生物活性素對(duì)富士蘋(píng)果園土壤氮素利用及蘋(píng)果生長(zhǎng)發(fā)育的影響

鄧明江 費(fèi)麗彬 王 賀 孔令霞 王 憶 許雪峰 韓振海

(中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院，北京 100193)

自1992年起，中國(guó)的蘋(píng)果產(chǎn)量一直居世界首位[1]，2018年種植面積為193.86×104hm2，產(chǎn)量為3 923.34×104t，分別占世界蘋(píng)果種植面積和產(chǎn)量的37.42%和51.48%[2]。目前中國(guó)已形成兩大蘋(píng)果優(yōu)勢(shì)種植區(qū)域[3]，其中陜西省是黃土高原蘋(píng)果優(yōu)勢(shì)生產(chǎn)區(qū)域中的核心產(chǎn)區(qū)。截至2018年，陜西省蘋(píng)果種植面積為59.76×104hm2，產(chǎn)量1 008.69×104t，已成為中國(guó)蘋(píng)果生產(chǎn)的第一大省[2]。

化肥對(duì)增加作物產(chǎn)量和改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)有著舉足輕重的作用[4-5]。為了獲得更多的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量，大量無(wú)機(jī)化肥被應(yīng)用在蘋(píng)果生產(chǎn)中，其中純氮施用量高達(dá)400～600 kg/hm2，遠(yuǎn)超蘋(píng)果生產(chǎn)發(fā)達(dá)國(guó)家的平均水平[6-7]。在我國(guó)黃土高原蘋(píng)果主產(chǎn)區(qū)的陜西地區(qū)，化肥過(guò)量投入現(xiàn)象尤其普遍[8]，以洛川縣為例，氮、磷和鉀肥投入過(guò)量比例依次為99.3%、98.7%和100%[9]。過(guò)量使用化肥不僅造成了資源浪費(fèi)和肥料利用率下降，導(dǎo)致土壤酸化、板結(jié)以及危害地下水安全等環(huán)境問(wèn)題，同時(shí)也可造成樹(shù)體生理紊亂和生理性病害加重[10]。因此，建立因地制宜的科學(xué)施肥模式，促進(jìn)肥料高效利用和蘋(píng)果優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)，事關(guān)我國(guó)蘋(píng)果產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

科學(xué)利用微生物類(lèi)肥料、有機(jī)肥和黃腐酸類(lèi)新型肥料等均可促進(jìn)肥料高效利用，提高果實(shí)的產(chǎn)量和品質(zhì)[11-14]。在洛川老齡果園中，施用微生物復(fù)混肥與氮磷鉀復(fù)合肥較只施用無(wú)機(jī)化肥，果實(shí)的產(chǎn)量和品質(zhì)均有提高[11]；山西省翼城縣的紅富士果園中，微生物肥料與化肥配施，可顯著改善土壤理化性質(zhì)，促進(jìn)樹(shù)體生長(zhǎng)，提高果實(shí)產(chǎn)量，并且微生物肥料與60%的常用化肥配施即可滿足果樹(shù)正常生長(zhǎng)，使果園的凈利潤(rùn)達(dá)到最大化[12]。渭北旱塬蘋(píng)果園中，有機(jī)肥與化肥配施比例為4∶6～6∶4是較適宜的可持續(xù)施肥模式[13]。在山東地區(qū)蘋(píng)果園中，常規(guī)減量施肥10%配合黃腐酸類(lèi)肥料可促進(jìn)蘋(píng)果的生長(zhǎng)發(fā)育，產(chǎn)量和肥料偏生產(chǎn)力分別提高18.21%和31.20%[14]。

本研究以黃土高原蘋(píng)果集中連片優(yōu)生區(qū)延安為試驗(yàn)點(diǎn)，利用單一變量原則，設(shè)置常規(guī)施肥(對(duì)照)和增施生物活性素2個(gè)處理，對(duì)蘋(píng)果樹(shù)的各個(gè)生長(zhǎng)發(fā)育期進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而探究生物活性素對(duì)蘋(píng)果產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，以及在提高化肥利用率方面的效應(yīng)，以期達(dá)到肥料高效利用和降低種植成本的目的。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)園概況

2017—2019年在陜西省延安市寶塔區(qū)和宜川縣兩地，分別選取4年生矮化密植果園(SX-1、SX-2)和17年生喬化稀植果園(SX-3、SX-4)進(jìn)行試驗(yàn)。SX-1和SX-2果園株行距為2 m×4 m，每畝83株；SX-3和SX-4果園株行距為4 m×4 m，每畝42株。SX-1、SX-2和SX-4果園是以施用化肥為主的生產(chǎn)果園，SX-3果園以施用有機(jī)肥為主的生產(chǎn)果園。延安市位于黃土高原腹地，屬溫帶半濕潤(rùn)半干旱大陸性季風(fēng)氣候；全年平均氣溫9.9 ℃，平均年降水總量507.7 mm，年日照時(shí)數(shù)2 448.6 h。2017年春季采集4個(gè)供試果園的土壤樣品并測(cè)定其理化性質(zhì)，如表1所示。

表1 各試點(diǎn)果園土壤理化性質(zhì)Table 1 Soil physical and chemical properties in the 4 test orchards

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在每個(gè)供試果園選取30株樹(shù)體健康且長(zhǎng)勢(shì)相同的植株，15株予以常規(guī)施肥(CK)，另15株在2017—2019年的每年4月上旬除常規(guī)施肥外再增施生物活性素處理(BIO)，除此之外的其它管理皆相同。生物活性素(BIO)為本研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的一類(lèi)含有機(jī)苯炳環(huán)為核心的有機(jī)物、微生物和礦質(zhì)元素的復(fù)配試劑，施用時(shí)間為蘋(píng)果剛開(kāi)始萌芽到開(kāi)花前。生物活性素的施用方式為：在垂直于樹(shù)冠外圍的地表處，挖長(zhǎng)寬深均為20 cm的土坑，坑位于樹(shù)體兩側(cè)，將生物活性素與土壤混勻后填平即可。各試驗(yàn)點(diǎn)具體處理如表2所示。

表2 各試驗(yàn)點(diǎn)的具體處理方案Table 2 Specific treatment schemes for each test point

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1土壤指標(biāo)

2017—2019年的每年春季，在離蘋(píng)果樹(shù)施肥點(diǎn)5～10 cm處，運(yùn)用“Z”字形取樣法，采集0～40 cm土層的土壤樣品，每3份土樣混合為1個(gè)重復(fù)，每個(gè)處理取3次重復(fù)。采用電位法測(cè)定土壤pH；堿解擴(kuò)散法測(cè)定土壤堿解氮含量；NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測(cè)定土壤有效磷含量；乙酸銨浸提-火焰光度計(jì)法測(cè)定土壤速效鉀的含量和凱氏定氮法測(cè)定土壤全氮含量。2019年春季，使用環(huán)刀法測(cè)量土壤容重[15]。

1.3.2樹(shù)體指標(biāo)

2018年4月上旬進(jìn)行施加生物活性素試驗(yàn)處理后，分別在2018年和2019年的12月，進(jìn)行樹(shù)體指標(biāo)的采樣。在對(duì)照和生物活性素處理組各任選10株蘋(píng)果樹(shù)，測(cè)定其株高和干周；各任選5株蘋(píng)果樹(shù)，統(tǒng)計(jì)花芽數(shù)量；各任選3株蘋(píng)果樹(shù)，每株樹(shù)選擇樹(shù)冠外圍不同方向的10個(gè)一年生枝，測(cè)量長(zhǎng)度與節(jié)間個(gè)數(shù)，計(jì)算節(jié)間長(zhǎng)度。節(jié)間長(zhǎng)度=枝條長(zhǎng)度/節(jié)間個(gè)數(shù)。2018—2019年4月調(diào)查蘋(píng)果樹(shù)的開(kāi)花情況，在CK和BIO各任選10株蘋(píng)果樹(shù)，每株樹(shù)任選3個(gè)長(zhǎng)度為80 cm左右的枝組統(tǒng)計(jì)花序數(shù)，計(jì)算每100 cm枝組的花序數(shù)。剛剛進(jìn)入開(kāi)花期的果園，統(tǒng)計(jì)成花樹(shù)率。成花樹(shù)率=成花植株/試驗(yàn)植株×100%。

1.3.3果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)

2019年秋季果實(shí)成熟后，在CK和BIO各任選5株樹(shù)，統(tǒng)計(jì)每株樹(shù)的結(jié)果總數(shù)；并采集每株樹(shù)3個(gè)不同方向的果實(shí)各1個(gè)，共計(jì)15個(gè)果實(shí)。測(cè)量果實(shí)樣品的單果重，計(jì)算單株產(chǎn)量；測(cè)量果實(shí)縱橫徑，計(jì)算果形指數(shù)；測(cè)定果實(shí)硬度、可溶性固形物含量、可溶性糖含量(蒽酮比色法)和可滴定酸含量(NaOH中和法)。在CK和BIO中各選擇3個(gè)果實(shí)，邀請(qǐng)20位同學(xué)對(duì)果實(shí)香氣濃郁程度進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)，淡(0分)、一般(1分)、濃(2分)、特濃(3分)，得到果實(shí)香氣評(píng)分?jǐn)?shù)據(jù)[14]。

1.3.4肥料偏生產(chǎn)力計(jì)算方法

肥料偏生產(chǎn)力PFP(kg/kg)= 施肥后作物產(chǎn)量/肥料純養(yǎng)分投入量

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

所有數(shù)據(jù)用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算和圖表處理，SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析和顯著性分析(P<0.05表示差異顯著，P<0.01表示差異極顯著)。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物活性素對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

2018至2019年連續(xù)2年施用生物活性素后，各果園全氮含量的變化如圖1所示。在4個(gè)試驗(yàn)果園中，經(jīng)生物活性素處理后的土壤全氮含量相比于對(duì)照組的土壤全氮含量均有不同程度的上升，增幅在4.69%～51.35%。與對(duì)照相比，SX-1果園增幅為50.00%，差異顯著；SX-3果園增幅為51.35%，差異顯著；SX-2和SX-4果園增幅分別8.33%和4.69%，無(wú)顯著差異。

圖1 生物活性素處理后土壤全氮含量變化Fig.1 Changes of soil total nitrogen content after bioactive element treatment

2018—2019年連續(xù)2年施用生物活性素處理后，各果園的土壤pH、土壤堿解氮含量、有效磷含量和速效鉀含量均無(wú)明顯的變化規(guī)律，如表3所示，均在穩(wěn)定的變化區(qū)間內(nèi)小幅浮動(dòng)。

2019年春季對(duì)試驗(yàn)果園的土壤容重進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果如圖2所示。生物活性素處理后各果園容重?cái)?shù)值均有不同程度的降低，但變化不顯著，降幅在1.49%～9.02%。其中SX-3果園的土壤容重下降最多，較對(duì)照下降了9.02%，說(shuō)明生物活性素有降低土壤容重的作用，有利于蘋(píng)果的根系呼吸。

圖2 生物活性素處理后土壤容重變化Fig.2 Changes of soil bulk density after bioactive element treatment

2.2 生物活性素對(duì)樹(shù)體生長(zhǎng)的影響

連續(xù)2年對(duì)試驗(yàn)果園施用生物活性素后樹(shù)體指標(biāo)的變化如表4 所示。18年和19年各果園施用生物活性素后的樹(shù)體株高和對(duì)照之間沒(méi)有明顯變化；雖19年SX-1果園BIO的干周顯著高于CK，但其它3個(gè)供試果園的干周變化基本不顯著；18年和19年各果園CK與BIO之間的一年生枝條長(zhǎng)度和節(jié)間長(zhǎng)度也呈現(xiàn)出變化不大的趨勢(shì)。因此，可初步說(shuō)明生物活性素的施入對(duì)樹(shù)體的基本生長(zhǎng)指標(biāo)無(wú)顯著影響。

果樹(shù)成花能力是最終收獲果實(shí)的基礎(chǔ)。經(jīng)生物活性素連續(xù)處理2年后，如表5所示，18和19年幼齡樹(shù)(SX-1、SX-2)BIO的花芽數(shù)量與CK相比均存在不同程度的增加，平均升高58.42%；其中18年SX-1果園BIO的花芽數(shù)量與CK相比，表現(xiàn)為顯著增加，2019年SX-2果園則表現(xiàn)為極顯著增加。除2019年SX-3果園的花序量出現(xiàn)下降外，其它果園BIO與CK相比，均出現(xiàn)了不同程度的提高。因SX-1果園剛進(jìn)入掛果期，只有部分植株開(kāi)花，所以統(tǒng)計(jì)其成花樹(shù)的比例，發(fā)現(xiàn)SX-1果園BIO的成花樹(shù)比例與CK相比有連年提高的趨勢(shì)，表現(xiàn)為2018年、2019年分別提高10%、34%。以上研究結(jié)果說(shuō)明，生物活性素促進(jìn)樹(shù)體成花，且在幼齡樹(shù)上效果更為明顯。

表5 生物活性素處理后花芽和花序變化Table 5 Changes of flower buds and inflorescences after bioactive element treatment

2.3 生物活性素對(duì)果實(shí)產(chǎn)量品質(zhì)的影響

2019年試驗(yàn)蘋(píng)果園在生物活性素處理后，果實(shí)的產(chǎn)量變化如表6所示。成齡樹(shù)(SX-3、SX-4)BIO的單果重與CK相比沒(méi)有顯著變化；但幼齡樹(shù)(SX-1、SX-2)BIO的單果重均有影響。SX-1果園BIO的單果重與CK相比雖下降了15.66%，但結(jié)果數(shù)量的增多使得單株產(chǎn)量上升；SX-2果園BIO的單果重極顯著高于CK，提高了12.61%。此外，多數(shù)果園在生物活性素處理后，均可提高單產(chǎn)，SX-1、SX-2、SX-4分別增產(chǎn)8.40%、16.56%、8.95%。說(shuō)明生物活性素具有增產(chǎn)的作用，且在幼齡樹(shù)上作用的更加明顯。

2019年試驗(yàn)蘋(píng)果園在生物活性素處理后，如表7 所示，果形指數(shù)、可溶性固形物含量、果肉硬度、可溶性糖含量、可滴定酸含量等無(wú)顯著變化；但生物活性素處理后可使果實(shí)香氣增加，與對(duì)照相比，增幅為5.26%～46.15%，且以SX-3果園最明顯。

2.4 生物活性素對(duì)肥料偏生產(chǎn)力的影響

在試驗(yàn)的4個(gè)果園中，生物活性素處理對(duì)肥料偏生產(chǎn)力的變化如表8所示，幼齡果園SX-1、SX-2和成齡果園SX-4 BIO的肥料偏生產(chǎn)力與對(duì)照相比，分別提高12.59%、16.55%和8.95%，僅成齡果園SX-3小幅下降0.55%。分析各果園常規(guī)施肥措施，發(fā)現(xiàn)SX-3果園的肥料施用量最高，但肥料利用率卻降低，推測(cè)與該果園主要施用有機(jī)肥(98.21%)有關(guān)；而其他3個(gè)果園的化肥施用分別占到果園肥料總施用量的66.67%(SX-1)、96.00%(SX-2)和87.80%(SX-4)。因此，生物活性素能夠提高以施用化肥為主的果園肥料利用率，且在幼齡果園效果更顯著。

表6 生物活性素處理后果實(shí)產(chǎn)量變化Table 6 Changes of fruit yield after bioactive element treatment

表7 生物活性素處理后果實(shí)品質(zhì)變化Table 7 Change of fruit quality after bioactive element treatment

表8 生物活性素處理后果園肥料偏生產(chǎn)力的變化Table 8 Changes of fertilizer utilization after bioactive element treatment

3 討 論

根系分泌物在養(yǎng)分有效性[16]及養(yǎng)分循環(huán)[17]方面發(fā)揮重要作用。土壤容重的降低可使得土壤孔隙度增大，改善團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，優(yōu)化土壤水分及養(yǎng)分的運(yùn)輸[18]。本研究中，陜西地區(qū)紅富士蘋(píng)果園在施用生物活性素后，土壤全氮含量上升，土壤容重降低。這與張賽等[19]減氮及配施微生物菌劑后，果園土壤全氮含量上升的結(jié)果相似，與韋建玉等[20]增施微生物菌肥后土壤容重降低的結(jié)果一致。說(shuō)明施用生物活性素可能通過(guò)促進(jìn)根系分泌物的產(chǎn)生，改善土壤的微環(huán)境從而增強(qiáng)樹(shù)體對(duì)土壤中營(yíng)養(yǎng)元素的利用能力。此外，本研究施用生物活性素后果實(shí)產(chǎn)量顯著提高，果實(shí)香氣與對(duì)照相比也有一定的提高。這與張杰等[12]添加微生物肥料后可提高果實(shí)產(chǎn)量的結(jié)果相似，與劉洋洋等[21]施加含微生物菌劑的有機(jī)肥可提高果實(shí)香氣的結(jié)果相似。說(shuō)明施用生物活性素有助于土壤中養(yǎng)分含量的增加，能促進(jìn)樹(shù)體更好地吸收各種微量元素，從而提高蘋(píng)果產(chǎn)量與品質(zhì)。因此，對(duì)于果園土壤養(yǎng)分含量低于全國(guó)平均水平的陜西蘋(píng)果產(chǎn)區(qū)，可適當(dāng)施用生物活性素來(lái)緩解因養(yǎng)分不足而引起的生產(chǎn)問(wèn)題。

植物花芽的分化受外界環(huán)境、礦質(zhì)元素、碳水化合物和激素等多種因素的影響，其中植株?duì)I養(yǎng)是花芽分化的基礎(chǔ)[22]。蘋(píng)果枝條營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)與花芽分化關(guān)系密切，旺盛生長(zhǎng)會(huì)影響芽營(yíng)養(yǎng)的積累，以至于影響花芽的生理分化過(guò)程，使成花比例降低。枝條的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)停止的越早，越有利于花芽生理分化期的營(yíng)養(yǎng)積累，反之不利于花芽的分化與形成[23-24]。本研究中試驗(yàn)果園的果樹(shù)經(jīng)生物活性素施用后，樹(shù)體的株高、干周、一年生枝長(zhǎng)度和節(jié)間長(zhǎng)度均未出現(xiàn)顯著變化，但在幼齡果園成花數(shù)量顯著增多，說(shuō)明生物活性素通過(guò)促進(jìn)早花進(jìn)而促進(jìn)早果。生物活性素有促進(jìn)蘋(píng)果幼樹(shù)生殖生長(zhǎng)而阻礙營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)的作用，主要原因可能是生物活性素在適當(dāng)范圍內(nèi)增加了樹(shù)體對(duì)氮素的吸收，進(jìn)而增加了花量。

4 結(jié) 論

本研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)生物活性素處理后可以提高土壤全氮含量、降低土壤容重、促進(jìn)幼樹(shù)開(kāi)花、提高果實(shí)香氣和產(chǎn)量以及提高施用化肥為主的幼齡果園肥料利用率的作用。因此，建議當(dāng)?shù)乜蓪⑹┯蒙锘钚运刈鳛榛蕼p施和增產(chǎn)提質(zhì)的一項(xiàng)有效措施。