沼渣肥替代化肥對蘋果產量和品質的影響

王思齊， 張忠蘭， 史淑一， 楊守軍

(中國農業大學煙臺研究院， 山東 煙臺 264670)

農業面源污染作為農業生產過程中的負面伴隨產物，對農業的可持續發展的桎梏性日益凸顯，因不合理使用化肥所帶來的養分流失已成為現階段中國農業面源污染的主要來源之一[1]。在國家開展《果菜茶有機肥替代化肥行動方案》的背景下，如何科學推進現有農業有機廢棄資源循環利用與減少化肥農田投入相耦合，轉變目前以透支農業環境為代價的化肥投入方式已成為農業可持續發展的關鍵所在。沼渣是農業有機廢棄物厭氧發酵能源化的殘留物，富含有機質、腐殖質和多種營養元素，滿足農作物生長對肥料速緩兼備的需求。沼渣多以基肥施用，研究表明沼渣能改善土壤的理化性狀，提高土壤的通透性，增加土壤有機質和礦質元素的含量，使蘋果的果形指數增大0.2～0.4，可溶性固形物含量增加4%～6%[2-3]。然而也有研究指出雖然根施沼渣有利于蘋果樹的營養生長，但對果樹生殖生長和果形指數的影響均不明顯[4]。因此，本研究以蘋果樹為試材，研究沼渣替代不同比例的化肥對蘋果樹生長、土壤質地和果實產量與品質的影響，以期集成可推廣、可持續的沼渣肥替代化肥農田應用技術。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

試驗日期于2016年11月～2017年10月。試驗地點為中國農業大學煙臺研究院果園基地。試驗地土壤為棕壤，其堿解氮、速效磷、速效鉀分別為171.11 mg·kg-1，157.76 mg·kg-1，243.46 mg·kg-1，有機質含量為1.24%，pH值為5.02。實驗所用的沼渣為山東某厭氧發酵工程產生的沼渣，其全氮、全磷、全鉀含量分別為24.1 g·kg-1，5.9 g·kg-1和6.2 g·kg-1。

1.2 實驗設計

實驗采用完全隨機區組設計，每個處理重復3次，共6個處理：處理1：CK (無任何肥料施用)；處理2 ：100%HF(純化肥)； 處理3：40%ZF+60%HF(40%沼渣與60%化肥配施)； 處理4：60%ZF+40%HF(60%沼渣與40%化肥配施)； 處理5：80%ZF+20%HF(80%沼渣與20%化肥配施)； 處理 6：100%ZF(純沼渣)。實驗材料為生長正常、長勢相近的10年生紅富士蘋果樹(Malus×domesticaBorkh.)，株行距3 m×3 m，地徑 21 cm，株高2.3 m。果樹目標產量為3000 kg·667m-2；肥料施入量：N為30 kg·667m-2，P2O5為35.87 kg·667m-2，K2O為25.74 kg·667m-2。肥料共分4次施入，分別為基肥(2016年11月)、萌芽肥(2017年3月26號)、新梢速長肥(2017年5月20號)、果實速長肥(2017年7月25號)。沼渣用量以氮含量進行折算，所缺磷、鉀養分用化肥補齊。基肥和追肥情況見表1～4。

1.3 樣品采集與測定方法

分別于蘋果樹的花期、幼果期、果實膨大期、成熟期采集南部外圍成熟葉片和0～20 cm深度土壤用來進行葉片養分、土壤理化性狀分析；于果實成熟期進行果實產量測定和品質分析。葉片全氮、全磷和全鉀含量的測定分別采用凱氏定氮法、鉬銻抗比色法和火焰光度法[5]；葉片葉綠素含量測定采用蒽酮提取法[6]；土壤有機質、堿解氮、速效磷、速效鉀含量的測定分別采用堿解擴散法、鉬銻抗比色法、火焰光度法和重鉻酸鉀外加熱法[7]；土壤微生物總量(細菌+真菌+放線菌)測定采用平板擴散法[8]。果實中可溶性糖含量測定采用手持折光儀法，果實VC含量測定采用2，6二氯靛酚滴定法，果實總酸含量測定采用氫氧化鈉滴定法，果實硬度采用硬度計法[9]。

表1 基 肥 (kg·667m-2)

表2 萌芽肥 (kg·667m-2)

表3 新梢速長肥 (kg·667m-2)

表4 果實速長肥 (kg·667m-2)

1.4 數據統計分析

數據采用Excel 2016和SPSS進行統計分析，采用最小顯著差異法(LSD)進行處理間差異性比較。

2 結果與分析

2.1 沼渣替代化肥對土壤有機質含量的影響

由表5可知，花期和幼果期以及果實膨大期和成熟期土壤有機質變化趨勢相似。與對照相比，雖然各處理土壤有機質含量均有增加，但方差分析表明，100%HF處理土壤有機質含量增加不顯著。土壤有機質含量的最大值均出現在100%ZF處理，分別在花期、幼果期、果實膨大期和成熟期比對照增加了60.16%，84.17%，125.69%和104.67%。從蘋果樹生育期看，CK和100%HF處理土壤有機質含量隨果樹生長期的延長而逐漸下降，不同沼渣處理的土壤有機質含量從花期至果實膨大期逐漸增加，果實成熟期略有降低。

表5 沼渣替代化肥對土壤有機質含量影響 (%)

注: 同列數據后不同小寫字母表示處理間差異達 5% 顯著水平(p<0.05，下同) 。

2.2 沼渣替代化肥對土壤速效養分含量的影響

沼渣替代化肥對土壤速效養分含量的影響如圖1～圖3所示。在蘋果樹的花期，土壤堿解氮、速效磷和速效鉀的含量均以100%HF處理最高，其次為40%ZF+60%HF，60%ZF+40%HF，80%ZF+20%HF，100%ZF，CK。與沼渣處理相比，100%HF處理土壤速效養分含量下降幅度較大，從蘋果樹的花期至果實成熟期，堿解氮、速效磷、速效鉀含量分別下降了48.59%，60.90%和43.82%。

2.3 沼渣替代化肥對土壤微生物數量的影響

由表6可知，CK和100%HF處理土壤微生物總量的最低值出現在果實成熟期，而沼渣處理的最低值出現在花期；各處理土壤微生物總量的最高值均出現在果實膨大期。從數據可以看出，80%ZF+20%HF處理對土壤微生物總量促進作用最為顯著，在果實的成熟期分別是CK，100%HF，40%ZF+60%HF，100%ZF處理的2.41倍，2.18倍，1.41倍，1.33倍和1.07倍。與沼渣處理相比，100%HF處理對土壤微生物總量呈較為強烈的抑制效應。

注：圖中柱上方不同小寫字母表示處理間在5%水平下差異顯著。下同。圖1 沼渣替代化肥對土壤堿解氮含量的影響

圖2 沼渣替代化肥對土壤速效磷含量的影響

圖3 沼渣替代化肥對土壤速效鉀含量的影響

表6 沼渣替代化肥對土壤微生物總量的影響 (106 cfu·g-1)

2.4 沼渣替代化肥對蘋果葉片葉綠素含量的影響

由表7可知，花期葉片葉綠素含量以全化肥處理最高，其次是40%ZF+60%HF，60%ZF+40%HF，80%ZF+20%HF，100%ZF和CK，并且100%HF處理與其它處理差異明顯。隨著果樹生長期的延長，100%HF處理葉片葉綠素含量與沼渣處理間差異逐漸縮小。至果樹幼果期，100%HF與40%ZF+60%HF處理葉片葉綠素含量無顯著差異；至果實成熟期，100%HF處理葉片葉綠素含量則明顯低于40%ZF+60%HF處理和60%ZF+40%HF處理。

表7 沼渣替代化肥對葉片葉綠素含量的影響 (mg·g-1 FW)

2.5 沼渣替代化肥對蘋果葉片全氮磷鉀含量的影響

在蘋果的花期和幼果期，葉片全氮含量均以100%HF處理為最高；在果實膨大期和果實成熟期，葉片全氮含量則以40%ZF+60%HF處理為最高，分別比100%HF處理增加了5.37%和10.08%。與沼渣處理相比，100%HF處理葉片全磷含量在蘋果花期分別比40%ZF+60%HF，60%ZF+40%HF，80%ZF+20%HF和100%ZF處理提高了6.52%，25.68%，44.80%和61.05%，至果實成熟期則分別提高了-5.26%，-0.28%，7.59%和8.91%。沼渣替代化肥對葉片全鉀含量的影響與葉片全氮、全磷含量相似，但在果樹的花期80%ZF+20%HF處理與100%ZF處理差異不明顯(見圖4～圖6)。

圖4 沼渣替代化肥對蘋果葉片全氮含量的影響

圖5 沼渣替代化肥對蘋果葉片全磷含量的影響

圖6 沼渣替代化肥對蘋果葉片全鉀含量的影響

2.6 沼渣替代化肥對果實產量和品質的影響

由表8可知，蘋果產量以40%ZF+60%HF處理為最高，分別是CK，60%ZF+40%HF，80%ZF+20%HF，100%ZF和100%HF處理的1.67倍，1.01倍，1.10倍，1.17倍和1.03倍。表8可以看出，果實糖度和VC含量與沼渣用量呈正相關關系，但100%ZF，80%ZF+20%HF和60%ZF+40%HF處理間無差異。果實酸度以CK處理為最高，分別比40%ZF+60%HF，60%ZF+40%HF，80%ZF+20%HF，100%ZF和100%HF處理提高了40.99%，60.74%，72.29%，81.72%和15.18%。100%ZF處理果實硬度最高，但隨著沼渣施用量的減少，果實硬度相應的降低。

表8 沼渣替代化肥對果實產量和品質的影響

注: 蘋果畝產量 = 畝栽株數 × 單株結果數 × 平均單果重 × 縮值系數( 0.9)。

3 討論

沼渣中含有大量的纖維素、半纖維素、木質素等物質，經一系列的微生物分解過程轉化為土壤有機質，同時沼渣對土壤團聚體數量和穩定性又具有促進作用，為有機質提供了穩定的保持場所，使沼渣處理的土壤有機質含量明顯升高[10]。實驗結果表明，沼渣處理土壤的速效養分在果樹的花期均低于100%HF處理，但在果實的膨大期40%ZF+60%HF處理和60%ZF+40%HF處理土壤的速效養分則高于100%HF處理，這主要是因為沼渣中富含腐殖酸和生長素等物質，促進了土壤膠體和團粒結構形成，同時沼肥中的微生物群團又加速土壤養分的分解、轉化和釋放，減少養分尤其是氮素的流失，提高無機磷的含量，進而提高了土壤有效養分的供給水平[11-12]。

葉綠素在光合作用的光吸收中起核心作用，對作物產量影響顯著。花期葉片葉綠素含量以100%HF處理為最高，但隨著果樹生長時間的延續，沼渣處理葉片的葉綠素含量與100%HF處理間差異逐漸縮小，尤其是40%ZF+60%HF和60%ZF+40%HF處理葉片葉綠素高于或接近于100%HF處理，這與李娟[13]等研究結果“土壤中氮素含量與葉片葉綠素含量呈正相關關系”相吻合。另外，沼渣中含有的養分較全面、均衡，與化肥配施既能提高根系對肥料養分的吸收速率，又能促進葉綠素的合成[14-16]。

細菌、真菌、放線菌是組成微生物群落的三大菌群，是土壤分解系統的主要成分，參與土壤生態系統的養分循環和能量流動，其數量受土壤肥力和土壤環境狀況等因素的影響[17-18]。本研究發現，80%ZF+20%HF處理土壤微生物總量顯著高于其他處理。這說明80%ZF+20%HF處理不僅增加了土壤中碳含量，而且為微生物生長提供了合理的碳氮比，促進了微生物生長[19]。

本研究數據表明，沼渣與化肥配施可提高蘋果果實中的糖和VC含量，降低有機酸含量，且比單施化肥或單施沼渣效果更好，這與楊順強、劉雯盈[20-21]等研究結果相一致。蘋果品質的改善是因為沼渣有利于果實中有機酸再轉化為可溶性糖，促進可溶性固形物的累積[22]。沼渣施入土壤后，在其腐解過程中形成腐殖質，能改善土壤結構和增進土壤的保肥保水作用，提高土壤養分供給能力。另一方面，沼渣中還含有氨基酸、蛋白質、糖、脂肪等各種有機養分，有的可直接為根系吸收，有的經分解后才能為作物利用，也是重要的營養源[23]。因此，土壤環境的改善和養分供應能力的提高，導致了40%ZF+60%HF和60%ZF+40%HF處理葉片全氮磷鉀含量的增加。

產量是衡量農業生產最重要的因素之一。40%ZF+60%HF和60%ZF+40%HF處理蘋果產量明顯高于其它處理，可能因為沼渣替代合理比例的化肥提高了土壤中養分含量和根系生長，促進根系對養分的吸收和運輸能力，使光和作用和光合產物得到提高，進而提高蘋果產量[24]。

4 結論

沼渣與化肥配施提高了土壤有機質含量，改善了土壤生態環境，滿足蘋果生長對養分的需求，具有單施化肥所不具有的優點。綜合考慮蘋果產量和果實品質，認為60%ZF與40%HF配施在有效利用沼渣養分資源的背景下，為沼渣廢棄物的循環利用提供切實可行的技術模式。