連續五年氮、磷減量施用對琯溪蜜柚產量和品質的影響

李江鶴，胡承孝*，劉懷偉，位高生，莊木來，李瀟彬

（1 園藝植物生物學教育部重點實驗室，湖北武漢 430070；2 新型肥料湖北省工程實驗室/華中農業大學微量元素研究中心，湖北武漢 430070；3 福建省平和縣農業局，福建平和 363700；4 菏澤市定陶區農業農村局，山東菏澤 274000）

目前，當地化肥減施、增效受到政府、種植戶、學者的高度重視。王建濤等[5]報道，化肥減量25%使花生產量增加10.23%；仇美華等[6]研究表明，化肥減施30%可使桃樹果實產量提高9.1%，且降低土壤速效磷、鉀而增加有機質；吳愉萍等[7]研究發現，氮肥減少23.5%、磷肥減少80.0%，可以提高草莓果實可溶性固形物和固酸比；對紅富士蘋果等果樹的研究也有類似報道[8]。說明過量施肥條件下減量施肥，不僅不會降低產量，反而會增加產量，尤其是提升產品品質。位高生等[9]于2016年在福建省平和縣長蘆林場石角段山琯溪蜜柚綜合試驗站試驗基地(N24°24′16.7′′，E117°14′51.4′′)建立琯溪蜜柚氮磷減量施肥試驗，第1年試驗結果表明，減少氮磷用量不會導致琯溪蜜柚減產，反而具有增產和明顯改善果實品質的效果，提出以氮肥減量30%、磷肥減量35%時果實產量、品質俱佳。但是，連續多年氮磷減量施用是否會導致琯溪蜜柚果實產量、品質下降，既是果農擔心的現實問題，更是當地琯溪蜜柚產業亟需解決的技術問題。因此，利用已建立的田間試驗，分析連續5年氮磷減量施用對琯溪蜜柚果實產量、品質的影響，為當地琯溪蜜柚化肥減施、提質增效及綠色發展提供依據和技術。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗位于平和縣琯溪蜜柚綜合實驗站試驗基地(N24°24′16.7′′，E117°14′51.4′′)，該試驗基地始于2016年3月[9]。試驗材料為白肉琯溪蜜柚，酸柚砧木，樹齡為25年。供試果園土壤：pH 4.05、有機質 28.8 g/kg、堿解氮 83.5 mg/kg、速效磷 756.4 mg/kg、速效鉀 208 .3 mg/kg、交換性鈣 497.2 mg/kg、交換性鎂 126.4 mg/kg。

1.2 試驗設計

本試驗以梁珊珊[4]問卷調查的平均施肥量為基數，根據成年豐產琯溪蜜柚的需肥特性和土壤肥力測定結果，將氮肥施用量以30%梯度遞減，分別為氮未減量 (N3)、氮減量30% (N2)、氮減量 60%(N1)；磷肥施用量以35%梯度遞減，分別為磷未減量 (P3)、磷減量 35% (P2)、磷減量 70% (P1)，采用雙因素交互設計試驗，設置果農習慣施肥(N3P3)、N2P3、N2P2、N2P1、N1P3、N1P2、N1P1 共 7 個處理(表1)，每個處理4次重復，每個重復3棵樹且長勢基本一致。

表1 各處理具體施肥量(kg/plant)Table 1 Nitrogen and phosphorus application rates in different treatments

氮磷鉀肥全年分4次施用，其中促花肥(2月下旬或3月上中旬)分別占全年總量的30%、15%、25%；保果肥(5月上中旬)分別占30%、15%、25%；壯果肥(7月下旬或8月上旬)分別占15%、50%、20%；越冬肥(11月中下旬)分別占25%、20%、30%。各肥料按照不同比例分裝混勻，以穴施的方式施入10—20 cm深度土壤并覆土。

1.3 樣品采集及測定

1.3.1 果實樣品的采集與預處理 果實樣品于果實成熟期(11月上旬)采集，在每株果樹外圍東、南、西、北4個方向上各采集1個大小中等無病害的果實，每個重復采集4～6個果實作為1個混合樣品。將果實樣品帶回實驗室后立刻用去離子水清洗，按要求記錄單果重和果實物理性狀；逐個將果實果皮剝下，按要求記錄果皮、果肉重量；逐個將果實果肉均分，一半用于果實品質測定，另一半果肉、果皮稱取重量后分別裝入牛皮紙袋，放入105℃烘箱殺青30 min，然后于65℃下烘至恒重，取出稍冷卻、稱重，用不銹鋼磨樣機磨成粉末，放入自封袋置于干燥陰涼處保存，用于養分測定。

1.3.2 測定項目與方法 果實掛果數采用計數器計量每株樹果實數量，單果重采用百分之一天平測定，果實縱徑、橫徑采用30 cm直尺測量果實縱徑、赤道部橫徑，果皮厚采用游標卡尺測量距果皮頂端1/3處厚度，可溶性固形物(TSS)采用手持數顯糖量計(日本，PAL-1)測定，可滴定酸(TA，用檸檬酸表示)采用氫氧化鈉中和滴定法測定，維生素C(Vc)采用2,6-二氯靛酚氧化還原滴定法測定。產量=掛果數×單果重；固酸比(R)=可溶性固形物(TSS)/可滴定酸(TA)；出汁率=(果汁重/果肉重)×100%；可食率=(果肉重/果實重)×100%；果實含水率=(1–果實烘干后重/果實烘干前重)×100%。

1.3.3 綜合評價因子分析方法 根據降維原理，把原來較多的評價指標用較少的綜合指標替代，但可以保留原來絕大多數信息，把問題簡單化[9–10]。對琯溪蜜柚各個品質指標做因子分析，得到主成分特征值、貢獻率、累計貢獻率及特征向量，提取累積貢獻率80%～85%以上，特征值大于1的主成分，計算得到函數表達式如下：Yi=a1X1+a2X2+a3X3+......+anXn，其中，i=1、2、3...n代表主成分個數，a1、a2、a3...代表不同指標的特征向量，X1、X2、X3......Xn代表不同的品質指標。用i個主成分對應的方差貢獻率作為權重，結合方程Yi(i=1、2、3)對幾個主成分得分加權求和，構建琯溪蜜柚果實品質綜合評價模型：Y=b1Y1+b2Y2+b3Y3+......+bnYn，其中b1、b2、b3...為各主成分對應的方差貢獻率，Y為各主成分的綜合得分。

1.3.4 數據分析 試驗數據利用 Microsoft Excel 2016做數據處理，用SPSS 20進行方差分析、主成分分析；采用LSD法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 連續5年氮磷減量對琯溪蜜柚產量的影響

表2顯示，2016和2017年各處理果實平均產量分別為73.89、130.06 t/hm2，氮磷減量施肥的所有處理與習慣施肥對照N3P3處理沒有顯著差異；2018年(第3年)，各處理果實產量平均為46.48 t/hm2，低氮處理(N1P1、N1P2、N1P3)的果實產量低于或顯著低于N3P3，而中氮處理(N2P1、N2P2、N2P3)的果實產量均顯著高于N3P3，且N2P2的果實產量還顯著高于N2P3處理；2019和2020年，6個減肥處理的果實產量之間，及其與N3P3之間均無顯著差異。整體來看，氮減量30%處理產量在2016—2019年均比習慣施肥有所增加，增幅為4.96%～47.58%，但2020年減少6.31%；氮減量60%處理產量除2016年比習慣施肥增加42.12%外，2017—2019年均有下降，降幅為2.36%～23.42%。

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方差分析結果表明，除2018年氮、磷對產量的作用達到顯著水平外，其余年份均未達到顯著水平(表2)。

表2 各處理琯溪蜜柚不同年份的產量(t/hm2)Table 2 Guanxi pomelo fruit yield in each treatment across the years

2.2 連續5年氮磷減量對琯溪蜜柚果實品質的影響

2.2.1 單果重 表3表明，2016年，氮磷減量施肥對單果重的影響不顯著，氮、磷對果實單果重的交互效應達到極顯著水平。2017年，減肥處理的平均單果重與N3P3相比也未顯著降低，且氮、磷及其交互作用均不顯著。2018年，N3P3處理的單果重最高，N2P2、N2P1、N1P3處理的單果重顯著低于N3P3。氮、磷對果實單果重的交互效應顯著。2019年，單果重依然以N3P3最高，N2P2的單果重與N3P3沒有顯著差異，而N2P1、N1P3依然顯著低于N3P3。氮對果實單果重的效應達到顯著水平，氮減量可使果實單果重顯著下降。2020年，磷對果實單果重的效應顯著，中磷P2處理果實單果重顯著低于高磷(P3)、低磷 (P1)處理，低氮、中磷(N1P2)單果重最低而中氮、低磷(N2P1)單果重最高。總之，多數年份氮磷交互效應對單果重影響顯著，磷減量35%有降低果實單果重趨勢，降低幅度為0.52%～10.99%，且在第五年 (2020年) 磷效應顯著。

表3 各處理琯溪蜜柚不同年份果實單果重(kg)Table 3 Single fruit weight of Guanxi pomelo in each treatment across the years

2.2.2 果皮厚度 氮磷減量施肥對果皮厚有顯著影響(表4)。2016年，各處理果皮厚平均為14.04 mm，氮、磷對果皮厚的交互效應顯著，N2P3及習慣施肥處理果皮較厚，N2P2、N2P1、N1P3處理果皮較薄，分別較N3P3、N2P3處理顯著下降。2017年，各處理果皮厚平均為14.48 mm；氮及氮、磷交互效應達到極顯著水平，減氮30%及減磷顯著降低果皮厚度，N2P2、N2P1處理果皮厚顯著低于其他處理，習慣施肥處理果皮最厚。2018年，各處理果皮厚平均為14.73 mm，氮磷減量不同程度降低了果實果皮厚，以習慣施肥和N2P1處理果皮最厚，而N2P2處理果皮較薄且顯著低于習慣施肥和N2P1處理。2019年，各處理果皮厚平均為13.38 mm；氮、磷及其交互效應均極顯著，減施氮肥60%顯著增加果皮厚而減施磷肥35%則顯著降低果皮厚，以N2P2處理果皮最薄，顯著低于其他處理，以N1P3處理果皮最厚，顯著高于其它處理。2020年，各處理果皮厚平均為14.65 mm；N1P2處理果皮最薄，顯著低于N3P3處理，習慣施肥處理果皮最厚。因此，氮減量30%降低了果皮厚，5年的下降幅度為6.42%～18.95%；磷減量35%顯著降低了果皮厚，5年的下降幅度為7.24%～15.14%。

表4 各處理琯溪蜜柚不同年份果皮厚度 (mm)Table 4 Guanxi pomelo peel thickness in each treatment across the years

2.2.3 可溶性固形物 表5表明，2016年，各處理果實可溶性固形物含量平均為8.85%，氮磷減量施肥的所有處理均增加了果實可溶性固形物含量，增加幅度為3.06%～15.77%；氮及氮、磷交互效應均達到極顯著水平，中氮水平各處理果實可溶性固形物含量均高于高氮、低氮處理，其中N2P2處理可溶性固形物含量最高。2017年，各處理果實可溶性固形物含量平均為9.65%；氮對果實可溶性固形物的效應達到顯著水平，氮磷減量施肥的所有處理均不同程度增加了果實可溶性固形物含量，增加幅度為0.54%～8.58%，同樣以N2P2處理可溶性固形物含量最高。2018年，各處理果實可溶性固形物含量平均為10.09%，除N1P2外，其他各處理較習慣施肥可溶性固形物含量均有不同程度增加，氮及氮、磷交互效應分別達到極顯著、顯著水平，氮肥減施30%顯著增加可溶性固形物含量，N2P2處理可溶性固形物含量最高。2019年，各處理果實可溶性固形物含量平均為9.48%；氮對可溶性固形物的效應顯著，氮減量處理可溶性固形物均高于習慣施肥，磷及氮、磷交互效應為極顯著，P2處理顯著增加可溶性固形物含量，N2P2處理可溶性固形物含量最高。2020年，各處理果實可溶性固形物含量平均為9.03%；氮對果實可溶性固形物的效應顯著，N1水平顯著增加可溶性固形物含量，N1P2和N1P1處理可溶性固形物含量較高。總之，連續4年氮減量30%使果實可溶性固形物含量增加，增加幅度為5.36%～16.95%；連續5年氮減量60%均使果實可溶性固形物含量增加，幅度為2.04%～10.31%；第3～5年(2018—2020年) 磷減量35%和70%均增加果實可溶性固形物含量，最大增幅為13.07%；連續5年氮對果實可溶性固形物的效應達極顯著或顯著水平，氮磷交互效應大多顯著，說明果實可溶性固形物含量明顯受氮及氮磷交互作用調節。

表5 各處理琯溪蜜柚不同年份可溶性固形物含量(%)Table 5 Total soluble solids content of Guanxi pomelo fruit in each treatment across the years

2.2.4 可滴定酸含量 表6表明，2016年，各處理果實可滴定酸含量平均為0.41%，各處理可滴定酸含量在0.39%～0.43%，除N2P1處理和N1P2處理，其他處理較習慣施肥果實可滴定酸含量均小幅增加。2017年，各處理果實可滴定酸含量平均為0.41%，氮磷減量施肥各處理果實可滴定酸含量均有不同程度降低，磷對可滴定酸含量的效應顯著，磷減量35%顯著降低果實可滴定酸含量。2018年，各處理果實可滴定酸含量平均為0.49%，中氮水平3個處理果實可滴定酸含量均高于低氮水平處理，其中以N2P3處理可滴定酸含量最高。2019年，各處理果實可滴定酸含量平均為0.71%，氮、磷對果實可滴定酸的效應均極顯著，氮減量和磷減量35%均降低果實可滴定酸含量，習慣施肥處理可滴定酸含量最高。2020年，各處理果實可滴定酸含量平均為0.65%，氮磷減量施肥各處理可滴定酸含量均有不同程度增加，其中N1P2和N1P1處理可滴定酸含量較高。總之，氮減量及磷減量35%使第2～4年 (2017—2019年)可滴定酸降低，降低幅度為7.84%～12.05%，適宜的磷水平可以明顯降低果實可滴定酸含量。

表6 各處理琯溪蜜柚不同年份可滴定酸含量(%)Table 6 Titratable acid content in Guanxi pomelo fruit of each treatment in different years

2.2.5 固/酸 表7表明，2016年，各處理果實固/酸平均為22.02，氮磷減量施肥的所有處理均不同程度提高了果實固/酸，尤以N2P1處理果實固/酸最高。2017年，各處理果實固/酸平均為23.66，磷對果實固酸的效應顯著，磷減量35%顯著提高果實固/酸，以N2P2處理果實固/酸最高。2018年，各處理果實固/酸平均為20.73，氮磷減量施肥的所有處理均提高了果實固/酸，磷及氮、磷交互效應分別達到顯著和極顯著水平，中磷處理果實固/酸高于高磷、低磷處理，以N2P2處理果實固/酸最高。2019年，各處理果實固/酸平均為13.74，較前幾年明顯降低，氮磷減量施肥的所有處理均不同程度提高了果實固/酸，氮、磷對果實固/酸效應分別達顯著、極顯著，磷減量35%顯著提高果實固/酸，N2P2和N1P2處理果實固/酸較高并高于其它處理。2020年，各處理果實固/酸平均為14.09，氮磷減量施肥的所有處理均不同程度降低了果實固/酸。總體而言，氮減量30%、磷減量35%連續4年提高了果實固/酸，幅度分別為5.12%～24.10%、0.82%～22.21%，尤其是適宜的磷用量如磷減量35%對提高果實固/酸效應顯著。

表7 各處理琯溪蜜柚不同年份固/酸Table 7 Solid acid ratio of Guanxi pomelo fruit in each treatment across the years

2.2.6 維生素C含量 表8表明，試驗第1年(2016年)，各處理果實維生素C含量平均為19.89 mg/100 g，除N1P2處理外，其他處理果實維生素C含量均比習慣施肥處理有不同程度增加，尤其是N2P2處理果實維生素C含量最高，比習慣施肥處理增加8.19%。2017年，各處理果實維生素C含量平均為18.40 mg/100 g，氮磷減量施肥所有處理均增加果實維生素C含量，增加幅度為5.89%～24.46%；氮、磷對果實維生素C含量的效應顯著，表現為果實維生素C含量隨著氮減量而增加，中磷(P2)處理降低，N1P1處理顯著高于其他處理。2018年，各處理果實維生素C含量平均為16.77 mg/100 g，氮磷減量施肥所有處理均使果實維生素C含量增加，氮、磷及其交互效應分別達到顯著和極顯著，表現為果實維生素C含量隨著氮減量而增加，N2P2處理高于其他處理。2019年，各處理果實維生素C含量平均為17.43 mg/100 g，除N1P1處理外，其他處理果實維生素C含量均比習慣施肥處理有不同程度增加；氮對果實維生素C含量的效應顯著，氮減量30%增加果實維生素C含量，中氮(N2)處理均高于低氮(N1)處理，中磷(P2)處理均高于高磷(P3)、低磷(P1)處理，N2P3和N2P2處理果實維生素C含量較高。2020年，各處理果實維生素C含量平均為19.41 mg/100 g，除N2P2處理外，其他氮磷減施處理果實維生素C含量均比習慣施肥有不同程度增加，氮對果實維生素C含量的效應顯著，低氮處理均高于高氮、中磷處理，其中N1P2處理果實維生素C含量最高。總之，氮減量尤其是減量30%可增加果實維生素C含量，增幅為2.18%～14.18%，且第2～5年(2017—2020年)氮效應顯著，說明果實維生素C含量明顯受氮肥水平調節。

表8 各處理琯溪蜜柚不同年份維生素C含量(mg/100 g)Table 8 Vitamin C content in Guanxi pomelo fruit in each treatment across the years

2.3 連續5年氮磷減量影響琯溪蜜柚果實品質的綜合評價

對琯溪蜜柚果實單果重、果皮厚、可溶性固形物、可滴定酸、固酸比和維生素C共6個品質指標進行主成分分析，計算得到各年份不同處理果實品質的綜合得分(表9)，氮減量30%、磷減量35%(N2P2)處理果實連續4年得分排名第一，氮減量60%、磷減量35% (N1P2)處理果實第5年得分排名第一，而習慣施肥 (N3P3)處理果實品質連續5年均較差。因此，總體而言，氮、磷肥減量施用能夠提升果實的綜合品質，其中以氮減量30%和磷減量35%為最佳。

表9 各處理不同年份果實品質綜合得分Table 9 Fruit quality comprehensive score of each treatment across the years

3 討論

柑橘是我國南方地區栽培面積最廣、經濟地位最重要的果樹[11]，近年來發展迅速。本研究團隊[4,12]調查表明，我國各省市柑橘主產區氮、磷、鉀肥年均用量分別為383～913、258～695和303～724 kg/hm2，氮、磷、鉀肥過量施用面積占比分別為57.30%、76.60%和69.10%，其中以琯溪蜜柚為主的福建產區氮、磷、鉀年均用量分別為1110、871、936 kg/hm2，更是遠遠超過樹體實際需肥量，說明我國柑橘園過量施肥問題既嚴重又普遍。過量施肥不僅加劇果園土壤酸化、樹體養分失調，還會引發水體富營養化、地下水硝酸鹽污染等問題[13–14]，尤其是過量施肥誘發樹體養分失調而導致果實品質和產量下降[15]。平和縣琯溪蜜柚果園氮、磷肥過量施用的種植戶分別有34.56%和66.65%[16]，土壤磷素高風險果園達50.5%、中風險果園達12.2%[17]。調查結果顯示，平和縣琯溪蜜柚年平均施用N 1.60 kg/plant、P2O51.25 kg/plant，參考標準上限 N 1.1 kg/(plant·a)、P2O50.6 kg/(plant·a)，氮、磷肥減量施用的潛力分別達31.2%和52.0%。因此，氮、磷肥減量施用，既是柑橘產業提質增效又是生態環境安全急需解決的問題。

本研究始于2016年，第1年的結果說明，減少氮、磷用量甚至分別減少60%、70%，都沒有導致琯溪蜜柚減產，反而具有增產和明顯改善果實品質的效果[9]。本研究綜合分析連續5年試驗結果，連續5年氮減量30%和磷減量35%或減量70%均未導致果實產量顯著下降，氮減量60%的果實產量自第2年(2017年)開始有所下降，氮減量同時磷減量70%反而增加果實產量。王志超[18]報道氮減量22.5%使蜜桃得到最高產量，楊莉莉等[8]報道氮減量25%使紅富士蘋果產量增加，張洋等[19]報道氮減量30%絲瓜可以增產10.09%。由此說明，針對過量施肥，氮、磷適度減少用量和調節比例都具有“減肥增產”的效果，特別是過量施肥嚴重的琯溪蜜柚果園，連續多年氮、磷適度減少用量和調節比例依然具有“減肥增產”的效果。

過量施肥還導致果實品質下降，如氮肥過量導致椪柑果實粗皮大果[20–21]，磷肥過量誘發植物缺素癥而引起果實皺皮[22]。本研究結果表明，連續5年氮減量30%、磷減量35%均顯著降低了果皮厚；連續4年氮減量30%、連續5年氮減量60%以及第3～5年(2018—2020年)磷減量35%和70%均顯著增加果實可溶性固形物含量，且氮、磷協同效應顯著；氮減量及磷減量35%使第2～4年(2017—2019年)可滴定酸含量降低，意味著氮減量和磷適宜可以顯著降低果實可滴定酸含量；氮減量尤其是減量30%還提高果實維生素C含量；氮減量30%、磷減量35% (N2P2)處理果實品質連續4年綜合得分最高，氮減量60%、磷減量35% (N1P2)處理果實品質第5年綜合得分最高，而習慣(N3P3)施肥果實品質連續5年綜合得分較低。減量施肥，提高了果實可溶性糖、維生素C等含量，改善了蕉柑[23]、番茄[24]、蜜柚[25]、香蕉[26]等果實品質。氮減量使椪柑果實可溶性固形物含量增加、固酸比提高[27]，南豐蜜橘果實維生素C含量隨著氮用量提高先增加后減少[28]，氮素與果實有機酸含量呈負相關[29]；磷減量20%～40%顯著增加蘋果果實可溶性固形物含量和固酸比[14]，柑桔[30]、梨[31]等有類似結果。因此，針對柑橘氮、磷過量施用普遍，尤其是琯溪蜜柚果園過量施用嚴重，連續多年氮、磷適度減少用量和調節比例更具有“減肥提質”的效果。

4 結論

連續4年減施氮量30%，果實產量增加且果皮厚度降低，可溶性固形物和維生素C含量、固/酸增加，連續5年減施磷量35%～70%，不會引起果實產量下降。因此，連續5年氮、磷適度減少用量和調節比例，既能夠“減肥增產”，又能夠“減肥提質”。其中，氮減量30%、磷減量35%，即N 1.12 kg/(plant·a)、P2O50.85 kg/(plant·a)，配合施 K2O 1.40 kg/(plant·a)，連續5年果實產量、品質俱佳。但長期適宜的氮、磷投入量還需要進一步研究。