有機(jī)肥配施化肥對柑橘養(yǎng)分吸收及土壤酶活力的影響

李 蘋，付弘婷，逄玉萬，唐拴虎，張 木

（廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，廣東 廣州 510640）

我國柑橘栽培面積約260萬hm2，多為丘陵或山地種植，立地條件差，障礙因子突出，在一定程度上制約了產(chǎn)柑橘產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[1-2]。而且，柑橘栽培管理方面還普遍存在化肥施用過量、施肥結(jié)構(gòu)不合理等問題，偏施、濫施化肥，尤其是長期過量施用等氮、磷、鉀養(yǎng)分量的復(fù)合肥，導(dǎo)致土壤磷素、鉀素過量累積，從而使樹體養(yǎng)分吸收不平衡而發(fā)生代謝紊亂，最終影響樹體生長和果實(shí)品質(zhì)的提高[3]，因此在柑橘栽培過程中亟待調(diào)整氮、磷、鉀養(yǎng)分元素配比并降低化肥用量。此外，部分地區(qū)果園重施化肥而輕施或不施有機(jī)肥，導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)含量降低、土壤板結(jié)、酸化加劇、綜合肥力下降。有機(jī)質(zhì)是土壤肥力的核心，增施有機(jī)肥可以提升土壤有機(jī)質(zhì)含量，增加土壤微生物種群數(shù)量、增強(qiáng)土壤酶活力、改良土壤物理結(jié)構(gòu)，具有良好的培肥和改良障礙土壤的效果，有利于構(gòu)建健康的土壤環(huán)境和提升土壤生產(chǎn)力水平[4-5]。連續(xù)長期種植條件下土壤中微量元素也存在著缺乏的風(fēng)險，尤其是柑橘經(jīng)常缺乏的鎂、硼、鋅等中微量元素，有機(jī)肥所含種類齊全且比例均衡的中微量元素能較好地滿足樹體對中微量元素的需求，長期施用有機(jī)肥能平衡樹體各類營養(yǎng)元素，對果實(shí)品質(zhì)也具有較好的提升作用。有機(jī)肥與化肥配合施用，能充分發(fā)揮養(yǎng)分長、短效的特點(diǎn)，化肥養(yǎng)分釋放速率較快能滿足當(dāng)下，有機(jī)肥養(yǎng)分釋放速率較慢能維持長遠(yuǎn)，養(yǎng)分釋放的長短結(jié)合能起到降低化學(xué)肥料用量、促進(jìn)養(yǎng)分吸收和提升養(yǎng)分利用效率的綜合效果[6-7]。但是，有機(jī)肥與化肥配合施用要遵循科學(xué)合理的配比原則，達(dá)到既能滿足柑橘對養(yǎng)分元素的需求進(jìn)而提升產(chǎn)量和品質(zhì)又能培肥地力的多重效果。

本試驗(yàn)以柑橘為研究材料，通過開展兩年的田間試驗(yàn)，重點(diǎn)探討有機(jī)肥與化肥配合施用對柑橘果實(shí)產(chǎn)量、品質(zhì)、養(yǎng)分吸收及對土壤養(yǎng)分含量、各類土壤酶活性的影響，進(jìn)而明確有機(jī)肥替代化肥的最佳比例及其互作效應(yīng)，旨在為柑橘化肥減施增效及果園土壤綜合地力提升提供可靠的技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 供試材料與試驗(yàn)設(shè)計

試驗(yàn)于2017年2月至2019年1月在廣東省博羅縣義和鎮(zhèn)天上園村柑橘試驗(yàn)基地開展，供試柑橘品種為沙糖橘，試驗(yàn)開始時樹齡為8年。通過對前期施肥情況進(jìn)行調(diào)查，選取土壤養(yǎng)分均勻且相對較為平整的地塊開展試驗(yàn)，供試土壤為砂壤土，基本理化性質(zhì)為pH 5.0、有機(jī)質(zhì)13.3 g/kg、堿解氮87.1 mg/kg、有效磷94.2 mg/kg、速效鉀63.0 mg/kg、交換性鈣181.5 mg/kg、交換性鎂37.4 mg/kg、有效鐵97.1 mg/kg、有效錳31.3 mg/kg、有效銅0.93 mg/kg、有效鋅9.0 mg/kg、有效硼0.54 mg/kg。本試驗(yàn)共設(shè)置4個處理，（T1）習(xí)慣施肥：N、P2O5、K2O的用量均為每年0.3 g/棵，以15-15-15復(fù)合肥為肥源，模擬農(nóng)戶習(xí)慣性施肥方式；（T2）減施25%化肥：N、K2O的用量均為每年0.225 g/棵，P2O5的用量為每年0.12 g/棵，以尿素、硫酸鉀、過磷酸鈣為肥源；（T3）有機(jī)肥替代25%化肥：N和K2O的用量均為每年0.3 g/棵、P2O5的用量為每年0.12 g/棵，其中0.075 g N、0.075 g K2O、0.015 g P2O5以商品有機(jī)肥（2-1-2）為肥源，不足部分由尿素、硫酸鉀、過磷酸鈣提供；（T4）有機(jī)肥替代30%化肥：N和K2O的用量均為每年0.3 g/棵、P2O5用量為每年0.12 g/棵，其中0.09 g N、0.075 g K2O、0.018 g P2O5以商品有機(jī)肥（2-1-2）為肥源，不足部分由尿素、硫酸鉀、過磷酸鈣補(bǔ)充。除習(xí)慣施肥處理氮、磷（P2O5）、鉀（K2O）施用量相同外，其他各處理磷肥用量相同且對磷肥施用量進(jìn)行了優(yōu)化。各處理重復(fù)4次，每個重復(fù)設(shè)置3棵樹，2017及2018年的全年總肥料用量均分為3次施用，分別為35%（2月）、35%（6月）、30%（10月）。在柑橘生長期內(nèi)有專人負(fù)責(zé)除草、病蟲害防治等各項(xiàng)田間管理工作，各環(huán)節(jié)嚴(yán)格管控，確保試驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確有效。

1.2 樣品采集及分析指標(biāo)測定

柑橘試驗(yàn)開始于2017年2月，分別于2017年6月27日、2017年11月3日、2018年1月12日、2018年8月8日、2019年1月23日 采 集 土壤、葉片或果實(shí)樣品進(jìn)行養(yǎng)分測試分析。植物樣品采集時，采集新梢老熟葉片及相連枝條，先用自來水清洗干凈，再用純水潤洗，而后于105℃殺青30 min降溫至65℃烘干，將樣品粉碎測定氮、磷、鉀、鈣、鎂、鐵、錳、銅、鋅、硼等養(yǎng)分含量[8]。植株氮、磷、鉀含量測定均采用硫酸-雙氧水進(jìn)行消解，消解液中的氮采用凱氏定氮法、磷采用鉬黃比色法、鉀采用火焰光度法測定；植株鈣、鎂、鐵、錳、銅、鋅含量測定均采用硝酸-高氯酸消解，消解液中上述元素含量采用原子吸收法測定。土壤樣品采集后，自然風(fēng)干磨細(xì)過0.25 mm篩后測定土壤基本理化性質(zhì)[8]，土壤有機(jī)質(zhì)含量測定采用重鉻酸鉀容量法，堿解氮含量采用堿解擴(kuò)散法測定，有效磷采用鉬黃比色法測定，速效鉀采用火焰光度法測定。第2次采果時采集新鮮土壤樣品測定土壤酶活性[9-11]，脲酶活性采用靛酚藍(lán)比色法測定，酸性磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法測定，過氧化氫酶采用紫外吸收法測定，蔗糖酶采用DNS法測定，纖維素酶采用蒽酮比色法測定，脫氫酶采用TTC法測定，β-葡萄糖苷酶采用硝基苯基-β-D-吡喃葡萄糖苷（PNPG）顯色法測定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用SPSS 12.0進(jìn)行統(tǒng)計分析，各處理之間的多重比較采用LSD-test法，文中數(shù)據(jù)小寫字母不同表示差異顯著（P＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機(jī)肥與化肥配合施用對果實(shí)產(chǎn)量及質(zhì)量的影響

有機(jī)肥替代25%化肥處理（T3）及有機(jī)肥替代30%化肥處理（T4）果實(shí)產(chǎn)量與習(xí)慣施肥處理（T1）相比在2018及2019試驗(yàn)?zāi)甓葍?nèi)有不同程度的提升（表1），其中T3和T4處理對2019年果實(shí)增產(chǎn)效果較好，增產(chǎn)幅度分別為8.9%和9.8%。兩個有機(jī)肥替代處理，其果實(shí)產(chǎn)量在2018年度與減施25%化肥處理（T2）相比沒有顯著差異，但在2019年度則顯著高于T2處理。兩個試驗(yàn)?zāi)甓葍?nèi)，T3、T4處理與T1、T2處理相比，柑橘果實(shí)維生素C、可滴定酸、可溶性固形物、固酸比、可食率、單果重及果形指數(shù)總體差別不大。

表1 有機(jī)肥與化肥配合施用對柑橘果實(shí)產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

2.2 有機(jī)肥與化肥配合施用對柑橘組織養(yǎng)分含量的影響

2017～2019年各處理葉片氮含量呈現(xiàn)增加的趨勢（表2），期間葉片氮含量均以T4處理為最高，可達(dá)30.5 g/kg，而T3處理與T1處理相比并未呈現(xiàn)顯著性差異；各處理枝條氮含量在不同時期變化規(guī)律各不相同，但與T1和T2處理相比，T3處理各時期枝條氮含量總體保持在相對較高水平，平均含量為13.7 g/kg。T3和T4處理葉片磷含量在2019年1月顯著高于T1處理，兩處理平均提升12.9%；T3和T4處理枝條磷含量在2017年11月顯著高于T1處理，平均提升7.7%。T3和T4處理葉片鉀含量在2017年6月及2019年1月顯著高于T1處理，兩個有機(jī)替代處理的平均增幅在2017和2019年分別為9.9%和17.2%；T2、T3、T4處理枝條鉀含量在2017年顯著低于T1處理，但在2018年8月顯著高于T1處理。

表2 有機(jī)肥與化肥配合施用對柑橘葉片和枝條大量元素氮、磷、鉀含量的影響 （g/kg）

2017年度內(nèi)各處理葉片及枝條鈣、鎂含量均呈現(xiàn)增加的趨勢（表3），在6月各處理之間相比葉片及枝條鈣、鎂含量差別不大，在11月T2、T3、T4處理柑橘枝條及葉片鈣、鎂含量顯著高于T1處理。綜合來看，以T4處理對提升鈣、鎂含量效果較好，葉片鈣、鎂含量分別提高21.3%、21.0%。

表3 有機(jī)肥與化肥配合施用對柑橘葉片和枝條中量元素鈣、鎂含量的影響 （g/kg）

2017年6月T4處理葉片鐵含量顯著高于T1（增幅10.1%）及T2處理（表4），而11月各處理間均沒有顯著差異；6月枝條鐵含量各處理之間沒有顯著差異，而11月T2、T3、T4處理枝條鐵含量則顯著高于T1處理，其中T3和T4處理平均提升35.2%。6月T3和T4處理葉片和枝條鐵含量與其他處理相比差別不大，但11月則顯著高于其他處理。6月T3處理葉片銅含量顯著高于T1和T2處理，增幅均為7.0%；11月各處理間葉片銅含量沒有顯著差異；6月T4處理枝條銅含量顯著低于其他處理，11月T3和T4處理枝條銅含量顯著高于其他處理，其中T3和T4處理相較于T1處理平均提升8.6%。6月T3和T4處理葉片和枝條銅含量與T1和T2處理相比差別不大，但在11月則顯著高于T1和T2處理。6月各處理的葉片和枝條硼含量差別不大，但在11月T3和T4處理葉片硼含量顯著高于其他處理。

表4 有機(jī)肥與化肥配合施用對柑橘葉片和枝條微量元素鐵、錳、銅、鋅、硼含量的影響 （mg/kg）

2018～2019年度所有處理柑橘果實(shí)氮含量均呈現(xiàn)增加的趨勢（表5），但各處理之間相比并沒有呈現(xiàn)顯著差異；2018～2019年度各處理柑橘果實(shí)磷、鉀含量變化不大，各處理之間也未呈現(xiàn)顯著差異。

表5 有機(jī)肥與化肥配合施用對柑橘果實(shí)氮、磷、鉀含量的影響 （g/kg）

2.3 有機(jī)肥與化肥配合施用對柑橘園土壤養(yǎng)分含量的影響

從2017～2018年土壤有機(jī)質(zhì)含量總體呈現(xiàn)增加的趨勢（表6），T3、T4處理對提升土壤有機(jī)質(zhì)含量具有良好效果，在2018年8月兩個有機(jī)肥替代處理與T1處理相比，平均提升土壤有機(jī)質(zhì)含量達(dá)12.4%。2017年度兩個有機(jī)肥替代處理土壤堿解氮含量顯著高于T1、T2處理，但在2018年度有機(jī)肥替代處理土壤堿解氮含量呈現(xiàn)降低的趨勢。由于本研究對磷肥用量進(jìn)行了減量和優(yōu)化，2017及2018年度兩個有機(jī)肥替代處理以及T2處理土壤有效磷含量顯著低于T1處理。2017及2018年度，T2、T3、T4處理土壤速效鉀含量顯著低于T1處理。

表6 有機(jī)肥與化肥配合施用對柑橘園土壤養(yǎng)分含量的影響

2.4 有機(jī)肥與化肥配合施用對柑橘園土壤pH和酶活性的影響

與T1處理相比，T3、T4處理土壤pH得到顯著提升，兩個有機(jī)肥替代處理平均提升土壤pH的幅度為7.7%（表7），而且兩個有機(jī)肥替代處理脲酶活力也顯著高于T1、T2處理。T2、T3處理土壤酸性磷酸酶活力顯著高于T1處理，T4處理酸性磷酸酶活力與T1相比未達(dá)顯著差異。T2、T3、T4處理土壤過氧化氫酶活力以及蔗糖酶活力均顯著高于T1處理，以T4處理最高。T4處理土壤纖維素酶活力顯著高于其他處理，其它各處理之間沒有顯著差異。T3、T4處理土壤脫氫酶活力顯著高于T1、T2處理。T3處理土壤β-葡萄糖苷酶活力與T1處理相比沒有顯著差異，T4處理β-葡萄糖苷酶活力則顯著低于T1處理。

表7 有機(jī)肥與化肥配合施用對柑橘園土壤酶活性的影響

3 討論

長期不合理施用化學(xué)肥料對土壤物理和化學(xué)性質(zhì)會帶來負(fù)面效應(yīng)，例如土壤酸化、板結(jié)、微生物種群數(shù)量下降、養(yǎng)分元素比例失衡等問題[12-14]。施用有機(jī)肥具有良好的培肥和改良土壤效果，但有機(jī)肥料中養(yǎng)分的釋放需要經(jīng)過礦化作用，其養(yǎng)分釋放速率較慢，難以滿足作物需肥量較大時期對養(yǎng)分的需求，有機(jī)肥與化肥配合施用則可以達(dá)到優(yōu)勢互補(bǔ)的效果[9，15]。有研究表明，有機(jī)肥與化肥配合施用對水稻、小麥、玉米等多種作物均具有穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)的作用[16-18]，本試驗(yàn)中有機(jī)肥替代25%化肥和替代30%的化肥對柑橘也起到穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)的作用。減施25%化肥的處理其果實(shí)產(chǎn)量低于有機(jī)肥替代25%化肥處理及有機(jī)肥替代30%化肥處理，表明增施有機(jī)肥對柑橘產(chǎn)量提升起到關(guān)鍵作用。值得注意的是，與習(xí)慣施肥相比，有機(jī)肥替代25%化肥以及有機(jī)肥替代30%化肥的處理，同時也對磷肥用量進(jìn)行了大幅減量優(yōu)化處理，產(chǎn)量反應(yīng)也表明達(dá)到了磷肥大幅減施的效果。柑橘園常年濫施等養(yǎng)分量復(fù)合肥所造成的土壤磷素過量累積的問題普遍存在，不但浪費(fèi)養(yǎng)分資源而且影響樹體生長和果實(shí)品質(zhì)的提升。

作物養(yǎng)分吸收和累積狀況與肥料養(yǎng)分供應(yīng)狀況密切相關(guān)，有機(jī)肥替代25%化肥以及有機(jī)肥替代30%化肥均能很好地滿足柑橘對氮、磷、鉀的吸收，表明有機(jī)肥與化肥按該比例配合不會使柑橘在對養(yǎng)分需求量較大時期出現(xiàn)養(yǎng)分供應(yīng)不足的情況，進(jìn)而從源頭上保證了養(yǎng)分供給。柑橘通常栽培在排水良好的山地、坡地，土質(zhì)差、保肥性能不高、養(yǎng)分易流失，通過有機(jī)肥替代部分化肥而降低速效化肥用量，可以達(dá)到減少化肥養(yǎng)分流失而提升養(yǎng)分利用效率的良好效果。有機(jī)肥除了能提供氮、磷、鉀養(yǎng)分外，還含有多種類植物所必需的中微量元素，而且所含有的元素種類以及元素之間的比例都較為適合作物生長[19]。柑橘是多年生定位栽培物種，果實(shí)每年帶走大量中、微量養(yǎng)分元素，樹體時常會出現(xiàn)中微量元素缺乏的現(xiàn)象，有機(jī)肥可以同時滿足樹體對多種礦質(zhì)元素的需求。在本試驗(yàn)中，有機(jī)肥與化肥配合施用的處理葉片和枝條中量元素鈣、鎂含量以及微量元素鐵、錳、銅、鋅含量均有不同程度提升，對矯正南方酸性土壤較為缺乏的鎂、硼、鋅具有良好效果，因此增施有機(jī)肥對平衡樹體中、微量元素營養(yǎng)作用較為突出。有機(jī)肥施入土壤中，需要經(jīng)歷礦化作用，發(fā)揮肥效的速率較慢，加之樹體對養(yǎng)分的長距離運(yùn)輸，有機(jī)肥替代化肥對提升柑橘葉片及枝條養(yǎng)分的效果在試驗(yàn)開展后的相對較長時間才較好體現(xiàn)出來。有研究表明，增施有機(jī)肥對作物品質(zhì)具有較好的提升作用[20]，但在本試驗(yàn)中有機(jī)肥與化肥配合施用對果實(shí)品質(zhì)提升效果不顯著，可能與供試土壤各種元素含量豐富以及試驗(yàn)處理時間相對較短有關(guān)。

有機(jī)肥施入土壤之中具有較好的緩沖作用，能降低土壤酸化對作物根系生長的影響，長時間施用有機(jī)肥對土壤pH還具有提升作用[21]，而且有機(jī)肥與化肥配合施用又能防止或減緩?fù)寥浪峄?，對土壤pH具有穩(wěn)定作用[22-23]。柑橘適宜生長的pH通常在5.5～6.5之間，但是華南多數(shù)地區(qū)土壤pH在5.5以下，在華南柑橘園采用有機(jī)肥配施化肥的方式能起到較好的改酸促生長作用。本研究中，有機(jī)肥替代25%化肥、有機(jī)肥替代30%化肥處理的土壤pH較習(xí)慣施肥相比有顯著提升，有利于構(gòu)建良好的土壤pH環(huán)境。此外，有機(jī)肥能為土壤微生物提供有機(jī)碳源，對土壤微生物起到活化作用，能增加土壤微生物種群數(shù)量[24-25]。在微生物的作用下土壤有機(jī)物質(zhì)分解加快，形成良性物質(zhì)循環(huán)，土壤中各種酶的活性也得到進(jìn)一步增強(qiáng)[26]。脲酶活性的增強(qiáng)有助于尿素的水解，酸性磷酸酶活性的增強(qiáng)有利于對土壤有機(jī)磷的分解，過氧化氫酶活性的提升有助于對土壤過氧化氫的分解以降低其對生物體的毒害作用，蔗糖酶能促進(jìn)蔗糖水解為單糖而成為植物、微生物的營養(yǎng)源物質(zhì)，纖維素酶活性增強(qiáng)有助于纖維素分解為單糖而促進(jìn)植物殘體的分解[27]，此類酶活性的增強(qiáng)促進(jìn)了土壤中有機(jī)物質(zhì)的循環(huán)。在本研究中有機(jī)肥替代化肥的處理土壤脲酶、酸性磷酸酶、過氧化氫酶、蔗糖酶、纖維素酶、脫氫酶活性均得到顯著提升。因此，本試驗(yàn)中，在柑橘園采用有機(jī)肥部分替代化肥的施肥方式對長期偏施、濫施化肥所造成的土壤質(zhì)量退化具有較好的修復(fù)作用，對柑橘養(yǎng)分吸收及生長具有顯著的促進(jìn)作用。

4 結(jié)論

有機(jī)肥替代化肥能有效降低化肥用量，不但能滿足柑橘對大量元素養(yǎng)分的需求，而且還能促進(jìn)柑橘對多種中、微量礦質(zhì)元素養(yǎng)分的吸收，對柑橘具有穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)的作用。在培肥土壤方面，有機(jī)肥替代25%化肥以及有機(jī)肥替代30%化肥能顯著提高土壤pH值及有機(jī)質(zhì)含量，能促進(jìn)脲酶、酸性磷酸酶、過氧化氫酶、蔗糖酶、纖維素酶、脫氫酶等各類土壤酶活性的提升，具有顯著的改土培肥作用。綜合來看，有機(jī)肥替代30%化肥處理對土壤培肥及柑橘果實(shí)穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)具有最佳的應(yīng)用效果。