微灌方式耦合施肥水平對土壤質(zhì)量、芒果幼樹生長和水肥利用效率的影響

蔣詩瑤，劉小剛，易懷峰，趙 璐，崔寧博，李義林

（1 昆明理工大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程學(xué)院，云南昆明 650500；2 云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶亞熱帶經(jīng)濟作物研究所，云南保山 678000；3 四川大學(xué)水利水電學(xué)院，四川成都 610065；4 云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱區(qū)生態(tài)農(nóng)業(yè)研究所，云南元謀 651300）

芒果是一種常綠喬木，屬于漆樹科芒果屬，被譽為“熱帶水果之王”[1]。中國是主要的芒果生產(chǎn)國，而云南是主要產(chǎn)區(qū)之一[2]。截至2021 年，云南省芒果種植面積已達11.47 萬hm2，年產(chǎn)量132.9 萬t。然而，云南芒果主要種植于降雨量少、蒸發(fā)量大，且土壤貧瘠、保水保肥能力差的干熱河谷地區(qū)，缺少科學(xué)的灌溉施肥方法。因此，芒果生產(chǎn)受到季節(jié)性干旱和土壤養(yǎng)分不足的雙重制約，嚴(yán)重限制綠色高效生產(chǎn)[3-4]。

高效的灌溉管理對于農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展以及水資源高效利用至關(guān)重要[5]。研究表明，與傳統(tǒng)灌溉(漫灌、溝灌和畦灌)相比，微灌(微噴灌、滴灌和微潤灌)能夠顯著提高作物的產(chǎn)量和水分利用效率[6-8]。噴灌和滴灌技術(shù)的優(yōu)點是輸水效率高、地形適應(yīng)性強，并能夠改善田間小氣候，節(jié)水增產(chǎn)效果好[9]。與常規(guī)畦灌相比，滴灌能顯著增加芒果產(chǎn)量和水肥利用效率，并節(jié)約灌水量[10]。微潤灌溉是一種以半透膜為材料的地下連續(xù)灌溉技術(shù)，具有減少地表蒸發(fā)、節(jié)水高效和改善土壤環(huán)境等特點[11-12]。有研究表明，微潤灌溉相較于微噴灌和滴灌，能夠提高光合作用強度和根系吸水能力[13]。微潤灌溉技術(shù)可實現(xiàn)水肥一體化，灌水量可與作物耗水量相匹配，節(jié)水增產(chǎn)效果顯著，已有許多學(xué)者對其進行研究[14-15]。目前有關(guān)芒果微潤灌溉的研究主要集中在光合特性、水肥利用效率、果實產(chǎn)量和品質(zhì)等方面[16-17]。然而，微潤灌溉對于提高芒果土壤質(zhì)量和生長質(zhì)量是否更有優(yōu)勢尚不清楚，值得進一步研究。

合理的水肥管理技術(shù)可以提高作物生長、土壤肥力和水肥利用效率，是實現(xiàn)作物優(yōu)質(zhì)栽培的有效措施[18]，但肥料供應(yīng)過量或不足，會減弱水肥耦合優(yōu)勢。施肥不合理會造成芒果產(chǎn)量、品質(zhì)、養(yǎng)分利用效率下降以及環(huán)境污染等負(fù)面影響。適當(dāng)施肥有利于提高土壤微生物活力，改善土壤微環(huán)境，促進芒果對養(yǎng)分的吸收，進而提高果實品質(zhì)[19]。有研究表明，在微潤灌溉條件下，合理的水肥耦合可以提高芒果果實產(chǎn)量和品質(zhì)[20]。施肥通過改變土壤養(yǎng)分狀況及微生物的群落結(jié)構(gòu)和功能，從而影響土壤質(zhì)量、生物肥力、生產(chǎn)力及農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性[21-22]。與不施肥相比，施肥下土壤脲酶、中性磷酸酶和過氧化氫酶活性均顯著增加[23]。此外，施肥能夠增加土壤中細菌和放線菌數(shù)量，而真菌數(shù)量隨著施肥量的增加先增后減[24]。前人研究證實土壤物理、化學(xué)、生物特性與土壤質(zhì)量之間存在復(fù)雜的關(guān)系，表明它們在土壤質(zhì)量中具有重要的作用[25]，而目前有關(guān)綜合考慮促進芒果生長、提高土壤質(zhì)量及水肥利用效率的微灌施肥耦合模式的研究較少。

本研究通過探討微灌方式與施肥水平耦合對土壤養(yǎng)分含量、酶活性、微生物數(shù)量以及芒果幼樹的形態(tài)生長和根系生長的影響，利用隸屬函數(shù)結(jié)合因子分析的方法實現(xiàn)芒果土壤質(zhì)量和生長質(zhì)量的綜合評價，并對芒果土壤特性和生長指標(biāo)之間進行相關(guān)性分析，以期找到改善土壤質(zhì)量、促進芒果生長和提高水肥利用效率的最佳微灌施肥耦合模式，為芒果的灌溉施肥提供科學(xué)指導(dǎo)。

1 材料及方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2018 年2—11 月在昆明理工大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程學(xué)院塑料大棚(102°79′E，24°9′N，海拔1978.9 m)內(nèi)進行，棚內(nèi)溫度為20℃～35℃，空氣濕度為40%～85%，CO2濃度為365～395 μmol/mol。供試土壤為紅褐土，土壤pH 為6.5～7.5，有機質(zhì)含量為15.05 g/kg，土壤硝態(tài)氮、速效磷和速效鉀含量分別為57.48、12.61、85.53 mg/kg，全氮、全磷和全鉀含量分別為0.87、0.68 和13.9 g/kg。

1.2 試驗設(shè)計與方法

試驗設(shè)置3 種微灌方式和4 個施肥水平，完全隨機組合設(shè)計。3 種微灌方式包括微噴灌(SI)、滴灌(DI)、微潤灌(MI)；4 個施肥水平包括0、93.2、186.4、279.6 kg/hm2，依次標(biāo)記為F0、F1、F2、F3。共12 個處理，每個處理3 次重復(fù)，共36 個小區(qū)，小區(qū)面積為43 m2(8.6 m×5 m)。以微噴灌方式下不施肥(SIF0)作為對照。

供試芒果幼樹品種為‘貴妃芒’，是云南省主要種植的芒果品種之一。2018 年2 月25 日將長勢均勻且齡期為2 年的芒果幼樹移栽到塑料大棚，幼樹呈東西走向種植，種植株距0.8 m，行距1.2 m。初始株高為54.2～56.5 cm，初始地徑為7.11～8.60 mm，芒果幼樹經(jīng)移栽后進行充分灌水并緩苗35 天，于2018 年4 月1 日開始進行灌溉施肥處理。

供試肥料為賽固特(武漢)生物科技有限公司生產(chǎn)的大量元素水溶肥，產(chǎn)品狀態(tài)為淡藍色粉劑，N–P2O5–K2O 含量為20–20–20，含有B、Cu、Fe、Mn、Zn、Mo 和Co 等微量元素。試驗期間分3 次等量施入大量元素水溶肥，經(jīng)2 次稀釋之后隨灌溉水通過灌水器施入芒果幼樹根區(qū)土壤，施肥時間分別為2018 年4 月1 日、2018 年7 月3 日、2018 年9 月28 日。試驗期間3 種微灌方式的灌水量采用Φ=20 cm 蒸發(fā)皿測量蒸發(fā)量進行控制，灌水周期為7 天。每月對試驗區(qū)內(nèi)進行人工除草，并對灌溉系統(tǒng)進行檢查和維護，試驗期間不修剪芒果幼樹。試驗期間內(nèi)芒果幼樹水面蒸發(fā)量和灌水量如圖1。

圖1 芒果幼樹試驗期內(nèi)水面蒸發(fā)量和灌水量Fig.1 Water surface evaporation and irrigation volume in young mango trees during the test period

根據(jù)塑料大棚的水面蒸發(fā)量確定灌水量[26]，計算公式如下：

式中：Ir為灌水量(mm)；Kp為作物系數(shù)，本研究選擇0.75；Ep為兩次灌水間隔內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)皿測定的水面蒸發(fā)量(mm)。

1.3 灌溉施肥系統(tǒng)布置

微噴灌系統(tǒng)(圖2)采用插地固定微噴灌，每棵芒果幼樹旁安裝一個旋轉(zhuǎn)微噴頭(上海華維節(jié)水灌溉股份有限公司)，噴頭安裝高度約為30 cm，射程為1 m，實測噴頭噴射直徑60 cm。噴頭與幼樹距離為5 cm，間距與幼樹株距相同。滴灌系統(tǒng)采用地表滴灌，每棵芒果幼樹單側(cè)毛管上安裝一個壓力補償式滴頭(上海華維節(jié)水灌溉股份有限公司)，流量為1.2 L/h。滴頭與幼樹基部的距離為5 cm，間距與幼樹株距相同。微潤灌系統(tǒng)采用第3 代微潤管（深圳市微潤灌溉技術(shù)有限公司），每棵芒果幼樹單側(cè)毛管上水平安裝一段微潤管，微潤管設(shè)置在同一側(cè)。微潤管埋深20 cm，與幼樹基部的距離為5 cm。3 種灌溉施肥方式(圖2) 均由塑料水箱提供2.0～2.5 m 的壓力水頭，水箱上有記錄水位變化的刻度以控制灌水量，各支管前端安裝控制減壓閥、過濾器、沖洗閥、排氣閥、壓力表和止水閥，保證灌溉系統(tǒng)正常供水。

圖2 灌溉施肥系統(tǒng)示意圖Fig.2 Diagram of the irrigation and fertilization system

1.4 測定項目和方法

1.4.1 土壤微環(huán)境 每次灌溉施肥處理后30 天，在灌水周期內(nèi)第3 天，分別于2018 年5 月5 日、8月10 日、10 月30 日采集土壤樣品。每個小區(qū)隨機采集5 個樣點，靠近灌水器的單側(cè)，距離樹干5～10 cm，取樣深度為0—40 cm。取樣時去除表層土壤石塊及植物殘根等雜質(zhì)，混合土樣碾細后過1 mm 篩，一部分自然風(fēng)干用于測定土壤養(yǎng)分和酶活性，另一部分放入4℃冰箱內(nèi)保存，在取樣后的24 h 內(nèi)進行土壤微生物數(shù)量的測定。

土壤養(yǎng)分：硝態(tài)氮采用KCl 浸提分光光度法測定；速效磷采用NaHCO3浸提—鉬銻抗比色法測定；速效鉀按照水土比5∶1 浸提并采用火焰光度計測定。

土壤酶活性：過氧化氫酶活性、脲酶活性和磷酸酶活性分別采用高錳酸鉀滴定法、苯酚鈉—次氯酸鈉比色法和磷酸苯二鈉比色法測定。

土壤微生物數(shù)量：土壤細菌、真菌、放線菌分別采用牛肉膏蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基、馬丁氏(Martin)–孟加拉紅培養(yǎng)基和改良高氏一號合成培養(yǎng)基進行培養(yǎng)，均采用平板表面涂抹法計數(shù)。

1.4.2 生長指標(biāo) 分別于2018 年2 月25 日(初始測量)至11 月25 日(最終測量)對芒果幼樹的生長形態(tài)指標(biāo)進行測量。試驗期間每隔10 天觀測并測量芒果幼樹的株高、地徑、葉片數(shù)和冠幅。株高：芒果幼樹最高部位(頂端生長中心)距離地面的高度，采用毫米刻度尺測量。地徑：在距離地表5 cm 的位置進行標(biāo)記，每次在標(biāo)記的位置采用精度為0.01 mm的電子游標(biāo)卡尺測定。葉片數(shù)：人工統(tǒng)計測定。冠幅：采用毫米刻度尺測量葉片兩個垂直方向上的最大橫向生長距離，經(jīng)平均統(tǒng)計后記錄數(shù)據(jù)。

在試驗結(jié)束時對芒果幼樹的根系及生長形態(tài)指標(biāo)進行測量。采用長×寬×深為60 cm×40 cm×60 cm的標(biāo)準(zhǔn)，距植株20 cm 處進行挖根，將獲取的根系用流水緩緩沖洗干凈，擦干表面水分，用掃描儀在500 萬像素下掃描形成黑白對照的JPG 圖像文件供分析使用。用WinRHIZO 圖像分析軟件進行分析，獲取整株根系的總根長、表面積、體積和平均直徑。

1.4.3 水肥利用效率 灌溉水利用效率的計算公式如下：

式中：IWUE 為灌溉水利用效率(kg/m3)；Y 為總干物質(zhì)的累積量(kg)；I 為總灌水量(m3)。

肥料偏生產(chǎn)力的計算公式如下：

式中：PFP 為肥料偏生產(chǎn)力(kg/kg)；Y 為總干物質(zhì)累積量(kg)；F 為不同處理下的總施肥量(kg)。

1.4.4 綜合指數(shù)法 土壤質(zhì)量指數(shù)(soil quality index，SQI)是用來評價土壤質(zhì)量的一個指標(biāo)，該值越大表明芒果根區(qū)土壤質(zhì)量越好。首先，將土壤酶活性和土壤微生物指標(biāo)利用隸屬函數(shù)進行無量綱的標(biāo)準(zhǔn)化處理。然后采用SPSS 21.0 對各土壤指標(biāo)進行因子分析，得到各指標(biāo)的公因子方差，公因子方差的大小代表了該指標(biāo)對土壤質(zhì)量總體變異的貢獻，并據(jù)此計算各指標(biāo)權(quán)重值[27]，權(quán)重值為各指標(biāo)的公因子方差占總公因子方差的百分比，最終得到土壤質(zhì)量指數(shù)SQI[28]。隸屬函數(shù)值計算公式如下：

式中：Xij為第i個處理中的第j個指標(biāo)；Xmax和Xmin分別為第j個指標(biāo)中所有處理下該指標(biāo)的最大值和最小值；F(Xij) 為第i個處理第j個指標(biāo)的隸屬函數(shù)值，如果土壤指標(biāo)與土壤微環(huán)境質(zhì)量呈正相關(guān)則采用式(4)，反之采用式(5)，W(Xij)是第i個指標(biāo)的第j個處理的權(quán)重；n是正整數(shù)。

生長質(zhì)量指數(shù) (growth quality index，GQI) 用來評價作物的生長，GQI 值越高，表明芒果的生長質(zhì)量越好，即水肥耦合的改善效果越好。將表征芒果幼樹生長的株高增量、地徑增量、葉片數(shù)增量、冠幅增量、根系總長度、根系表面積、根系體積和根系平均直徑指標(biāo)，采用隸屬函數(shù)結(jié)合因子分析的方法求得芒果幼樹的GQI[28]。生長質(zhì)量指數(shù)計算方法同SQI，計算公式如下：

式中各指標(biāo)定義同上。

1.5 數(shù)據(jù)處理

2 結(jié)果與分析

2.1 微灌方式和施肥水平對土壤微環(huán)境的影響

2.1.1 微灌方式和施肥水平對土壤養(yǎng)分的影響 微灌方式和施肥水平均對土壤硝態(tài)氮、速效磷和速效鉀含量影響顯著(P<0.05，圖3)，兩因素交互作用僅對硝態(tài)氮含量影響顯著(P<0.05)。同一施肥水平下，在5 月5 日和8 月10 日的取樣中，土壤養(yǎng)分含量均呈SI

圖3 微灌方式和施肥水平對土壤養(yǎng)分含量的影響Fig.3 Effects of micro-irrigation and fertilization level on soil nutrient content

2.1.2 微灌方式和施肥水平對土壤酶活性的影響 微灌方式和施肥水平對土壤過氧化氫酶、脲酶和磷酸酶活性有顯著影響(P<0.05，圖4)，兩因素交互作用僅對磷酸酶活性影響顯著(P<0.05)。土壤過氧化氫酶和脲酶活性隨時間延長均呈現(xiàn)顯著的先升高后降低趨勢，以8 月10 日取樣中MIF2的酶活性最高；而土壤磷酸酶活性隨時間延長逐漸升高，在10 月30 日取樣的MIF3酶活性最高。在均值中，同一施肥水平下比較3 種微灌方式，土壤酶活性表現(xiàn)出MI>DI>SI 趨勢。MI 和DI 相較SI 分別提高土壤過氧化氫酶活性22.62% 和37.03%，脲酶活性26.57% 和48.86%，磷酸酶活性15.09%和26.56%。同一微灌方式下，隨著施肥量的增加，土壤過氧化氫酶和脲酶活性呈現(xiàn)先增后減趨勢，在F2達到最大值；磷酸酶活性上升，在F3最大。與F0相比，F(xiàn)2分別提高土壤過氧化氫酶活性53.30%，脲酶活性64.09%，F(xiàn)3提高土壤磷酸酶活性113.07%。

2.1.3 微灌方式和施肥水平對土壤微生物數(shù)量的影響

微灌方式和施肥水平對土壤細菌、真菌和放線菌數(shù)量影響顯著(P<0.05，圖5)。隨著時間的延長，土壤微生物數(shù)量整體呈先增后減趨勢，在8 月10 日最多。就均值而言，DI 和MI 與SI 相比分別提高土壤細菌數(shù)量30.19%和42.45%，真菌數(shù)量14.99%和38.99%，放線菌數(shù)量11.46%和12.87%，其中MI 提升效果最顯著。隨著施肥量的增加，前兩次取樣中土壤微生物數(shù)量逐漸遞增，在F3最大；然而，10 月30 日和均值的土壤微生物數(shù)量隨施肥量增加先增后減，在F2達最大值。此外，就3 次取樣均值而言，土壤微生物數(shù)量隨著施肥量的增加均呈先增后減趨勢，在F2的數(shù)量最多而F0最少；相較于SIF0，微生物數(shù)量在MIF2的增幅最為顯著，分別增加細菌、真菌和放線菌數(shù)量197.67%、135.34%和103.87%。

圖5 微灌方式和施肥水平耦合對土壤微生物數(shù)量的影響Fig.5 Effects of micro-irrigation methods and fertilization levels on soil microbial population

2.2 微灌方式和施肥水平對芒果幼樹生長特性的影響

2.2.1 微灌方式和施肥水平對芒果幼樹形態(tài)生長的影響 由表1 知，微灌方式和施肥水平對芒果幼樹株高增量、地徑增量、葉片數(shù)增量以及冠幅增量有顯著影響(P<0.05)。同一施肥水平下，與SI 對比，MI 對株高、地徑、葉片數(shù)和冠幅增量的提升效果顯著，分別增大100.29%、48.00%、55.35%和54.93%；同一微灌方式下，隨著施肥水平的增加，芒果幼樹的株高、葉片數(shù)和冠幅增量均呈先增后減趨勢，并在F2最高；與F0相比，F(xiàn)2芒果的株高、葉片數(shù)和冠幅增量分別增大50.72%、53.04%和54.52%；而芒果幼樹的地徑增量隨著施肥量的增加逐漸增大，在F3增量最大。與SIF0相比，MIF2的株高、葉片數(shù)和冠幅增量均為最高值，增幅分別為230.80%、162.30%和175.63%，而地徑增量在MIF3獲得最大值，相較SIF0增幅為82.55%。

表1 不同微灌方式和施肥水平組合對芒果形態(tài)生長指標(biāo)增量的影響Table 1 Effect of micro-irrigation and fertilization level on the increment of morphological growth indexes of mango tree

2.2.2 微灌方式和施肥水平對芒果幼樹根系生長的影響 由表2 知，微灌方式和施肥水平均對芒果幼樹的根系總長度、根系表面積、根系體積和根系平均直徑有顯著影響(P<0.05)，而兩因素的交互作用對根系生長影響不顯著(P>0.05)。相較于SI，DI 和MI 增大根系生長特征參數(shù)，其中以MI 下促進效果更為顯著。MI 分別增大根系總長度17.23%、根系表面積36.68%、根系體積49.76%以及根系平均直徑24.09%。在同一微灌方式下，隨著施肥量的增加，芒果幼樹的根系總長度、根系表面積均呈現(xiàn)先升后降趨勢，并在F2達到峰值，相較于F0增幅分別為21.91%和40.73%；而根系體積和根系平均直徑隨著施肥量的增加逐漸增大，在F3達最大值，相較于F0增幅分別為73.27%和50.96%。

表2 微灌方式和施肥水平對芒果根系生長的影響Table 2 Effects of micro-irrigation and fertilization level on root growth of mango trees

2.3 微灌方式和施肥水平對水肥利用效率的影響

微灌方式和施肥水平以及兩因素交互作用均對芒果灌溉水利用效率(IWUE)和肥料偏生產(chǎn)力(PFP)影響顯著(P<0.05，圖6)。DI 和MI 較SI 分別增大IWUE 43.27%和73.17%，PFP 33.96%和54.44%。在同一微灌方式下，隨著施肥量的增加，IWUE 呈先增后減趨勢，并在F2達到最大值，而PFP 逐漸降低。與F3相比，F(xiàn)2在SI、DI 和MI 這3 種微灌方式下分別增大IWUE 0.40%、4.25%和27.80%；分別增大PFP 50.60%、56.93% 和91.71%。MIF2獲得IWUE 最大值，與SIF0相比增加131.75%。

引人注目的是，該通知明確要求督查檢查主要看工作實績，不能一味要求基層填表格報材料，不能簡單以留痕多少評判工作好壞，不能工作剛安排就督查檢查、剛部署就進行考核；不搞花拳繡腿，不要繁文縟節(jié)，不做表面文章。

圖6 微灌方式和施肥水平耦合對芒果IWUE 和PFP 的影響Fig.6 Effects of micro-irrigation and fertilization level coupling on irrigation water-use efficiency (IWUE) and partial fertilizer productivity (PFP) of mango

2.4 芒果幼樹生長指標(biāo)與土壤養(yǎng)分含量、酶活性和微生物數(shù)量之間的相關(guān)性分析

芒果幼樹的生長指標(biāo)與土壤養(yǎng)分含量、酶活性和微生物數(shù)量之間均呈正相關(guān)關(guān)系(表3)，其中僅根系體積、根系平均直徑與土壤養(yǎng)分含量之間呈顯著正相關(guān)(P<0.05)。芒果形態(tài)生長指標(biāo)與土壤過氧化氫酶活性、脲酶活性和土壤細菌、真菌、放線菌數(shù)量均呈顯著正相關(guān)(P<0.05)，而土壤磷酸酶活性僅與冠幅增量呈顯著正相關(guān)(P<0.05)；除了根系總長度與磷酸酶活性相關(guān)性不顯著外，根系生長指標(biāo)與土壤酶活性和微生物數(shù)量均呈顯著正相關(guān)(P<0.05)，其中與微生物數(shù)量呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)。表明芒果幼樹形態(tài)生長與土壤微生物數(shù)量關(guān)系較為密切，而根系生長與土壤酶活性和微生物數(shù)量之間的關(guān)系極為密切。

表3 芒果幼樹生長指標(biāo)增量與土壤養(yǎng)分含量、酶活性和微生物數(shù)量之間相關(guān)性分析Table 3 Correlation between the increment of growth indexes of young mango trees and soil nutrient content,enzyme activity and microbial population

2.5 綜合質(zhì)量評價

2.5.1 土壤質(zhì)量指數(shù) 利用土壤綜合指數(shù)法對芒果根區(qū)土壤酶活性和微生物數(shù)量進行土壤質(zhì)量綜合評價(圖7)。土壤質(zhì)量指數(shù)(SQI)由大到小依次為MIF2>MIF3>DIF2>DIF3>MIF1>SIF2>DIF1>SIF3>MIF0>SIF1>DIF0>SIF0。微灌方式對SQI 有顯著影響(P<0.05)，比較3 種微灌方式，SQI 值由大到小排序為MI>DI>SI。而SQI 隨著施肥量的增加先升后降，在F2最大，F(xiàn)0最小。

圖7 不同微灌方式和施肥水平耦合的土壤質(zhì)量指標(biāo)和生長質(zhì)量指標(biāo)值Fig.7 Values of soil fertility indices and mango tree growth indices under different micro-irrigation methods and fertilizer levels

2.5.2 生長質(zhì)量指數(shù) 微灌方式和施肥水平均對生長質(zhì)量指數(shù)(GQI)有顯著影響(P<0.05，圖7)，GQI由高到低排序為MIF2>MIF3>DIF2>MIF1>DIF3>DIF1>MIF0>SIF3>SIF2>DIF0>SIF1>SIF0。結(jié)果表明，在同一施肥水平下比較不同微灌方式，GQI 值由高到低的排列順序為MI>DI>SI。在同一微灌方式下，GQI值隨著施肥量的增加先升后降，在F2最大。GQI 與SQI 的變化相一致，均在MIF2的指數(shù)值最大。

3 討論

3.1 微灌方式和施肥水平對芒果幼樹土壤微環(huán)境的影響

合理灌溉能夠有效提高土壤水分含量，改善土壤水肥環(huán)境并維持其穩(wěn)定狀態(tài)，從而促進作物根系對水分的吸收，以維持作物的組織器官正常運行及良好發(fā)育[29]。有關(guān)研究表明微灌方式對土壤養(yǎng)分含量影響顯著[30]。本研究中，在第1、2 次(2018 年5 月5 日和8 月10 日)取樣中，土壤養(yǎng)分含量均表現(xiàn)出SI

施肥能夠提高土壤有機養(yǎng)分含量，從而增加土壤肥力，為作物的生長提供充足的養(yǎng)分基礎(chǔ)[32]。這與本研究中施肥提高土壤硝態(tài)氮、速效磷和速效鉀含量的結(jié)論一致。肥料可通過改變土壤理化性質(zhì)和微生物區(qū)系進而影響土壤酶活性[33]，本研究中土壤過氧化氫酶和脲酶活性隨著施肥量的增加先增后減，這是因為施肥通過提高土壤無機養(yǎng)分的含量，為土壤微生物的生命活動和作物的根系呼吸提供充足底物，使土壤酶積極參與生化反應(yīng)，而過量施肥會破壞土壤通氣性并使土壤氧氣含量降低，抑制土壤呼吸，進而抑制土壤酶活性[34]。磷酸酶活性可以表征土壤磷素的狀況，其活性隨著施肥量的增加而增加，說明施用化肥通過促進磷酸酶活性，加速了土壤有機磷的礦化，并提高土壤磷的有效性。土壤微生物數(shù)量與施肥也密切相關(guān)。適量施肥能夠促進芒果幼樹的生長發(fā)育，增加根系分泌物，進而促進土壤微生物繁衍，并提高土壤微生物數(shù)量[35]。過量施肥會導(dǎo)致土壤營養(yǎng)元素失衡、養(yǎng)分釋放與根系需求量不吻合，還會改變土壤的物理性狀，引起土壤酸化，從而不利于根系活動和微生物生存[36]，這與本研究中土壤微生物數(shù)量均隨施肥量的增加先增后減的結(jié)論一致。總體而言，MIF2的土壤微生物數(shù)量皆為最大值，說明在MI 條件下耦合F2(施肥量為186.4 kg/hm2)有利于土壤微生物活性的提高，促進芒果生長。

3.2 微灌方式和施肥水平對芒果幼樹生長的影響

MI 對芒果幼樹的株高、地徑、葉片數(shù)及冠幅生長有顯著的促進作用，并且MI 對芒果根系生長的促進效果最佳，DI 次之，SI 最差。這可能是因為SI 和DI 的灌溉過程中，水分主要受到土壤基質(zhì)勢和重力勢的共同影響，從灌水器進入土壤后隨著時間的不斷推移向周圍區(qū)域擴散[37]，使得土壤水分不斷變化并影響作物生長。而MI 能使土壤水分保持在田間持水率附近，為植物根系提供較好的土壤水分環(huán)境[38-39]，同時實現(xiàn)供應(yīng)作物需水和提高水分利用率，進而促進芒果生長。

本研究發(fā)現(xiàn)F2可以提高芒果株高增量、冠幅增量、總根系長度和根系表面積，說明適當(dāng)施肥有利于根系生長，同時促進根系的營養(yǎng)吸收，間接促進生長。而在F3以上指標(biāo)有所下降，這可能是因為過量施肥條件下，植物根系的滲透水勢降低，致使根系不能正常地吸收水分和養(yǎng)分，根系生長受限，從而也會抑制地上部的正常生長和發(fā)育。總體來看，芒果會通過改變生長以及根系形態(tài)來響應(yīng)土壤中的水分和養(yǎng)分變化。

3.3 微灌方式和施肥水平對芒果幼樹水肥利用效率的影響

灌溉水利用效率和肥料偏生產(chǎn)力是決定芒果綠色生產(chǎn)的重要指標(biāo)。適宜的灌溉與施肥耦合才能產(chǎn)生協(xié)同作用，促進水分和養(yǎng)分的吸收利用[40]。微灌方式和施肥水平及兩因素交互作用對芒果幼樹的IWUE和PFP 均有顯著影響。與SI 相比，MI 提升水肥利用效率效果最優(yōu)。這是因為MI 能夠?qū)崿F(xiàn)對作物的連續(xù)灌溉，使灌溉在時間上與植物吸水過程同步，并以地下給水的方式將水肥直接送入根區(qū)土壤，避免了徑流損失、滲漏損失和蒸發(fā)損失，大幅度提高水分利用效率[41]。IWUE 隨著施肥量的增加先增后減，在F2達最大值，而PFP 隨施肥量增加而降低。肥料偏生產(chǎn)力反映單位施肥量的生產(chǎn)力，本研究結(jié)果說明施肥量越高，對產(chǎn)量的抑制也越大，這與Bonilla等[42]研究結(jié)果一致。本研究還發(fā)現(xiàn)DI 和MI 顯著提高PFP，因為這兩種微灌方式將水肥直接供應(yīng)到根系分布區(qū)，減少了水分和養(yǎng)分的損失。綜上所述，微灌方式和施肥水平之間存在顯著的正耦合效應(yīng)，MI與合理的施肥量耦合能夠促進作物生長并提高水肥利用效率，從而實現(xiàn)以水促肥、以肥調(diào)水的效果。

3.4 微灌方式和施肥水平對芒果土壤質(zhì)量及生長質(zhì)量的影響

土壤酶和土壤微生物數(shù)量作為土壤生物學(xué)指標(biāo)，能敏感地反映出土壤質(zhì)量和健康的變化，是土壤質(zhì)量評價指標(biāo)體系中不可或缺的組成部分，可以反映出土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化能力的強弱[43]。采用隸屬函數(shù)結(jié)合因子分析對土壤根區(qū)質(zhì)量以及芒果幼樹生長質(zhì)量進行綜合性評價，能夠更直觀地表示最佳水肥耦合模式。本研究結(jié)果表明，隨著施肥水平的提高，芒果幼樹的SQI 和GQI 均呈先增后減的趨勢，在F2最大。說明一定的施肥量能有效促進作物生長和改善土壤質(zhì)量，而施肥過量則會抑制作物生長并降低土壤質(zhì)量的改善效果。MIF2的SQI 和GQI 均為最大值，說明微潤灌溉耦合中等施肥水平對芒果幼樹的土壤質(zhì)量改善效果以及生長促進效果最優(yōu)。土壤質(zhì)量是評價農(nóng)業(yè)土地可持續(xù)利用的一個重要思想和指標(biāo)[44]。因此，建議微潤灌溉條件下適當(dāng)施肥，達到促進生長并實現(xiàn)果園土地生產(chǎn)力可持續(xù)發(fā)展的綜合目標(biāo)。

土壤脲酶是土壤氮素轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵酶，其活性可以反映土壤的肥沃程度[45]。相關(guān)性分析結(jié)果表明，土壤脲酶活性與芒果幼樹生長之間呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。這可能是因為芒果生長初期既有地下根系的發(fā)育，又有地面莖葉部分的營養(yǎng)生長，作物處于大量需肥期間，所以土壤中微生物總量處于大幅增加階段，土壤脲酶活性隨之升高。此外，土壤微生物數(shù)量與芒果形態(tài)生長之間顯著正相關(guān)，且與根系生長之間呈極顯著正相關(guān)，這說明根際土壤微生物數(shù)量的增加有利于調(diào)節(jié)作物的生長發(fā)育[42]。并且本研究結(jié)果表明，微灌方式和施肥水平對土壤微生物數(shù)量均有不同程度的促進效果，其中以MIF2促進效果最佳。這說明適宜的水肥耦合能促進土壤微生物的繁殖和相關(guān)酶活性，加速土壤養(yǎng)分的分解、轉(zhuǎn)化和釋放，為芒果幼樹生長提供適宜的養(yǎng)分需求，進而更好地促進芒果生長[46]。

灌水和施肥是影響作物生長的2 個重要因素，通過影響土壤理化性狀、養(yǎng)分含量、微生物數(shù)量及酶活性等，以及各指標(biāo)間相互影響、制約和促進，進而協(xié)調(diào)作物生長發(fā)育[47]。節(jié)水是農(nóng)業(yè)水資源高效利用的核心原則，在實際生產(chǎn)中如何平衡生長質(zhì)量、水肥利用效率及土壤質(zhì)量三者之間關(guān)系，達到提質(zhì)穩(wěn)產(chǎn)、節(jié)水增效的目的是值得探討的。本研究發(fā)現(xiàn)，微潤灌溉相較微噴灌和滴灌更有利于溫室芒果幼樹的生長，且土壤質(zhì)量、水肥利用效率均有明顯提高。目前應(yīng)用的灌溉技術(shù)，無論是地面灌溉還是微灌(噴灌、滴灌、滲灌)，都存在灌溉具有間歇性、水氣平衡困難、灌溉用水效率低、灌水均勻度差的問題。而微潤灌溉與間歇灌相比，具有改善土壤水氣環(huán)境，土壤水分分布均勻度高，提高水肥利用效率等優(yōu)點[37]。因此，基于半透膜原理的新型微灌技術(shù)為節(jié)水灌溉技術(shù)的發(fā)展提供了強有力的指導(dǎo)，值得進一步應(yīng)用在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)中。

4 結(jié)論

芒果幼樹生長與土壤酶活性、土壤微生物數(shù)量之間關(guān)系較為密切。與微噴灌相比，滴灌能提高土壤養(yǎng)分、酶活性及土壤微生物數(shù)量，微潤灌對土壤養(yǎng)分含量的提升效果不明顯，但提高土壤酶活性和微生物數(shù)量的效果以及提高水肥利用效率的作用最顯著。

施肥能夠顯著提高芒果根區(qū)土壤養(yǎng)分含量、酶活性和微生物數(shù)量，并促進芒果生長，以施肥水平為186.4 kg/hm2時的促進作用最大。

微潤灌配合施肥量186.4 kg/hm2的土壤肥料和芒果樹生長綜合指標(biāo)均為最高，因此，是能協(xié)同提高土壤質(zhì)量、芒果生長和水肥利用效率，實現(xiàn)綠色生態(tài)和節(jié)水減肥的組合。