石灰和有機肥對芒果園酸性土壤的改良效果及對芒果品質的影響

羅 玲，潘宏兵，鐘 奇，杜 邦，李貴利，劉 偉*

（1.四川省農業科學院園藝研究所，四川 成都 610066；2.攀枝花市農林科學研究院，四川 攀枝花 617061）

攀枝花是我國晚熟芒果的優勢發展區域之一，芒果已成為攀枝花種植面積最大的特色水果，芒果適宜的土壤pH 為5.5～7.5［1-2］，而攀枝花20%以上果園土壤pH 低于5.5，呈強酸性［3］，土壤酸化嚴重會破壞土壤結構，造成土壤養分流失［4］，使鋁、錳等金屬離子活化［5-6］，不利于芒果樹生長發育，影響了芒果產量和品質，因此尋求合適的酸性土壤改良方法對促進攀枝花芒果產業可持續發展具有重要意義。對酸性土壤的改良修復方法很多，目前最常見且成本最低的改良劑為石灰，李玉輝等［7］研究表明石灰施用一年，可使土壤pH 提高0.75 個單位，活化土壤磷，并增加土壤陽離子交換量和鹽基飽和度，但會導致土壤容重降低及有機質、堿解氮、速效鉀等養分含量減少；魯艷紅等［8］也發現石灰可使土壤中鹽基離子含量增加，其中主要是交換性Ca2+含量增加；胡敏等［9］以生石灰、有機肥和鉀硅肥為改良劑研究其對酸性土壤的改良效果及對大麥幼苗生長的影響時發現，生石灰處理下土壤酸度最低且大麥幼苗生長量最高，較對照提高71.5%。土壤有機質含量的增加可提高土壤對酸的緩沖性能，緩解土壤酸化［10］，石灰+綠肥可克服單施石灰造成的土壤板結及有機質含量減少［7，11］。目前已有較多關于酸性土壤技術的研究，但關于石灰、有機肥協同改良酸性芒果園土壤效果及對芒果生長與品質影響的研究少有報告。因此，本研究通過田間試驗綜合比較了單施石灰、單施有機肥、混施石灰+有機肥下攀枝花芒果園酸性土壤理化性質、生物性質及芒果生長情況與果實品質，以了解石灰和有機肥單施或混施對芒果園酸性土壤的改良效果及對芒果生長發育的影響，為攀枝花芒果園酸性土壤的改良提供理論和實踐參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與材料

試驗于2018 年10 月 至2019 年10 月進行，地點設在攀枝花市仁和區混撒拉村的芒果園（26°26′N，101°51′E）。試驗區屬南亞熱帶半干旱季風氣候，平均海拔為1402 m，平均氣溫20.5℃，年平均降水量為800 mm，無霜期350 d 左右。試驗地為臺地，土壤為黃紅壤，其土壤容重1.42 g/cm3，pH 5.53，有機質7.62 g/kg，堿解氮48.19 mg/kg，有效磷94.1 mg/kg，速效鉀212.12 mg/kg。試驗樹為22 年生晚熟‘凱特’芒，中等管理水平，樹形結構、樹冠大小和枝梢生長勢相近，株行距為4 m×5 m。石灰為當地市售；有機肥（有機質含量≥45.0%，氮、磷、鉀總養分≥5%）由內蒙古沃豐農業發展有限公司提供。

1.2 試驗設計

試驗設置單施石灰（TS）、單施有機肥（TY）、混施石灰+有機肥（TSY）3 種處理，以常規栽培（CK，不施石灰和有機肥）為對照。5 株芒果樹（平均25 m2）為一個試驗小區，重復3 次，隨機排列。于2018 年10 月施基肥時按各處理石灰和有機肥用量均勻撒施，并用旋耕機翻耕，其中石灰施用量為2.5 kg/株，有機肥施用量為30 kg/株，為保證各處理施氮量一致，TY、TSY 處理添加的有機肥中的氮含量通過減少基肥中復合肥施用量調節，磷、鉀用量不進行調節。

1.3 樣品采集

土樣于2019 年10 月采集，每個小區按S 形布設5 個點，采集0～20 cm 土壤樣品，混勻分成4份，一份烘干測土壤水分含量；一份放于-20℃冰箱內保存，用于測定土壤酶活性；一份置于4℃冰箱內保存，用于測定土壤微生物量碳；一份風干保存，用于測定土壤pH、有機質、有機碳、堿解氮、有效磷、速效鉀、水解性酸、交換性酸、交換性氫、交換性鋁、陽離子交換量、鹽基離子總量，每份土壤樣品在測定時設3 次重復。

芒果葉片于2019 年10 月采集，每小區選擇30片末次梢健康的功能葉，其中10 片用于葉片葉綠素含量測定，20 片用于比葉重測定。9 月芒果成熟時，統計果樹單株產量；每小區隨機選取東南西北無病蟲害、無霉爛的成熟果共10 個，常溫下放置熟后，測定單果重及可溶性糖、可滴定酸、Vc、可溶性固形物、類胡蘿卜素含量，并計算果實糖酸比。

1.4 測定方法

土壤水分含量采用烘干法測定［12］；pH 采用1∶2.5 土水比，酸度計測定（梅特勒S220-K-CN酸度計，上海）［12］；重鉻酸鉀容量法測定土壤有機質［12］，堿解擴散法測定堿解氮［12］，碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測定有效磷［12］，乙酸銨浸提-火焰光度法測定速效鉀［12］；NaAC 水解-中和滴定法測定水解性酸［13］，KCl-中和滴定法測定交換性酸、交換性H+和交換性Al3+［13］；醋酸銨法測定土壤陽離子交換量和交換性鹽基離子總量，鹽基飽和度（%）=交換性鹽基離子總量/陽離子交換量×100［13］。

土壤酶活性的測定參照關松蔭［14］的方法。蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水楊酸比色法；酸性磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法；過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定容量法；脲酶活性采用苯酚鈉比色法。土壤總有機碳含量=土壤有機質含量/1.724［12］；土壤微生物量碳采用氯仿熏蒸-K2SO4提取法（FE）測定，轉換系數為0.45［15］；微生物熵（%）=微生物量碳/有機碳×100［15］，其中有機碳按土壤含水量換算成濕土計。

葉片葉綠素含量測定采用乙醇丙酮混合液浸提法測定［16］；比葉重=葉干重/葉面積，葉面積的測定參照苑克俊等［17］的方法。單果重采用ACS 系列電子計價稱稱量，可溶性糖含量采用3，5-二硝基水楊酸比色法測定［18］，可滴定酸含量采用滴定法測定［19］，抗壞血酸（Vc）含量采用2，6-二氯靛酚滴定法測定［20］，可溶性固形物含量采用2812袖珍式數字折射計測定，類胡蘿卜素含量測定參照趙家桔［21］的方法。

1.5 土壤化學性質及生物活性綜合評價

對各處理土壤化學性質和生物活性進行綜合評價，評價指標包括有機質、堿解氮、有效磷、速效鉀、pH、水解性酸、交換性酸、陽離子交換量、鹽基離子總量、脲酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶、過氧化氫酶、微生物量碳、微生物熵共15 個指標。

綜合評價可分為3 個步驟：逆向指標正向化、指標無量綱化、Critic 法。

本次評價指標中僅水解性酸、交換性酸兩個逆向指標，正向化公式如下：

式中：yij是逆向指標正向化后的值，xij是第i 個樣品第j 個指標的原始測定值。

指標無量綱化計算公式如下，水解性酸和交換性酸依據公式2 計算，其余指標依據公式3 計算：

Critic 法是基于評價指標的對比強度和指標之間的沖突性來綜合衡量指標的客觀權重。對比強度是指同一指標的所有評價指數差別越大，即標準差越大，則所蘊含的信息量越大；沖突性是以指標之間的相關系數為基礎，若兩個指標之間具有較強的正相關，則說明兩個指標沖突性較低。用Cj表示第j 個評價指標所包含的信息，值越大，說明其所包含的信息量越大，則其權重（wj）亦越大。具體計算步驟參照郭真等［22］。

1.6 數據處理

使用Excel 2010 對數據進行初步處理，采用SPSS 19.0 軟件進行方差分析、Person 相關性分析，其中方差分析選用Duncan 多重比較確定數據間的差異，顯著水平為α=0.05。

2 結果與分析

2.1 不同處理對土壤養分含量及酸堿特征的影響

2.1.1 土壤主要養分含量

如圖1 所示，TS的土壤有機質和堿解氮含量與CK 差異不顯著，而TY 和TSY的土壤有機質和堿解氮含量顯著（P＜0.05）高于CK，有機質含量分別較CK 提高112.85%和77.48%，堿解氮含量分別較CK 提高44.81%和62.01%；就有效磷而言，TS、TY 和TSY 分別較CK 顯著（P＜0.05）提高45.74%、29.49%、78.38%；就速效鉀而言，TS、TY 和TSY 與CK 均無顯著差異。上述結果表明，單施石灰可顯著提高土壤有效磷含量，對其余指標無顯著影響；有機肥單施或與石灰混施可顯著提高土壤有機質、堿解氮和有效磷含量，對土壤速效鉀含量無顯著影響。

2.1.2 土壤酸堿特征

如表1 所示，就土壤pH 而言，TS 和TSY 較CK 顯著上升0.58 和0.38 個單位，TY 和CK 差異不顯著；就土壤酸度指標而言，TY的水解性酸、交換性酸、交換性氫及交換性鋁含量均與CK 無顯著差異，TS的水解性酸、交換性酸、交換性氫及交換性鋁含量分別較CK 顯著（P＜0.05）降低10.76%、57.58%、25.00%、68.00%，TSY的水解性酸和交換性鋁含量較CK 顯著（P＜0.05）降低15.89%、42.00%，而其交換性酸與交換性氫的含量與CK 無顯著差異。表明單施石灰或石灰與有機肥混施可有效降低土壤酸度，而單施有機肥對土壤酸度的影響效果不顯著。

從表1 還可以看出，土壤pH 較低的CK 和TY 處理，其交換性氫占交換性酸的比例也較低（CK 和TY 分別是24.24%、23.33%），而 交換性鋁占交換性酸的比例較高（CK 和TY 分別是75.76%、76.67%）；土壤pH 較高的TS 和TSY 處理，其交換性氫占交換性酸的比例也較高（CK和TY 分別是42.86%、30.95%），而交換性鋁占交換性酸的比例較低（CK 和TY 分別是57.14%、69.05%）。

表1 不同處理對土壤酸堿特征指標的影響

2.1.3 土壤陽離子交換量及交換性鹽基離子數量

如圖2 所示，TS、TY 和TSY的陽離子交換量均較CK 顯著（P＜0.05）提高17.47%、11.86%和22.70%；TS、TY 和TSY的交換性鹽基離子總量分別較CK 顯著（P＜0.05）提高32.35%、22.96%和49.14%，鹽基飽和度也分別較CK 顯著（P＜0.05）增加7.83、6.20 和13.37 個百分點。上述結果表明，石灰、有機肥單施或混施均能顯著提高土壤陽離子交換量、交換性鹽基離子總量和鹽基飽和度，其中石灰與有機肥混施效果最佳。

2.2 不同處理對土壤生物活性及有機碳含量的影響

2.2.1 土壤酶活性

如圖3 所示，TS 土壤脲酶和過氧化氫酶活性與CK 差異不顯著，而TY 和TSY 脲酶活性分別較CK 顯 著（P＜0.05）提 高58.75%、53.73%，TY 和TSY 過氧化氫酶活性分別較CK 顯著（P＜0.05）提高35.88%、54.20%；就土壤蔗糖酶而言，TS、TY 和TSY 分別較CK 顯著（P＜0.05）提高16.66%、32.02%和41.15%；就土壤酸性磷酸酶而言，TS 和TSY 分別較CK 顯著（P＜0.05）降低27.06%、12.34%，而TY 與CK 無顯著差異。上述結果表明，單施石灰可顯著提高土壤蔗糖酶活性，顯著降低土壤酸性磷酸酶活性，但對土壤脲酶和過氧化氫酶活性無顯著影響；單施有機肥或石灰與有機肥混施可顯著提高土壤脲酶、蔗糖酶和過氧化氫酶活性，且兩者差異不顯著，單施有機肥對土壤酸性磷酸酶活性無顯著影響，而石灰與有機肥混施可顯著降低其活性。

2.2.2 土壤有機碳含量及微生物活性

如圖4 所示，TS的土壤有機碳含量與CK 無顯著差異，TY 和TSY的有機碳含量則分別較CK 顯著（P＜0.05）增加112.79%、77.40%；就土壤微生物量碳而言，TS、TY 和TSY 分別較CK 顯著（P＜0.05）增加60.37%、101.84%和163.85%；就土壤微生物熵而言，TS 和TSY 分別較CK 顯 著（P＜0.05）提高43.15%、48.73%，TY 與CK 無顯著差異。上述結果表明，石灰和有機肥單施或混施均可顯著提高土壤微生物量碳含量，其中混施效果明顯優于單施；單施石灰或與有機肥混施可顯著提高土壤微生物熵，單施有機肥或混施可顯著提高土壤有機碳含量。

2.3 不同處理對芒果樹體生長發育的影響

2.3.1 芒果葉片葉綠素含量及比葉重

如表2 所示，TS、TY 和TSY的芒果葉片葉綠素含量和比葉重均顯著（P＜0.05）高于CK，葉綠素含量分別較CK 提高12.31%、16.41%和14.87%，比葉重分別較CK 提高8.19%、10.08%和14.80%。上述結果表明，石灰和有機肥單施或混施均能明顯促進芒果葉片生長，其中混施效果較佳。

表2 不同處理對芒果葉片葉綠素含量及比葉重的影響

2.3.2 芒果品質及產量

如表3 所示，TS、TY 和TSY的‘凱特’芒果單果重和產量均顯著（P＜0.05）高于CK，其中單果重分別較CK 提高8.23%、52.38%和20.89%，產量分別較CK 提高13.55%、19.87%和54.71%；TS的可溶性固形物、可溶性糖和類胡蘿卜素含量雖高于CK，但差異不顯著，其Vc 含量及糖酸比分別較CK 顯著（P＜0.05）提高8.63%、63.89%，可滴定酸含量較CK 顯著（P＜0.05）降低35.56%；TY除可溶性糖含量與CK 差異不顯著外，其可溶性固形物、Vc、類胡蘿卜素含量及糖酸比分別較CK顯 著（P＜0.05）提 高7.94%、10.72%、17.75%和56.38%，可滴定酸含量較CK 顯著（P＜0.05）降低26.67%；TSY 除類胡蘿卜素含量與CK 差異不顯著外，其可溶性固形物、可溶性糖、Vc 含量及糖酸比分別較CK 顯著（P＜0.05）提高14.40%、27.55%、6.69%和64.07%，可滴定酸含量較CK 顯著（P＜0.05）降低22.22%。上述結果表明，石灰和有機肥單施或混施均能顯著提高‘凱特’芒果單果重、產量及果實品質，其中有機肥單施或與石灰混施芒果果實內在品質無顯著差異，均明顯優于單施石灰，而混施石灰和有機肥芒果產量最高，單施有機肥芒果單果重最高。

表3 不同處理對芒果果實品質及產量的影響

2.4 各處理土壤化學性質及生物活性綜合評價

如表4 和表5 所示，酸性磷酸酶、有效磷和交換性酸權重值較大，而鹽基離子總量、蔗糖酶和微生物量碳權重值較小；土壤化學性質及生物活性綜合得分排名為TSY＞TS＞TY＞CK。

表4 各指標權重

表5 不同處理土壤化學性質及生物活性綜合得分

2.5 相關性分析

表6 為土壤化學和生物活性指標與芒果品質指標的相關性分析結果。如表6 所示，堿解氮和微生物量碳含量、蔗糖酶和過氧化氫酶活性均與芒果可溶性固形物和可溶性糖含量顯著相關，其中過氧化氫酶與可溶性固形物極顯著相關，微生物量碳含量還與芒果產量顯著相關；脲酶和蔗糖酶活性與芒果類胡蘿卜素含量顯著相關，陽離子交換量與芒果糖酸比顯著相關。

表6 土壤化學和生物活性指標與芒果品質指標的相關性

3 討論

3.1 不同處理對土壤養分含量及酸堿特征的影響

前人研究發現，石灰可顯著降低土壤酸度，一方面使土壤中活性鋁、鐵產生沉淀，減少土壤中磷酸鋁和磷酸鐵沉淀生成，從而減少土壤對P的吸附固定，提高土壤有效磷含量、緩解鋁害［7，11］，另一方面土壤酸度降低可減少土壤鹽基離子的淋溶損失，同時石灰富含Ca、Mg，施入土壤后可使土壤中交換性Ca2+、Mg2+含量迅速提高，從而增加土壤陽離子交換量，改善土壤吸附交換性［23-24］。本研究中也發現單施石灰可顯著減少土壤交換性酸和水解性酸含量，使土壤pH 提高0.58 個單位，同時增加土壤有效磷含量、陽離子交換量及鹽基飽和度，但對土壤有機質和堿解氮含量無顯著作用。另外，前人研究還表明長期單施石灰易使土壤容重增加、孔隙度降低，造成土壤板結，使土壤肥力下降［9］，因此單施石灰不宜作為一種長期的酸性土壤改良方法。

施用有機肥可提高土壤有機質及速效養分含量，改善土壤結構，使土壤中形成更多有機膠體及有機無機復合膠體，增加土壤膠體表面陽離子吸附位點，從而提高土壤陽離子交換量，加強土壤保肥保水能力［25-26］。本研究也得到一致結果，單施有機肥可顯著提高土壤中有機質、堿解氮、有效磷含量及土壤陽離子交換量、鹽基飽和度，但其降酸效果不顯著，Singh 等［27］、Chaiyarat 等［28］研究卻發現農作物秸稈、牛糞和雞糞均可提高土壤pH，該差異可能與有機肥種類及施用時間、土壤本底值有關。因此，有機肥和石灰混施可相互彌補各自的劣勢，本研究中有機肥和石灰混施土壤pH 較對照提高0.38 個單位，土壤有機質、有效磷和堿解氮含量較對照提高62.01%～78.38%，土壤陽離子交換量、交換性鹽基離子總量及鹽基飽和度較單施石灰或有機肥顯著提高4.45%～21.24%。

3.2 不同處理對土壤酶活性、微生物量碳含量和微生物熵的影響

本研究中土壤酶綜合活性表現為單施有機肥＞石灰與有機肥混施＞單施石灰＞CK，其中單施石灰或有機肥與石灰混施均能不同程度地提高土壤脲酶、蔗糖酶和過氧化氫酶活性，但其土壤酸性磷酸酶活性分別較對照顯著降低27.06%、12.34%，而單施有機肥可提高此4 種土壤酶活性，其酸性磷酸酶活性較對照提高4.55%，這可能是因為土壤酸性磷酸酶活性與pH 呈負相關［29］。另外，本研究還發現石灰和有機肥單施或混施均能顯著提高土壤微生物量碳含量及微生物熵，促進土壤養分循環，其中石灰與有機肥混施微生物量碳含量較單施石灰提高64.53%，較單施有機肥提高30.72%，前人研究也表明土壤酸度提高或土壤有機質提升均能增加土壤微生物量，且主要是較不耐酸的細菌數量［30-31］。

3.3 不同處理對芒果樹體生長發育的影響

Critic 分析法評價結果表明，在對土壤化學性質和生物活性的綜合改良效果上，石灰和有機肥單施或混施均具有一定作用，其中混施效果最佳，單施石灰次之。土壤環境的改良促進了芒果生長發育，其中堿解氮和微生物量碳含量、蔗糖酶和過氧化氫酶活性均與芒果可溶性固形物和可溶性糖含量顯著相關，而微生物量碳含量還與芒果產量顯著相關，石灰和有機肥單施或混施均增加了‘凱特’芒葉片葉綠素含量及比葉重，提高了果實品質及產量，石灰和有機肥混施效果最佳。呂波等［32］研究表明在酸性黃棕壤和紅壤上施用石灰均能促進白菜生長，提高白菜產量；孟慶英等［33］以石灰和有機肥改良弱酸性白漿土結果也表明石灰和有機肥單施或混施均能提高大豆產量。

4 結論

單施石灰和單施有機肥雖可一定程度上改良攀枝花‘凱特’芒果園酸性土壤，但都有弊端，長期單施石灰易造成土壤板結，而單施有機肥對土壤的降酸效果不顯著。石灰與有機肥混施既能增加土壤有機質含量以改善土壤物理性狀，降低土壤酸度，也能增加土壤速效養分含量，提高土壤保水保肥能力，且石灰與有機肥混施下芒果果實品質佳、產量高，因此，它是一種有效的酸性土壤改良措施。本研究結果可為指導芒果園酸性土壤改良提供一定思路，但關于長期施用石灰與有機肥改良酸性土壤的效果仍需進一步研究。