腐殖酸肥或生物有機肥替代部分化肥對土壤肥力、紅棗產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

趙滿興，劉 慧，白二磊，鄧 健

(1.延安大學 生命科學學院,陜西延安 716000；2.陜西省紅棗重點實驗室(延安大學),陜西延安 716000)

施用化肥是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中提高產(chǎn)量的重要手段，但近年來為了追求高產(chǎn)而過量施用化肥現(xiàn)象越來越嚴重[1]，這不僅會造成肥料利用率低，影響農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和品質(zhì)，同時大量的N、P等元素淋溶會造成嚴重的水體污染和農(nóng)業(yè)環(huán)境問題；而過量施用氮素化肥也會引起溫室氣體排放增加等生態(tài)問題[2]。因此，如何在保證農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和品質(zhì)的同時減少化肥施用是當前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中面臨的重要課題。

有機肥料和無機化學肥料配合施用能夠改善作物生長狀況，并降低化肥使用量。其中腐殖酸和生物有機肥與化肥配施在多種作物上被廣泛應用[3-4]。腐殖酸是動植物殘體經(jīng)過復雜的變化后形成的一類褐色或黑色的無定形高分子膠態(tài)復合物，是土壤有機質(zhì)的主要成分[5-6]；生物有機肥是傳統(tǒng)的有機肥和菌肥的有機結(jié)合體，兼有增肥和活菌的作用[7]。這2種有機肥料與化肥減量配施后在番茄、玉米、蘋果和煙草等多種作物上的應用均能夠起到改良土壤、增加產(chǎn)量和改善品質(zhì)的作用[4,8-10]，且能使化肥使用量減少10%～30%[11]；且均能夠通過改善根際土壤微生物群落的數(shù)量和結(jié)構(gòu)來改變土壤酶活性和有效養(yǎng)分質(zhì)量分數(shù)[12]，優(yōu)化根際環(huán)境，增強植物抗逆性和光合能力，最終實現(xiàn)養(yǎng)地增產(chǎn)的效果[13-14]。然而，由于不同作物對肥料類型和數(shù)量的需求差別較大，導致目前對于化肥減量和增施有機肥種類和數(shù)量的研究仍然不夠明確，主要集中在玉米、蘋果和煙草等作物[8,15-16]。

棗(ZiziphusjujubaMill.)是世界第七大干果，含豐富的蛋白質(zhì)、維生素、黃酮、礦物質(zhì)等營養(yǎng)成分，直接食用和加工產(chǎn)品均有巨大前景[17]。但紅棗生長區(qū)域通常位于干旱半干旱地區(qū)，土壤肥力較低，當前紅棗種植過程中過量和不合理施用化肥已成為影響紅棗品質(zhì)的嚴重問題[18]。因此，本試驗選取中國紅棗五大產(chǎn)業(yè)基地之一的陜北地區(qū)，開展不同梯度化肥減量增施有機肥對土壤、紅棗產(chǎn)量和品質(zhì)的影響研究，為紅棗栽培管理及有機肥配施技術(shù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2017年3月-10月在陜西省延安市延川縣馬家河鄉(xiāng)白家圪嶗(N36°46′;E110°16′)進行。該區(qū)域地處延安市東北部，屬于陜北黃土高原丘陵溝壑區(qū)，平均海拔850 m，年平均氣溫 10.06 ℃，常年干旱少雨，年平均降水量為380～580 mm，70%以上的降雨集中在6-9月份，無霜期183 d。土壤類型為綿沙土，試驗前0～20 cm耕層土壤基本理化性質(zhì)為：有機質(zhì)16.90 g/kg，堿解氮21.0 mg/kg，速效磷2.3 mg/kg，速效鉀45.2 mg/kg，pH 8.61。

1.2 供試材料

供試紅棗品種‘晉一棗’，樹齡6 a。選擇長勢基本一致無病蟲害的試驗樹，栽植密度為2 m ×2 m，樹高2 m左右。試驗棗樹生長在3 m高的拱棚下。

研究所用腐殖酸肥和生物有機肥購自于延安市寶塔區(qū)河莊坪農(nóng)資經(jīng)銷站，生物有機肥中氮磷鉀≥15%，硫≥16%，活性有機質(zhì)≥20.5%，氨基酸≥10%，微量元素≥2.5%(以上肥料均為質(zhì)量分數(shù))。腐殖酸肥中腐殖酸≥45%，pH 7.50。

1.3 試驗設計

試驗于2017年4月開始，設置8個處理：(1)CK(不施化肥)；(2)CF(2016年施肥試驗產(chǎn)量較好的處理，尿素每株1.5 kg，過磷酸鈣每株1.5 kg，硫酸鉀每株1.0 kg)；(3)80%CF+HF1(80%CF+腐殖酸肥每株0.5 kg)；(4)60%CF+HF2(60%CF+腐殖酸肥每株1.0 kg)；(5)40%CF+HF3(40%CF+腐殖酸肥每株1.5 kg)；(6)80%CF+BF1(80%CF+生物有機肥每株0.5 kg)；(7)60%CF+BF2(60%CF+生物有機肥每株1.0 kg)；(8)40%CF+BF3(40%CF+生物有機肥每株1.5 kg)。隨機區(qū)組設計，3株視為一個處理，各處理重復3次(表1)。腐殖酸肥和生物有機肥各處理的替代率均為27.8%。所有處理的基肥均為棗農(nóng)堆制的腐熟羊糞，有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù) 126.07 g/kg，全碳51.38 g/kg，全氮4.83 g/kg，無機氮402.64 mg/kg，全磷4.05 g/kg，全鉀 3.27 g/kg，碳氮比 10.64。施用量均為每株20 kg，試驗氮肥、磷肥和鉀肥分別為尿素(含N量w=46%)、過磷酸鈣(含P量w=12%)和硫酸鉀(含K量w=50%)。所有肥料作為基肥一次性施入，于春季棗樹萌芽前(4 月25日)，在樹冠投影外圍以樹干為中心，挖寬40 cm，深35 cm的圓形環(huán)狀溝，均勻地將試驗所用的肥料施入溝內(nèi)然后覆土。

1.4 測定項目與方法

于2017年9月底‘晉一棗’采收后于樹冠下避開施肥點采集0～20 cm土樣，同一處理的3株棗樹按照“S”型采集5點土樣，并將其混合為一個土樣，共采集45個土樣，剔除雜物后混合制樣，風干后過2 mm篩。

土壤基本性狀測定方法[19]：土壤有機質(zhì)采用重鉻酸鉀—濃硫酸外加熱法、堿解氮采用擴散法、速效磷采用0.5 mol/L NaHCO3浸提—鉬銻抗比色法、速效鉀采用1.0 mol/L NH4OAC浸提—火焰光度計法測定。pH采用水土比2.5∶1(m∶V)的電位法測定。

果實在9月底成熟時采收，每株從東、南、西、北4個方向上各采10個棗果用于測定形態(tài)和品質(zhì)指標，將各處理果實混合稱量，計算產(chǎn)量。紅棗

表1 田間試驗各處理肥料用量Table 1 Fertilizer input in the field treatments

出干率采用烘干稱量法測定，棗果總糖質(zhì)量分數(shù)采用蒽酮比色法，還原糖質(zhì)量分數(shù)采用3, 5-二硝基水楊酸比色法測定[20]，還原性維生素C(Vc)采用2, 6-二氯靛酚滴定法測定，蛋白質(zhì)采用考馬斯亮藍G-250染色法測定，黃酮采用比色法測定[21]。

1.5 數(shù)據(jù)處理方法

采用單因素方差分析(One-way ANOVA)檢驗不同處理水平的差異性，采用Duncan’s法進行多重比較；顯著性水平P<0.05表示差異顯著。分別采用Excel 2016、SPSSV 20.0(IBM SPSS Statistic)和Origin 2016進行數(shù)據(jù)整理、統(tǒng)計分析和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機無機肥配施對土壤化學性狀的影響

土壤養(yǎng)分狀況對棗樹生長和結(jié)果都有一定影響。從圖1可以看出，有機無機肥配施各處理對土壤堿解氮、有機質(zhì)和速效磷均有顯著的影響 (P<0.05)。其中80%CF+HF1的土壤堿解氮質(zhì)量分數(shù)最高，CK的土壤堿解氮質(zhì)量分數(shù)最低，其他處理的堿解氮質(zhì)量分數(shù)均顯著低于單純施用化肥的處理(P<0.05)，且隨著化肥施用量的降低而降低(P<0.05)；總體來看，CF減量配施腐殖酸肥料的堿解氮質(zhì)量分數(shù)(平均為73.89 mg/g)高于CF減量配施生物有機肥的堿解氮質(zhì)量分數(shù)(平均為47.44 mg/g)。

圖上不同小寫字母表示處理間差異達5%顯著水平。下同 Different lowercase letters above the bars mean significant among the treatments at the 5% level. The same below

圖1 有機無機肥配施下土壤的堿解氮
Fig.1 Alkali-hydrolyzable nitrogen to treatments ofmanure combined with chemical fertilizers

有機無機肥配施各處理對土壤有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)也有影響(圖2)，除80%CF+HF1和80%CF+BF1與CK和CF處理差異不顯著外 (P>0.05)，其他處理較CK和CF均顯著提高了土壤有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)(P<0.05)，其中40%CF+HF3的土壤有機質(zhì)最高為(21.37±2.19) g/kg，比CK提高34.74%；隨著腐殖酸肥或生物有機肥配施量的增加，土壤有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)也顯著增加(P<0.05)，說明腐殖酸肥或生物有機肥與化肥配施均能夠有效提高土壤有機質(zhì)水平，腐殖酸肥中腐殖酸質(zhì)量分數(shù)較高，增加土壤有機質(zhì)作用較明顯。

有機無機肥配施各處理較CF顯著降低了土壤中速效磷的質(zhì)量分數(shù)(P<0.05) (圖3)，降幅分別達到48.15%～62.96%和43.36%～ 69.64%；但相比CK處理，有機無機肥配施各處理均增加了土壤速效磷質(zhì)量分數(shù)，表明土壤中速效磷可能主要來源于化學肥料的施用。

圖2 有機無機肥配施下土壤的有機質(zhì)Fig.2 Soil organic matter to treatments of manure combined with chemical fertilizers

2.2 有機無機肥配施對棗樹產(chǎn)量和棗果形態(tài)的影響

如表2所示，有機無機肥配施各處理均對棗樹產(chǎn)量和棗果形態(tài)指標有顯著影響；與CK相比，有機無機肥配施均顯著提高棗樹的單株產(chǎn)量。有機無機肥配施較CF紅棗產(chǎn)量分別增加7.13%～25.70%和13.88%～15.20%；40%CF+BF3的單株產(chǎn)量最高，為(22.33±1.76) kg，80%CF+HF1的單株產(chǎn)量次之，為(20.47±1.19) kg。

與CK相比，CF及有機無機肥配施各處理均顯著降低了棗果的出干率(P<0.05)(表2)。其中，CF較CK出干率降低16.37%；有機無機肥配施較CF顯著提高出干率(P<0.05)，其中CF減量配施生物有機肥增加了出干率，但CF減量配施腐殖酸肥降低了出干率，40%CF+BF3處理的出干率最高，為(64.21±2.31)%，80%CF+HF1處理次之，為(63.08±3.71)%，說明一定程度配施腐殖酸或有機肥能增加棗果出干率，但過量施用腐殖酸反而降低出干率。

圖3 有機無機肥配施下土壤的速效磷Fig.3 Available phosphorus to treatments of manure combined with chemical fertilizers

與CK相比，CF及有機無機肥配施各處理均能一定程度增加棗果長軸長度，并能顯著增加棗果周長(P<0.05)(表2)。40%CF+BF3處理的棗果長軸最長。有機無機肥配施各處理的棗果周長較CK處理分別增加5.65%～11.40%和 9.86%～16.19%，說明腐殖酸肥和生物有機肥施用均能夠增加單果體積。

2.3 有機無機肥配施對棗果品質(zhì)的影響

由表3可知，CF減量配施腐殖酸肥處理棗果維生素C、蛋白質(zhì)、還原糖、黃酮、總可溶性糖比CF處理分別增加1.33～5.31倍、3.53%～ 5.88%、21.09%、22.41%和25.77%；CF減量配施生物有機肥處理棗果維生素C、蛋白質(zhì)、還原糖、黃酮、總可溶性糖比CF處理分別增加2.34～ 5.83倍、73.3%、34.35%、14.62%和34.34%。過量配施腐殖酸肥，黃酮、還原糖和可溶性總糖質(zhì)量分數(shù)反而低于常規(guī)施用化肥。配施腐殖酸肥和生物有機肥比較，配施生物有機肥對棗果維生素C質(zhì)量分數(shù)、蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)、還原糖和總可溶性糖質(zhì)量分數(shù)增加幅度大于配施腐殖酸肥。這可能與生物有機肥中含有的氨基酸和微量元素具有改善棗果品質(zhì)有關(guān)。

表2 有機無機肥配施棗樹產(chǎn)量和棗果形態(tài)的變化Table 2 Changes of different fertilization treatments on the yield and the shape of jujube fruit

注：數(shù)據(jù)為“平均值±標準誤”；數(shù)值后不同字母表示處理間差異達5%顯著水平。下同。

Note：Values are “mean ± SE”; values followed by different letters are significant at the 5% level among the treatments.The same below.

表3 有機無機肥配施棗果品質(zhì)的變化Table 3 Changes of different fertilization treatments on the quality of jujube fruits

3 討 論

本研究結(jié)果表明，化肥減量配施腐殖酸肥或生物有機肥顯著增加土壤中有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)，主要是這2種肥料本身含有大量有機質(zhì)，同時腐殖酸能夠改良土壤環(huán)境，促進有機質(zhì)積累；但配施后一定程度上降低土壤中堿解氮和速效磷等速效養(yǎng)分的質(zhì)量分數(shù)，這與譚軍利等[9]在玉米上的研究結(jié)果相近，可能主要是配施減少了化肥中速效元素(如尿素、過磷酸鈣等)的直接施用，同時腐殖酸的使用會降低土壤脲酶活性[22-23]，從而影響土壤氮素轉(zhuǎn)化，說明化肥配施腐殖酸和有機肥能夠改變土壤有機質(zhì)狀況，但會使土壤中速效養(yǎng)分質(zhì)量分數(shù)有所降低。

與不施化肥處理相比，化肥減量配施腐殖酸肥或生物有機肥處理均顯著提高棗樹的單株產(chǎn)量。本研究發(fā)現(xiàn)，施用腐殖酸肥過高(單株1.5 kg)時，單株產(chǎn)量反而下降，且低于常規(guī)施用化肥處理。這可能是因為腐殖酸雖然能夠起到改良土壤及增加肥效的作用，但過量施用會導致土壤酸化，影響根際環(huán)境，會影響對植物養(yǎng)分吸收，尤其是對適宜于堿性環(huán)境的作物會產(chǎn)生不良影響[10,24]；而生物有機肥則主要通過改變土壤結(jié)構(gòu)及調(diào)節(jié)土壤微生物群落等改良土壤，相對來說更加緩和[4,25]。同時研究結(jié)果也表明，化肥減量配施腐殖酸肥或生物有機肥能夠增加棗果體積，尤其是配施生物有機肥效果更加明顯，這也可能是配施肥料增加棗樹產(chǎn)量的一個重要原因。

本研究發(fā)現(xiàn)，相對于常規(guī)施用化肥而言，化肥減量配施腐殖酸肥或生物有機肥顯著增加了維生素C、蛋白質(zhì)、黃酮、還原糖和總可溶性糖質(zhì)量分數(shù)，說明配施有機肥料對棗果品質(zhì)具有顯著的提升作用。在配施腐殖酸肥或生物有機肥后，果實維生素C質(zhì)量分數(shù)較單施化肥有大幅度降低，但隨著配施量的增加維生素C質(zhì)量分數(shù)呈現(xiàn)增加趨勢。這與此前研究認為腐殖酸和生物有機肥在蘋果上能增加維生素C質(zhì)量分數(shù)結(jié)果不一致[26]，可能原因是棗樹栽培環(huán)境、生長習性與其他水果不同，具體原因有待進一步研究。

4 結(jié) 論

與CF比較，CF減量配施有機肥能夠顯著增加土壤有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)，但顯著降低堿解氮和速效磷質(zhì)量分數(shù)(P<0.05)；同時，有機無機肥配施各處理較CF處理棗樹產(chǎn)量分別增加了 7.13%～25.70%和13.88%～15.20%，單個棗果果型也顯著增加(P<0.05)，但會導致出干率降低；有機無機肥配施各處理均較CF增加棗果維生素C、蛋白質(zhì)、還原糖、黃酮和總可溶性糖質(zhì)量分數(shù)；過量配施腐殖酸肥，棗果黃酮、還原糖和可溶性總糖質(zhì)量分數(shù)反而低于常規(guī)施用化肥。綜合來看，在本試驗條件下，較優(yōu)的2個處理分別是CF減量20%～40%，配施腐殖酸肥每株0.5～1.0 kg和CF減量40%，配施生物有機肥每株1.0 kg。在同等條件下，化肥配施生物有機肥效果優(yōu)于配施腐殖酸肥。