?shù)較FP顯著增加了13.2%,秋梢枝條各有機肥替代處理間的N,P和K質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異均無統(tǒng)計學(xué)意義.根和花的養(yǎng)分也均以N質(zhì)量分?jǐn)?shù)最大,其次為K,P相對最低,且隨著有機肥替代比的增加,根和花中N，P和K質(zhì)量分?jǐn)?shù)均呈先增后降的趨勢.其中根S3和S4處理的N，P質(zhì)量分?jǐn)?shù)比FP處理分別提高了18.4%和9.9%,25.0%和13.4%,根S2和S3處理的K質(zhì)量分?jǐn)?shù)比FP處理分別增加了28.1%和32.8%,差異均有統(tǒng)計學(xué)意義； S2和S3處理的花中P質(zhì)量分?jǐn)?shù)較FP處理分別增加了45.2%和41.9%,但各施肥處理(FP和S1～S4)之間的N和K差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(表2)．

此外,各施肥處理的果實養(yǎng)分含量較CK均有所提升,果實養(yǎng)分變化規(guī)律和根、 花類似,均以N最高,其次為K,P相對最低,且隨著有機肥替代比的增加,果實N,P和K質(zhì)量分?jǐn)?shù)均呈先增后降的趨勢.其中S3處理的果實中N質(zhì)量分?jǐn)?shù)比FP增加了7.6%,差異有統(tǒng)計學(xué)意義； 而各施肥處理P和K之間差異無統(tǒng)計學(xué)意義.由此可知,減施化肥并補施生物有機肥不僅不會影響“愛媛28號”橘橙各組織對養(yǎng)分的吸收利用,一定程度上還能改善和提升吸收利用的效果,以S2和S3處理對“愛媛28號”橘橙各器官組織的養(yǎng)分吸收效果較好(表2)．

表2 不同處理對“愛媛28號”橘橙各組織養(yǎng)分的影響 g/kg

2.2 有機肥替代化肥對土壤養(yǎng)分的影響

對土壤養(yǎng)分的分析可知,各有機肥替代處理的土壤理化性質(zhì)較CK和FP均有提升,且總體上土壤pH值和土壤有機質(zhì)隨有機肥替代比的增加而增加,土壤堿解氮、 有效磷和速效鉀均隨有機肥替代比的增加呈先升后降的趨勢.其中,各施肥處理的土壤pH值變化范圍為5.56～6.48,基本都在最適宜土壤pH值(5.50～6.50)范圍內(nèi),各有機肥替代處理的土壤pH值比FP增加了3.4%～16.5%,除S1外差異均有統(tǒng)計學(xué)意義； 各有機肥替代處理的土壤有機質(zhì)值變化范圍為20.17～24.75 g/kg,基本都在適宜的土壤有機質(zhì)范圍內(nèi),各有機肥替代處理的土壤有機質(zhì)比FP提高了5.8%～22.7%,但僅S4處理有明顯提升； S3處理的土壤堿解氮和速效鉀比FP分別增加了14.1%和12.55,差異有統(tǒng)計學(xué)意義； 各有機肥替代處理的土壤有效磷比FP提高10.3%～19.0%,差異有統(tǒng)計學(xué)意義.由此可知,有機肥替代化肥處理能改善和提升土壤的理化性質(zhì),以S3處理的效果相對較好(表3)．

表3 不同處理對“愛媛28號”橘橙園土壤理化性質(zhì)的影響

2.3 有機肥替代化肥對產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

2.3.1 有機肥替代化肥對產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

如表4所示,相比CK處理,各施肥處理的產(chǎn)量、 單果質(zhì)量、 橫徑和縱徑均有明顯增加,且隨有機肥替代比的增大,各有機肥替代處理的產(chǎn)量、 單果質(zhì)量、 橫徑、 縱徑和果形指數(shù)總體上均呈先升后降的趨勢.其中,相比FP處理,各有機肥替代處理的產(chǎn)量增加了7.4%～26.2%,但僅S2和S3處理較FP差異有統(tǒng)計學(xué)意義,且S3處理較S1和S4處理增產(chǎn)了17.4%和14.8%； 各有機肥替代處理的單果質(zhì)量增加了1.8%～30.3%,除S1外,差異均有統(tǒng)計學(xué)意義,且S2和S3處理較其他有機肥替代處理差異也有統(tǒng)計學(xué)意義； S2處理的橫徑增加了11.5%,但較S3處理差異無統(tǒng)計學(xué)意義； S3處理的縱徑增加了10.8%,較其他處理差異也有統(tǒng)計學(xué)意義； 而各處理的果形指數(shù)差異均無統(tǒng)計學(xué)意義.以上結(jié)果說明,有機肥替代處理一定程度上能增加“愛媛28號”橘橙果實的橫徑和縱徑,提高果實的單果質(zhì)量和產(chǎn)量,以S2和S3處理的效果較好．

表4 不同處理對“愛媛28號”橘橙產(chǎn)量和果實大小的影響

小寫字母不同表示處理間差異有統(tǒng)計學(xué)意義(p<0.05)．圖1 不同處理對“愛媛28號”橘橙 果實可食率和出汁率的影響

2.3.2 有機肥替代化肥對果實品質(zhì)的影響

從試驗結(jié)果可以看出,各施肥處理對“愛媛28號”橘橙果實可食率和出汁率也有不同程度的影響,相較CK和FP,各有機肥替代處理的果實可食率和出汁率均有所提高,且隨有機肥替代比的增大,總體上呈現(xiàn)先增后減的趨勢.其中,相比FP處理,各有機肥替代處理的果實可食率和出汁率分別增加了0.4%～2.2%和1.7%～3.5%,以S2和S3處理相對較高,但各施肥處理之間差異均無顯著差異統(tǒng)計學(xué)意義(圖1)．

試驗對“愛媛28號”橘橙果皮特性和果實內(nèi)在品質(zhì)進(jìn)行了測定,結(jié)果可知,各施肥處理對“愛媛28號”橘橙果皮亮度(L)、 紅色度(a)、 黃色度(b)、 著色度(a/b)、 果皮硬度和果皮厚度等果皮特性均有不同程度的影響,增施有機肥處理的果皮特性較CK和FP均有改善,且隨有機肥替代比的增加,各有機肥處理的各項果皮外觀指標(biāo)呈現(xiàn)先升后降的趨勢,其果皮硬度和果皮厚度總體上呈現(xiàn)降低的趨勢.相比FP處理,各有機肥替代處理的a值增加了38.0%～104.9%,除S1外差異均有統(tǒng)計學(xué)意義,其他各有機肥處理間差異無統(tǒng)計學(xué)意義； 各有機肥替代處理的b值增加了5.7%～12.3%,除S4外差異均有統(tǒng)計學(xué)意義,其他各有機肥處理間差異無統(tǒng)計學(xué)意義； S3處理的a/b值增加了41.2%,較其他有機肥處理差異無統(tǒng)計學(xué)意義.各有機替代處理的L值、 果皮硬度和果皮厚度均以S3處理相對較好,但各處理與FP相比差異無統(tǒng)計學(xué)意義.進(jìn)一步統(tǒng)計分析可知,各有機肥替代處理的可溶性固形物、 可滴定酸、 固酸比和維生素C等內(nèi)在指標(biāo)較CK和FP均有改善,且隨有機肥替代比的增大,果實可溶性固形物和固酸比呈升高、 可滴定酸呈降低、 維生素C呈先升后降的趨勢.其中相比FP處理,S4處理的可溶性固形物和固酸比分別增加了8.5%和23.5%,差異有統(tǒng)計學(xué)意義； S4處理的可滴定酸降低了14.8%,但較其他有機肥替代處理差異均無統(tǒng)計學(xué)意義； 各有機肥替代處理的維生素C增加了2.8%～18.6%,除S1外差異均有統(tǒng)計學(xué)意義,且S3處理相較S1和S2處理增加了15.4%和7.7%.由此說明,有機肥替代處理一定程度上能改善“愛媛28號”橘橙果皮特性和果實內(nèi)在品質(zhì),以S3處理相對較好(表5)．

表5 不同處理對“愛媛28號”橘橙果皮特性和果實內(nèi)在品質(zhì)的影響

2.4 有機肥替代化肥對肥料貢獻(xiàn)率的影響

由圖2a可知,各有機肥替代處理的肥料貢獻(xiàn)率為51.8%～59.3%,均高于FP處理的肥料貢獻(xiàn)率,且隨有機肥替代比的增大,各處理的肥料貢獻(xiàn)率呈先增后減的趨勢.其中相比FP處理,各有機肥替代處理的肥料貢獻(xiàn)率增加了6.3%～21.7%,但僅S3處理與FP差異有統(tǒng)計學(xué)意義,各有機肥替代處理之間差異無統(tǒng)計學(xué)意義.由圖2b可知,進(jìn)一步曲線擬合分析得出,果實產(chǎn)量(y)與有機肥替代比(x)的擬合方程為y=-1.932 4x2+99.277x+5 572.9,其中決定系數(shù)R2為0.79,拐點出現(xiàn)在S3附近,進(jìn)一步分析可知有機肥替代比在S2和S3處理間產(chǎn)量相對最高.由此可見,有機肥替代比并不是越高越好,適量的有機肥替代化肥才能有效地提高肥料貢獻(xiàn)率和果實產(chǎn)量．

曲線擬合中有機肥替代比例以替代N計量．圖2 不同處理“愛媛28號”橘橙園的肥料貢獻(xiàn)率(a)及曲線擬合(b)

3 討論

有機肥富含各種礦質(zhì)元素,減施化肥并配施有機肥可有效促進(jìn)養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化[18].據(jù)報道[19],適量有機肥與化肥配施能促進(jìn)柑橘幼苗的生長、 降低根冠比以及促進(jìn)樹體對各養(yǎng)分的吸收.本試驗結(jié)果表明,各有機肥替代處理不同程度地改善和提高了葉片、 枝條、 根系、 花和果等器官組織的氮、 磷、 鉀的養(yǎng)分含量,且以S2和S3處理對“愛媛28號”橘橙各器官組織的養(yǎng)分吸收效果相對較好.這與杜春燕[6]、 司若彤等[7]分別在臺農(nóng)杧果和番茄上的研究結(jié)果規(guī)律一致.有機肥同時含有多種活性物質(zhì),如氨基酸、 微生物、 有機碳等,在土壤上施用相當(dāng)于給土壤“接種”,有利于培肥土壤地力.研究表明,農(nóng)田長期施用有機肥能提高有機質(zhì)、 土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分以及改善土壤結(jié)構(gòu),從而增強土壤保肥供應(yīng)養(yǎng)分的能力[20-21].本試驗結(jié)果表明,各有機肥替代處理的土壤pH值相比單施化肥處理提高了3.4%～16.5%,一定程度上減輕了土壤酸化,各有機肥替代處理的土壤有機質(zhì)提高了5.8%～22.7%,且有機肥施用量越大,有機質(zhì)含量也相應(yīng)有所增加.這與李司童[22]和Li等[23]的研究結(jié)果類似,可能與生物有機肥中富含多種有機物有關(guān)．

研究表明,一定量的化肥減量配施有機肥有利于作物產(chǎn)量的提高[18,26-27].本研究中各有機肥替代處理的單果質(zhì)量、 產(chǎn)量分別比單施化肥增加了1.8%～30.3%,7.4%～26.2%,且以有機肥替代處理S2和S3的增產(chǎn)效果較好,這可能與有機肥替代化肥處理的礦質(zhì)養(yǎng)分豐富齊全且生物有機肥中含有多種有益活性物質(zhì)促進(jìn)了樹體的生長發(fā)育有關(guān).有機肥替代化肥處理的果皮著色度,果實可溶性固形物、 可滴定酸、 固酸比和維生素C等品質(zhì)指標(biāo)比單施化肥(FP處理)均有不同程度的改善或提升； 一方面可能與有機肥相比單施化肥處理提供了更為豐富的養(yǎng)分有關(guān),另一方面可能是因為有機肥提高了柑橘葉片光合作用,促進(jìn)了糖類等光合產(chǎn)物的合成.這與杜玉霞等[28]、 Hazarika等[14]和李國良等[29]在檸檬和貢柑上的研究結(jié)果一致.其他果皮特性指標(biāo)如果皮亮度值、 果皮硬度和果皮厚度等,有機肥替代處理組和FP處理相比差異均無統(tǒng)計學(xué)意義,這可能與“愛媛28號”橘橙初結(jié)果樹體自身的生長生理特性有關(guān),相關(guān)研究還需進(jìn)一步深入.各有機肥替代處理的肥料貢獻(xiàn)率相比FP處理提高了6.3%～21.7%,且曲線擬合結(jié)果分析表明,各有機肥替代處理中,S2與S3處理之間的產(chǎn)量相對較高.各指標(biāo)綜合分析表明,有機肥替代處理中S2和S3處理的效果相對較好,可能與該處理能滿足“愛媛28號”橘橙初結(jié)果樹體對養(yǎng)分及時供應(yīng)和生長生理的需求有關(guān),有機肥替代量并不是越大越好,因為有機肥中的養(yǎng)分含量相對較低且大多為有機形態(tài)存在,短期內(nèi)難以被微生物分解礦化,一定程度上會影響柑橘生長旺盛階段對養(yǎng)分的大量需求,前人[3，6，9，22，30-31]也有類似的研究報道．

4 結(jié)論

在本研究條件下,與單施化肥相比,生物有機肥部分替代化肥一定程度上促進(jìn)了“愛媛28號”初結(jié)果樹各器官組織的養(yǎng)分吸收與利用； 提高了“愛媛28號”橘橙初結(jié)果樹的產(chǎn)量,改善了果實外觀與內(nèi)在品質(zhì),且一定范圍內(nèi)提高了果園土壤pH值、 有機質(zhì)含量以及土壤有效氮、 磷、 鉀的質(zhì)量分?jǐn)?shù)； 尤以S2和S3處理的綜合效果相對較好,即生物有機肥替代20%～30%的氮肥、 40%～60%的磷肥和30%～45%的鉀肥效果最佳．