腐殖酸肥或生物有機肥替代部分化肥對土壤肥力、紅棗產量和品質的影響

趙滿興，劉 慧，白二磊，鄧 健

(1.延安大學 生命科學學院,陜西延安 716000；2.陜西省紅棗重點實驗室(延安大學),陜西延安 716000)

施用化肥是農業生產中提高產量的重要手段，但近年來為了追求高產而過量施用化肥現象越來越嚴重[1]，這不僅會造成肥料利用率低，影響農產品產量和品質，同時大量的N、P等元素淋溶會造成嚴重的水體污染和農業環境問題；而過量施用氮素化肥也會引起溫室氣體排放增加等生態問題[2]。因此，如何在保證農產品產量和品質的同時減少化肥施用是當前農業生產中面臨的重要課題。

有機肥料和無機化學肥料配合施用能夠改善作物生長狀況，并降低化肥使用量。其中腐殖酸和生物有機肥與化肥配施在多種作物上被廣泛應用[3-4]。腐殖酸是動植物殘體經過復雜的變化后形成的一類褐色或黑色的無定形高分子膠態復合物，是土壤有機質的主要成分[5-6]；生物有機肥是傳統的有機肥和菌肥的有機結合體，兼有增肥和活菌的作用[7]。這2種有機肥料與化肥減量配施后在番茄、玉米、蘋果和煙草等多種作物上的應用均能夠起到改良土壤、增加產量和改善品質的作用[4,8-10]，且能使化肥使用量減少10%～30%[11]；且均能夠通過改善根際土壤微生物群落的數量和結構來改變土壤酶活性和有效養分質量分數[12]，優化根際環境，增強植物抗逆性和光合能力，最終實現養地增產的效果[13-14]。然而，由于不同作物對肥料類型和數量的需求差別較大，導致目前對于化肥減量和增施有機肥種類和數量的研究仍然不夠明確，主要集中在玉米、蘋果和煙草等作物[8,15-16]。

棗(ZiziphusjujubaMill.)是世界第七大干果，含豐富的蛋白質、維生素、黃酮、礦物質等營養成分，直接食用和加工產品均有巨大前景[17]。但紅棗生長區域通常位于干旱半干旱地區，土壤肥力較低，當前紅棗種植過程中過量和不合理施用化肥已成為影響紅棗品質的嚴重問題[18]。因此，本試驗選取中國紅棗五大產業基地之一的陜北地區，開展不同梯度化肥減量增施有機肥對土壤、紅棗產量和品質的影響研究，為紅棗栽培管理及有機肥配施技術提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2017年3月-10月在陜西省延安市延川縣馬家河鄉白家圪嶗(N36°46′;E110°16′)進行。該區域地處延安市東北部，屬于陜北黃土高原丘陵溝壑區，平均海拔850 m，年平均氣溫 10.06 ℃，常年干旱少雨，年平均降水量為380～580 mm，70%以上的降雨集中在6-9月份，無霜期183 d。土壤類型為綿沙土，試驗前0～20 cm耕層土壤基本理化性質為：有機質16.90 g/kg，堿解氮21.0 mg/kg，速效磷2.3 mg/kg，速效鉀45.2 mg/kg，pH 8.61。

1.2 供試材料

供試紅棗品種‘晉一棗’，樹齡6 a。選擇長勢基本一致無病蟲害的試驗樹，栽植密度為2 m ×2 m，樹高2 m左右。試驗棗樹生長在3 m高的拱棚下。

研究所用腐殖酸肥和生物有機肥購自于延安市寶塔區河莊坪農資經銷站，生物有機肥中氮磷鉀≥15%，硫≥16%，活性有機質≥20.5%，氨基酸≥10%，微量元素≥2.5%(以上肥料均為質量分數)。腐殖酸肥中腐殖酸≥45%，pH 7.50。

1.3 試驗設計

試驗于2017年4月開始，設置8個處理：(1)CK(不施化肥)；(2)CF(2016年施肥試驗產量較好的處理，尿素每株1.5 kg，過磷酸鈣每株1.5 kg，硫酸鉀每株1.0 kg)；(3)80%CF+HF1(80%CF+腐殖酸肥每株0.5 kg)；(4)60%CF+HF2(60%CF+腐殖酸肥每株1.0 kg)；(5)40%CF+HF3(40%CF+腐殖酸肥每株1.5 kg)；(6)80%CF+BF1(80%CF+生物有機肥每株0.5 kg)；(7)60%CF+BF2(60%CF+生物有機肥每株1.0 kg)；(8)40%CF+BF3(40%CF+生物有機肥每株1.5 kg)。隨機區組設計，3株視為一個處理，各處理重復3次(表1)。腐殖酸肥和生物有機肥各處理的替代率均為27.8%。所有處理的基肥均為棗農堆制的腐熟羊糞，有機質質量分數 126.07 g/kg，全碳51.38 g/kg，全氮4.83 g/kg，無機氮402.64 mg/kg，全磷4.05 g/kg，全鉀 3.27 g/kg，碳氮比 10.64。施用量均為每株20 kg，試驗氮肥、磷肥和鉀肥分別為尿素(含N量w=46%)、過磷酸鈣(含P量w=12%)和硫酸鉀(含K量w=50%)。所有肥料作為基肥一次性施入，于春季棗樹萌芽前(4 月25日)，在樹冠投影外圍以樹干為中心，挖寬40 cm，深35 cm的圓形環狀溝，均勻地將試驗所用的肥料施入溝內然后覆土。

1.4 測定項目與方法

于2017年9月底‘晉一棗’采收后于樹冠下避開施肥點采集0～20 cm土樣，同一處理的3株棗樹按照“S”型采集5點土樣，并將其混合為一個土樣，共采集45個土樣，剔除雜物后混合制樣，風干后過2 mm篩。

土壤基本性狀測定方法[19]：土壤有機質采用重鉻酸鉀—濃硫酸外加熱法、堿解氮采用擴散法、速效磷采用0.5 mol/L NaHCO3浸提—鉬銻抗比色法、速效鉀采用1.0 mol/L NH4OAC浸提—火焰光度計法測定。pH采用水土比2.5∶1(m∶V)的電位法測定。

果實在9月底成熟時采收，每株從東、南、西、北4個方向上各采10個棗果用于測定形態和品質指標，將各處理果實混合稱量，計算產量。紅棗

表1 田間試驗各處理肥料用量Table 1 Fertilizer input in the field treatments

出干率采用烘干稱量法測定，棗果總糖質量分數采用蒽酮比色法，還原糖質量分數采用3, 5-二硝基水楊酸比色法測定[20]，還原性維生素C(Vc)采用2, 6-二氯靛酚滴定法測定，蛋白質采用考馬斯亮藍G-250染色法測定，黃酮采用比色法測定[21]。

1.5 數據處理方法

采用單因素方差分析(One-way ANOVA)檢驗不同處理水平的差異性，采用Duncan’s法進行多重比較；顯著性水平P<0.05表示差異顯著。分別采用Excel 2016、SPSSV 20.0(IBM SPSS Statistic)和Origin 2016進行數據整理、統計分析和作圖。

2 結果與分析

2.1 有機無機肥配施對土壤化學性狀的影響

土壤養分狀況對棗樹生長和結果都有一定影響。從圖1可以看出，有機無機肥配施各處理對土壤堿解氮、有機質和速效磷均有顯著的影響 (P<0.05)。其中80%CF+HF1的土壤堿解氮質量分數最高，CK的土壤堿解氮質量分數最低，其他處理的堿解氮質量分數均顯著低于單純施用化肥的處理(P<0.05)，且隨著化肥施用量的降低而降低(P<0.05)；總體來看，CF減量配施腐殖酸肥料的堿解氮質量分數(平均為73.89 mg/g)高于CF減量配施生物有機肥的堿解氮質量分數(平均為47.44 mg/g)。

圖上不同小寫字母表示處理間差異達5%顯著水平。下同 Different lowercase letters above the bars mean significant among the treatments at the 5% level. The same below

圖1 有機無機肥配施下土壤的堿解氮
Fig.1 Alkali-hydrolyzable nitrogen to treatments ofmanure combined with chemical fertilizers

有機無機肥配施各處理對土壤有機質質量分數也有影響(圖2)，除80%CF+HF1和80%CF+BF1與CK和CF處理差異不顯著外 (P>0.05)，其他處理較CK和CF均顯著提高了土壤有機質質量分數(P<0.05)，其中40%CF+HF3的土壤有機質最高為(21.37±2.19) g/kg，比CK提高34.74%；隨著腐殖酸肥或生物有機肥配施量的增加，土壤有機質質量分數也顯著增加(P<0.05)，說明腐殖酸肥或生物有機肥與化肥配施均能夠有效提高土壤有機質水平，腐殖酸肥中腐殖酸質量分數較高，增加土壤有機質作用較明顯。

有機無機肥配施各處理較CF顯著降低了土壤中速效磷的質量分數(P<0.05) (圖3)，降幅分別達到48.15%～62.96%和43.36%～ 69.64%；但相比CK處理，有機無機肥配施各處理均增加了土壤速效磷質量分數，表明土壤中速效磷可能主要來源于化學肥料的施用。

圖2 有機無機肥配施下土壤的有機質Fig.2 Soil organic matter to treatments of manure combined with chemical fertilizers

2.2 有機無機肥配施對棗樹產量和棗果形態的影響

如表2所示，有機無機肥配施各處理均對棗樹產量和棗果形態指標有顯著影響；與CK相比，有機無機肥配施均顯著提高棗樹的單株產量。有機無機肥配施較CF紅棗產量分別增加7.13%～25.70%和13.88%～15.20%；40%CF+BF3的單株產量最高，為(22.33±1.76) kg，80%CF+HF1的單株產量次之，為(20.47±1.19) kg。

與CK相比，CF及有機無機肥配施各處理均顯著降低了棗果的出干率(P<0.05)(表2)。其中，CF較CK出干率降低16.37%；有機無機肥配施較CF顯著提高出干率(P<0.05)，其中CF減量配施生物有機肥增加了出干率，但CF減量配施腐殖酸肥降低了出干率，40%CF+BF3處理的出干率最高，為(64.21±2.31)%，80%CF+HF1處理次之，為(63.08±3.71)%，說明一定程度配施腐殖酸或有機肥能增加棗果出干率，但過量施用腐殖酸反而降低出干率。

圖3 有機無機肥配施下土壤的速效磷Fig.3 Available phosphorus to treatments of manure combined with chemical fertilizers

與CK相比，CF及有機無機肥配施各處理均能一定程度增加棗果長軸長度，并能顯著增加棗果周長(P<0.05)(表2)。40%CF+BF3處理的棗果長軸最長。有機無機肥配施各處理的棗果周長較CK處理分別增加5.65%～11.40%和 9.86%～16.19%，說明腐殖酸肥和生物有機肥施用均能夠增加單果體積。

2.3 有機無機肥配施對棗果品質的影響

由表3可知，CF減量配施腐殖酸肥處理棗果維生素C、蛋白質、還原糖、黃酮、總可溶性糖比CF處理分別增加1.33～5.31倍、3.53%～ 5.88%、21.09%、22.41%和25.77%；CF減量配施生物有機肥處理棗果維生素C、蛋白質、還原糖、黃酮、總可溶性糖比CF處理分別增加2.34～ 5.83倍、73.3%、34.35%、14.62%和34.34%。過量配施腐殖酸肥，黃酮、還原糖和可溶性總糖質量分數反而低于常規施用化肥。配施腐殖酸肥和生物有機肥比較，配施生物有機肥對棗果維生素C質量分數、蛋白質質量分數、還原糖和總可溶性糖質量分數增加幅度大于配施腐殖酸肥。這可能與生物有機肥中含有的氨基酸和微量元素具有改善棗果品質有關。

表2 有機無機肥配施棗樹產量和棗果形態的變化Table 2 Changes of different fertilization treatments on the yield and the shape of jujube fruit

注：數據為“平均值±標準誤”；數值后不同字母表示處理間差異達5%顯著水平。下同。

Note：Values are “mean ± SE”; values followed by different letters are significant at the 5% level among the treatments.The same below.

表3 有機無機肥配施棗果品質的變化Table 3 Changes of different fertilization treatments on the quality of jujube fruits

3 討 論

本研究結果表明，化肥減量配施腐殖酸肥或生物有機肥顯著增加土壤中有機質質量分數，主要是這2種肥料本身含有大量有機質，同時腐殖酸能夠改良土壤環境，促進有機質積累；但配施后一定程度上降低土壤中堿解氮和速效磷等速效養分的質量分數，這與譚軍利等[9]在玉米上的研究結果相近，可能主要是配施減少了化肥中速效元素(如尿素、過磷酸鈣等)的直接施用，同時腐殖酸的使用會降低土壤脲酶活性[22-23]，從而影響土壤氮素轉化，說明化肥配施腐殖酸和有機肥能夠改變土壤有機質狀況，但會使土壤中速效養分質量分數有所降低。

與不施化肥處理相比，化肥減量配施腐殖酸肥或生物有機肥處理均顯著提高棗樹的單株產量。本研究發現，施用腐殖酸肥過高(單株1.5 kg)時，單株產量反而下降，且低于常規施用化肥處理。這可能是因為腐殖酸雖然能夠起到改良土壤及增加肥效的作用，但過量施用會導致土壤酸化，影響根際環境，會影響對植物養分吸收，尤其是對適宜于堿性環境的作物會產生不良影響[10,24]；而生物有機肥則主要通過改變土壤結構及調節土壤微生物群落等改良土壤，相對來說更加緩和[4,25]。同時研究結果也表明，化肥減量配施腐殖酸肥或生物有機肥能夠增加棗果體積，尤其是配施生物有機肥效果更加明顯，這也可能是配施肥料增加棗樹產量的一個重要原因。

本研究發現，相對于常規施用化肥而言，化肥減量配施腐殖酸肥或生物有機肥顯著增加了維生素C、蛋白質、黃酮、還原糖和總可溶性糖質量分數，說明配施有機肥料對棗果品質具有顯著的提升作用。在配施腐殖酸肥或生物有機肥后，果實維生素C質量分數較單施化肥有大幅度降低，但隨著配施量的增加維生素C質量分數呈現增加趨勢。這與此前研究認為腐殖酸和生物有機肥在蘋果上能增加維生素C質量分數結果不一致[26]，可能原因是棗樹栽培環境、生長習性與其他水果不同，具體原因有待進一步研究。

4 結 論

與CF比較，CF減量配施有機肥能夠顯著增加土壤有機質質量分數，但顯著降低堿解氮和速效磷質量分數(P<0.05)；同時，有機無機肥配施各處理較CF處理棗樹產量分別增加了 7.13%～25.70%和13.88%～15.20%，單個棗果果型也顯著增加(P<0.05)，但會導致出干率降低；有機無機肥配施各處理均較CF增加棗果維生素C、蛋白質、還原糖、黃酮和總可溶性糖質量分數；過量配施腐殖酸肥，棗果黃酮、還原糖和可溶性總糖質量分數反而低于常規施用化肥。綜合來看，在本試驗條件下，較優的2個處理分別是CF減量20%～40%，配施腐殖酸肥每株0.5～1.0 kg和CF減量40%，配施生物有機肥每株1.0 kg。在同等條件下，化肥配施生物有機肥效果優于配施腐殖酸肥。