有機肥培肥方式對‘紅美人’柑橘園生態(tài)效應(yīng)的影響

溫明霞，王 鵬，吳韶輝，黃 貝

（浙江省柑橘研究所，浙江 臺州 318026）

0 引言

中國柑橘栽培面積和產(chǎn)量均居世界首位，為增加農(nóng)民收入、促進經(jīng)濟發(fā)展做出了巨大貢獻。但柑橘園普遍偏施化肥、少施有機肥、養(yǎng)分投入不平衡等原因會造成柑橘園土壤板結(jié)、酸化、肥力下降、樹體衰弱、黃化等問題，嚴重阻礙了柑橘產(chǎn)量和品質(zhì)的進一步提升。研究柑橘園合理的培肥方式，探索種植綠肥、施用有機肥對柑橘園生態(tài)環(huán)境、土壤肥力以及果實品質(zhì)的影響，對于揭示有機肥培肥土壤機理和促進柑橘園可持續(xù)發(fā)展具有重要的指導(dǎo)意義。大量研究結(jié)果表明，長期不合理的施肥會對柑橘園土壤造成不利影響，而施用有機肥和種植綠肥在改善土壤理化性質(zhì)、維持土壤養(yǎng)分平衡、改善土壤微生物活性等方面具有較大的優(yōu)勢[1]；種植綠肥還能降低地表光照度，減緩熱量向深層土壤的傳遞從而阻止果園在高溫季節(jié)土壤溫度的迅速上升和在低溫季節(jié)土壤熱量的迅速散失，起到緩和果園地溫的作用，增加果園對外界溫度的緩沖性能，起到保水和抗旱作用[2]。

紫云英是一種豆科綠肥，富含有機質(zhì)、氮、磷、鉀等養(yǎng)分，具有固氮作用，常套種于水稻田中，改良和培肥土壤[3]。紫云英對培肥果園土壤、改善果實品質(zhì)等作用的報道主要集中于葡萄[4]。在柑橘等其他果樹上，主要以果園套種三葉草、黑麥草等的研究較多，套種紫云英的相關(guān)報道相對較少，且大多研究主要集中于種植綠肥對果園生態(tài)效應(yīng)的單項技術(shù)研究，將施用餅肥等其他有機肥進行對比的試驗研究相對較少，同時種植綠肥和施用有機肥對土壤肥力的影響機制是否存在差異，尚不明確。本研究以‘紅美人’雜柑為研究對象，以傳統(tǒng)清耕的自然裸露果園為對照，研究種植紫云英、施用腐熟餅肥對柑橘園土壤肥力、土壤微生物碳、氮、磷以及果實品質(zhì)的影響，探討有機肥培肥土壤的生物學(xué)機制，以期為柑橘園合理施用有機肥和紫云英及其在果園中的進一步推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于臺州市黃巖區(qū)寧溪鎮(zhèn)‘紅美人’雜柑（‘天草’ב南香’）設(shè)施栽培柑橘園（北緯28°35′，東徑120°58′），屬亞熱帶季風(fēng)氣候，溫和濕潤、雨量充沛、四季分明，氣候條件優(yōu)越。年平均氣溫17℃，1月最冷，平均氣溫6℃，極端最低氣溫-6℃，7月最熱，平均氣溫27.8℃，極端最高氣溫38.1℃，平均無霜期259天，年降水量1519 mm，年降水日數(shù)為167天，年平均相對濕度82%，年蒸發(fā)量為1360.4 mm，常年以西北風(fēng)為主。試驗前柑橘園的基本土壤肥力狀況為土壤pH 5.10，土壤有機質(zhì)28.1 g/kg，堿解氮68.3 mg/kg，有效磷107 mg/kg，速效鉀87.8 mg/kg，交換性鈣0.91 cmol/kg，交換性鎂0.27 cmol/kg。樹齡7年，砧木為枳砧。

1.2 試驗方法

試驗于2016年10月開始，連續(xù)進行3年。試驗采用單因素隨機區(qū)組設(shè)計，設(shè)3個處理：（1）清耕裸露（對照，CK）：保持果園地面裸露無雜草；（2）種植紫云英（綠肥），秋季播種，第2年盛花期刈割還田，鮮草還田量為22.5 t/hm2，冬季進行土壤深翻；（3）腐熟的菜籽餅肥（餅肥）作為基肥施用，3750 kg/hm2。所有處理施用化肥用量及田間管理保持一致。具體施肥情況為春季（3月上旬—4月下旬）450 kg/hm2尿素+900 kg/hm2三元復(fù)合肥(15-15-15)，夏季（7月中下旬）450 kg/hm2三元復(fù)合肥(15-15-15)+450 kg/hm2硫酸鉀，冬季 450 kg/hm2三元復(fù)合肥(15-15-15)+225 kg/hm2尿素。每20株為1個試驗小區(qū)，重復(fù)3次，一個處理共60株樹。

1.3 樣品采集

在每個試驗小區(qū)的20株中隨機選擇5株樹勢基本一致的柑橘樹為樣品采集樹。2019年11月30日于樹冠垂直滴水線附近4個方位各取1個點，5株樹共計20個點（避開施肥穴），用木鏟采集0～30 cm土層土樣，混合均勻后用四分法取1 kg帶回實驗室備用。同時在樹冠中部四周采摘正常果實，每株4果，5株樹的20個果為一個樣品，每處理3次重復(fù)。樣品采集后帶回實驗室后用去離子水清洗干凈，用濾紙吸去果面上的水分，裝于塑料袋中貯藏待用，測定時每樣品重復(fù)2次。

1.4 測定方法

1.4.1 土壤樣品 土壤有機質(zhì)用外加熱重鉻酸鉀容量法；土壤速效氮用堿解擴散法；土壤速效磷用氟化銨-鹽酸浸提-鉬銻抗分光光度法；土壤速效鉀用乙酸銨浸提-原子吸收分光光度法；土壤有效鈣、鎂采用1 mol/L NH4OAc浸提-原子吸收分光光度法；土壤有效硼用熱水浸提-姜黃素分光光度法；土壤微生物量碳、氮、磷的測定采用氯仿熏蒸浸提法；采用鋁盒烘干法測定土壤含水量，土壤溫度采用地溫計法。具體測定方法參照《土壤農(nóng)化分析》[5]。脲酶活性采用靛酚藍比色法，過氧化氫酶活性采用0.1 mol/L高錳酸鉀滴定法，酸性磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法，硝酸還原酶采用紫外分光光度法測定[6]。

1.4.2 果實品質(zhì) 果皮厚度測量時，將果實由果實橫截面最大處橫切，在果皮橫截面處隨機選取3處進行測量，取平均值即為果皮厚度；單果重及果肉鮮重采用稱重法測定，可食率是果肉鮮重與單果重之比；總酸用NaOH中和滴定法；糖含量用斐林氏滴定法；維生素C用2,6-二氯靛酚滴定法；可溶性固形物采用手持糖度計測定，具體測定方法參見文獻[7]。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Excel和SPSS 13.0軟件進行相關(guān)分析和差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 對土壤肥力的影響

如表1所示，與CK相比，綠肥和餅肥處理均可提高土壤肥力，土壤有機質(zhì)含量均顯著高于對照，綠肥和餅肥處理分別比對照高14.2%和19.5%，說明在提高土壤有機質(zhì)含量方面，綠肥和餅肥有著相同的功效；土壤速效氮、磷、鉀含量呈現(xiàn)出一致的規(guī)律，表現(xiàn)為餅肥＞綠肥＞CK，三者之間差異顯著；而有效鈣、鎂、硼含量則表現(xiàn)為綠肥＞餅肥＞CK，說明餅肥處理在增加土壤大量元素含量方面效果較好，而綠肥處理在增加土壤中量元素含量方面效果較好。

表1 綠肥和餅肥處理對土壤肥力的影響

2.2 對土壤酶活性的影響

土壤酶是土壤的重要組成部分，來源于土壤中動物、植物根系和微生物的細胞分泌物以及殘體的分解物，參與土壤的生物化學(xué)過程，與土壤肥力密切相關(guān)。酶活性常用來表征土壤酶的存在和酶促反應(yīng)速度，以評估土壤某些營養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化情況和土壤肥力狀況，與土壤有機質(zhì)含量和微生物數(shù)量有關(guān)。過氧化氫酶酶促過氧化氫的分解，有利于防止它對生物體的毒害作用，脲酶參與尿素的降解，與氮肥尿素的水解密切相關(guān)；酸性磷酸酶則參與土壤的磷素循環(huán)，硝酸還原酶酶促硝態(tài)氮還原成氨，可以用于評估氮素轉(zhuǎn)化的程度[8]?；钴S的土壤酶活性有助于提高土壤有效養(yǎng)分的含量，利于柑橘根系對土壤營養(yǎng)的吸收利用。

由表2可知，餅肥和綠肥處理的過氧化氫酶活性高于對照，但兩者之間差異不顯著，說明綠肥和餅肥可以加速土壤中過氧化氫的分解，減少對土壤中根系及生物的毒害；綠肥和餅肥對酸性磷酸酶活性影響不大，三者之間差異不顯著；土壤中脲酶、硝酸還原酶活性表現(xiàn)出一致的規(guī)律，餅肥和綠肥處理均顯著高于對照處理，三者之間差異顯著，說明餅肥和綠肥均能加速土壤中氮素的轉(zhuǎn)化。

表2 綠肥和餅肥對土壤酶活性的影響

2.3 對土壤微生物碳、氮、磷的影響

由表3可知，土壤微生物碳、氮、磷含量均表現(xiàn)為綠肥和餅肥處理高于對照，說明種植綠肥和施用餅肥能夠促進物質(zhì)轉(zhuǎn)化和循環(huán)，增加土壤中微生物量碳、氮、磷含量，可以為微生物的生長提供豐富的營養(yǎng)物質(zhì)。

表3 綠肥和餅肥對土壤微生物量碳、氮、磷的影響mg/kg

2.4 對土壤溫度和含水量的影響

圖1結(jié)果表明，土壤溫度隨著土層深度的增加而降低；在土層深度為0～10、10～20 cm，不同處理的土壤溫度表現(xiàn)為對照最高、綠肥最低，綠肥和餅肥處理的土壤溫度均低于比對照，在土層深度為0～10 cm時，綠肥、餅肥的土壤溫度分別比對照低3.9、4.4℃，在10～20 cm時，綠肥、餅肥的土壤溫度分別比對照低2.6、3.2℃；土層深度為20～40 cm時，綠肥和餅肥的土壤溫度分別比對照低2℃和1.6℃，兩者之間差異不顯著。

圖1 不同土層的土壤溫度

如圖2所示，不同處理的土壤含水量隨土層深度的增加而升高，土層深度為0～10 cm時，綠肥、餅肥處理的土壤含水量分別為23.3%和21.3%，均顯著高于對照(20.7%)；土層深度為10～20 cm時，不同處理的土壤含水量表現(xiàn)為綠肥＞餅肥＞CK，處理之間差異顯著；土層深度為20～40 cm時，綠肥和餅肥處理的土壤含水量顯著高于對照，兩者之間差異不顯著。

圖2 不同土層的土壤含水量

2.5 對柑橘果實品質(zhì)的影響

如表4所示，綠肥和餅肥處理的果皮厚顯著低于對照，而可食率、總糖和維生素C含量均顯著高于對照，兩者之間差異不顯著，說明綠肥和餅肥均能起到改善果實品質(zhì)的作用，并且在對果實品質(zhì)的改善方面，它們的功效相當。

表4 綠肥和餅肥對柑橘果實品質(zhì)的影響

3 結(jié)論

柑橘園種植綠肥和施用餅肥均能增加土壤中微生物含量，提高土壤酶活性，從而改善土壤肥力，提高果實品質(zhì)。種植綠肥處理在降低柑橘園0～20 cm土壤溫度和提高土壤含水量方面效果較優(yōu)，可以用于干旱季的保水降溫，減輕伏旱。

4 討論

土壤酶是具有高度催化作用的生物催化劑，常以蛋白質(zhì)形態(tài)存在，參與土壤中的生物化學(xué)過程[9]，既是土壤有機物轉(zhuǎn)化的執(zhí)行者，又是植物營養(yǎng)元素的活性庫[10]。土壤酶活性能夠及時反映土壤生物的改變和土壤營養(yǎng)循環(huán)過程的速率[11]，常作為土壤生產(chǎn)力[12]、土壤生物功能多樣性以及微生物活性潛力的指標[13]，研究土壤的供肥能力，常用土壤酶活性高低作為評判的輔助指標[14]。本試驗對土壤中的硝酸還原酶、脲酶、過氧化氫酶等活性進行分析，結(jié)果表明，種植綠肥和施用餅肥處理的酶活性均高于對照，且土壤有機質(zhì)等肥力指標含量較高，最終對柑橘果實品質(zhì)產(chǎn)生較好的影響，說明活躍的土壤酶活性有助于提高土壤有效養(yǎng)分的含量，利于柑橘根系對土壤營養(yǎng)的吸收利用，果實品質(zhì)得以改善[15]。這與許多研究結(jié)果一致[16-17]，但前人的大多研究結(jié)果主要集中于一種有機培肥模式，如生草栽培、種植不同類型的綠肥對土壤有機質(zhì)、酶活性、微生物活性等的影響[18-19]，或者是施用不同的腐熟有機肥以及配施化肥等對土壤肥力及土壤微域環(huán)境等的影響研究[20-21]，把種植綠肥和施用有機肥同時放在一起進行對比的試驗相對較少。本試驗克服了以往單純研究某種培肥方式的單一性，通過試驗探明種植綠肥還田以及直接施入腐熟餅肥對土壤及果實品質(zhì)的影響，研究結(jié)果可以為柑橘園進行多種有機培肥方式提供參考。

在0～20 cm土層，種植綠肥處理的土壤溫度較低，含水量較高，原因在于果園種植綠肥后，土壤的結(jié)構(gòu)得到改善，土壤的滲水性和持水能力增加[22]，高溫季節(jié)能降低土壤極端高溫，減少土溫變幅，對土溫變化起緩沖作用[23]。在增加高溫干旱季果園土壤含水量和降低地表土壤溫度方面，種植綠肥的效果優(yōu)于施用餅肥處理，原因在于種植的綠肥在夏季進行覆蓋還田，避免了太陽直射對地面的傷害，減少了地表水分的蒸發(fā)，從而有利于土壤含水量的保持，避免了土壤溫度的大幅度變化。本試驗僅對一個高溫時段的土壤含水量及溫度進行了檢測，在一定程度上反映了不同培肥方式對柑橘園保水降溫的作用，但未對其作用機理進行詳細探究，建議在后續(xù)工作中加強對數(shù)據(jù)的系統(tǒng)跟蹤采集，結(jié)合綠肥在覆蓋還田過程中土壤肥力及微生物環(huán)境的動態(tài)變化，豐富種植綠肥改善柑橘園土壤微域生態(tài)環(huán)境的機理研究。

國內(nèi)的有機肥資源豐富[24]，但目前的利用效率較低，不同綠肥、有機肥由于養(yǎng)分含量等存在差異[25]，在技術(shù)推廣時應(yīng)該針對每種有機肥的培肥特點進行分類考慮，充分發(fā)揮其優(yōu)勢互補作用。在發(fā)展種養(yǎng)結(jié)合循環(huán)農(nóng)業(yè)及合理施用有機肥過程中，建議加強有機肥料資源收集、技術(shù)開發(fā)及有機肥相關(guān)設(shè)施的標準化建設(shè)研究。