優化施肥對琯溪蜜柚產量、品質和碳排放的影響

張衛強，許修柱，陳曉輝，Muhammad Atif Muneer，葉德練，2*，吳良泉

（1.福建農林大學，資源與環境學院/國際鎂營養研究所，福建 福州 350002；2.福建農林大學，農學院/作物遺傳育種與綜合利用教育部重點實驗室，福建 福州 350002）

蜜柚是重要的柑橘種類之一，平和琯溪蜜柚聞名天下。平和縣作為琯溪蜜柚的原產地，2018年種植面積達到4.6萬hm2，年產量達176.6萬t，是我國最大的柚類生產基地［1-2］。施肥是蜜柚增產的重要措施，當地農戶為了追求高產，往往投入大量的化學肥料，過量施肥既降低了產量、品質和經濟效益，又增加了資源環境代價［3-4］。因此，減量優化施肥迫在眉睫。

鈣、鎂營養對柑橘的生長和產量品質的形成同樣重要。果皮內裂與柑橘缺鈣高度相關［13］，補充鈣素營養可有效緩解裂果發生［14］。蜜柚缺鎂會抑制冠層對光能的捕獲、傳遞和轉化，降低光合能力［15］。已有的研究表明平和縣蜜柚園土壤交換性鈣和交換性鎂缺乏的比例分別高達65.8%和77.4%［16］，但果農普遍忽視鈣鎂肥的施用，因此蜜柚缺鎂、缺鈣現象常有發生。

綜上所述，針對平和縣蜜柚果園開展養分綜合管理具有重要的理論和實際意義，但相關研究鮮有報道。本研究在福建省平和縣進行多點試驗，研究不同優化施肥措施對琯溪蜜柚產量、品質、肥料利用效率、經濟效益和碳排放的影響，以期為蜜柚高產優質和高效綠色生產提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料和試驗地點

試驗材料為紅肉蜜柚或三紅蜜柚，樹齡為6～10年，同一試驗地點的樹齡相同。蜜柚果園地勢平坦，綜合管理較好，樹體健壯。試驗地點共6個，分別位于福建省漳州市平和縣坂仔鎮五星村（2個）、寶南村（1個）、南山村（1個）和東坑村（2個）。試驗時間為2017年12月至2018年10月。各試驗點施肥前（2017年）果樹和土壤的基本信息見表1。

表1 各試驗點蜜柚和土壤的基本信息

1.2 試驗設計

試驗共設3個處理：①農戶習慣施肥（FFP）：肥料用量按照試驗地農戶的施肥習慣；②優化施肥（OPT）：根據果樹產量和專家推薦施肥量減量施肥；③優化施肥+鈣鎂肥（OPT+Ca Mg）：在OPT處理的基礎上增施鈣和鎂肥。試驗采用完全隨機區組設計，每個施肥處理設置5個重復。施用的肥料與養分含量分別為：尿素（N 46%）、磷酸二銨（N 15%，P2O542%）、硫酸鉀（K2O 51%），一水硫酸鎂肥（MgO 27%）、硫酸鉀鈣鎂肥（S 16%，K2O 14%，MgO 6%，CaO 17%）、硝酸鈣（N 13%，CaO 23.7%）。施肥時間分別是促梢壯花肥（3月上中旬）、穩果肥（4月下旬）、壯果肥（6月下旬）、越冬肥（12月下旬），4次施用量分別占全年肥料用量的29%、19%、19%、33%。所有處理中促梢壯花肥和穩果肥在滴水線下撒施，壯果肥和越冬肥在滴水線下穴施，其中OPT+Ca Mg處理的鈣鎂肥在越冬肥時期于滴水線下一次性穴施，各試驗點的施肥量見表2。

表2 各試驗點不同施肥處理的施肥量 （kg/hm2）

1.3 測定項目

1.3.1 產量

在蜜柚收獲期，每個小區中隨機選取5株果樹統計掛果量，同時在每株果樹任意方向的對角方向上各采集1個中等大小無病害的果實，用電子天平稱單果重。產量按以下公式計算：單株產量（kg）=掛果數×平均單果重（kg）；每公頃產量（kg）=單株產量（kg）×750，750為種植密度（株/hm2）。

1.3.2 品質

可滴定酸：用氫氧化鈉標準溶液對樣品中的酸進行中和滴定，以酚酞為指示劑，根據消耗堿液體積計算酸含量。可溶性固形物：手持數顯糖度計（日本，PAL-1）測定。固酸比=可溶性固形物/可滴定酸；可食率（%）=（果肉鮮重/單果鮮重）×100。

1.3.3 肥料偏生產力和經濟效益

四是監測制度。監測是土地保護的重要手段，要對監測網絡建設（省、市、縣）、監測指標及頻次、監測結果發布、預測預警等作出規定，以維護監測工作的長期運行。

肥料偏生產力（PFP）指施用某一特定肥料下的作物產量和施肥量的比值。PFP=Y/F，式中Y是指作物的產量，單位為kg/hm2；F是指純養分（N、P2O5和K2O）的投入量，單位為kg/hm2。

按照當年當地的物價水平對各試驗地點的經濟效益進行評價。生產過程的成本主要包括農資投入成本和人工投入成本，其中，農資主要包括化肥、農藥、套袋和汽油，人工投入主要包括施肥、環剝、剪枝、噴農藥和挑工。

1.3.4 碳足跡核算方法

基于生命周期分析理論計算蜜柚從“搖籃”到“農場門”的碳足跡［17-18］，該方法充分考慮了生產資料投入的碳排放以及農田環節的碳排放和碳固定。

1.3.5 數據分析

采用Excel 2017 和Origin 2021進行數據整理和制圖，利用SPSS 21.0對數據進行統計和方差分析，并以Duncan多重比較分析不同處理間的差異顯著性。

2 結果與分析

2.1 優化施肥對蜜柚產量和品質的影響

綜合分析各試驗點發現，不同施肥處理的蜜柚掛果量在各個試驗點上均無顯著差異（表3）。6個試驗點不同處理的平均單果重差異不顯著，但是試驗點4的OPT+Ca Mg處理和試驗點5的OPT處理的單果重較FFP處理顯著增加。與FFP處理相比，試驗點3的OPT、OPT+Ca Mg處理和試驗點5的OPT+Ca Mg處理的產量顯著增加，分別增加57.0%、59.0%和38.0%；其他試驗點的OPT和OPT+Ca Mg處理的產量與FFP處理相比均沒有減少。

表3 不同施肥處理對蜜柚產量及產量構成因素的影響

各個試驗點上不同施肥處理間的蜜柚可食率均無顯著差異（圖1A）。6個試驗點蜜柚平均可溶性固形物含量在不同施肥處理間無顯著差異，但試驗點3的OPT處理和試驗點5的OPT和OPT+Ca Mg處理的可溶性固形物含量較FFP處理顯著增加（圖1B）。與FFP處理相比，6個試驗點OPT+Ca Mg處理的平均可滴定酸含量顯著降低7.0%，其中，試驗點1的OPT、OPT+Ca Mg處理和試驗點4的OPT、OPT+Ca Mg處理的可滴定酸含量分別降低23.0%、23.3%和34.7%、50.0%（圖1C）。與FFP處理相比，OPT+Ca Mg處理的果實固酸比平均顯著提高8.8%，其中試驗點4的OPT（增幅26.5%）和OPT+Ca Mg處理（增幅44.7%）和試驗點5的OPT+Ca Mg處理（增幅31.8%）顯著增加（圖1D）。綜上，與農戶習慣施肥相比，在減肥的基礎上補充鈣鎂不僅可以顯著降低蜜柚的可滴定酸含量，還可以顯著提高固酸比。

圖1 不同施肥處理對蜜柚果實品質的影響

2.2 優化施肥對蜜柚肥料偏生產力和碳排放的影響

OPT和OPT+Ca Mg處理可以顯著提高蜜柚氮、磷、鉀肥偏生產力（圖2）。與FFP處理相比，OPT處理的氮、磷、鉀肥偏生產力分別增加N 33.3 kg/kg、P2O555.8 kg/kg和K2O 41.6 kg/kg，增幅分別為100.3%、130.6%和115.9%；OPT+Ca Mg處理的氮、磷、鉀肥偏生產力分別增加N 34.9 kg/kg、P2O557.9 kg/kg和K2O 43.1 kg/kg，增幅分別為105.1%、135.6%和120.2%。

OPT和OPT+Ca Mg處理可以顯著降低碳排放總量、單位面積凈碳排放和碳足跡（圖3）。與FFP處理相比，OPT和OPT+Ca Mg處理的碳排放總量分別顯著減少7.5和6.6 t CO2eq/kg，降幅分別為27.0%和23.9%（圖3A）；OPT和OPT+Ca Mg處理的單位面積凈碳排放分別顯著降低8.1和7.1 t CO2eq/kg，降幅分別為39.0%和34.0%（圖3C）；OPT和OPT+Ca Mg處理的碳足跡分別顯著降低0.28和0.27 t CO2eq/kg，降幅分別為45.0%和44.0%（圖3D），但不同處理之間的單位面積碳固定沒有顯著差異（圖3B）。

圖2 不同施肥處理對蜜柚氮磷鉀肥偏生產力的影響

圖3 不同施肥處理對蜜柚果園碳排放的影響

2.3 優化施肥對蜜柚經濟效益的影響

6個試驗點不同施肥處理間的蜜柚平均收入無顯著差異，但試驗點3的OPT+Ca Mg處理和試驗點4的OPT、OPT+Ca Mg處理的蜜柚收入較FFP處理分別顯著增加49.2%和12.1%、11.3%（表4）。與FFP處理相比，OPT和OPT+Ca Mg處理的農資成本分別減少了1.3萬和1.1萬元/hm2，平均利潤顯著增加2.7萬和3.2萬元/hm2，增幅分別為28.2%和33.2%。因此，化肥減量施用及補施鈣鎂肥可以減少農資投入并增加利潤。

表4 不同施肥處理對蜜柚經濟效益的影響

3 討論

3.1 化肥減量施用的效果

合理施肥是作物增產的重要措施，但是過量施肥對產量和品質有負面影響。本研究中，優化施肥和優化施肥+鈣鎂肥處理的氮、磷、鉀肥施用量分別減少24%～59%、23%～66%、11%～67%，但并未導致蜜柚產量降低。前人研究也證明相對于農戶常規施肥水平而言，優化施肥在氮肥減少60%、磷肥減少70%下仍然不會導致琯溪蜜柚產量下降［4］；對蜜柚連續3年的試驗表明，減量施肥不但增產25%，而且還會降低蜜柚的次果率［19］；合理的減量施肥還能促進柑橘產量的提高，在紐荷爾臍橙上的研究表明，磷肥和鉀肥施用量各減少33%，產量反而分別提升15%和25%［20］。一般國內柑橘產區（平均產量為24～48 t/hm2）氮、磷和鉀肥的推薦施用量分別為N 264～679 kg/hm2、P2O5160～311 kg/hm2和K2O 225～569 kg/hm2［5，21-25］。而Qin等［26］總結國內外研究發現，柑橘最佳氮肥投入量為N 133～270 kg/hm2，平均的優化氮肥用量為N 198 kg/hm2，相應的產量為47.6 t/hm2，氮肥偏生產力為237 kg/kg。即使在80 t/hm2的高產條件下，柑橘氮肥的推薦用量僅為N 202 kg/hm2，磷肥的推薦用量約為P2O572.9 kg/hm2，鉀肥的推薦用量與氮肥的推薦用量相當［27］。此外，本課題組前期研究發現蜜柚的氮、磷、鉀需求量為N 235～266 kg/hm2、P2O526～34 kg/hm2、K2O 182～199 kg/hm2［28］。但是在本研究中優化施肥處理的氮、磷和鉀肥平均施用量分別為N 660 kg/hm2、P2O5450 kg/hm2和K2O 581 kg/hm2，仍然遠超過蜜柚氮、磷、鉀養分的需要量，存在巨大的減肥空間。因此，應根據蜜柚養分需求規律和土壤養分供應規律進一步挖掘蜜柚減量施肥的潛力。

3.2 鈣、鎂元素的作用

鈣、鎂元素對柑橘光合作用和果實品質起著不可忽視的重要作用［29-30］。柑橘可利用的鈣、鎂元素一方面來自土壤中的交換性鈣和交換性鎂，另一方面來自人為施用的鈣鎂肥料。但是酸性土壤中的交換性鈣和交換性鎂含量不高［31］，并隨著種植年限的增加而降低［32］，容易造成果實品質劣化。本研究6個試驗地土壤交換性鈣和交換性鎂含量平均值分別為367.4和94.7 mg/kg，土壤鈣鎂養分不足［33］，需要外源補充鈣、鎂肥料。本研究發現，在優化施肥的基礎上增施鈣鎂肥可以降低蜜柚果實可滴定酸含量7.0%和提高固酸比8.8%。在錦橙［34］、血橙［35］、春甜桔［36］和葡萄［37］上也發現施用鈣鎂肥可以降低果實的可滴定酸，增加固酸比。這一方面可能是因為鈣和鎂元素能夠抑制有機酸關鍵合成酶的活性，提高有機酸分解酶的活性，導致果實中酸含量降低［38-39］；另一方面可能是減肥下補充鎂和鈣元素可以平衡營養元素，增強葉片光合作用，促進碳水化合物的合成和運輸，加速果實糖酸轉化［40］。

3.3 優化施肥對肥料利用效率、經濟效益和碳排放的影響

優化施肥不僅可以減少肥料投入量、提高肥料利用效率，還能減少成本、提高經濟效益。本研究發現OPT和OPT+Ca Mg處理的氮、磷、鉀肥偏生產力較FFP處理分別提高100.3%、130.6%、115.9%和105.1%、135.6%、120.2%，同時能分別減少1.3萬和1.1萬元/hm2肥料成本投入，利潤增加2.7萬和3.2萬元/hm2。前人研究發現氮、磷、鉀肥減量30%可以使蜜柚的肥料偏生產力顯著提高12.7 kg/kg，凈收益增加47.8%［19］。在西南地區155個典型柑橘園的研究也發現減肥優化處理的肥料投入量減少，氮肥利用效率可以提高38.0%～116%［41］。丹棱縣柑橘減肥優化處理的環境成本較農戶習慣施肥降低了21.2%～35.2%，溫室氣體排放減少了13%～35%［41］。類似的，本研究基于生命周期分析理論對蜜柚果園的碳排放進行評估，結果發現OPT和OPT+Ca Mg處理的碳排放總量、單位面積凈碳排放和碳足跡均顯著低于FFP處理，其中碳足跡的降幅分別為45.0%和44.0%。有研究表明氮肥對平和縣蜜柚園產生的碳足跡貢獻率高達84.7%，因此，氮肥減量施用可以減少溫室氣體的排放［18，41-42］。

4 結論

在平和縣農戶習慣施肥的基礎上分別減少氮、磷和鉀施用量59%、66%和67%時，蜜柚產量并沒有降低。與農戶習慣施肥相比，減量施用氮磷鉀肥的基礎上增施鈣鎂肥可以顯著降低蜜柚果實可滴定酸含量，提高固酸比和氮、磷、鉀肥偏生產力，增加農戶收益并降低碳排放，是蜜柚綠色提質增效的施肥措施。