沙性土壤設施桃樹減肥增效技術(shù)研究

仇美華，郭德杰，馬 艷，王光飛，梁永紅

（1江蘇省耕地質(zhì)量與農(nóng)業(yè)環(huán)境保護站，南京 210029；2江蘇省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部長江下游平原農(nóng)業(yè)環(huán)境重點實驗室，南京 210014）

0 引言

桃產(chǎn)業(yè)在黃河流域和黃河故道農(nóng)村經(jīng)濟建設及提高農(nóng)民收入方面發(fā)揮了重要作用，已成為農(nóng)村重要支柱產(chǎn)業(yè)之一。設施桃樹反季節(jié)栽培，可提前上市經(jīng)濟效益高，因此栽培面積逐年擴大。徐州豐縣屬黃河故道，設施桃樹面積2000 hm2以上，該地區(qū)是典型黃河故道沙性土壤。筆者對豐縣設施桃樹主產(chǎn)區(qū)的本底調(diào)研結(jié)果顯示，未腐熟糞肥施用普遍且化肥施用過量，土壤有機質(zhì)含量偏低，速效磷鉀養(yǎng)分過高。這與黃河流域東營市果樹產(chǎn)區(qū)土壤現(xiàn)狀一致[1]。沙性土壤有機質(zhì)含量低，緩沖性能差，易因養(yǎng)分高而呈現(xiàn)鹽漬化[2]。豐縣設施桃樹主產(chǎn)區(qū)已有近一半土壤呈現(xiàn)輕度鹽漬化。另外，桃樹過度施用化肥會導致桃品質(zhì)下降[3]。因此，對沙性土壤設施桃樹進行化肥減施增效技術(shù)研究具有必要性。

未腐熟有機物料本身帶病原菌，易引起商品性差及病果率高[4]，且未腐熟有機物易引起沙土鹽漬化[2]。多項研究表明，通過施用腐熟有機肥進行培肥可顯著提升土壤有機質(zhì)，利于桃樹根系生長和養(yǎng)分吸收，有利于桃園可持續(xù)生產(chǎn)[1,5-6]。微生物肥料也可以改善土壤肥力，促進桃樹養(yǎng)分吸收，提高果實品質(zhì)[7]。合理的化肥氮磷鉀養(yǎng)分投入也是保證桃產(chǎn)量和品質(zhì)的有效措施，例如適當減施磷鉀化肥[8-9]。另外，適當增加化肥施用次數(shù)也可提高化肥肥料利用率[10]。豐縣設施桃樹沙性土壤生物活性差，習慣性施用未腐熟糞肥而非腐熟有機肥。另外，氮磷鉀化肥施入養(yǎng)分量、比例及時間等均不合理。對此，筆者推測豐縣設施桃樹增施有機肥和生物有機肥及平衡施入化肥氮磷鉀養(yǎng)分會在減施化肥基礎上提質(zhì)增產(chǎn)。

本研究在豐縣設施桃樹主產(chǎn)區(qū)選取代表性大棚，以當?shù)爻Ｒ?guī)施肥為施肥對照，探究有機肥、生物有機肥、平衡施肥及三者技術(shù)集成在減施30%化肥的基礎上對桃產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，并從對土壤化學和微生物學性狀的影響對其進行剖析，以期為沙性土壤設施桃樹合理施肥提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

試驗在江蘇省徐州市豐縣宋樓鎮(zhèn)設施桃樹基地開展。該區(qū)域為黃河故道，土壤為典型沙質(zhì)土壤。選取種植年限5年的設施桃樹大棚進行試驗，土壤基礎性狀為：pH 8.18；電導率494.6 μS/cm；有機質(zhì)18.6 g/kg；銨態(tài)氮 13.4 mg/kg；硝態(tài)氮 78.2 mg/kg；有 效 磷171.6 mg/kg；速效鉀321.8 mg/kg。

1.2 供試材料

未腐熟干牛糞為當?shù)卦O施桃樹常用有機物料，購于當?shù)仞B(yǎng)牛場。商品有機肥購于江蘇盈豐佳園生物技術(shù)有限公司，主要堆肥原料為牛糞、果渣等。干牛糞和商品有機肥基本性狀見表1。商品有機肥中添加本實驗室TV41木霉菌劑和L3芽孢桿菌菌劑至有效菌濃度均為2×107CFU/g，即為生物有機肥。供試桃樹為‘中油4號’油桃，樹齡為5年，種植密度為4500棵/hm2。供試復合肥為15-15-15、25-13-7及16-6-24。供試沖施肥為金正大12-8-40和16-8-34。

表1 供試有機肥基本性質(zhì)

1.3 試驗設計

試驗設置5個處理，每個處理3個重復小區(qū)，每個小區(qū)28棵桃樹，小區(qū)隨機排列。CK為常規(guī)施肥處理，OF為有機肥處理，BOF為生物有機肥處理，BF為平衡施肥處理，MF為減肥增效技術(shù)模式處理。技術(shù)模式處理集成了商品有機肥、生物有機肥和平衡施肥。各處理具體施肥見表2。2019年9月25日行間撒施有機類肥和15-15-15后旋耕翻地。2020年2月25日花前期采用施肥槍樹冠投影內(nèi)追施復合肥25-13-7。2020年3月30日膨大前期樹冠投影內(nèi)穴施追施復合肥16-6-24。2020年4月30日膨大后期采用施肥槍樹冠投影內(nèi)追施沖施肥12-8-40或16-8-34。2020年5月中旬收貨桃，按小區(qū)統(tǒng)計產(chǎn)量和單果重。

表2 各處理肥料及養(yǎng)分投入 kg/hm2

果實成熟期每小區(qū)4棵桃樹均采集果實樣品，取桃樹外圍中上部成熟桃果實，東西南北4個方向各1個，16個桃果實作為1個樣品。收獲結(jié)束兩個月后每個小區(qū)取12個點0-30cm的土樣，12個點包含4個株間點、4個樹冠邊緣向內(nèi)30 cm點和4個行內(nèi)點，12個點土樣混為1個土樣。

1.4 測定項目與方法

1.4.1 土壤化學性狀分析 土壤pH采用土水比=1:5浸提，用pH計測定；電導率采用土水比=1:5浸提，用電導儀測定；有機質(zhì)含量采用重鉻酸鉀氧化法測定；硝態(tài)氮含量采用紫外分光光度法測定；有效磷含量采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測定；速效鉀含量采用乙酸銨浸提-火焰光度法測定[11]。

1.4.2 土壤細菌和真菌數(shù)量 應用qPCR技術(shù)測定土壤細菌和真菌數(shù)量[12]。

1.4.3 土壤微生物碳源利用分析 采用Biolog-Eco生態(tài)測試板測定土壤微生物碳源利用能力[13]。孔平均顏色變 化 率 (average well color development，AWCD)和Shannon物種多樣性指數(shù)(H)的計算如式(1)～(3)。

記Var(^mH(x))=Vn(x),Bias(^mH(x))=E(^mH(x))-m(x)=Bn(x),則m(x)核估計^mH(x)的均方誤差為

式中，Ci為各反應孔在590 nm的光密度值；R為Eco板對照孔A1的光密度值；Ci-R小于零的孔計算中記為零；Pi表示有碳源的孔與對照孔A1的光密度值之差與整板總差的比值。

1.4.4 果實品質(zhì) 將桃果實鮮樣研磨后采用蒽酮比色法測定可溶性糖含量；采用氫氧化鈉滴定法測定可滴定酸含量；采用紫外分光光度法測定硝酸鹽含量[14]。

1.5 數(shù)據(jù)處理

測定數(shù)據(jù)經(jīng)Microsoft Excel 2016軟件整理后，用SPSS 19.0軟件進行統(tǒng)計分析和相關性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對桃產(chǎn)量和單果重的影響

各處理產(chǎn)量與單果重如圖1。與CK相比，OF、BOF、BF和MF處理分別能增產(chǎn)1.51、1.14、0.50 t/hm2和3.01 t/hm2，其中MF處理為顯著增產(chǎn)。CK、OF、BOF、BF和 MF處理單重果分別為 88.1、88.0、87.4、85.9、88.8 g/個，處理間無顯著差異，但BF處理單果重最小。因此，各減肥增效技術(shù)均能在一定程度上提高產(chǎn)量，而技術(shù)集成具有明顯的增產(chǎn)效果，平衡施肥增產(chǎn)效果最弱且降低了單果重。

圖1 不同處理桃產(chǎn)量與單果重

2.2 不同處理對桃果實品質(zhì)的影響

各減肥增效處理對桃果實可溶性糖和可滴定酸含量影響較?。ū?），OF和MF處理表現(xiàn)為略增加可溶性糖含量，增加值分別為0.65%和0.78%。而BF處理略降低了0.61%的可溶性糖含量。果實硝酸鹽含量處理間差異明顯，與CK相比，OF處理降低了22.8 mg/kg硝酸鹽，BOF和MF顯著降低了48.6、37.5 mg/kg硝酸鹽，而平衡施肥可顯著減少58.5 mg/kg硝酸鹽。綜合而言，技術(shù)集成改善品質(zhì)效果最佳，其次為有機肥和生物有機肥，最后為平衡施肥。

表3 不同處理桃果實品質(zhì)

2.3 不同處理對土壤化學性狀的影響

表4 為不同處理的土壤化學性狀。減肥增效處理均略增加土壤pH，OF和MF處理略增加硝態(tài)氮含量，但減肥增效處理與CK處理pH和硝態(tài)氮含量均未到達顯著差異。OF、BOF和MF可分別提高1.27、0.51、1.20 g/kg有機質(zhì)，而BF降低了0.31 g/kg有機質(zhì)。與CK相比，各減肥增效處理均能降低土壤電導率、有效磷和速效鉀，其中BOF和BF為顯著減低。BF處理最為顯著，能降低92.9 μS/cm電導率、61.2 mg/kg有效磷和104.6 mg/kg速效鉀。其次為BOF處理，能降低84.7 μS/cm電導率、33.0 mg/kg有效磷和93.1 mg/kg速效鉀。OF和MF對土壤電導率、有效磷和速效鉀削減效果較為一致，電導率分別減少53.8、58.2 μS/cm、有效磷減少21.7、24.4mg/kg及速效鉀減少58.5、74.0mg/kg。可見，MF處理改善土壤化學性狀效果最佳，可削減土壤過高的鹽分和養(yǎng)分并提高有機質(zhì)含量，還有一定的保氮效果。BF處理削減土壤鹽分和養(yǎng)分效果最顯著，但略減少土壤有機質(zhì)含量。

表4 不同處理土壤化學性狀

2.4 不同處理對土壤微生物性狀的影響

與CK處理相比，各減肥增效措施均能提高土壤細菌和真菌數(shù)量（圖2）。OF、BOF、BF和MF處理能增殖32.57%、56.66%、1.82%和73.24%細菌數(shù)量，其中BOF和MF為顯著增殖。OF、BOF、BF和MF處理能增殖16.57%、16.25%、7.06%和27.71%真菌數(shù)量，其中MF為顯著增殖。土壤微生物活性和多樣性分別以Biolog-Eco生態(tài)板培養(yǎng)第四天的AWCD和Shannon物種多樣性指數(shù)(H)結(jié)果作為判定（圖3）。BOF和MF能顯著增加土壤微生物活性，OF也可增加土壤微生物活性，BF僅略增加土壤微生物活性。對于微生物多樣性，各減肥增效處理均表現(xiàn)為顯著增加，其中MF處理微生物多樣性最高，其次為BOF處理。因此，MF改善土壤微生物性狀效果最佳，其次為OF和BOF處理，BF也具有改善土壤微生物性狀效果。

圖2 不同處理土壤細菌和真菌數(shù)量

圖3 不同處理土壤平均顏色變化率(AWCD)和Shannon物種多樣性指數(shù)(H)

2.5 養(yǎng)分投入、產(chǎn)量及土壤性狀間的相關性分析

表5 顯示有機肥養(yǎng)分及土壤有機質(zhì)與產(chǎn)量呈顯著正相關，而土壤微生物學指標細菌數(shù)量、真菌數(shù)量、微生物活性(AWCD)及多樣性指數(shù)(H)與產(chǎn)量呈顯著或極顯著正相關?；署B(yǎng)分與果實硝酸鹽含量呈極顯著正相關，土壤鹽分和養(yǎng)分指標電導率、有效磷和速效鉀與果實硝酸鹽含量呈顯著或極顯著正相關。表6顯示養(yǎng)分投入又與土壤性狀關系密切?；署B(yǎng)分與電導率、速效磷和速效鉀含量呈極顯著或顯著正相關，而與土壤微生物活性和多樣性呈極顯著或顯著負相關。有機肥養(yǎng)分與土壤微生物學指標呈顯著或極顯著正相關，另外也與土壤有機質(zhì)含量呈極顯著正相關?？梢?，減肥增效處理改善產(chǎn)量和果實硝酸鹽與其化肥、有機肥投入及對土壤化學和微生物學性狀的影響密切相關。

表5 產(chǎn)量及品質(zhì)與養(yǎng)分投入、土壤性狀的相關性系數(shù)

表6 投入養(yǎng)分與土壤性狀的相關性系數(shù)

2.6 肥料投入與產(chǎn)出效益分析

根據(jù)各處理化肥和有機類肥購買與用工成本及桃銷售額計算經(jīng)濟效益，見表7。各處理肥料購買成本依次為BF＜CK＜BOF＜OF＜MF，而肥料用工成本依次為CK＜BOF＜OF＜BF＜MF。MF處理肥料購買成本和用工成本均最高，分別為2.22萬、0.83萬元/hm2。OF處理肥料購買成本較高，為2.08萬元/hm2。BF肥料購買成本最低，為1.05萬元/hm2，但用工成本高于CK處理0.10萬元/hm2。銷售額與肥本差值則依次為CK＜OF＜BF＜BOF＜MF，因此MF處理經(jīng)濟效益最好，其次為BOF和BF處理。

表7 不同處理肥料投入與產(chǎn)出效益分析 萬元/hm2

3 結(jié)論

有機肥、生物有機肥、平衡施肥和技術(shù)集成均能在減施30%化肥的條件下增產(chǎn)和提高經(jīng)濟效益，其中技術(shù)集成增產(chǎn)增效效果最佳。平衡施肥通過節(jié)約成本和保產(chǎn)來提高經(jīng)濟效益，合理的基追比和施肥時期能平衡土壤氮磷鉀養(yǎng)分。有機肥通過提高土壤有機質(zhì)和改善土壤微生物學性狀進而增產(chǎn)，但因成本較高，經(jīng)濟效益不顯著。生物有機肥顯著改善土壤微生物學性狀改善，增產(chǎn)效果較好，且成本不高，因此也具有良好的經(jīng)濟效益。技術(shù)集成則綜合了有機肥、生物有機肥和平衡施肥的優(yōu)勢，合理施入化肥平衡土壤養(yǎng)分，增加土壤微生物數(shù)量、活性及多樣性，同時提高土壤有機質(zhì)，雖然肥本高于常規(guī)施肥但經(jīng)濟效益最高。

4 討論

本試驗區(qū)域的設施桃樹因過量施用化肥導致土壤速效磷鉀養(yǎng)分過高和鹽分較高。未腐熟有機物料在土壤中分解產(chǎn)生大量含鹽離子，當?shù)剞r(nóng)戶習慣性常年施用未腐熟糞肥也會加重土壤鹽漬化[2,4]。試驗土壤電導率已接近500 μS/cm，呈現(xiàn)輕度鹽漬化。本試驗中有機肥處理在減施395 kg/hm2化肥養(yǎng)分基礎上增施433 kg/hm2有機氮磷鉀養(yǎng)分，但仍降低了土壤鹽分并適當削減了速效磷鉀養(yǎng)分。這是因為施用腐熟有機肥不易引起土壤養(yǎng)分和鹽分過高[15]，且顯著提高了土壤有機質(zhì)含量進而增強了土壤緩控性[9,16]。有機肥處理對土壤微生物數(shù)量、活性和多樣性也有良好的改善效果，這與其提高有機質(zhì)和降低鹽分有關。應用有機肥可在增產(chǎn)較為顯著的基礎上改善果實可溶性糖和硝酸鹽含量，是一種良好的替代化肥措施。

通過施肥和土壤本底調(diào)研我們得知當?shù)鼗释度牖繁冗^高，磷鉀養(yǎng)分施用偏多，其次是化肥氮養(yǎng)分。沙性土壤保氮性差，且設施桃樹在夏秋季揭膜，氮肥易隨雨水流失[17]，因此本底速效氮含量并不高。而氮肥對桃樹生長影響很大[18]，分次施入氮肥可顯著提高氮肥利用率[10]。另外，雖然磷肥投入多，但磷素過量后易被土壤固定變?yōu)榉怯行B(tài)[19-20]。因此，本試驗采用了平衡施肥處理，即基肥減施一半化肥氮磷鉀，花前期增施一次高氮肥，膨大前后期適當減化肥磷鉀。結(jié)果顯示，平衡施肥削減土壤鹽分和養(yǎng)分效果最佳，且沒有降低土壤速效氮含量。平衡施肥雖無增施腐熟有機肥，但對土壤微生物性狀有一定的改善效果，這可能與其削減土壤過高鹽分和養(yǎng)分相關。盡管平衡施肥略增加了桃產(chǎn)量并顯著削減了果實硝酸鹽，但略降低果實單重和可溶性糖含量，這應該與其顯著降低速效鉀含量相關。因此，平衡施肥處理還需進一步優(yōu)化。

生物有機肥處理減施化肥量與有機肥處理一致，而有機氮磷鉀投入養(yǎng)分明顯少于有機肥處理，因此電導率、速效磷鉀含量也低于有機肥處理。但生物有機肥處理產(chǎn)量與有機肥處理較為一致，這應該與生物有機肥處理微生物數(shù)量、活性和多樣性最佳相關。在土壤養(yǎng)分含量充足的情況下，土壤微生物性狀更能敏感反應土壤肥力質(zhì)量[16,21-22]。劉春燕等[23]和張姍姍[7]等報道生物菌肥可以提高產(chǎn)量和改善品質(zhì)，與之相符我們的研究顯示生物有機肥替代化肥可增產(chǎn)并改善果實硝酸鹽品質(zhì)。

技術(shù)模式處理增產(chǎn)效果最佳，該技術(shù)模式集成了有機肥、生物有機肥和平衡施肥，在確?；实租浧胶馐┤氲耐瑫r改未腐熟牛糞為腐熟有機肥和生物有機肥。該技術(shù)模式可顯著降低土壤鹽分并適當削減土壤速效磷鉀，同時還能提高有機質(zhì)含量和易流失的速效氮含量。另外，對土壤微生物性狀改善效果略強于生物有機肥處理，對果實品質(zhì)的改善效果略強于其余減肥增效處理。因此，該技術(shù)模式綜合效果最佳，是一種高效減肥增效技術(shù)模式。

相關性分析顯示，化肥投入易引起土壤鹽分和速效磷鉀養(yǎng)分增加，細菌和真菌數(shù)量及微生物活性和多樣性降低。另外，化肥投入養(yǎng)分和總投入養(yǎng)分易引起果實硝酸鹽含量增加，不利于果實品質(zhì)。有機類肥投入不易引起鹽分和速效磷鉀養(yǎng)分積累。沙性土壤氮易損失和微生物性狀差，有機類肥料可有效改善提高土壤保氮性并改善微生物多種指標。土壤速效磷鉀養(yǎng)分和鹽分對產(chǎn)量沒有正向影響作用，而土壤微生物數(shù)量、活性和多樣性對產(chǎn)量正向影響顯著。因此，減肥增效處理主要通過適當降低速效磷鉀增加有機質(zhì)和速效氮，顯著改善土壤微生物性狀，進而增加桃產(chǎn)量。換言之，減肥增效措施主要通過改善土壤生物肥力并調(diào)整土壤化學肥力進而提質(zhì)增產(chǎn)。

結(jié)合各處理產(chǎn)量和肥本進行經(jīng)濟效益分析得知，有機肥處理雖然增產(chǎn)效果良好，但肥料購買和用工成本明顯增加，該技術(shù)經(jīng)濟效益受市場影響較大，銷售價高則經(jīng)濟效益良好，銷售價低則反而降低經(jīng)濟效益。平衡施肥雖增加了肥料用工成本，但明顯減少了購買成本，鑒于平衡施肥增產(chǎn)較少，因此適用于銷售價低的桃產(chǎn)區(qū)。生物有機肥肥本適中，增產(chǎn)效果較佳，因此在銷售價高或低時均施用，但生物有機肥應用效果有一定的不確定因素[24]。技術(shù)模式處理銷售額大且經(jīng)濟效益最高。但值得注意的是其肥料購買成本和用工成本最大，因此售價過低時經(jīng)濟效益會降低，該技術(shù)模式需要連年實施以加大增產(chǎn)效果及經(jīng)濟效益。

沙性土壤設施桃園長年應用未腐熟農(nóng)家肥和過量施用化肥，引起土壤鹽分和速效磷鉀養(yǎng)分偏高，而速效氮和有機質(zhì)含量不高，微生物性狀差。有機肥、生物有機肥和平衡施肥均有增產(chǎn)增效作用，其作用原理也有所差異。三者技術(shù)集成效果最佳，適時適量投入化肥氮磷鉀平衡土壤養(yǎng)分，有機肥彌補土壤不足的有機質(zhì)，生物有機肥顯著改善土壤微生物性狀，土壤化學和生物肥力均得到顯著改善。但針對不同地域種植模式和周邊資源等實際情況，技術(shù)集成還應考慮果園生草[25]、殘枝粉碎還田[26]、施用沼液[3]及袋控緩釋肥[27]等技術(shù)。