活化腐植酸肥料對蘋果幼樹的生長和養(yǎng)分利用的影響

程冬冬，唐亞福，劉 艷，李俊銀，姚媛媛，楊越超

（土肥資源高效利用國家工程實驗室/山東農業(yè)大學資源與環(huán)境學院，山東 泰安 271018）

蘋果作為我國果區(qū)農民的重要經濟來源［1-2］，化學肥料增施是提高果園產量的重要措施［3］。據統計，我國蘋果園中氮、磷、鉀的施用量達到了發(fā)達國家果品生產肥料投入量的2～3倍［4］。過度施肥不僅造成了資源浪費，而且也帶來了果園土壤酸化、退化和果品品質下降等一系列問題［5-7］。目前果園施肥以撒施或溝施的方法為主，該方法費時費力且易造成果樹根系大面積破壞，在農村勞動力高齡化、短缺的背景下，傳統施肥方法逐步制約了實際生產［8］。要改變肥料用量大和勞動力短缺的問題，不僅要研究準確的施肥量，同時也亟須一種養(yǎng)分含量高、功能多元化、施用簡便的肥料品種。其中肥料顆粒增大和多功能化是研究者解決此問題的重要手段，采用此方法不僅能夠減少施肥位點數和增加土壤功能物質，而且顆粒變大能大幅提高單位位點養(yǎng)分濃度，有利于增加土壤鹽基飽和度、提高肥料利用率。

在“化肥使用量零增長行動方案”的大背景下，新型肥料因其養(yǎng)分利用率高、環(huán)境影響少的特點在農業(yè)生產中越來越受歡迎［9-10］，但是多數新型肥料因成本高、功能單一限制了其在果園中的廣泛應用［11］。所以，研究者們?yōu)榻档托滦头柿现苽涑杀荆噙x用低成本原料和傳統肥料復配的方法創(chuàng)制多功能型新型肥料。其中，腐植酸是一種來源廣和價格低的肥料原料，同時作為一種天然改良劑對土壤質量改善和作物促生的效果明顯［4，12-14］；相關研究也表明，果樹上施用活化后的褐煤腐植酸對果樹生長和氮肥利用率提高作用顯著［15］。山東農業(yè)大學土肥資源高效利用國家工程實驗室以低成本活化的方法創(chuàng)新了礦源腐植酸活化工藝，利用此礦源腐植酸為原料，采用液壓擠壓的方法制備了大顆粒活化腐植酸肥料，該新型肥料具有顆粒大、養(yǎng)分含量高的特征，且符合果園肥料施用集中、供肥能力強的生產要求，但是在果樹上的具體應用效果及應用方法均不明確。因此，為了研究腐植酸肥料顆粒狀態(tài)及施用量對果樹生長和其養(yǎng)分利用情況，采用蘋果幼樹盆栽試驗的方法，研究不同量的大顆粒活化腐植酸肥料和粉末狀活化的腐植酸肥料對蘋果幼樹生長發(fā)育、土壤理化性質及其對氮、磷、鉀營養(yǎng)元素利用率的影響，以期為大顆粒活化腐植酸肥在果樹上的應用和化肥減量施用提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地點及材料

試驗于2017年5月1日布置，地點為山東農業(yè)大學土肥資源高效利用國家工程實驗室試驗基地。供試果樹幼苗為2年生紅富士，供試土壤為簡育濕潤淋溶土（普通棕壤），土壤有機質8.0 g/kg、硝態(tài)氮24.0 mg/kg、銨態(tài)氮7.5 mg/kg、有效磷20 mg/kg、速效鉀65.1 mg/kg。供試風化煤腐植酸來自山西呂梁，經干燥、碾碎后過0.45 mm篩，采用固態(tài)活化技術得到活化腐植酸［14］。供試的大顆粒活化腐植酸緩釋肥料由山東農業(yè)大學土肥資源高效利用國家工程實驗室制得［4］，主要原料為化學合成型緩釋肥、尿素、磷酸二氫銨、硫酸鉀、活化風化煤腐植酸粉末，混勻后得到粉末狀的活化腐植酸肥料（PAF），其養(yǎng)分配比為N-P2O5-K2O=10-20-10。將上述粉末狀的活化腐植酸肥料（PAF）經壓片機（YST-100T，常州久壓久機械制造有限公司，中國）在80 t壓力下擠壓得到直徑和高度均為5 cm的圓柱狀大顆粒活化腐植酸肥料（SAF）。盆栽所用陶土盆高40 cm、頂部直徑50 cm、底部直徑40 cm，每盆裝風干土20 kg。

1.2 試驗設計

試驗共設置8個處理，分別為SAF1（100%施用量的大顆粒活化腐植酸肥，72 g/粒×2粒=144 g，含N 14.1 g、P2O528.2 g、K2O 14.1 g）、SAF2（80%施用量的大顆粒活化腐植酸肥，58 g/粒×2粒=116 g，含N 11.6 g、P2O523.2 g、K2O 11.6 g）、SAF3（50%施用量的大顆粒活化腐植酸肥，36 g/粒×2粒=72 g， 含N 7.05 g、P2O514.1 g、K2O 7.05 g）、PAF1（100%施用量的粉末狀活化腐植酸肥144 g，含N 14.1 g、P2O528.2 g、K2O 14.1 g）、PAF2（80%施用量的粉末狀活化腐植酸肥116 g，含N 11.6 g、P2O523.2 g、K2O 11.6 g）、PAF3（50%施用量的粉末狀活化腐植酸肥72 g，含N 7.05 g、P2O514.1 g、K2O 7.05 g）、CCF（普通習慣施肥，普通摻混肥144 g，含N 14.1 g、P2O528.2 g、K2O 14.1 g）、CK（不施肥），每個處理重復8次，每年平均施肥2次，3月施1次，10月施1次，各處理生長條件和栽培管理均一致，每年10月破壞性采樣，測定植株所吸收養(yǎng)分含量及土壤理化性狀。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 植株生長指標

2018年6月17日，測定蘋果幼樹葉片的葉綠素含量和光合強度。蘋果幼苗新梢生長停止后（2018年9月30日）測量蘋果幼樹的新梢總長度、地上部株高、莖粗和生物量。葉綠素含量：使用SPAD葉綠素儀測定；光合參數：Li-6400XT便攜式光合儀在第四葉進行凈光合速率、蒸騰速率、胞間CO2濃度和氣孔導度的測定；株高：用卷尺從地表量取到樹梢頂部距離；莖粗：用數字游標卡尺測量蘋果幼樹地表上15 cm處的直徑；生物量：蘋果幼樹生長一年后（2018年10月30日），每個處理隨機選取3株幼苗，從陶盆中取出洗凈，分成地上部（枝干）和地下部（根），于105 ℃烘干至恒重，然后用天平（感量：0.01 g）進行稱重。

1.3.2 土壤理化性質指標

土壤樣品在蘋果幼樹破壞取樣時獲取，經自然風干、研磨過2 mm篩備用。土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量采用氯化鈣溶液浸提-流動分析儀測定；土壤有效磷含量采用NaHCO3溶液浸提-鉬藍比色法測定；土壤速效鉀含量采用NH4OAc溶液浸提-火焰光度法測定［16］。

1.3.3 肥料利用率

植株經研磨后，采用H2SO4-H2O2消化，半微量凱氏定氮法、鉬藍比色法和火焰光度法分別測定植株不同部分的氮、磷和鉀含量［17］，植株對氮、磷、鉀的利用效率計算方法如下：

氮素利用率（%）=（施肥處理植株吸收的氮-不施肥處理植株吸收的氮）/施氮量×100；

磷素利用率（%）=（施肥處理植株吸收的磷-不施肥處理植株吸收的磷）/施磷量×100；

鉀素利用率（%）=（施肥處理植株吸收的鉀-不施肥處理植株吸收的鉀）/施鉀量×100。

1.4 數據分析

采用Excel 2010處理數據、SPSS 22.0進行方差分析及顯著性差異檢驗（P＜0.05）。

2 結果與分析

2.1 活化腐植酸肥對蘋果幼樹生長的影響

肥料養(yǎng)分供給量與果樹吸收的匹配性直接影響到果樹的生長狀況，通過考察果樹株高、莖粗、新梢長度以及葉綠素SPAD值可知（圖1），施用粉末狀腐植酸肥料處理PAF1、PAF2、PAF3和施用大顆粒腐植酸肥料處理SAF1、SAF2和SAF3的株高均高于施用普通肥處理CCF和不施肥處理CK，其中PAF1、SAF1、SAF2處理的株高顯著高于其他處理。此外，施肥處理的蘋果幼樹莖粗均大于CK處理，各施肥處理間的莖粗無顯著差異。在新梢長度方面，所有施用腐植酸肥料處理均顯著優(yōu)于CCF處理；與CCF處理相比，SAF1、SAF2、SAF3和PAF1、PAF2、PAF3處理的新梢長度分別增加了14.39%、5.40%、4.86%和18.59%、10.79%、3.60%；同時，SAF1、PAF1處理的新梢長度顯著高于SAF2、SAF3和PAF2、PAF3處理。在葉綠素含量方面，所有施肥處理均高于CK處理，并且SAF1和SAF2處理的葉綠素含量均顯著高于其他施肥處理。綜上指標考察可知，SAF1處理最有利于蘋果幼樹表觀性狀的改善。

圖1 不同處理蘋果幼樹的株高、莖粗、新梢長度和葉綠素

2.2 活化腐植酸肥料對蘋果幼樹光合效率的影響

葉片蒸騰速率和氣孔導度大小反映了光合作用的強弱，葉片蒸騰速率和氣孔導度越大越有利于光合作用的增強，同時光合作用越強消耗的CO2越多，因此，胞間CO2濃度的高低也反映了葉片光合速率的大小，胞間CO2濃度越低說明葉片的光合速率越大。通過考察不同處理的蘋果幼樹光合效率指標可知（圖2），SAF1和PAF1處理的凈光合速率高于其他處理，與CCF處理相比，SAF1和PAF1處理的凈光合速率分別增加了13.68%和6.44%；在氣孔導度方面，SAF1和PAF1處理的效果最佳，比CCF處理分別高出22.45%和16.32%；各施肥處理間的蒸騰速率差異趨勢與氣孔導度表現相似，均表現為PAF1和SAF1處理效果最優(yōu)，說明腐植酸肥可有效促進葉片蒸騰和氣孔導度增大，為光合作用提供了有利條件；此外，通過考察葉片的胞間CO2濃度可知，與CCF處理相比，SAF1和PAF1處理分別降低了8.50%和3.11%，這也從側面表明了SAF1和PAF1處理有效增加了CO2的利用，促進了光合作用。

圖2 不同處理蘋果幼樹葉片光合參數

2.3 活化腐植酸肥料對蘋果幼樹生物量的影響

蘋果幼樹表觀生物量的多少能夠直接表明不同施肥處理促進蘋果幼樹樹體生長的效果，采用破壞取樣的方法將蘋果幼樹分解為地下部（根系）和地上部（枝干）兩部分，并綜合整株幼樹干重（圖3），不同施肥處理的幼樹整株生物量大小順序為SAF1＞PAF1＞SAF2＞SAF3＞PAF2＞PAF3＞CCF＞CK，其中，SAF1處理的整株生物量最大，其次是PAF1和SAF2處理。通過對比各處理的地下部（根系）生物量結果發(fā)現，SAF1處理的根系生物量顯著大于其他處理，PAF1和SAF2處理次之；對比地上部（枝干）生物量發(fā)現，PAF1、SAF1和SAF2處理顯著高于其他處理，SAF3處理次之。綜合地下部（根系）、地上部（枝干）和整株幼樹干重可知，SAF1和PAF1處理最有利于蘋果幼樹生物量增加；同時發(fā)現SAF1、SAF2、SAF3、PAF1、PAF2和PAF3處理的蘋果幼樹根系生物量均大于CCF和CK處理，這說明活化腐植酸肥料對蘋果幼樹根系促生作用顯著。

圖3 不同處理蘋果幼樹地下部、地上部和植株總干重

2.4 活化腐植酸肥料對盆栽土壤養(yǎng)分變化的影響

土壤養(yǎng)分狀況與蘋果根系吸收營養(yǎng)元素的量成正相關，所以優(yōu)異的施肥措施是保證土壤養(yǎng)分狀況良好的重要手段。活化腐植酸肥料作為一種新型肥料，其施用后土壤養(yǎng)分狀況可表明活性養(yǎng)分的供給能力，活性養(yǎng)分越高說明營養(yǎng)元素越有利于果樹根系吸收。與CCF處理相比，SAF1、SAF2和PAF1、PAF2處理均顯著提高了土壤硝態(tài)氮含量，但是SAF3和PAF3處理不能顯著提高土壤硝態(tài)氮含量，表明相同用量或者減少20%用量的活化腐植酸肥料處理均能提高土壤硝態(tài)氮含量，減量50%時則無顯著效果（圖4A）。對于土壤銨態(tài)氮含量，與CCF處理相比，所有施用活化腐植酸肥的處理均能提高土壤銨態(tài)氮含量，且都表現為隨著活化腐植酸肥料施用量減少而下降的趨勢，施用顆粒狀和粉末狀活化腐植酸肥處理表現趨勢相同，同時施肥量相同的條件下顆粒狀活化腐植酸肥處理比粉末狀活化腐植酸肥處理的土壤銨態(tài)氮含量要高，即SAF1＞PAF1、SAF2＞PAF2和SAF3＞PAF3（圖4B）。在土壤有效磷方面，SAF1、PAF1和SAF2處理顯著高于CCF處理，PAF2、SAF3和PAF3處理與CCF處理無顯著差異（圖4C）。土壤速效鉀含量的變化規(guī)律與有效磷類似，相同施肥量條件下，大顆粒活化腐植酸肥料處理高于粉末狀活化腐植酸處理，且SAF1處理最為顯著。綜上可知，SAF2和SAF1處理增加土壤速效養(yǎng)分作用顯著，PAF1處理能顯著增加土壤的速效養(yǎng)分，改善土壤的肥力。

圖4 不同處理土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、有效磷和速效鉀含量

2.5 活化腐植酸肥料對蘋果幼樹氮磷鉀利用率的影響

肥料利用率作為肥料作用效果的主要指標，通過考察不同處理條件下蘋果幼樹對氮、磷、鉀養(yǎng)分的利用率可知（圖5），所有施用活化腐植酸肥料處理的養(yǎng)分利用率均比普通肥料處理高，并且大顆粒活化腐植酸肥料處理的氮磷鉀養(yǎng)分吸收率均大于施用粉末狀活化腐植酸肥料處理。在氮吸收方面，SAF1和SAF2處理的氮素利用率顯著高于其他處理（除SAF3與SAF2不顯著外），分別達到了43.4%和40.5%；對于磷吸收，相對粉末狀活化腐植酸肥料處理，大顆粒活化腐植酸肥料處理提高磷素利用率19.81%～40.25%；對于鉀，相對粉末狀活化腐植酸肥料處理，顆粒活化腐植酸肥料處理提高鉀素利用率25.89%～47.71%；SAF1比PAF1處理高43.29%，SAF2比PAF2處理高25.89%，SAF3比PAF3處理高47.71%。上述結果表明，與普通肥料和粉末狀腐植酸肥料相比，大顆粒活化腐植酸肥料能夠顯著提高果樹幼樹氮磷鉀的養(yǎng)分利用率，在果園應用中具有較高的潛力。

圖5 不同處理的氮磷鉀利用率

3 討論

果園土壤施肥量高、肥料利用率低、土壤質量下降的問題越來越突出，如何降低肥料施用量、改善果園土壤質量已成為研究者重要的關注點［18-20］。本研究以大顆粒活化腐植酸肥料、粉末狀活化腐植酸肥料和普通復合肥為研究對象，考察其在蘋果幼樹上的施用量和施用效果。通過其在蘋果幼樹上的應用效果發(fā)現，大顆粒和粉末狀的活化腐植酸肥料均能夠顯著提高蘋果幼樹的生物量、葉綠素含量、根系活力，與普通肥相比，活化后的腐植酸肥料起到了顯著的促生作用，類似的腐植酸促生效果在掌葉半夏和玉米上也有相關報道［21-22］。同時，大顆粒狀活化腐植酸肥料處理效果要優(yōu)于粉末狀活化腐植酸肥料，這歸結于肥料顆粒形狀不同，顆粒是由擠壓機擠壓而成，大幅降低了腐植酸肥料與土壤的接觸面，從而減緩了肥料顆粒內部養(yǎng)分進入土壤的速度。相對于粉末狀肥料，顆粒的形成延緩了養(yǎng)分釋放的速率，從而增強了養(yǎng)分供給效率，有助于提高蘋果幼樹的養(yǎng)分吸收。生物量的提高主要依賴于光合作用，與普通肥料對比，100%施用量的活化腐植酸肥料和80%施用量的大顆粒活化腐植酸肥料均能夠顯著提高蘋果葉片的葉綠素含量，這主要是由于腐植酸促進微量元素的螯合，抑制了葉綠素蛋白酶的分解，從而提高了葉綠素的含量［22-23］。同時，活化腐植酸肥料處理的葉片光合強度、氣孔導度和蒸騰速率較不施肥處理CK和普通肥料CCF有顯著提高，該研究結果與前人研究結果一致［24］。

養(yǎng)分利用率反映了作物吸收養(yǎng)分的量，因此本研究將養(yǎng)分利用率作為評價所用肥料性能的重要指標。通過比較不同用量的粉末狀活化腐植酸肥料、擠壓后的大顆粒活化腐植酸肥料對蘋果幼樹生長及氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收利用的影響，發(fā)現與普通肥料相比，活化腐植酸肥料能夠顯著提高肥料的養(yǎng)分利用率，其原因可能是肥料中的養(yǎng)分離子能夠與活性腐植酸發(fā)生絡合，避免了養(yǎng)分淋失和土壤的固定［25］。陳倩等［2］研究表明，施用腐植酸能夠促進蘋果樹對肥料養(yǎng)分的吸收利用，提高肥料利用率，降低肥料的損失。此外，大顆粒活化腐植酸肥料處理的氮、磷、鉀養(yǎng)分利用率顯著高于粉末狀活化腐植酸肥料處理，大顆粒活化腐植酸處理的氮、磷和鉀平均利用率分別為40.7%、20.6%和46.2%，分別比粉末狀的活化腐植酸肥料提高了12.7%、32%和38.7%，原因可能是大顆粒肥料在土壤中不易散開，養(yǎng)分緩慢從顆粒中釋放，避免了養(yǎng)分與土壤直接接觸，這與李長洲等［12］研究大球肥料相對于小顆粒肥料能夠減少肥料養(yǎng)分淋溶的結果一致。曾憲成［26］、蘇群等［27］研究表明，腐植酸能有效提高土壤速效養(yǎng)分含量，在本研究中的活化腐植酸肥料處理中，100%施用量的活化腐植酸肥料處理PAF1、SAF1以及80%施用量的大顆粒活化腐植酸肥料SAF2處理均能顯著提高土壤的土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、速效鉀和有效磷含量，對土壤肥力增加作用顯著，原因可能是腐植酸對于土壤養(yǎng)分有一定的活化激發(fā)作用，增強了土壤與養(yǎng)分離子的絡合能力［28-29］。

4 結論

施肥比例相同時，活化腐植酸肥料可顯著促進蘋果幼樹生長、增強光合作用，同時能夠有效提高土壤有效養(yǎng)分含量。在減少肥料用量的條件下，80%施用量的大顆粒腐植酸肥料處理促進作物生長和提高土壤肥力效果最佳，顯著高于100%施用量的普通肥料處理。與普通肥料和粉末狀的活化腐植酸肥料相比，大顆粒活化腐植酸肥料能顯著提高肥料利用率，因此，大顆粒活化腐植酸肥料在減施、提高養(yǎng)分利用率、促進蘋果幼樹生長和提高土壤肥力方面作用顯著，在果園推廣應用中具有廣闊的前景。