化肥減量配合有機肥部分替代對土壤性狀及蘋果產量和品質的影響

邵俊飛　尹靜　李貴杰　孫洪助　李慧敏　張金軍　丁方軍

關鍵詞：蘋果：化肥減量：有機替代：產量：品質

中圖分類號：S147.5：S661.1 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2023）03-0124-08

蘋果（Malus domestica Borkh.）屬薔薇科蘋果屬，世界上蘋果產量最高的前五個國家分別是中國、美國、波蘭、土耳其和印度。種植面積的增加及現代種植管理技術的應用是蘋果產量快速增長的主要原因。我國蘋果種植面積與產量均位居世界前列，截至2019年，分別占世界蘋果總種植面積和總產量的47.3%和40.8%。在影響蘋果產量和品質的眾多農藝措施中，施肥起主要作用。科學合理地按需施肥不僅能夠保證蘋果樹的正常生長發育，還能夠改善果實品質，達到節本增效的目的。但是，我國蘋果園施肥大多重施化肥，輕施有機肥，導致果園土壤有機質含量普遍偏低，有機肥養分比例僅占7.0%。而氮、磷、鉀的平均施用量分別高達905、570、675 kg/hm²。其中，山東蘋果園施氮水平在300～620kg/hm²，是國外果園的3.0～4.5倍。有研究指出，果園吸收利用的氮不足投入量的20%。近年來果農為了追求高產而大量施用遠超果樹需求的肥料，生產成本增加的同時，不僅導致果園土壤硝態氮淋失、肥料利用率下降以及果實品質降低，嚴重影響了蘋果生產的可持續性，還引發溫室氣體排放、地下水硝酸鹽積累等一系列環境安全問題。為了控制化肥使用量，2015年農業部提出了《到2020年化肥使用量零增長行動方案》，截至2021年已初見成效。研究表明，適當減少化肥施用量不僅可以提高肥料利用率，還能夠顯著減少NH₃和N₂O的揮發，且在減施化肥的同時增施有機肥能顯著改善果實品質、增加養分利用效率、減少氮素損失并保持土壤肥力。陶源指出，有機肥替代化肥是實現綠色農業生產的重要途徑，對提高土壤肥力、改善農產品質量和治理農業面源污染具有重要作用。

當前，最大限度地降低化肥的施用量以及增加氮肥的利用效率是提高作物產量的主要對策。有機肥含有大量有機質及作物生長所需的各類營養元素，不僅有利于增加作物產量、提高果實Vc含量、增加可溶性固形物含量、改善農產品品質，還能增加土壤中的有機質和養分含量、降低土壤容重并提高微生物數量，有助于農業的可持續發展。但因有機肥中的養分釋放速度較慢，不能及時被作物吸收利用，所以為了保證作物產量，大多數農民更喜歡使用化肥而不是有機肥。有研究指出，化肥和有機肥長期配合施用能夠提高土壤肥力、增加土壤有益細菌群落結構多樣性，并在一定程度上增加作物產量。因此，有機肥與化肥配合施用既能夠提高作物產量，又能夠保持適當的土壤生態平衡。有研究表明，秋季施肥對貯藏營養、樹體抗逆性和來年開花結果的影響顯著高于其它施肥時期。而秋季施肥節點的不同對樹體的養分吸收有著不同效果，顯著影響樹體根系養分的吸收，施肥節點在采收前15天時，樹體對氮肥的吸收量達到最高水平，此時氮素利用率較高，有利于降低葉片養分損失，增加樹體營養的積累。

威海市文登區是山東省蘋果主要產區之一，蘋果種植對當地的農業發展起到了至關重要的作用。目前，種植戶對果園合理施肥的意識逐漸增強，但由于缺乏科學指導導致的盲目施肥、偏施、過量施肥對蘋果樹的正常生長產生了不良影響。因此，如何提高肥料利用率、增加蘋果產量以及改善果實品質已成為蘋果產業生產中亟待解決的重要問題。本研究在減施化肥的基礎上配施有機肥，研究膨果前期和后期施肥對蘋果產量、品質及土壤肥力的影響，明確最佳施肥量及施肥時間，探究蘋果產量和品質的主效應因素，以期為威海市蘋果的節肥增效生產提供理論依據和數據支撐。

1材料與方法

1.1試驗地概況

試驗于2019年10月-2020年10月在威海市文登區峰山村德豐農業有限公司（37°08′N，121°86′E）蘋果園進行。該果園土壤類型為鈣質巖坡積洪積淋溶褐土。該地區氣候類型為暖溫帶季風氣候，年平均降水量585 mm，年平均氣溫8.4℃。果園種植密度1200株／hm²，行株距4.0m×1.25m。試驗前按五點取樣法采集試驗地0～20cm表層土樣帶回實驗室，混勻并自然風干后測得土壤理化性質見表1。

1.2供試材料

選用樹齡8年的富士品種做為試驗材料。有機肥選用東營市利大王化肥公司“力大王”（有機質45%、N3%、P 6%、K 4.5%）；化肥采用尿素（N46%）、磷酸二銨（N 18%、P₂O₅46%）、硫酸鉀（K₂O 50%），三者以N：P：K=20：10：20配制復合肥，化肥均由山東寶源生物有限責任公司提供。

1.3試驗設計

采用隨機區組試驗設計，設置8個處理，每處理重復5次，共40個小區。每個小區由4棵位置相鄰且長勢相近的蘋果樹組成。施肥方式為土壤溝施。試驗設計：當地農戶常規施肥量（N：0.42kg/株，P₂O₅：0.21 kg/株，K₂O：0.42 kg/株）基礎上減施25%（N：0.32 kg/株，P₂O₅：0.16 kg/株，K₂O：0.32 kg/株）配合不同施肥時期作對照（CF1、CF2），處理設置如下：（1）CF1，100%化肥，秋肥于膨果前期施用；（2） CF2，100%化肥，秋肥于膨果后期施用；（3）T1，75%化肥+25%有機肥，秋肥于膨果前期施用；（4） T2，75%化肥+25%有機肥，秋肥于膨果后期施用；（5） T3，50%化肥+50%有機肥，秋肥于膨果前期施用；（6）T4，50%化肥+50%有機肥，秋肥于膨果后期施用；（7） T5，100%有機肥，秋肥于膨果前期施用；（8）T6，100%有機肥，秋肥于膨果后期施用。各處理除施肥措施不同外，其他如雜草和病蟲害防治、滴灌及土壤管理等田間管理均與當地果園保持一致。試驗設計見表2。

1.4測定項目及方法

蘋果產量及品質測定：蘋果收獲時進行樣品采集，每小區內4棵樹的東西南北4個方向各摘取2個果實，每小區共采摘32個蘋果，帶回實驗室進行相關品質指標測定。電子秤稱量每小區所有果實產量計為小區產量。蘋果品質的測定項目及方法見表3。

土壤樣品測定：蘋果收獲后，按照五點取樣法用土鉆采集各小區0～20 cm表層的混合土樣，剔除小石塊、肥料和植物根系等雜質，經室內自然風干后研磨，分別過1.00 mm和0.25 mm孔徑篩，充分混勻后測定土壤pH值、電導率及有機質、硝態氮、銨態氮、有效磷和速效鉀含量。測定方法見表3。

1.5數據分析

使用Microsoft Excel 2019進行數據統計，使用SPSS 22.0進行差異顯著性檢驗（Duncans法檢驗，P<0.05），使用R 4.0.0進行RDA和VPA運算，使用Origin 2019和R 4.0.0作圖。

2結果與分析

2.1不同施肥處理對蘋果產量的影響

不同施肥水平和施肥時期均對蘋果產量產生一定影響（圖1）。從施肥時期看，膨果前期施肥時，與CF1相比，T1、T3和T5處理對蘋果產量均無顯著影響，且T5處理有降低趨勢；膨果后期施肥時，與CF2相比，T2處理蘋果產量增加5.96%，但差異不顯著，T4和T6產量分別顯著降低15.5%和35.9%。同等施肥量條件下，CF2產量較CF1顯著增加25.0%，T2較T1顯著增加25.2%，T4和T3無顯著差異，與T5相比T6處理產量有所降低，差異不顯著。

2.2不同施肥處理對蘋果品質的影響

表4顯示，不同施肥水平和施肥時期對蘋果形態和營養品質的影響各不相同。從施肥時期看，膨果前期施肥時，與CF1相比，T1、T3、T5處理蘋果形態指標（單果重、果形指數和果實硬度）和營養品質指標（可溶性糖和總酸度）均無顯著差異；膨果后期施肥時，與CF2相比，T2處理蘋果總酸度顯著降低11.8%，T6處理單果重顯著降低35.0%、果實硬度顯著增加25.0%，T2、T4和T6處理的果形指數和可溶性糖含量與CF2相比無顯著差異。

相同施肥水平下，不同施肥時期對果形指數和可溶性糖含量影響不大，對單果重、果實硬度和總酸度有不同程度的影響。其中，CF2單果重較CF1提高8.3%，總酸度較CF1顯著提高45.7%；T2單果重和總酸度分別較T1顯著提高11.3%和40.6%；T4單果重較T3顯著增加23.2%；T6單果重較T5顯著降低31.2%，果實硬度顯著提高19.6%，總酸度無顯著差異。

2.3不同施肥處理對土壤理化性質的影響

土壤理化性質是衡量果園土壤生產潛力的重要指標。不同施肥水平和施肥時期對果園土壤pH值影響不大，對其他指標的影響各不相同（表5）。不同施肥時期條件下，與CF1相比，T1、T3、T5處理的土壤EC值均顯著降低。與CF2相比，T2處理的土壤EC值顯著提高26.1%，T4和T6處理分別顯著降低42.2%和44.9%。T4處理的硝態氮含量較CF2顯著提高21.3%，T2的銨態氮和有效磷含量較CF2分別顯著提高36.3%和43.9%，T2、T4、T6處理的速效鉀含量與CF2相比均顯著降低。

相同施肥水平條件下，CF2處理的土壤硝態氮含量較CF1顯著增加22.4%，T2處理的土壤EC值、硝態氮和銨態氮含量分別較T1顯著提高52.7%、19.6%和27.8%，T4處理的硝態氮含量較T3顯著增加26.5%，T6處理的速效鉀含量較T5顯著增加16.9%。

2.4不同施肥處理對蘋果產量、品質及土壤理化性質影響的雙因素方差分析

2.4.1施肥水平和施肥時期對蘋果產量、品質及土壤理化性質的影響 由表6可知，施肥水平、施肥時期及二者的交互作用均對果園土壤及果實產量和品質產生了一定影響。施肥水平是蘋果產量的主效應因子，其次是施肥時期及二者的交互作用。施肥水平在蘋果單果重和總酸度上起主要作用：施肥時期和施肥水平的交互效應是影響蘋果單果重和果實硬度的主效應因素，也是影響土壤硝態氮和銨態氮的主效應因子：施肥時期對土壤銨態氮含量的影響達顯著水平。

2.4.2不同施肥處理蘋果產量、品質與土壤理化性質的相關性分析 對蘋果產量、品質與果園土壤理化性狀做冗余分析（RDA）。結果為圖2所不，RDA1軸對全部方差的解釋度為55.9%，與RDA2軸共同解釋全部方差的56.7%。其中，蘋果產量與RDA1、RDA2軸均具有一定的相關性，土壤理化性質與RDA1軸的相關性較好，果實硬度和果形指數與RDA2軸的相關性最為密切。

Spearman相關性分析發現（圖3），蘋果產量與單果重、土壤養分指標（硝態氮、銨態氮、有效磷和速效鉀）均呈極顯著正相關；單果重與果形指數、可溶性糖、總酸度以及土壤銨態氮含量呈極顯著正相關，與土壤EC值、有效磷和速效鉀含量呈顯著正相關；果形指數與果實硬度、可溶性糖、總酸度及土壤pH值呈極顯著正相關；果實硬度與可溶性糖和土壤pH值呈極顯著正相關；可溶性糖含量與總酸度及土壤pH值呈極顯著正相關；總酸度與土壤pH值呈顯著正相關。土壤EC值與土壤銨態氮、有效磷含量呈極顯著正相關；土壤硝態氮含量與有效磷含量呈極顯著正相關，與速效鉀呈顯著正相關；土壤有效磷和速效鉀含量呈極顯著正相關，二者與銨態氮均呈極顯著正相關。主要因子（圖4a）。其中，土壤EC值對蘋果產量的解釋度為3.0%，土壤養分狀況NPK（硝態氮、銨態氮、有效磷和速效鉀）的解釋度為30.4%，二者交互作用的解釋度為10.9%，土壤EC值和土壤養分狀況共同解釋了44.3%的蘋果產量變化。影響蘋果品質的主要作用因子是土壤pH值（圖4b），對品質變化的解釋度高達67.7%，其次是土壤無機態氮（硝態氮和銨態氮），土壤pH和土壤無機態氮共同解釋77.7%的蘋果品質變化，二者交互作用的解釋度為4.3%。

2.4.3蘋果產量及品質的主效應因素分析 VPA分析結果顯示，土壤養分含量是影響蘋果產量的SFW為單果重，Yield為產量，FSI為果形指數，FH為果實硬度，SS為可溶性糖，TA為總酸度，NN為硝態氮，AN為銨態氮，AP為有效磷，AK為速效鉀。

3討論

有機肥和化肥施用量是決定蘋果產量和果實品質的主要因素。有研究指出，有機肥替代部分化肥能夠達到增產效果。本試驗T2產量較CF2提高5.96%，這與靳曉拓等對芒果的研究結果一致。該研究表明，化肥配施適量有機肥能夠有效改變土壤微生物特性、有利于芒果樹體、根系的生長，促進其生長發育，進而提高芒果產量、改善芒果品質。但當有機肥100%替代化肥時，產量有所下降，這可能與有機肥養分釋放速度較慢有關。養分供應不及時導致果實生長減緩、養分吸收不均衡進而影響果實產量。不同化肥減施量對果實品質具有一定的影響。本試驗中，膨果后期施肥各處理果實總酸度隨著化肥減施量的增加逐漸降低，可溶性糖含量無顯著變化，這與李旭在柑橘上的研究結果相似，即減施一定量的化肥并不會導致果實品質變差。此外，楊莉莉、勾真真、張鵬飛等的研究結果顯示，減施化肥能夠增加果實單果重和果形指數、降低總酸度，一定程度上提高果實硬度，與本試驗結果相似。

土壤肥力的下降會導致蔬菜和水果產量和質量的下降，遠遠低于潛在可達到的水平。而有機肥的施用能夠通過調節土壤養分的平衡以促進果樹內源激素的平衡，進而調節果樹碳氮代謝的平衡，從而達到改善果實品質的目的。研究表明，施用有機肥能夠提高土壤pH值和有機質含量、增加土壤硝態氮含量，降低土壤銨態氮含量。Ji等研究發現，施用有機肥或增加有機替代率能夠顯著提高土壤pH值，與本研究中化肥減施配合有機肥施用對土壤pH值無顯著影響的結論相悖。其原因可能是這些研究中的果園為新建果園，土壤受擾動因素影響較大，而本試驗蘋果園已建園8年，土壤性質較為穩定，尤其是pH值這類短期內變化較小的指標。土壤養分狀況與有機肥施用量呈極顯著正相關，與蘋果產量呈顯著正相關，與本試驗結論相似。說明有機肥的長期施用能夠改善土壤質量，從而有助于農業生態系統的健康可持續發展。但在有機肥替代化肥體系中，有機肥含有的中微量元素對蘋果產量和品質的作用尚不明確，需進一步進行試驗探究。

4結論

（1）本試驗中化肥減量25%條件下，有機肥替代部分化肥對蘋果產量、品質以及土壤肥力水平有明顯的促進作用。與對照（CF2）相比，有機肥替代25%化肥且膨果后期施肥處理（T2），產量提高5.96%，果實總酸度降低11.8%，土壤EC值、硝態氮、銨態氮和有效磷含量均得到提高。

（2）化肥減量配合有機肥部分替代處理，土壤養分（硝態氮、銨態氮、有效磷和速效鉀）對蘋果產量的解釋度為30.4%，是其主效應因素；土壤pH值對蘋果品質的影響較大，解釋度達67.7%，土壤pH值與蘋果可溶性糖和總酸度分別呈極顯著和顯著正相關。

綜上，有機肥部分替代化肥，且膨果肥于膨果后期施用，可以提高蘋果產量和品質；土壤pH值是影響蘋果品質的主要因素，土壤速效氮、磷、鉀含量是影響蘋果產量的主要因素。