有機肥替代化肥對“愛媛28號”橘橙產量和品質的影響

萬連杰, 何瑞杰, 何滿, 田洋, 鄭永強,呂強, 謝讓金, 馬巖巖, 鄧烈, 易時來

西南大學 柑桔研究所/國家柑桔工程技術研究中心/中國農業科學院 柑桔研究所,重慶 400712

柑橘是目前我國和世界第一大類的水果[1],我國柑橘產量占全球的28.2%,位居全球榜首.“愛媛28號”橘橙(CitrusreticulateEhima 28)俗稱“紅美人”“果凍橙”,由于果皮顏色鮮艷,皮薄、 果肉嫩、 口感好,且具備早熟和豐產等特點,是近年來市場和生產上主推的優質雜柑品種之一．

目前,我國柑橘生產上普遍存在不合理甚至過量施用化肥、 忽視施用有機肥的現象,一定程度上影響了我國柑橘優質生產與良性可持續發展.據報道,我國主產區柑橘氮(N)、 磷(P)、 鉀(K)等肥料投入分別過量36.2萬t、 42.5萬t和35.5萬t,而果園有機肥投入嚴重不足,僅占47.8%[2].柑橘氮肥利用率為20%～30%,遠低于國外50%左右的水平[3-4].過量施用化肥不但影響了果實產量與品質,增加了果品生產成本,還對果園土壤板結、 水體富營養化、 溫室氣體排放等帶來潛在風險.當前我國有機肥替代化肥逐漸成為研究熱點[5],已經在蘋果[6]、 芒果[7]、 荔枝[8]、 柑橘[3,9-11]等水果上開展了相關試驗研究.方林發[9]在一年生大雅柑幼苗的盆栽試驗中發現,綠肥替代75%～100%的化學氮肥有利于促進幼苗對氮素吸收和干物質量的積累.侯海軍等[10]對椪柑的研究發現,有機肥替代無機氮肥增產了14%～21%,可滴定酸降低了15%～19%,維生素C提高了42.9%～59.3%.此外,在塔羅科血橙[12]、 檸檬[13-14]上的研究表明,減施化肥、 配施有機肥有利于提高果實產量與品質,還對果園土壤養分和有機質有一定的提升效果.目前,減施化肥、 配施有機肥的相關研究主要集中在減施氮肥對農產品產量品質影響等方面,而未見等量N，P，K養分下減施化肥配施有機肥在柑橘養分吸收和產量品質等方面的研究報道,尤其對初結果樹柑橘的研究鮮見報道.本研究以“愛媛28號”初結果樹為對象,研究等量N，P，K條件下,不同有機肥替代比例對其養分吸收利用和產量品質的影響,以期獲得最佳有機肥替代比,為柑橘化肥科學減量和有機肥合理增施提供理論依據．

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2020-2021年在四川省廣安市武勝縣壹志嘉樹果業專業合作社生產園進行.該果園地處北緯30°38′、 東經106°17′,為亞熱帶季風氣候型,年均氣溫18 ℃,年均日照時長1 181.1 h,年均降水量1 087 mm.果園土壤為紫色土,由水稻田改建而成,其中土壤pH值為5.6,堿解氮含量96.58 mg/kg,有效磷含量82.36 mg/kg,速效鉀含量79.85 mg/kg,有機質含量15.71 g/kg,土壤基礎肥力中等略偏低.供試柑橘品種為“愛媛28號”(Citrusreticulate“Ehima 28”),砧木為紅橘,3年生初結果樹.果園種植模式為起壟栽植,株行距為3 m×4 m．

供試肥料為尿素(四川天華股份有限公司,含N比例46.7%)、 鈣鎂磷肥(湖北禹暉化工有限公司,含P2O5量比例為12%)、 硫酸鉀(國投新疆羅布泊鉀鹽有限公司,K2O含量51%)、 生物有機肥(成都正富生物科技有限公司,其中N，P，K總養分≥5.0%,有機質≥40.0%,有效活菌數≥0.20億/g,含有枯草芽孢桿菌、 側孢短芽孢桿菌、 地衣芽孢桿菌等菌種)．

1.2 試驗設計

試驗設不施肥(CK)、 單施化肥(FP)、 生物有機肥替代化肥(S1,S2,S3,S4)等共6個處理,處理S1，S2，S3，S4的N，P和K養分均與FP相同,具體試驗設計如表1所示.單行柑橘樹為1個處理,選擇生長健壯、 長勢相對一致的植株14株,頭和尾各留一株作為保護樹(采樣時避開此樹),每3株為1個重復,共4個重復.在3月、 7月和10月分別進行3次施肥,其中有機肥在10月配合化肥一次性施入土壤,3月和7月追施化肥.N，P，K肥3次施用的比例分別為1∶1∶0.5,0.4∶0.6∶1,0.6∶1∶0.4.施肥位置為樹體行間兩側滴水線外側各挖1個長×寬×深為1 m×0.2 m×0.3 m的條溝,將肥料與挖出的土拌勻后回填處理.果園病蟲害和其他田間管理按當地常規技術統一進行．

表1 施肥試驗設計

1.3 采樣與項目測定

1.3.1 枝、 葉、 根樣品采集與養分測定

分別于4月、 7月和11月采集當年生花朵、 春梢和秋梢,在樹冠四周分上、 中、 下3層,每層4個方位各采集2個枝條和花朵,每3株樹混合采集為一個樣品,每個處理4次重復.采集后的樣品立即放入事先準備好的帶有冰袋的保鮮盒中臨時保存,迅速帶回實驗室進行枝葉分離,并用去離子水洗凈并擦干樣品,再將樣品放置在恒溫干燥鼓風箱中105 ℃殺青30 min,然后80 ℃烘干至恒質量并稱量,后用H2SO4-H2O2法消煮制備成待測液,分別用半微量凱氏定氮法、 鉬銻抗比色法、 火焰光度法測定N，P，K含量[15].7月在所有處理樹的同一側方向去除地表雜草等非土物質后,沿樹冠滴水線朝內取長×寬×深為20 cm×20 cm×40 cm的土塊,將土塊中的根系取出并清洗干凈,按照葉片類似的操作方法測定養分含量．

1.3.2 果實樣品采集與產量、 品質測定

于11月調查單株產量,沿樹冠4個方位各采1個果,3株樹為1個混合樣品,每個果樣共12個果,4次重復.每個樣品隨機分成兩份,一份用于烘干并按葉片和枝條相同方法進行果實N，P，K養分測定,另一份測定果實內外品質指標.去離子水洗凈果實后擦干,測定單果質量和果實縱橫徑等,然后采用CR-10手持色差計(日本柯尼卡美能達公司)測定果面色差(Lab色差模型)[16].L表示亮度,值越大表示亮度越高； a表示紅綠色度,值越大越紅,反之越綠； b表黃藍色度,值越大越黃,反之越藍.用游標卡尺測定果皮厚度,硬度用GY-4果實硬度計(浙江托普儀器有限公司研制)測定,榨汁后采用PAL-1數顯糖度儀(日本ATAGO公司)測定可溶性固形物(TSS),NaOH中和滴定法測定可滴定酸含量(TA),2,6-二氯苯酚吲哚酚鈉滴定法測定維生素C(Vc)含量．

1.3.3 土壤樣品采集與養分測定

于采果前采集土壤樣品,距樹冠滴水線施肥穴同側10 cm左右處采集土壤樣品,每3株樹的土壤樣品混合為一份土壤樣品,每個處理4次重復.采集后的樣品帶回實驗室,自然風干過篩后測定土壤有機質、 土壤pH、 堿解氮、 有效磷、 速效鉀等含量[15]．

1.4 數據統計方法

采用Microsoft Excel 2019，SPSS 25.0和GraphPad Prism 5對數據進行分析和繪圖,采用Dancan新復極差法對數據進行統計學分析.肥料貢獻率(%)=(施肥處理產量-不施肥處理產量)/施肥處理產量×100%[17]．

2 結果與分析

2.1 有機肥替代化肥對樹體養分的影響

從試驗結果可以看出,春梢葉片和枝條的養分含量高于秋梢,葉片和枝條均以N最大,其次為K,P相對最低,且隨著有機肥替代比的增加,葉片和枝條的N，P和K質量分數均呈先升高后降低的趨勢.相比FP處理,4個有機肥替代處理春梢葉片N，P和K質量分數差異均無統計學意義； S2和S3處理的春梢枝條P含量分別增加了16.4%和19.1%,其較S1和S4差異也具有統計學意義； S3處理的春梢枝條K質量分數與提高了18.0%,且相比其他有機肥替代處理差異也有統計學意義.S3處理的秋梢葉片N和P質量分數比FP顯著增加了9.2%和10.6%,各有機肥替代處理(除S1)的秋梢葉片K質量分數較FP均有明顯提升； S3處理的秋梢枝條K質量分數較FP顯著增加了13.2%,秋梢枝條各有機肥替代處理間的N,P和K質量分數差異均無統計學意義.根和花的養分也均以N質量分數最大,其次為K,P相對最低,且隨著有機肥替代比的增加,根和花中N，P和K質量分數均呈先增后降的趨勢.其中根S3和S4處理的N，P質量分數比FP處理分別提高了18.4%和9.9%,25.0%和13.4%,根S2和S3處理的K質量分數比FP處理分別增加了28.1%和32.8%,差異均有統計學意義； S2和S3處理的花中P質量分數較FP處理分別增加了45.2%和41.9%,但各施肥處理(FP和S1～S4)之間的N和K差異均無統計學意義(表2)．

此外,各施肥處理的果實養分含量較CK均有所提升,果實養分變化規律和根、 花類似,均以N最高,其次為K,P相對最低,且隨著有機肥替代比的增加,果實N,P和K質量分數均呈先增后降的趨勢.其中S3處理的果實中N質量分數比FP增加了7.6%,差異有統計學意義； 而各施肥處理P和K之間差異無統計學意義.由此可知,減施化肥并補施生物有機肥不僅不會影響“愛媛28號”橘橙各組織對養分的吸收利用,一定程度上還能改善和提升吸收利用的效果,以S2和S3處理對“愛媛28號”橘橙各器官組織的養分吸收效果較好(表2)．

表2 不同處理對“愛媛28號”橘橙各組織養分的影響 g/kg

2.2 有機肥替代化肥對土壤養分的影響

對土壤養分的分析可知,各有機肥替代處理的土壤理化性質較CK和FP均有提升,且總體上土壤pH值和土壤有機質隨有機肥替代比的增加而增加,土壤堿解氮、 有效磷和速效鉀均隨有機肥替代比的增加呈先升后降的趨勢.其中,各施肥處理的土壤pH值變化范圍為5.56～6.48,基本都在最適宜土壤pH值(5.50～6.50)范圍內,各有機肥替代處理的土壤pH值比FP增加了3.4%～16.5%,除S1外差異均有統計學意義； 各有機肥替代處理的土壤有機質值變化范圍為20.17～24.75 g/kg,基本都在適宜的土壤有機質范圍內,各有機肥替代處理的土壤有機質比FP提高了5.8%～22.7%,但僅S4處理有明顯提升； S3處理的土壤堿解氮和速效鉀比FP分別增加了14.1%和12.55,差異有統計學意義； 各有機肥替代處理的土壤有效磷比FP提高10.3%～19.0%,差異有統計學意義.由此可知,有機肥替代化肥處理能改善和提升土壤的理化性質,以S3處理的效果相對較好(表3)．

表3 不同處理對“愛媛28號”橘橙園土壤理化性質的影響

2.3 有機肥替代化肥對產量和品質的影響

2.3.1 有機肥替代化肥對產量及其構成因素的影響

如表4所示,相比CK處理,各施肥處理的產量、 單果質量、 橫徑和縱徑均有明顯增加,且隨有機肥替代比的增大,各有機肥替代處理的產量、 單果質量、 橫徑、 縱徑和果形指數總體上均呈先升后降的趨勢.其中,相比FP處理,各有機肥替代處理的產量增加了7.4%～26.2%,但僅S2和S3處理較FP差異有統計學意義,且S3處理較S1和S4處理增產了17.4%和14.8%； 各有機肥替代處理的單果質量增加了1.8%～30.3%,除S1外,差異均有統計學意義,且S2和S3處理較其他有機肥替代處理差異也有統計學意義； S2處理的橫徑增加了11.5%,但較S3處理差異無統計學意義； S3處理的縱徑增加了10.8%,較其他處理差異也有統計學意義； 而各處理的果形指數差異均無統計學意義.以上結果說明,有機肥替代處理一定程度上能增加“愛媛28號”橘橙果實的橫徑和縱徑,提高果實的單果質量和產量,以S2和S3處理的效果較好．

表4 不同處理對“愛媛28號”橘橙產量和果實大小的影響

小寫字母不同表示處理間差異有統計學意義(p<0.05)．圖1 不同處理對“愛媛28號”橘橙 果實可食率和出汁率的影響

2.3.2 有機肥替代化肥對果實品質的影響

從試驗結果可以看出,各施肥處理對“愛媛28號”橘橙果實可食率和出汁率也有不同程度的影響,相較CK和FP,各有機肥替代處理的果實可食率和出汁率均有所提高,且隨有機肥替代比的增大,總體上呈現先增后減的趨勢.其中,相比FP處理,各有機肥替代處理的果實可食率和出汁率分別增加了0.4%～2.2%和1.7%～3.5%,以S2和S3處理相對較高,但各施肥處理之間差異均無顯著差異統計學意義(圖1)．

試驗對“愛媛28號”橘橙果皮特性和果實內在品質進行了測定,結果可知,各施肥處理對“愛媛28號”橘橙果皮亮度(L)、 紅色度(a)、 黃色度(b)、 著色度(a/b)、 果皮硬度和果皮厚度等果皮特性均有不同程度的影響,增施有機肥處理的果皮特性較CK和FP均有改善,且隨有機肥替代比的增加,各有機肥處理的各項果皮外觀指標呈現先升后降的趨勢,其果皮硬度和果皮厚度總體上呈現降低的趨勢.相比FP處理,各有機肥替代處理的a值增加了38.0%～104.9%,除S1外差異均有統計學意義,其他各有機肥處理間差異無統計學意義； 各有機肥替代處理的b值增加了5.7%～12.3%,除S4外差異均有統計學意義,其他各有機肥處理間差異無統計學意義； S3處理的a/b值增加了41.2%,較其他有機肥處理差異無統計學意義.各有機替代處理的L值、 果皮硬度和果皮厚度均以S3處理相對較好,但各處理與FP相比差異無統計學意義.進一步統計分析可知,各有機肥替代處理的可溶性固形物、 可滴定酸、 固酸比和維生素C等內在指標較CK和FP均有改善,且隨有機肥替代比的增大,果實可溶性固形物和固酸比呈升高、 可滴定酸呈降低、 維生素C呈先升后降的趨勢.其中相比FP處理,S4處理的可溶性固形物和固酸比分別增加了8.5%和23.5%,差異有統計學意義； S4處理的可滴定酸降低了14.8%,但較其他有機肥替代處理差異均無統計學意義； 各有機肥替代處理的維生素C增加了2.8%～18.6%,除S1外差異均有統計學意義,且S3處理相較S1和S2處理增加了15.4%和7.7%.由此說明,有機肥替代處理一定程度上能改善“愛媛28號”橘橙果皮特性和果實內在品質,以S3處理相對較好(表5)．

表5 不同處理對“愛媛28號”橘橙果皮特性和果實內在品質的影響

2.4 有機肥替代化肥對肥料貢獻率的影響

由圖2a可知,各有機肥替代處理的肥料貢獻率為51.8%～59.3%,均高于FP處理的肥料貢獻率,且隨有機肥替代比的增大,各處理的肥料貢獻率呈先增后減的趨勢.其中相比FP處理,各有機肥替代處理的肥料貢獻率增加了6.3%～21.7%,但僅S3處理與FP差異有統計學意義,各有機肥替代處理之間差異無統計學意義.由圖2b可知,進一步曲線擬合分析得出,果實產量(y)與有機肥替代比(x)的擬合方程為y=-1.932 4x2+99.277x+5 572.9,其中決定系數R2為0.79,拐點出現在S3附近,進一步分析可知有機肥替代比在S2和S3處理間產量相對最高.由此可見,有機肥替代比并不是越高越好,適量的有機肥替代化肥才能有效地提高肥料貢獻率和果實產量．

曲線擬合中有機肥替代比例以替代N計量．圖2 不同處理“愛媛28號”橘橙園的肥料貢獻率(a)及曲線擬合(b)

3 討論

有機肥富含各種礦質元素,減施化肥并配施有機肥可有效促進養分的轉化[18].據報道[19],適量有機肥與化肥配施能促進柑橘幼苗的生長、 降低根冠比以及促進樹體對各養分的吸收.本試驗結果表明,各有機肥替代處理不同程度地改善和提高了葉片、 枝條、 根系、 花和果等器官組織的氮、 磷、 鉀的養分含量,且以S2和S3處理對“愛媛28號”橘橙各器官組織的養分吸收效果相對較好.這與杜春燕[6]、 司若彤等[7]分別在臺農杧果和番茄上的研究結果規律一致.有機肥同時含有多種活性物質,如氨基酸、 微生物、 有機碳等,在土壤上施用相當于給土壤“接種”,有利于培肥土壤地力.研究表明,農田長期施用有機肥能提高有機質、 土壤基礎養分以及改善土壤結構,從而增強土壤保肥供應養分的能力[20-21].本試驗結果表明,各有機肥替代處理的土壤pH值相比單施化肥處理提高了3.4%～16.5%,一定程度上減輕了土壤酸化,各有機肥替代處理的土壤有機質提高了5.8%～22.7%,且有機肥施用量越大,有機質含量也相應有所增加.這與李司童[22]和Li等[23]的研究結果類似,可能與生物有機肥中富含多種有機物有關．

研究表明,一定量的化肥減量配施有機肥有利于作物產量的提高[18,26-27].本研究中各有機肥替代處理的單果質量、 產量分別比單施化肥增加了1.8%～30.3%,7.4%～26.2%,且以有機肥替代處理S2和S3的增產效果較好,這可能與有機肥替代化肥處理的礦質養分豐富齊全且生物有機肥中含有多種有益活性物質促進了樹體的生長發育有關.有機肥替代化肥處理的果皮著色度,果實可溶性固形物、 可滴定酸、 固酸比和維生素C等品質指標比單施化肥(FP處理)均有不同程度的改善或提升； 一方面可能與有機肥相比單施化肥處理提供了更為豐富的養分有關,另一方面可能是因為有機肥提高了柑橘葉片光合作用,促進了糖類等光合產物的合成.這與杜玉霞等[28]、 Hazarika等[14]和李國良等[29]在檸檬和貢柑上的研究結果一致.其他果皮特性指標如果皮亮度值、 果皮硬度和果皮厚度等,有機肥替代處理組和FP處理相比差異均無統計學意義,這可能與“愛媛28號”橘橙初結果樹體自身的生長生理特性有關,相關研究還需進一步深入.各有機肥替代處理的肥料貢獻率相比FP處理提高了6.3%～21.7%,且曲線擬合結果分析表明,各有機肥替代處理中,S2與S3處理之間的產量相對較高.各指標綜合分析表明,有機肥替代處理中S2和S3處理的效果相對較好,可能與該處理能滿足“愛媛28號”橘橙初結果樹體對養分及時供應和生長生理的需求有關,有機肥替代量并不是越大越好,因為有機肥中的養分含量相對較低且大多為有機形態存在,短期內難以被微生物分解礦化,一定程度上會影響柑橘生長旺盛階段對養分的大量需求,前人[3，6，9，22，30-31]也有類似的研究報道．

4 結論

在本研究條件下,與單施化肥相比,生物有機肥部分替代化肥一定程度上促進了“愛媛28號”初結果樹各器官組織的養分吸收與利用； 提高了“愛媛28號”橘橙初結果樹的產量,改善了果實外觀與內在品質,且一定范圍內提高了果園土壤pH值、 有機質含量以及土壤有效氮、 磷、 鉀的質量分數； 尤以S2和S3處理的綜合效果相對較好,即生物有機肥替代20%～30%的氮肥、 40%～60%的磷肥和30%～45%的鉀肥效果最佳．