協(xié)同作物提質(zhì)增效和土壤地力提升的最佳氮素有機替代比例探索

周維杰　李鐘淏　李婷玉　巫和義　劉斌　高偉　阮云澤

1. 海南大學(xué)熱帶作物學(xué)院，海南?？??570228;2. 攀枝花市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，四川攀枝花??617000;3. 攀枝花市農(nóng)林科學(xué)研究院，四川攀枝花??617000

摘 ?要：晚熟芒果是攀枝花市重要的支柱產(chǎn)業(yè)，但近年由于生產(chǎn)中重化肥輕有機肥，導(dǎo)致果園質(zhì)量退化，酸化現(xiàn)象嚴重、芒果品質(zhì)下降。在前期研究和調(diào)研的基礎(chǔ)上，根據(jù)攀枝花晚熟芒果及果園土壤的特點，選擇了低、中、高3個肥力等級的芒果園，通過兩年田間試驗探索了晚熟芒果在不同氮素有機替代比例及優(yōu)化施肥技術(shù)的作物產(chǎn)量、品質(zhì)及土壤地力提升效果。結(jié)果表明：1）總體來說，當(dāng)?shù)赜袡C替代比例為40%時，所有果園芒果產(chǎn)量和果實品質(zhì)最佳，產(chǎn)量和氮肥偏生產(chǎn)力顯著高于傳統(tǒng)、氮磷鉀優(yōu)化及100%全量替代處理，Vc含量顯著高于其他處理。而替代比例為100%時，低肥力和高肥力果園產(chǎn)量顯著下降，氮肥偏生產(chǎn)力顯著低于其他替代比例處理，同時會導(dǎo)致土壤磷養(yǎng)分的過量累積。2）隨著替代比例的升高，土壤有機質(zhì)含量增加，土壤pH增加。通過主成分分析得出，各處理的土壤地力水平，隨著有機替代的比例增加而逐漸增加，替代比例為100%時，綜合得分最高，其次是部分替代處理，傳統(tǒng)施肥和優(yōu)化施肥處理低于有機替代處理。3）綜合作物產(chǎn)量、品質(zhì)及土壤地力，不同土壤肥力下最佳的有機替代比例不同，低肥力和高肥力土壤短期內(nèi)有機替代比例不宜較高，否則產(chǎn)量顯著下降。通過芒果的產(chǎn)量、品質(zhì)、土壤地力水平等因素綜合分析，攀枝花晚熟‘凱特芒果最優(yōu)氮素有機替代比例為40%，替代比例過低無法有效提高土壤地力并改善作物品質(zhì)，而替代比例過高容易導(dǎo)致養(yǎng)分供給不足，作物減產(chǎn)，特別是在土壤養(yǎng)分含量及有機質(zhì)較低的低肥力果園，由于土壤保肥能力低，須在增施有機肥的同時保證充足的無機養(yǎng)分供應(yīng)，著重碳氮協(xié)同優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：芒果;有機氮素;無機氮素;果實產(chǎn)量;果實品質(zhì);土壤地力中圖分類號：S667.7??????文獻標識碼：A

Optimal Nitrogen Organic Replacement Ratio for Synergistic Crop Quality and Efficiency Enhancement and Soil Fertility Enhancement-Taking Panzhihua Mango as an Example

Abstract： Late-ripening mango is an important pillar industry in Panzhihua. In recent years， due to heavy chemical fertilizer application and light organic fertilizer application， the orchard quality degrades， acidification phenomenon is serious and mango quality declines. In this paper， on the basis of research and investigation， according to the characteristics of the mature mango orchard soil in Panzhihua， low， medium and high fertility level of mango orchards were treated with different nitrogen organic replacement ratio for two years to optimize the fertilization technology for crop yield， quality and soil fertility promotion effect. In general， the fruit yield and fruit quality were the best in all orchards when the nitrogen organic replacement ratio was 40%， significantly higher than those of traditional， NPK optimization and 100% total replacement treatments， and the Vc content was significantly higher than those in other treatments. When the replacement ratio was 100%， the yield of low-fertility orchards and high-fertility orchards decreased significantly， and nitrogen partial productivity was significantly lower than that of other replacement ratios， which also resulted in excessive accumulation of soil phosphorus. Soil organic matter content and soil pH increased with the increase of substitution ratio. Through principal component analysis， the soil fertility level of each treatment increased gradually with the increase of the proportion of organic replacement. When the proportion of organic replacement was 100%， the comprehensive score was the highest， followed by the partial replacement， and the traditional and optimized fertilization treatments were lower than than those of the organic replacement treatments. Considering crop yield， quality and soil fertility， the optimal ratio of organic replacement was different under different soil fertility. Low and high fertility soil should not have a high ratio of organic replacement in the short term， otherwise the yield would decrease significantly. By yield， quality， comprehensive analysis of the factors such as soil fertility levels， the organic replacement ratio of Panzhihua late ‘Keitt mango is 40%， too low organic replacement ratio cant effectively improve the soil fertility and improve fruit quality， and high replacement ratio can easily lead to crop failures in nutrient supply， especially in orchards of low content of soil nutrients and organic matter. Due to the low capacity of soil fertilizer conservation， it is necessary to ensure sufficient inorganic nutrient supply while increasing organic fertilizer application， and emphasizing the coordinated optimization of carbon and nitrogen.B6F7B9F2-67DC-406B-B422-45868C92D1B5

Keywords： mango; organic nitrogen; inorganic nitrogen; fruit yield; fruit quality; soil fertility

DOI： 10.3969/j.issn.1000-2561.2022.05.018

四川省攀枝花市地處南亞干熱河谷氣候帶，該地區(qū)種植的芒果具有纖維少、味甜芳香，質(zhì)地膩滑、營養(yǎng)豐富等優(yōu)良品質(zhì)，占據(jù)國內(nèi)100%的晚熟芒果市場，被國家列為重點扶持發(fā)展的優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)基地^[1-2]。截至2016年底，全市芒果種植面積約3.2萬hm²，產(chǎn)量12.5萬t^[3]，2020年種植面積超過4.0萬hm²，其中超過70%的果園種植品種為‘凱特（Keitt）^[4]，該品種原產(chǎn)于美國佛羅里達州，1995年通過以色列專家引入攀西地區(qū)試種，該品種果實大、產(chǎn)量高、生長快、坐果率高，是最重要的栽培品種。

通過在前期實地調(diào)研的結(jié)果數(shù)據(jù)顯示：目前攀西芒果生產(chǎn)過程中高強度施用化肥現(xiàn)象嚴重，如56%的農(nóng)戶每年氮肥投入量超過309?kg/hm²，56%的農(nóng)戶每年氮素盈余超過161?kg/hm²。商品有機肥使用率低于55%，18%的農(nóng)戶不施用有機肥，或在施用有機肥后不會減少化肥的使用量，缺乏養(yǎng)分總量調(diào)控的意識。重施化肥、輕施甚至不施有機肥導(dǎo)致芒果園土壤肥力下降，產(chǎn)量不穩(wěn)定，作物品質(zhì)下滑，嚴重制約了攀枝花芒果產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。目前超過80%的果園土壤有機質(zhì)含量低于2.0%，高肥力果園占比不足20%。而全國農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)突出的果園基地，其土壤有機質(zhì)多在2.0%以上^[4-6]，且施用有機肥替代比例也超過年均施肥總量的20%。因此，亟需針對本地土壤和作物養(yǎng)分需求規(guī)律，建立有機肥替代化肥的施肥技術(shù)體系，指導(dǎo)果農(nóng)合理施肥，促進攀西晚熟‘凱特芒果產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

施用有機肥能顯著改善土壤結(jié)構(gòu)、增加有機質(zhì)含量并補充有機氮素營養(yǎng)和植物所需的活性物質(zhì)，促進植物對養(yǎng)分和水分的吸收，從而改善土壤地力和作物品質(zhì)^[7-13]。但有機肥替代比例對作物產(chǎn)量有較大影響，研究表明，在有機肥全量替代情況下，作物產(chǎn)量會減少5%～34%，同時產(chǎn)量穩(wěn)定性較差^[14]，而有機無機互作即部分替代無機可以達到比單獨施有機或者無機更好的效果，且在一定的替代比例時作物氮素利用效率最高^[15]。此外，土壤條件如土壤養(yǎng)分和有機質(zhì)含量等都會影響有機肥替代的施用效果，需因地制宜地設(shè)計有機肥施用方案，才能達到作物提質(zhì)增效的目標^[16-19]。

目前，有機肥的精準化施用養(yǎng)分管理的難點也是未來重要的突破方向。本研究以攀枝花晚熟‘凱特芒果為研究對象，在攀枝花市的鹽邊縣、米易縣、仁和區(qū)開展了不同氮素有機替代比例對芒果產(chǎn)量、品質(zhì)和土壤地力的綜合影響，以期為芒果實際生產(chǎn)上的提質(zhì)增效、有機肥精準管理以及化肥減施提供可靠的科學(xué)依據(jù)。

1??材料與方法

1.1試驗地概況

實驗連續(xù)開展兩年（2018年9月至2020年12月），以四川省攀枝花市芒果主產(chǎn)區(qū)3個代表不同土壤地力的果園為試驗點，包括二十六度果園（26°28'54"N，101°46'32"E，海拔1308 m）、沃爾森莊園（26°42'37"N，101°48'30"E，海拔1262 m）和蘇國虎基地（26°49'90"N，102°08'13"E，海拔1518?m），見圖1。年平均日照時數(shù)2762.7 h，年平均氣溫21.2℃，最熱月平均氣溫26.4℃（5月），最冷月平均氣溫13.1℃（12月），年平均降水量714.8?mm，6—10月降水占全年的90.1%，年平均相對濕度54%^[20]。

3個試驗點供試土壤屬性見表1，在四川省攀枝花市芒果種植區(qū)域內(nèi)，挑選3個種植基地，挑選標準為3個基地土壤肥力存在明顯的梯度差異，其中仁和區(qū)二十六度果園為低肥力果園，土壤有機質(zhì)含量11?g/kg，全氮含量為0.59?g/kg;攀枝花市鹽邊縣沃爾森莊園為中等肥力果園，土壤有機質(zhì)含量14?g/kg，全氮含量為0.71?g/kg;攀枝花市米易縣蘇國虎基地為高肥力果園，土壤有機質(zhì)含量23?g/kg，全氮含量為1.15?g/kg。

1.2材料

1.2.1??供試芒果樹 ?芒果品種為‘凱特，屬于攀西晚熟品種，樹齡在10～15年，種植密度825株/hm²。

1.2.2??供試肥料 ?本試驗施用的肥料種類：供試的化肥，氮肥為尿素（N 46%）、磷肥為過磷酸鈣（P₂O₅ 12%）、鉀肥為硫酸鉀（K₂O?60%），由四川龍蟒大地農(nóng)業(yè)有限公司生產(chǎn)提供。供試有機肥為雞糞商品有機肥（N 3.0%，P₂O₅ 1.8%，K₂O 1%，有機質(zhì)45%，pH 7.58），由攀枝花立新養(yǎng)殖開發(fā)有限公司生產(chǎn)提供。

1.3 實驗設(shè)計

試驗共設(shè)置6個處理，各處理及肥料用量見表2。Conv.為農(nóng)民常規(guī)施肥處理：株施15∶15∶15的氮磷鉀復(fù)合肥2.5?kg，總氮和磷鉀等大量元素投入量均為374.6?g/株（309?kg/hm²）;NPKopt.為試驗優(yōu)化配方肥處理：株施20∶5∶25的氮磷鉀配方肥1.6?kg，總氮用量為320?g/株（264?kg/hm²），磷（P₂O₅）、鉀（K₂O）用量分別為80.0?g/株（66?kg/hm²）和400.0?g/株（330?kg/hm²）;20%M、40%M和100%M三個處理是在NPKopt.處理基礎(chǔ)上進行不同程度的等氮有機替代處理，其中，20%M和40%M的磷鉀用量與試驗優(yōu)化配方肥處理相同，100%M的磷鉀用量分別為138.1?g/株（113.9?kg/hm²）和400?g/株（330?kg/hm²），CK為肥料空白處理。B6F7B9F2-67DC-406B-B422-45868C92D1B5

試驗基地種植密度為3?m×4?m，每666.7?m²種植55株，小區(qū)總面積648?m²，每個小區(qū)選18株，每個處理共3次重復(fù)，試驗符合隨機分布，試驗區(qū)外設(shè)置保護行。有機肥全部作為基肥，在芒果摘果期（摘果后、修枝前，一般是指摘果后的2個月以內(nèi)）一次性施入，施肥方式為樹冠滴水線，挖20～30?cm深環(huán)狀溝施肥。無機肥料在芒果摘果期的基肥、抽梢期的花肥和掛果期的果肥按照5∶3∶2比例分3次施入。2018年和2019年兩年均為同樣處理施肥。

1.4評價指標及方法

本研究針對作物產(chǎn)量和品質(zhì)、養(yǎng)分利用效率及土壤地力對不同優(yōu)化處理施用效果及差異開展綜合性評價。其中作物產(chǎn)量指作物成熟期收獲的鮮果實際產(chǎn)量（剔除不可食用的劣果），作物品質(zhì)包括糖度、有機酸、可食率、維生素C含量、含水率等;養(yǎng)分利用效率采用氮肥偏生產(chǎn)力指標來評估，土壤地力評價指標包括有機質(zhì)（OM）、全氮（N）、堿解氮（AN）、速效磷（AP）、速效鉀（AK）、交換性鈣（ECa）、交換性鎂（EMg）、有效硼（AB）、細菌（B）、真菌（F）、細菌真菌比值（B/F）。

1.4.1 ?作物產(chǎn)量和品質(zhì)的測定 ?作物產(chǎn)量：2019—2020年芒果成熟期時，分別對3個果園的所有處理和小區(qū)進行整株摘果測產(chǎn)，測每株芒果果實數(shù)量和質(zhì)量，以及最大和最小單果重，記錄商品率。

作物品質(zhì)：每株選取東、南、西、北及樹冠中部5個方位9個無明顯病變、大小和成熟度一致的果實進行芒果品質(zhì)的測定?？扇苄怨绦挝餃y定，將芒果果肉粉碎攪勻后使用糖度計（LB32T）測量?？墒陈蕼y定，將芒果果實的果皮、果核、果肉分開并測量這三部分的質(zhì)量。含水率測定，測出芒果鮮果質(zhì)量以及烘干后的質(zhì)量而得到。總酸和Vc的測定參照《土壤農(nóng)化分析》^[21]。

1.4.2??土壤質(zhì)量指標及測定方法 ?土壤樣品采集：在芒果成熟期采集土樣。每個處理選取3株芒果樹，用土鉆于樹冠滴水線附近隨機選取3點鉆取距地表0～40?cm耕作層土壤，3個土混成一個樣，每個處理分3個重復(fù)，剔除石礫、樹枝、枯草等雜物后過2 mm篩，部分樣品置于4℃下保存?zhèn)溆霉┯谕寥牢⑸餃y定，部分樣品風(fēng)干后用于土壤化學(xué)特性的測定。土壤可培養(yǎng)細菌及真菌的數(shù)量均通過稀釋涂布法測定^[22]。土壤理化性質(zhì)測定方法參照《土壤農(nóng)化分析》^[21]。測定指標包括土壤pH、有機質(zhì)含量、堿解氮、速效磷、速效鉀、交換性鈣鎂。

1.4.3??微生物培養(yǎng)基配方 ?LB培養(yǎng)基（1L）：酵母粉10?g、蛋白胨20?g、瓊脂20 g、NaCl 20 g，并用NaOH將pH調(diào)至7.0，121℃高壓滅菌20 min。

馬丁氏培養(yǎng)基（1L）：蛋白胨5 g、葡萄糖10?g、瓊脂20?g、KH₂PO₄ 1.0?g、MgSO₄0.5?g、孟加拉紅0.033?g、氯霉素0.1?g，121℃高壓滅菌20?min。

1.4.4??養(yǎng)分利用效率 ?肥料偏生產(chǎn)力（PFP），指施用某一特定肥料下作物產(chǎn)量與施肥量的比值，它是反映當(dāng)?shù)赝寥阑A(chǔ)養(yǎng)分水平和化肥施用效應(yīng)的重要指標。

氮肥偏生產(chǎn)力^[23-24]=施氮產(chǎn)量/施氮量。

試驗數(shù)據(jù)使用IBM Statistics SPSS 25.0軟件進行分析。其中顯著性分析采用單因素方差分析，多重比較采用LSD（P<0.05）^[25];聚類分析采用系統(tǒng)聚類分析;主成分分析（PCA），先對數(shù)據(jù)進行標準化，然后使用因子分析，經(jīng)過計算得到相關(guān)坐標和主成分得分。試驗數(shù)據(jù)處理和圖表使用Excel 2016軟件、Origin 2018軟件和Arc Map 10.5軟件。

2??結(jié)果與分析

2.1不同土壤肥力下不同施肥處理對芒果產(chǎn)量及養(yǎng)分利用效率的影響

不同土壤肥力下各處理對芒果產(chǎn)量的影響如圖2所示，施肥能顯著增加不同肥力果園的產(chǎn)量，且土壤肥力越高，有機無機配合施用后的產(chǎn)量增幅越大。低、中、高肥力果園年平均產(chǎn)量分別為28.4、32.5、37.7?kg/株。3個果園均在有機替代比例40%時，芒果產(chǎn)量增幅最大，此時低、中、高肥力果園年平均產(chǎn)量較農(nóng)戶常規(guī)施肥分別增加

76.6%、89.3%、65.1%。當(dāng)替代比例為100%時，芒果產(chǎn)量最低，其中低肥力果園年平均產(chǎn)量較農(nóng)戶常規(guī)施肥僅增加1.5%，高肥力果園不增反減，其年平均產(chǎn)量較農(nóng)戶常規(guī)施肥降低19.4%，這主要由于以緩效形態(tài)為主的有機氮素養(yǎng)分有效性低，在一定程度上限制了當(dāng)季作物對養(yǎng)分的充分利用，導(dǎo)致在100%有機替代時作物減產(chǎn)，尤其在供氮能力較低的低肥力果園和產(chǎn)量較高、需肥較高的高肥力果園上表現(xiàn)尤為明顯。

不同土壤肥力下各處理對氮肥偏生產(chǎn)力的影響如圖3所示，相同的施肥處理在不同土壤肥力下，土壤肥力越高的氮肥偏生產(chǎn)力越高，且土壤肥力越高，有機無機配合施用后的氮肥偏生產(chǎn)力增幅越大。低、中、高肥力果園年平均氮肥偏生產(chǎn)力分別為89.9、105.3、124.5。3個果園均在有機替代比例40%時氮肥偏生產(chǎn)力增幅最大，此時低、中、高肥力果園年平均氮肥偏生產(chǎn)力較農(nóng)戶常規(guī)施肥分別增加106.7%、121.6%、93.2%，中肥力果園年平均氮肥偏生產(chǎn)力增幅最大。當(dāng)替代比例為100%時年平均氮肥偏生產(chǎn)力最低，此時低肥力果園和高肥力果園降幅最大，中肥力果園降幅最小。B6F7B9F2-67DC-406B-B422-45868C92D1B5

通過對連續(xù)兩年的數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，低肥力果園，第1年不同施肥處理間芒果產(chǎn)量和氮肥偏生產(chǎn)力無顯著差異，第2年不同施肥處理間開始出現(xiàn)顯著差異，在有機替代比例40%時芒果產(chǎn)量和氮肥偏生產(chǎn)力顯著高于其他處理;中肥力果園表現(xiàn)穩(wěn)定，芒果產(chǎn)量和氮肥偏生產(chǎn)力在不同施肥處理下，連續(xù)2年差異性表現(xiàn)一致，在有機替代比例40%時芒果產(chǎn)量和氮肥偏生產(chǎn)力最高;高肥力果園各處理間差異較大，且第2年比第1年的差異更大，在有機替代比例40%時，芒果產(chǎn)量和氮肥偏生產(chǎn)力最高。在不同土壤肥力下，40%的有機替代比例均可顯著增加芒果產(chǎn)量和養(yǎng)分利用效率（氮肥偏生產(chǎn)力）。

2.2不同氮素有機替代比例對芒果產(chǎn)量及養(yǎng)分利用效率的影響

有機無機配合施用的情況下施氮量減少45?kg/hm²，芒果產(chǎn)量反而顯著增加，但不同有機替代比例下芒果的產(chǎn)量水平不同，其中40%有機替代比例下作物產(chǎn)量、果實數(shù)量最高。如表3所示，綜合所有果園兩年試驗結(jié)果，20%和40%的有機肥替代處理均能提高芒果的產(chǎn)量和個數(shù)，而替代比例為100%時，芒果產(chǎn)量和數(shù)量顯著下降。芒果產(chǎn)量顯著性差異從高到低依次為40%M、20%M>?NPKopt.、100%M>Conv.。芒果數(shù)量顯著性差異

從高到底依次為40%M >20%M、Conv.、NPKopt.、100%M。40%的有機替代處理較農(nóng)戶習(xí)慣和氮磷鉀優(yōu)化處理果實產(chǎn)量分別增加75.3%、45.0%，較20%和100%有機替代處理增加產(chǎn)量23.3%和55.1%。果實數(shù)量中40%有機替代處理較傳統(tǒng)處理和氮磷鉀優(yōu)化處理果實數(shù)量分別增加76.8%、和46.8%，較20%和100%有機替代處理果實數(shù)量增加34.1%和55.2%。氮肥偏生產(chǎn)力是反映當(dāng)?shù)赝寥阑A(chǔ)養(yǎng)分水平和氮肥利用情況的有效評價指標，兩年中不同有機替代比例氮肥偏生產(chǎn)力不同，顯著性差異從高到低依次為40%M>20%M、NPKopt.、100%M > Conv.?？梢?，合理的有機加無機替代施肥模式有利于提高芒果產(chǎn)量及氮肥偏生產(chǎn)力，而40%的替代比例最理想。

2.3不同氮素有機替代比例對芒果品質(zhì)的影響

不同處理間果實品質(zhì)如表4所示。其中果實商品率各處理間沒有顯著性差異，但是可以看到隨著氮素有機替代比例的升高，芒果商品率也有所提升。Vc含量中40%有機替代處理顯著高于其他處理，較傳統(tǒng)和氮磷鉀優(yōu)化處理Vc含量分別增加了34.6%和33.3%，較20%和100%有機替代處理分別增加27.3%和22.6%。糖酸比中有機替代與傳統(tǒng)及氮磷鉀優(yōu)化處理間無顯著差異。有機替代20%～40%能顯著提高芒果可食率、降低含水量，有機替代40%能顯著提高芒果Vc含量，同時有機替代的3個處理均會增加芒果總酸的含量，降低芒果糖酸比，增加食用風(fēng)味。

2.4不同氮素有機替代比例對土壤地力的影響

2.4.1??不同氮素有機肥替代比例對土壤養(yǎng)分和微生物的影響 ?土壤是一個由生物和非生物組成的復(fù)雜綜合體。土壤地力水平是土壤的本質(zhì)和屬性，是土壤生產(chǎn)力的主要表征。有機無機氮素配合施用有利于提高土壤有機質(zhì)含量，改善土壤微生物環(huán)境及群落結(jié)構(gòu)，進而提升土壤地力水平，但是單一的評價指標并不能全面體現(xiàn)土壤地力的改變。本研究綜合土壤養(yǎng)分、pH、有機質(zhì)及生物活性如微生物數(shù)量和結(jié)構(gòu)等指標來反映土壤地力條件，并采用主成分分析和聚類分析綜合評價了不

同處理對以上指標的影響。

不同氮素有機替代比例對土壤養(yǎng)分和微生物數(shù)量的影響如表5、6所示。40%和100%有機替代處理的土壤有機質(zhì)含量整體顯著高于無機肥料處理和不施肥處理，但20%有機替代無法顯著提高土壤有機質(zhì)含量。土壤pH值隨著有機替代比例增加而升高，說明有機肥可有效減緩?fù)寥浪峄?。有機替代處理土壤中的可培養(yǎng)細菌和真菌的數(shù)量顯著高于無機處理和不施肥處理，且隨著替代比例的增加而升高，同時有機替代也能提高土壤細菌與真菌的比值。土壤氮磷鉀總養(yǎng)分各處理間無顯著差異。

2.4.2 ?綜合評價 ?通過對8個土壤化學(xué)性質(zhì)指標和3種土壤可培養(yǎng)微生物指標組成的土壤生物肥力指標進行主成分分析，利用主成分評分來表示不同處理的土壤地力水平綜合得分排序。如表7所示，主成分P1在pH值、有機質(zhì)、速效磷、速效鉀、真菌6個指標上有較高的載荷，說明因子1主要反映了這6個指標的信息，與pH值呈負相關(guān)關(guān)系;主成分P2在堿解氮、交換性鎂2個指標上有較高的載荷，說明因子2主要反映了這2個指標的信息。根據(jù)主成分分析的變換矩陣：A_i=P_i/?λ_i（A：主成分載荷矩陣，P：因子載荷矩陣，λ：特征值）。得到特征向量A后，將得到的

特征向量與標準化后的數(shù)據(jù)相乘，得出主成分F得分表達式：

F₁=?0.337?zpH+0.363?zOM+0.226?zAN+0.378?zAP+0.338?zAK?0.303?zECa?0.241?zEMg+ 0.324?zAB+0.134?zB+0.340?zF?0.241zB/FB6F7B9F2-67DC-406B-B422-45868C92D1B5

F₂=0.316?zpH+0.148?zOM+0.468?zAN?0.182?zAP+0.274zAK?0.193zEMg+0.476?zEMg?0.239?zAB+0.366?zB+0.195zF+0.242zB/F

式中：zpH～zB/F為標準化的pH、有機質(zhì)、堿解氮、速效鉀、速效磷、交換性鈣、交換性鎂、細菌數(shù)量、真菌數(shù)量、細菌真菌比值。

將各土壤生物肥力指標標準化的數(shù)據(jù)分別代入相應(yīng)的主成分函數(shù)表達式中，得到?6 種不同施肥處理在各自2個主成分上的得分情況（圖4）。結(jié)果顯示，各施肥處理在以PC1（PC1反映的指標）和PC2（反映的指標）所代表的土壤地力指標上，均隨著有機替代比例的增加而升高，各施肥處理土壤地力水平大小依次為100%M> 40%M>20%M>Conv.≥NPKopt.>CK。在本研究中具體模型為：F總= 0.57654F₁+0.22641F₂。結(jié)果顯示（圖5），有機肥100替代處理土壤的綜合得分（F總）最大，20%和40%有機替代處理依次遞減，傳統(tǒng)和氮磷鉀優(yōu)化處理相差不大，不施肥處理最小。

通過計算得出各處理的F綜合得分，以歐氏距離為衡量土壤養(yǎng)分差異大小的依據(jù)，采用組間聯(lián)接法將土壤養(yǎng)分水平的親疏相似程度進行系統(tǒng)聚類，通過聚類分析得出的樹狀圖（圖6）可以看出，不同有機替代比例的處理聚合為一簇，不施肥或者單施化肥的處理聚合為一簇。在有機替代的處理中全量替代處理單獨為一簇，部分有機替代處理聚合在一起;在不施肥或者單施化肥的處理中不施肥的CK處理單獨為一簇，施用化肥處理聚合在一起。這與試驗不同處理土壤的主成分分析結(jié)果一致。

通過主成分綜合得分（圖5）結(jié)果和聚類分析（圖6），按照等距d= （F_綜max|+|F_綜min|）/4計算

將土壤地力水平劃分為4個質(zhì)量等級。通過計算得等距d= 0.395，土壤地力系統(tǒng)劃分為如下4個質(zhì)量等級：一等{100%有機替代處理}，綜合得分范圍為（0.505，0.900）;二等{20%和40%有機替代處理}，綜合得分范圍為（0.110，0.505）;三等{傳統(tǒng)和氮磷鉀優(yōu)化處理}，綜合得分范圍為（?0.285，0.110））;四等{不施肥處理}，綜合得分范圍為（?0.680，?0.285）。

3??討論

由于長期過量施用化肥，導(dǎo)致土壤質(zhì)量退化和生產(chǎn)能力降低、作物產(chǎn)量和品質(zhì)下降^[26-33]，因此利用有機無機肥配合施用并優(yōu)化施肥量和施肥方式，是指導(dǎo)我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)合理施肥、維持土壤可持續(xù)利用以及農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢^[17-19]。早在18世紀土壤化學(xué)研究者就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)作物可以有效利用土壤中有機形態(tài)氮素，特別是在礦化速率很低的自然生態(tài)系統(tǒng)中，研究發(fā)現(xiàn)氨基酸態(tài)有機氮對植物的氮營養(yǎng)貢獻高達50%以上（FINZI^[34];NASHOLM^[35];NORDIN^[36]）。但是有機肥分解緩慢長效，單純施用有機肥并不能滿足作物生長前期的養(yǎng)分需求，且全量替代情況下會增加作物減產(chǎn)的風(fēng)險^[37]，結(jié)合巨曉棠等^[38]合理施氮原則，需要在不同土壤肥力下，探索其合適的有機替代比例來指導(dǎo)生產(chǎn)。

3.1氮素有機替代對作物產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

本研究通過田間實地研究發(fā)現(xiàn)40%的氮素有機替代比例作物增產(chǎn)提質(zhì)效果最好，與傳統(tǒng)處理和其他有機替代處理相比可以有效增加芒果的產(chǎn)量22%～103%，增加果實數(shù)量25%～120%，2019年平均株產(chǎn)量為46.1?kg和2020年平均株產(chǎn)量為47.8 kg，均高于秦達逵等^[39]對凱特芒果的平均測產(chǎn)結(jié)果35.7?kg/株，而替代比例為100%時，2019年平均株產(chǎn)量為29.1?kg和2020年平均株產(chǎn)量為22.9?kg，均低于平均測產(chǎn)結(jié)果，產(chǎn)量顯著下降。尤其是對于低肥力果園，當(dāng)替代比例為100%時，不但沒有增產(chǎn)反而造成減產(chǎn)，而高肥力果園替代比例100%時相較替代比例40%時的產(chǎn)量也顯著下降。這一結(jié)果與ZHANG^[16]2020年的研究一致，該研究發(fā)現(xiàn)有機肥替代比例≤40%時作物氮素利用率最高，增產(chǎn)潛力最大。本試驗中，當(dāng)有機替代比例為40%時，氮肥偏生產(chǎn)力顯著高于其他處理，而當(dāng)有機替代比例為100%時，氮肥偏生產(chǎn)力顯著低于替代比例20%和40%，說明過高的有機替代比例會降低氮肥的利用效率。

目前很多有機替代無機的研究都是在同一肥力水平下展開的，而在不同肥力水平下，其適宜的替代比例是否存在差異，即低、中、高肥力的土壤是否應(yīng)該采取不同的替代比例，這一類的研究較少。本研究根據(jù)作物需求優(yōu)化了氮磷鉀的施用量，化肥用量減少36%，優(yōu)化后的施肥方案施氮量為264?kg/hm²。研究結(jié)果表明，低肥力果園由于土壤養(yǎng)分和有機質(zhì)本底值較低，如果直接將全部的速效無機養(yǎng)分替換成緩釋的有機養(yǎng)分，會導(dǎo)致當(dāng)季作物養(yǎng)分供應(yīng)不足，產(chǎn)量下降，固應(yīng)該施以適量的化肥保證當(dāng)季作物的速效養(yǎng)分供給，然后再增施有機肥，來提升土壤肥力，以保證和提高芒果產(chǎn)量。對于產(chǎn)量較高的高肥力果園，全量有機替代同樣會大幅度降低芒果產(chǎn)量，可以選擇20%～40%有機替代無機，來減少化肥的投入量，同時保證高產(chǎn)并顯著提高作物品質(zhì)如可食率和還原性Vc的含量。但本研究目前僅為兩年的結(jié)果，有機肥料長期持續(xù)還田的增產(chǎn)、增效和提質(zhì)效果有待進一步探究，也有研究指出在高量有機肥持續(xù)還田情況下，作物產(chǎn)量水平并不低于傳統(tǒng)處理^[40-45]。這可能由于有機氮素礦化形成的無機氮素隨著施用年限的增加得到累積，顯著地提高了土壤中養(yǎng)分的有效性。B6F7B9F2-67DC-406B-B422-45868C92D1B5

3.2氮素有機替代對土壤地力的影響

不同地力對優(yōu)化施肥的響應(yīng)程度不同，肥力越高的果園在有機無機配合施用后產(chǎn)量增幅越高，這與杜盼等^[46]研究結(jié)果一致。因此對于果園來說，提升土壤地力水平是非常重要的。施用有機肥可以有效提高土壤有機質(zhì)含量，但本研究發(fā)現(xiàn)有機替代比例超過20%才能顯著增加有機質(zhì)含量，這與王一鳴等^[21]和GUO等^[47]研究相一致。此外，有機肥的施用可以緩解土壤酸化，且土壤pH隨著替代比例的增加而增大，有效緩解土壤酸化導(dǎo)致的重金屬毒害、作物根系發(fā)育不良、土壤微生物多樣性下降以及線蟲等病害^[40-41]。目前不同類型和替代比例的有機肥施用對改善土壤pH的研究缺乏系統(tǒng)性，但已有的研究多次證明了這一效果，如汪吉東等^[48]在水稻土上的研究表明增施雞糞可使土壤pH及酸堿緩沖容量上升^[49]，主要與土壤鹽基累積量及有機質(zhì)含量的提高有關(guān)。

當(dāng)下的養(yǎng)分管理中，有機肥全量替代化肥并非最佳方案，一方面會造成作物減產(chǎn)，同時有機肥全量替代會造成磷素的大量累積和污染^[43-45]。如本研究中有機肥的全量替代，選取的有機肥為雞糞，含磷量為1.8%，當(dāng)有機肥全量替代時，磷素養(yǎng)分的投入量高達113.9 kg/hm²，是優(yōu)化施肥磷投入量的2倍，帶來磷素的過量盈余，因此有機肥最適宜的投入比例須根據(jù)作物對氮磷養(yǎng)分的需求規(guī)律綜合判斷。

4??結(jié)論

本研究在有機氮肥替代20%、40%和100%的無機氮肥情況下，探索了芒果產(chǎn)量、品質(zhì)和土壤地力的改變。主要發(fā)現(xiàn)點如下：

1）當(dāng)替代比例為40%時芒果產(chǎn)量和果實品質(zhì)產(chǎn)量顯著高于傳統(tǒng)、氮磷鉀優(yōu)化及100%全量替代處理，Vc含量最高。

2）在低、中、高肥力果園上，都是替代比例為40%時作物產(chǎn)量最高，同時氮肥偏生產(chǎn)力最高，當(dāng)替代比例為100%時，低肥力和高肥力果園產(chǎn)量顯著下降，氮肥偏生產(chǎn)力顯著低于其他替代比例處理。

3）隨著有機替代比例的升高，土壤有機質(zhì)含量增加且土壤pH升高。但只有替代比例超過20%時土壤有機質(zhì)才得以顯著提升。從主成分綜合得分分析，各處理的土壤地力水平隨著有機替代的比例增加而增加，替代比例為100%時綜合得分最高。

通過對芒果產(chǎn)量、品質(zhì)、土壤地力水平等因素綜合分析，攀西晚熟凱特芒果最優(yōu)氮素有機替代比例為40%，綜合效果顯著優(yōu)于無機肥優(yōu)化處理及其他有機替代比例處理，不建議采用全量有機替代，一方面會導(dǎo)致作物減產(chǎn)，同時作物品質(zhì)也不優(yōu)于部分替代，且容易造成磷素累積和污染。對于不同肥力果園，低肥力果園由于土壤保肥能力低，須在增施有機肥的同時保證充足的無機養(yǎng)分供應(yīng)，才能保證當(dāng)季的芒果產(chǎn)量不下降，但隨著土壤地力的提升，或有充足碳源供應(yīng)時可以適當(dāng)增加替代比例。

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