包膜摻混肥對蘋果園土壤養分、果實產量和品質的影響

范偉國，楊洪強，王 超，楊 超，張 民

(1.山東農業大學 園藝科學與工程學院，作物生物學國家重點實驗室，山東泰安 271018；2.山東農業大學 資源與環境學院，山東泰安 271018)

施肥不僅能提高果樹產量、改善果實品質，還能夠培肥沃土，促進果樹生產的可持續發展；但不當的施肥方式和不合理的肥料，不僅達不到高產優質的目的，還會造成環境污染，威脅果品質量安全，其中，肥料中的可溶性成分通過徑流或者淋溶進入河流和地下水，是施肥污染環境的主要途徑[1]。普通化學肥料施入土壤后會迅速溶解，這可滿足果樹的即時需要，但也很容易流失，導致利用率降低并引發環境污染等。緩控釋肥是一種通過各種措施預先設定肥料在作物整個生育周期的養分釋放模式，使其養分釋放規律同作物養分吸收規律同步的肥料[2]，能夠有效控制養分的釋放，具有增產增效、省力環保等特點[3-4]。脲醛、包膜尿素、袋控肥等緩控釋肥在水稻、辣椒、大白菜、一串紅等作物上的應用表現為不但產量增加，而且水稻成穗數、辣椒單果質量及坐果率提高，還能促進根系的生長發育，提高氮肥利用率等[4-9]；在柑橘和蘋果等果樹上的應用發現,施用脲醛和聚合物包膜尿素能增加產量，促進果實著色等[10-11]。但是，這些研究探討的主要是單一釋放期緩控釋肥的效果，單一釋放期控釋肥養分釋放曲線多為拋物線型[12]，與果樹對土壤的養分吸收規律有較大差異，即控釋肥養分大量釋放期并不是果樹大量吸收養分的時期。包膜摻混肥又稱包膜配方肥、BB肥(Bulk blending fertilizer)，由不同釋放期的包膜控釋肥及粒徑相近的多種單質肥料和復合肥料按一定比例摻混而成，其養分在作物生長發育的各個時期都有釋放，釋放規律更接近作物養分吸收規律。本研究以‘富士’蘋果為試材，以果樹專用包膜控釋肥為主要原料做出摻混肥，通過5 a的定點定位施用試驗，探討包膜摻混肥對蘋果產量、果實品質及樹體和土壤養分質量分數等的影響，為蘋果合理施肥及控釋肥的開發利用提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗在山東省曲阜市果樹高新科技示范園內進行，果園土壤為沖積輕粘土質，有機質11.5 g/kg，全氮1.44 g/kg，堿解氮77.7 mg/kg，速效磷45.3 mg/kg，速效鉀260.0 mg/kg，pH 6.18。試驗樹為12～17 a生‘紅富士’蘋果(長富2/M26/八棱海棠)，株行距1.8 m×3.3 m，每株蘋果樹每年11月上中旬施入豬糞腐熟有機肥25 kg，果園管理水平中等，各植株生長勢基本一致。

試驗所用包膜摻混肥2種：包膜摻混肥1(BBF1)的氮、磷、鉀配比為20∶10∶15，總養分質量分數為45.6%(其中控釋氮67%、控釋磷14%、控釋鉀9%，控釋期為6個月)；包膜摻混肥2( BBF2)的氮、磷、鉀配比為24∶6∶15，總養分質量分數為44.3%(其中控釋氮64%，不控釋磷及鉀，控釋期為6個月)。試驗所用普通化肥配方總養分的質量分數及氮、磷、鉀配比等營養成分組成與BBF1完全一致。

1.2 試驗設計與處理

試驗處理為溝施BBF1和BBF2，于每年3月3-10日通過放射狀溝施肥法一次性施入；對照(CK)為溝施普通化肥，采用當地果農慣用方式，每年3月上旬和8月下旬按照放射溝施肥法各施1次。處理和對照每年每株果樹施肥總量均為1.0 kg。以9株蘋果樹為1個處理小區，重復5次。2007年3月進行第1次試驗，之后連續5 a在同位點進行相同施肥試驗，直至2011年。

1.3 項目指標測定方法

1.3.1 養分質量分數 于每年3月和11月分別取土壤樣品，展葉后取葉片樣品，秋季果實成熟后取果實樣品帶回實驗室測定各項指標。土壤樣品采集用土鉆法，分0～20和20～40 cm 2個土層，每株樹分4個方位取土，距離樹干55～70 cm，距離施肥溝5～15 cm內取樣，每株樹4個樣品分層混合作為1個重復，每處理取4個重復。土壤樣品風干后研磨過20目土壤篩，備用；葉片樣品洗凈、烘干(先110 ℃殺青30 min，然后80 ℃烘干至恒量)、研磨過60目篩，備用。

植物樣品氮、磷、鉀測定采用硫酸-雙氧水消煮，凱式定氮儀測氮、釩鉬藍比色法測磷、火焰光度計法測鉀；土壤堿解氮用擴散皿法測定，土壤速效磷用碳酸氫鈉浸提、釩鉬藍比色法測定，土壤速效鉀用冷稀硝酸浸提、火焰光度計法測定[13]。

1.3.2 果實香氣物質 果實香氣測定試驗在山東農業大學園藝中心實驗室進行，將果實洗凈，晾干，去核，切碎混勻后，立即稱取5.00 g，放入25 mL PE 頂空進樣瓶內，鋁制瓶蓋和硅橡膠墊密封編號后，放入自動進樣器內，設定參數，自動處理。試驗得到的蘋果果實香氣成分各組分質譜圖經計算機譜庫(NIST05)檢索及資料分析，檢出主要香氣成分的相對質量分數(日本島津公司 GC-MSQP 2010 Plus 氣相色譜—質譜聯用儀和美國PE公司的 TurboMatrix 40HS頂空進樣器)。 Rtx-1MS(30 m×0.25 mm×0.25 mm)色譜柱， 色譜條件：進樣口溫度 200 ℃；起始溫度 45 ℃，保持 1 min；以5 ℃/min 升至 120 ℃；再以 8 ℃/min 的速度上升至250 ℃。載氣 He(99.999%)，流速 1.27 mL/min。質譜條件：電離方式 EI，電子能量 70e V，離子源溫度200 ℃，接口溫度 180 ℃。掃描質量范圍 45～450 amu。

1.3.3 果實一般品質 果實樣品帶回實驗室后，立即測定果皮花青素質量分數、含糖量、硬度、可滴定酸及維生素C質量分數等。單果質量=單株總產量/果實總個數；花青素質量分數測定參照文獻[14]，用20 mol/L鹽酸乙醇提取、分光光度計測定；含糖量用便攜式糖量計測定，用硬度計測量果實去皮硬度；維生素C質量分數用2,6-二氯酚靛酚滴定法測定，可滴定酸用氫氧化鈉滴定法[13]。

1.4 統計分析方法

試驗數據采用SPSS 17.0進行統計分析。各處理間顯著性差異分析采用最小顯著差數法(LSD)。

2 結果與分析

2.1 包膜摻混肥對蘋果園土壤養分質量分數的影響

包膜摻混肥連續5 a定點定位施用，總體看，土壤堿解氮的質量分數比對照略高，土壤速效磷和速效鉀的質量分數均比對照明顯提高；2種包膜摻混肥處理間土壤堿解氮(除2007年外)和速效鉀的質量分數均無顯著差異(圖1)。由土壤養分年動態變化(圖2)看出，包膜摻混肥處理在蘋果生長后期(秋季)土壤堿解氮的質量分數較高且穩定，BBF1處理效果更好；與普通化肥相比，包膜摻混肥處理的蘋果園土壤速效磷和有效鉀在1 a 中能維持較穩定的質量分數。

2.2 包膜摻混肥對蘋果葉營養的影響

圖3顯示，包膜摻混肥處理的春季‘富士’葉片氮、磷和鉀的質量分數(從2008年開始)連續4 a 均比對照顯著提高，2種摻混肥處理間差異不明顯。包膜摻混肥處理的葉片氮、磷和鉀的質量分數1 a中均能維持較高水平(圖4)。春季葉片中較高的氮、磷及鉀的質量分數，利于‘富士’坐果率的提高和優質果的形成，秋季(9月后)葉的氮、鉀、磷也維持較高水平，利于果實品質的提高和產量的增加。

圖中不同字母表示處理間差異達到5%顯著水平。下同。

Different letters are significant among treatments at the 5% level. The same below.

圖1包膜摻混肥對春季蘋果園土壤氮、磷、鉀質量分數的影響
Fig.1EffectofblendingcoatedfertilizeronmassfractionofN,PandKinspringappleorchardsoil

2.3 包膜摻混肥對蘋果產量的影響

2種包膜摻混肥處理的‘富士’蘋果單株產量連續5 a均比對照明顯提高(圖5)，BBF1增產率分別為16.0%、41.4%、32.3%、32.7%和26.4%，施用BBF2單株產量分別增加27.2%、20.5%、85.7%、41.8%和24.4%。綜合5 a單株產量，BBF2處理的單株產量(平均為39.9%)高于BBF1(平均為29.7%)，但從2010和2011年數據看，2種摻混肥處理的單株產量趨于接近。試驗調查得出，‘富士’蘋果單果質量的增加是增產的主要原因。3種處理的優質果率(主要參考果實大小和著色情況)分別為76.7%、82.4%、77.2%，摻混肥處理的高于對照處理的，特別是BBF1處理的優質果率最高。

圖中數據為處理第4年的數據 Data are for the fourth year.

圖2包膜摻混肥對蘋果園土壤氮、磷、鉀質量分數動態變化的影響
Fig.2EffectofblendingcoatedfertilizeronchangeofmassfractionofN,PandKinappleorchardsoil

圖3 包膜摻混肥對蘋果葉氮、磷、鉀質量分數的影響Fig.3 Effect of the blending coated fertilizer on mass fraction of N, P and K in apple tree leaf

2.4 包膜摻混肥對蘋果果實品質的影響

2.4.1 香氣物質 由表1看出，‘富士’蘋果中揮發物質主要是3-甲基丁醇乙酸酯、2-甲基戊醇乙酸酯2種酯類物質，占總揮發物質的37%～48%。包膜摻混肥2個處理的3-甲基丁醇乙酸酯明顯降低，而具有特殊蘋果香味的揮發物質如2-甲基丁酸乙酯、丁酸乙酯、2-甲基戊醇乙酸酯、己酸乙酯等的相對質量分數明顯增加，醛類和烷類等物質未檢出，醇類物質質量分數下降。包膜摻混肥2個處理的揮發物質種類比對照減少，但BBF1處理的酯類總量(83.09%)比對照(74.13%)明顯增加。BBF1處理的醇類和酸類物質質量分數比BBF2處理的低，而酯類物質總量比BBF2處理的顯著提高，其中，具有特殊蘋果香味的揮發物質如2-甲基丁酸乙酯、丁酸乙酯和己酸乙酯等酯類揮發物質相對質量分數也同時增加。暗示包膜摻混肥處理后‘富士’蘋果香味增加，特別是BBF1處理的‘富士’蘋果果實香氣更濃。

圖中數據為處理第4年的數據 Data are for the 4th year

圖5 包膜摻混肥對蘋果單株產量的影響Fig.5 Effect of blending coated blending fertilizer on yield per plant in apple tree

蘋果α-法尼烯可能是導致蘋果貯藏期間蘋果虎皮病的誘因[15]，包膜摻混肥處理的‘富士’蘋果中此種物質未檢測出，成熟期間速效氮肥供應過快和過多可能是導致富士蘋果成熟時果實中蘋果α-法尼烯質量分數增加的原因。

2.4.2 其他指標 包膜摻混肥處理后‘富士’蘋果果實單果質量、花青素質量分數、含糖量和果實維生素C質量分數(除2010年外)各年份均比對照處理有不同程度提高，其中單果質量和花青素質量分數變化更明顯；而果實硬度和可滴定酸質量分數各年份間有較大變化，規律性不強。BBF1處理的花青素質量摩爾濃度明顯高于BBF2處理的，2009-2010年BBF2處理的單果質量比BBF1處理的略高，其他指標間2種摻混肥處理的無顯著差異(表2)。結果顯示，施用包膜摻混肥能明顯提高‘富士’蘋果果實的單果質量和促進果實著色，但對果實含糖量、可滴定酸質量分數、果實硬度和維生素C質量分數等指標的影響不顯著；其中施用BBF1對促進‘富士’果實著色效果更好。

表1 包膜摻混肥與普通摻混肥間香氣物質成分比較(相對質量分數%)(表中物質相似度均大于80%。Match>80%)Table 1 Comparison of main aroma compounds between blending coated fertilizer and common fertilizer

表2 包膜摻混肥對果實品質的影響Table 2 Effect of blending coated fertilizer on fruit quality

注：同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

Note: Lowercase letters in the columns indicate significance(P<0.05).

3 討 論

3.1 包膜摻混肥釋放規律與蘋果養分吸收規律的吻合性

‘富士’蘋果樹的生長發育具有一定的規律性，需肥時期較集中，1 a需要多次施肥才能滿足樹體生長發育的需要，而施肥量和時期往往把握不準，從而造成肥料利用率偏低。土壤自身的基礎養分不改變果樹的養分吸收規律，只影響養分供應總量，對肥料養分供應規律影響不大[16]，包膜摻混肥可以根據蘋果樹需肥特性進行肥料養分釋放規律的設計和控制，目前主要控制易于流失的氮肥的釋放。摻混肥中氮肥包括易于蘋果樹根系吸收利用的以尿素為主的酰胺態氮肥和銨態氮肥，33%～36%的未包膜普通氮肥、25%～28% 的控釋3～4個月的硫包膜氮肥、及35%～42% 控釋6個月以上的樹脂包膜氮肥。保證‘富士’蘋果樹各生長發育期對氮肥營養的供應，即滿足關鍵高峰期的需求，又能控制氮肥穩定釋放。

春季蘋果樹萌芽前(3月上旬)施入土壤，此時為蘋果樹根系發根的春季高峰期，利于根系對土壤養分的吸收；一般土壤施用一次普通氮肥可以保證1～2個月的氮肥用量[7]，4月份是開花期，4月底5月上中旬是幼果坐果后的迅速膨大期，主要是細胞數量的增加，這些時期均是蘋果需氮量最多的時期，摻混肥施用后土壤堿解氮的質量分數較高，5月上中旬測定的‘富士’葉片中氮素質量分數也較高，說明基本滿足此時期開花坐果對氮肥的需要。從5月中旬到6月份，不但果實膨大，而且是春季新梢迅速生長和翌年花芽分化的關鍵時期，亦是‘富士’蘋果需氮量最多的氮營養敏感期[17]。新梢生長發育是當年光合產物生產的基礎，大量短枝頂芽分化發育成花芽是翌年產量的基礎。因此適量的氮肥供應非常關鍵，摻混肥此期釋放的氮肥總量正好與此相符，土壤養分測定和葉片分析均表明摻混肥能滿足此期‘富士’蘋果對氮肥的需求。8月以后‘富士’蘋果樹果實發育需要持續穩定的養分供應，同時樹體需要積累一定的養分，為翌年的蘋果樹生長發育打下基礎，還要防止秋季新梢的旺長?？蒯?個月的包膜氮肥逐漸釋放，維持適宜土壤有效氮的質量分數，葉片中總氮質量分數較高，滿足此期對氮肥的特殊需求。雖然施用普通氮肥也能滿足要求，但氮肥釋放量集中，容易引起富士秋季新梢的貪長；而且富士對氮肥的供應較敏感，過多會導致果實品質下降等。BBF1中磷鉀肥有15～20%的控制在9月后釋放，增加土壤磷鉀的質量分數，也利于果實品質的提高。試驗中施肥1個月后發現，在包膜控釋肥顆粒周圍存在大量毛細根，但在施用普通肥料的四周1年中未發現此現象。毛細根是果樹主要吸收土壤養分的根系組織，利于充分吸收控釋肥釋放的養分，尤其是易被土壤固定的磷和易流失的氮、鉀營養，這可能是控釋肥養分利用效率高的原因之一。

3.2 包膜摻混肥對蘋果產量與品質的影響

經過5 a大田‘富士’蘋果園定點定位試驗，摻混肥施入土壤后增加土壤有效氮(N)、磷(P)及鉀(K)的質量分數，各年份間和1年中土壤養分能維持較穩定持續的供應，增加富士蘋果葉片氮、磷和鉀的質量分數。研究發現土壤中控釋肥樹脂殘膜還可改善土壤理化性質，如土壤容質量降低、孔隙度增加、土壤的透氣性提高等，樹脂殘膜可使土壤細菌、放線菌數量[18-19]和相關土壤酶如脲酶活性、酸性磷酸酶活性、蔗糖酶活性均有明顯提高[20]等。土壤理化性狀的改善均有利于果樹根系的生長和根系構型的布局及對土壤養分的有效均衡吸收，增加果樹樹體內養分的積累和平衡，梢葉中氮、磷、鉀等養分豐富，保證果樹開花坐果和果實生長的充足供應。用15N標記的包膜尿素試驗表明，增產的原因主要是提高氮肥等養分的利用效率[21-23]。

本試驗中發現長時期施用包膜摻混肥的樹體葉片深綠、葉片厚，整體枝葉結構發生較大變化，利于光合效率的提高。其他研究結果也表明，施用控釋肥的葉片的葉綠素質量分數提高，改善植物的光合作用[24]，葉片凈光合速率(Pn)高且穩定，能促進后期干物質積累與轉移[25]。摻混肥高質量長期養分的穩定供給，果樹體內養分充足，果樹光合特性得到改善，不但葉片干物質增加，而且轉移和運輸增強。梢葉中無機養分和光合產物或者說有機碳養分適量積累，利于翌年蘋果花芽的分化和春季果實坐果率的提高；蘋果果實得到的光合產物增多，單果質量增加及產量提高；同時果實品質如香氣物質，特別是具有蘋果特殊香味的酯類物質合成轉化量增多，使得蘋果香氣更濃，光合產物糖積累，還提高果實花青素質量摩爾濃度，使果實著色更艷。

3.3 果園包膜摻混肥的使用問題

包膜摻混肥作為一種科學環保型肥料，具有提高肥料利用率和土壤酶活性、增加土壤微生物數量和降低環境污染等優點[9,26]，符合果樹的需肥特性。摻混肥可以簡化施肥技術，其肥效期長，能夠提高肥料利用率[3]，實現一次性施肥，滿足果樹整個生長期的需要。試驗中發現同一控釋期的氮肥在砂土和粘土等不同土質中的實際釋放周期有較大的差異，一般粘土中的釋放周期更長；摻混肥的肥效還受到高溫、干旱、低溫、多雨、日照不足等環境條件的影響；施入果園土壤后的釋放、形態轉化、去向以及被果樹吸收的方式等還不十分清楚；不同包膜材料在連年施用后，是否存在生態環境污染以及具體使用技術等問題，有待進行更多的試驗和系統地研究。

4 結 論

連續5 a定點定位施肥跟蹤調查試驗，施用BBF1(20-10-15)和BBF2(24-6-15)2種包膜摻混肥均可1次施用滿足富士蘋果樹1 a的養分需求，利于產量提高，促進果實著色及增加果實特殊香味等。

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