不同施肥對幼齡柑橘園土壤養(yǎng)分及酶活性變化的影響

余高　陳芬　盧心　滕明歡　田霞　羅有亮

摘要：以愛媛38號幼齡柑橘園為對象，通過田間試驗，以不施肥處理（CK）為對照，研究了施用生物炭（SWT）、有機肥（YJF）、農(nóng)家肥（NJF）、化肥（HF）4種施肥處理下幼齡柑橘春梢期、夏梢期、秋梢期土壤pH值、有機質(zhì)和速效養(yǎng)分含量、土壤酶活性變化。結(jié)果表明，與CK相比，4種施肥模式均在一定程度上有效改善了果園土壤有機質(zhì)和養(yǎng)分含量水平，其中SWT處理效果最好，在柑橘秋梢期土壤pH值、有機質(zhì)（OM）、堿解氮（AN）、有效磷（AP）和速效鉀（AK）含量較其他處理分別提高13.22%～28.69%、7.70%～30.77%、9.99%～51.58%、23.36%～117.86%和15.19%～132.76%。除HF處理降低了柑橘夏梢期、秋梢期土壤過氧化氫酶活性外，其他施肥處理均有效提高了柑橘夏梢期、秋梢期4種土壤酶活性，其中SWT處理秋梢期土壤過氧化氫酶、脲酶、蔗糖酶和酸性磷酸酶活性較其他處理分別顯著提高31.73%～163.46%、10.81%～127.78%、15.72%～94.71%、20.56%～67.04%。冗余分析（redundancy analysis，RDA）結(jié)果表明，不同施肥處理下柑橘園土壤pH值、有機質(zhì)、有效磷、堿解氮和速效鉀含量對土壤酶活性的影響均達到極顯著水平（P<0.01）。SWT處理可以顯著提高柑橘生育期土壤有機質(zhì)含量和養(yǎng)分供應(yīng)水平，增強土壤酶活性，可優(yōu)先作為黃壤土幼齡柑橘園土壤培肥方式。

關(guān)鍵詞：柑橘；生物炭；有機肥；農(nóng)家肥；土壤；酶活性；RDA分析

中圖分類號：S666.06文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2023）20-0218-06

柑橘是世界產(chǎn)量位居第一的水果［1］，中國作為世界上柑橘種植面積最大和產(chǎn)量最高的國家，在過去20年主要依賴高量化肥的投入獲得高產(chǎn)，隨之帶來了土壤酸化、土壤板結(jié)、樹體早衰、果實品質(zhì)下降［2］，以及水體富營養(yǎng)化等一系列不利于農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的問題。

土壤是柑橘生長發(fā)育和養(yǎng)分吸收利用的基礎(chǔ)［3］，柑橘產(chǎn)量的高低、品質(zhì)的優(yōu)劣與土壤質(zhì)量有著不可分割的聯(lián)系。黃壤是貴州省旱地主要的土壤類型，占到全省土壤面積的46.40%，但由于貴州屬于典型的喀斯特地形地貌，土層貧瘠，土壤蓄水保肥能力較差，養(yǎng)分含量低，易發(fā)生水土流失，科學(xué)合理施肥對提高果園土壤肥力，保障貴州地區(qū)果園長久良性發(fā)展具有重要意義。研究表明，施肥可以改善土壤結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)土壤養(yǎng)分供應(yīng)能力，提高土壤肥力，進而促進農(nóng)作物生長發(fā)育，但對于不同的施肥類型，因肥料特性差異，土壤理化特性和微生物活性也會有所差異［4-5］。石麗紅等研究表明，化肥長期施用會降低土壤pH值和土壤酶活性，進而影響土壤養(yǎng)分循環(huán)及生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性［6］。蒲全明等研究發(fā)現(xiàn)，長期大量施用有機肥可以通過提高土壤微生物活性促進土壤中速效養(yǎng)分的釋放，使得土壤速效養(yǎng)分含量明顯高于只施用化肥或有機肥替代部分化肥的土壤［7］。馮慧琳等研究表明，生物炭能改善土壤微環(huán)境，提高土壤有機碳等養(yǎng)分含量及土壤酶活性［8］。此外，季節(jié)變化也會引起土壤微生物活性的變化，進而引起土壤酶活性差異和作物對土壤養(yǎng)分的利用能力［9］。

前人對施肥措施的研究大多集中于作物某一特定時期，較少關(guān)注不同施肥措施下作物生育期內(nèi)土壤環(huán)境因子及酶活性的動態(tài)變化，特別是在貴州果園黃壤有關(guān)不同施肥對柑橘不同生育時期內(nèi)土壤養(yǎng)分動態(tài)變化和酶活性特征的變化規(guī)律研究還不夠深入。本研究以貴州黃壤幼齡柑橘園為對象，研究不同施肥處理下柑橘生育期土壤pH值、速效養(yǎng)分含量、土壤酶活性的變化規(guī)律及其間的相關(guān)性，以期為貴州黃壤選擇適宜的果園培肥方式提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗地位于貴州省銅仁市松桃苗族自治縣銅仁學(xué)院的長期定位試驗基地愛媛38號柑橘園（28°33′N，109°21′E），海拔681 m，土壤類型為黃壤土。試驗地屬中亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，冬冷夏熱，春溫秋爽，四季分明，氣候宜人，雨量充沛，熱量豐富，年平均氣溫16.5 ℃，年均降水量1 378.3 mm，年均無霜期293 d，年均日照數(shù)為1 228 h。供試土壤pH值和有機質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀含量分別為5.35、25.53 g/kg、1.62 g/kg、154.91 mg/kg、71.22 mg/kg、190.77 mg/kg。供試柑橘品種為愛媛38號果凍橙，于2019年4月定植（2年生），株行距3 m×4 m，試驗當(dāng)年樹齡3年。

1.2 試驗設(shè)計

采用定點施肥試驗，試驗共設(shè)5個處理：對照（不施肥，CK）；化肥處理（復(fù)合肥450 kg/hm2，HF）、農(nóng)家肥（6 000 kg/hm2，NJF）、有機肥（1 500 kg/hm2，YJF）、生物炭（4 800 kg/hm2，SWT）。其中，復(fù)合肥是由中化化肥有限公司生產(chǎn)的三元復(fù)合肥（N、P2O5、K2O含量≥40%）；農(nóng)家肥取自松桃縣某養(yǎng)牛場風(fēng)干牛糞［pH值6.28、有機質(zhì)含量14.5%、氮（N）含量0.44%、磷（P2O5）含量0.51%、鉀（K2O）含量2.03%］；有機肥為巴彥淖爾市德源肥業(yè)有限公司生產(chǎn)的商品有機肥（pH值6.57，有機質(zhì)含量≥90%，N、P2O5、K2O含量≥12%）；生物炭由遼寧金和福農(nóng)業(yè)科技股份有限公司生產(chǎn)的玉米秸稈生物炭（pH值8.43，有機質(zhì)含量≥50%，N、P2O5、K2O含量≥5%）。每個處理3次重復(fù)，隨機區(qū)組排列，每個處理選擇樹勢一致、無病害的柑橘樹5株為1個小區(qū)。各處理肥料均于2020年11月全部作為基肥在距幼齡柑橘樹干50～80 cm處開20～30 cm深的環(huán)形溝均勻施入，并及時回土覆蓋，各處理生育期采用人工除草，其他田間管理均一致。其中，在2021年6—9月柑橘生長旺盛期，平均每3周噴施1次N ∶P2O5 ∶K2O質(zhì)量比=15 ∶15 ∶15的葉面肥，共噴施4次。

1.3 土壤樣品采集與分析

于2021年4月11日（春梢期）、6月12日（夏梢期）和9月25日（秋梢期）分別在各處理小區(qū)內(nèi)距柑橘樹干30～50 cm的位置，避開施肥溝，隨機、多點采集耕層土壤（0～20 cm）樣品并均勻混合、剔除石塊和雜質(zhì)后帶回實驗室，自然風(fēng)干后分別過1、0.25 mm 篩裝袋保存，用于土壤理化指標測定。土壤pH值采用水浸提（水土比為5 mL ∶1 g），酸度計測定；土壤有機質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀含量采用土壤農(nóng)化分析常規(guī)方法［10］測定；土壤過氧化氫酶、脲酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶活性參照關(guān)松蔭的方法［11］測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2010進行數(shù)據(jù)處理和作圖，SPSS 25.0 軟件對數(shù)據(jù)進行顯著性檢驗和多重比較分析，采用Canoco 5.0軟件進行冗余分析（redundancy analysis，RDA）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥種類對柑橘園土壤pH值和養(yǎng)分含量的影響

2.1.1 土壤pH值的動態(tài)變化 由圖1可知，不同施肥處理下柑橘各生育期土壤pH值變化趨勢不同，SWT、YJF、CK處理的pH值呈先降后增的趨勢，NJF、HF處理的pH值呈不斷下降的趨勢。柑橘春梢期SWT處理pH值最高，達到5.60，較其他施肥處理提高5.46%～8.53%，且差異顯著，與CK處理間差異不顯著，但仍提高2.00%；柑橘夏梢期各處理土壤pH值表現(xiàn)為SWT＞YJF＞NJF＞CK＞HF；柑橘秋梢期SWT處理pH最高，較其他處理顯著提高13.22%～28.69%。

2.1.2 土壤有機質(zhì)含量的動態(tài)變化 由圖2可見，各處理土壤有機質(zhì)含量隨著生育期的推進呈逐漸降低的趨勢。各處理土壤有機質(zhì)含量均在柑橘春梢期達到最高，為21.40～26.58 g/kg。柑橘春梢期、夏梢期、秋梢期SWT處理土壤有機質(zhì)含量較CK處理分別提高22.88%、26.79%、30.77%，較HF和NJF處理分別顯著提高24.21%和17.45%、23.45%和12.37%、22.93%和11.10%；與YJF處理差異不顯著，但仍提高6.37%～9.43%。

2.1.3 土壤堿解氮含量的動態(tài)變化 由圖3可以看出，與CK相比，施肥均提高了柑橘各生育期土壤堿解氮含量。SWT、YJF、NJF和CK處理柑橘生育期堿解氮含量均呈先升高后下降的趨勢，而HF處理則呈逐漸降低趨勢。春梢期HF處理堿解氮含量最高，達到189.29 mg/kg，較其他處理顯著提高8.76%～22.79%；夏梢期、秋梢期均以SWT處理堿解氮含量最高，較CK處理分別顯著提高69.11%、51.58%，較其他施肥處理分別顯著提高24.47%～65.96%、9.99%～33.81%。

2.1.4 土壤有效磷含量的動態(tài)變化 由圖4可以看出，施肥均有效提高了柑橘園各生育期有效磷含量，各處理柑橘生育期土壤有效磷含量均呈先升高后降低的趨勢。柑橘春梢期SWT處理有效磷含量最高，較YJF、NJF、CK分別顯著提高23.11%、19.15%、31.00%，與HF處理差異不顯著，但仍可提高7.41%；柑橘夏梢期、秋梢期SWT處理有效磷含量分別較其他處理顯著提高20.40%～86.98%、23.36%～117.86%，各處理土壤有效磷含量均表現(xiàn)為SWT＞YJF＞NJF＞HF＞CK，且各處理間差異顯著。

2.1.5 土壤速效鉀含量的動態(tài)變化 由圖5可知，各處理土壤速效鉀含量在柑橘生育期呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢。柑橘春梢期SWT處理速效鉀含量最高，分別較CK、YJF處理提高39.11%、15.60%，與NJF、HF處理間差異不顯著；柑橘夏梢期SWT處理速效鉀含量顯著高于NJF、HF、CK處理，但與YJF處理差異不顯著；柑橘秋梢期各處理土壤速效鉀含量表現(xiàn)為SWT＞YJF＞NJF＞HF＞CK，且各處理間差異均達到顯著水平，SWT處理速效鉀含量較其他處理顯著提高15.19%～132.76%。

2.2 不同施肥種類對柑橘園土壤酶活性的影響

2.2.1 土壤過氧化氫酶活性的動態(tài)變化 由圖6可見，不同施肥處理柑橘園土壤過氧化氫酶活性均呈先降低后增加的趨勢。柑橘春梢期SWT處理土壤過氧化氫酶活性最高，較CK和其他施肥處理分別顯著提高62.11%和15.79%～57.14%，NJF、HF和CK處理間差異不顯著，但均顯著低于YJF處理；柑橘夏梢期各處理土壤過氧化氫酶活性表現(xiàn)為SWT＞YJF＞NJF＞CK＞HF，其中，SWT處理顯著高于NJF、HF、CK處理，但與YJF處理差異不顯著；柑橘秋梢期SWT處理土壤過氧化氫酶活性最高，較其他處理顯著提高31.73%～163.46%，HF處理最低。

2.2.2 土壤脲酶活性的動態(tài)變化 由圖7可以看出，不同施肥處理下柑橘各生育期土壤脲酶活性的變化略有不同，SWT、YJF處理呈先升高后降低的趨勢，HF、CK處理呈不斷降低的趨勢，而NJF處理則呈現(xiàn)先升高后保持不變的趨勢。春梢期HF土壤脲酶活性最高，較其他處理顯著提高32.26%～57.69%；夏梢期SWT處理土壤脲酶活性最高，較CK顯著提高140.00%，較其他施肥處理顯著提高17.07%～45.45%，NJF和HF處理間差異不顯著，但均顯著低于YJF處理；秋梢期SWT處理土壤脲酶活性較CK顯著提高127.78%，較其他施肥處理顯著提高10.81%～51.85%，YJF和NJF處理間差異不顯著，但顯著高于HF和CK處理。

2.2.3 土壤蔗糖酶活性的動態(tài)變化 不同施肥處理下柑橘生育期土壤蔗糖酶活性均呈先增加后降低的趨勢，且各生育期土壤蔗糖酶活性均以SWT處理最高。春梢期SWT處理蔗糖酶活性較其他處理顯著提高16.77%～50.00%，YJF、NJF、CK處理間差異不顯著，但顯著低于HF處理；夏梢期、秋梢期SWT處理土壤蔗糖酶活性較其他處理分別顯著提高28.91%～103.38%、15.72%～94.71%，YJF、NJF處理差異不顯著，但顯著高于HF和CK處理（圖8）。

2.2.4 土壤酸性磷酸酶活性的動態(tài)變化 由圖9可以看出，不同施肥處理柑橘生育期土壤酸性磷酸酶活性均呈不斷升高的趨勢，與CK相比，施肥均有效提高了柑橘園土壤酸性磷酸酶活性。柑橘各生育期階段均以SWT處理酸性磷酸酶活性最高，較其他處理分別提高了17.88%～29.45%、14.95%～41.38%、20.56%～67.04%，且差異均達到顯著性水平；春梢期CK處理顯著低于HF處理，但與YJF、NJF處理間差異不顯著；夏梢期YJF處理土壤酸性磷酸酶活性均顯著高于HF和CK處理，但與NJF處理間差異不顯著。

2.3 土壤酶活性和土壤環(huán)境因子的RDA分析

通過對不同施肥處理下土壤酶活性與土壤環(huán)境因子進行RDA分析﹐不同施肥處理下土壤酶活性用空心箭頭連線表示，土壤環(huán)境因子用實心箭頭連線表示。由圖10可知，土壤環(huán)境因子對土壤酶活性的解釋量為71.15%，其中，前2個排序軸的解釋變量分別為45.14%和26.01%，能較好反映土壤酶活性和土壤環(huán)境因子之間的關(guān)系。第一排序軸主要與AP（r=-0.952）和AN（r=-0.779）的相關(guān)性較好；第二排序軸主要與AK（r=0.869）、OM（r=0.747）和pH值（r=0.711）的相關(guān)性較好。采用envfit函數(shù)檢驗每個環(huán)境因子的顯著性，結(jié)果顯示，pH值（r2=0.609）、OM（r2=0.522，）、AP（r2=0.500）、AN（r2=0.749）和AK（r2=0.792）對土壤酶活性的影響均達到極顯著水平（P<0.01）。以上結(jié)果說明pH值和OM、AP、AN AK含量是影響土壤酶活性的主要環(huán)境因子。

3 結(jié)論與討論

土壤化學(xué)性質(zhì)和水肥供應(yīng)能力是柑橘生長所需營養(yǎng)供應(yīng)的保障［12］，也是衡量土壤肥力狀況的重要指標［9，13］。施肥可以改善果園土壤結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)土壤養(yǎng)分供應(yīng)，提高土壤肥力，進而促進農(nóng)作物生長發(fā)育［7］。幼齡期柑橘各生育期對土壤養(yǎng)分的需求旺盛，選擇科學(xué)合理的施肥措施有利于提高土壤肥力和改善土壤質(zhì)量，對保障貴州地區(qū)果園可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。本研究發(fā)現(xiàn)，不同施肥處理下柑橘各生育期土壤pH值變化趨勢有所差異，SWT、YJF、CK處理的pH值呈先降后增的趨勢，NJF、HF處理的pH值呈不斷下降的趨勢，化肥施用會進一步導(dǎo)致土壤酸化，pH值降低，而施用生物炭和有機肥在一定程度上有效提高了土壤pH值，這與袁訪等的研究結(jié)果［14-15］一致。土壤有機質(zhì)是土壤的重要組成部分，是土壤肥力的物質(zhì)基礎(chǔ)，土壤速效養(yǎng)分作為植物攝取養(yǎng)分的重要來源之一，是植物生長發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)［16］。本研究結(jié)果表明，與CK處理相比，施肥均在一定程度上提高了柑橘各生育期土壤有機質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀含量，這是因為施肥增加了外源養(yǎng)分投入，改善了土壤結(jié)構(gòu)和肥力狀況，加快和調(diào)節(jié)土壤養(yǎng)分循環(huán)轉(zhuǎn)化，進而增加了土壤速效養(yǎng)分含量［7］。同時，SWT處理柑橘各生育期土壤有機質(zhì)和速效養(yǎng)分含量均高于YJF、NJF和HF處理，這可能是相較于有機肥、農(nóng)家肥和化肥，生物炭在土壤中的降解礦化速度相對較慢，使得較多的氮、磷、鉀等養(yǎng)分殘留于土壤［17］。本研究還發(fā)現(xiàn)，季節(jié)性氣候變化以及柑橘不同生育期對養(yǎng)分的需求不同而導(dǎo)致土壤養(yǎng)分呈現(xiàn)差異，各處理土壤有機質(zhì)含量均在柑橘春梢期達到最高，隨著生育期的推進而逐漸降低，土壤堿解氮含量除HF處理呈逐漸降低趨勢外，其他處理均呈先升高后下降的趨勢，土壤有效磷含量在柑橘生育期表現(xiàn)為先升高后降低的趨勢，而土壤速效鉀含量則呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢。這可能是由于夏梢期氣溫升高，柑橘生長迅速，對土壤養(yǎng)分的需求不斷增加，導(dǎo)致土壤有機質(zhì)礦化分解，進而降低了土壤中有機質(zhì)和速效養(yǎng)分含量。秋梢期后，隨著氣溫降低，柑橘的生長速度逐漸減緩，對土壤礦物態(tài)鉀的吸收減少，使土壤中速效鉀含量升高，這與張成君等的研究結(jié)果［9］一致。

土壤酶作為土壤中的一種生物催化劑，能促進土壤中有機物質(zhì)的分解礦化，直接或間接參與土壤養(yǎng)分循環(huán)過程［18］，其活性高低可以用于衡量土壤健康和評價施肥效果的重要生物指標［19］。本研究結(jié)果表明，與CK相比，除HF處理降低了柑橘夏梢期、秋梢期土壤過氧化氫酶活性外，其他施肥處理均有效提高了柑橘夏梢期、秋梢期土壤過氧化氫酶、脲酶、蔗糖酶和酸性磷酸酶活性，這是因為施肥能顯著改善果園土壤理化性質(zhì)，增加土壤有機質(zhì)含量和養(yǎng)分有效性，促進土壤微生物活動和繁殖，進而提高土壤酶活性。相較于化肥，有機肥施入能為果園土壤帶入更多的緩釋性養(yǎng)分，提高土壤養(yǎng)分的維持供應(yīng)能力，同時也有助于減少土壤中氮、磷、鉀等養(yǎng)分的流失［17］。此外，季節(jié)變化能引起土壤微生物活性的變化，進而引起土壤酶活性差異［9］。本研究中，不同施肥模式下4種土壤酶活性在柑橘生育期表現(xiàn)出的動態(tài)變化，可能與季節(jié)更替導(dǎo)致的土壤水、氣、熱狀況變化引起的土壤酶活性差異密切相關(guān)［20］，這有待于進一步深入研究。

前人研究發(fā)現(xiàn)，影響土壤酶活性變化的因素較復(fù)雜，與土壤類型、施肥種類及氣候變化等因素有關(guān)［21-22］。許多研究證明，土壤養(yǎng)分含量與土壤酶活性呈顯著正相關(guān)關(guān)系，表明土壤養(yǎng)分與酶活性存在協(xié)同變化效應(yīng)［23-24］。張涵等研究發(fā)現(xiàn)，施肥會作用至土壤物質(zhì)循環(huán)過程，從而導(dǎo)致土壤環(huán)境因子發(fā)生改變，進而影響土壤酶活性［25］。Liu等研究發(fā)現(xiàn)，土壤理化指標和土壤酶活性較其他土壤特性更能快速響應(yīng)施肥管理的變化［26］。李欣等通過對土壤酶活性和環(huán)境因子的冗余分析，發(fā)現(xiàn)影響土壤酶活性的主要環(huán)境因子為全鉀和有效磷含量，且排序靠前的多為養(yǎng)分因子，進一步說明土壤酶活性主要由土壤養(yǎng)分驅(qū)動［27］。因此，土壤環(huán)境因子與土壤酶活性結(jié)合可以較準確地反映土壤肥力的變化［28］。本研究通過土壤pH值、土壤酶活性和有機質(zhì)、速效養(yǎng)分含量的RDA分析，定量分析了不同施肥處理下土壤環(huán)境因子對土壤酶活性的直接或間接作用及影響。結(jié)果表明，不同施肥處理下柑橘園土壤環(huán)境因子對土壤酶活性的影響均達到極顯著水平（P<0.01）。這與Wang等的研究結(jié)果［29-30］基本一致。

綜上，施肥在一定程度上能改善幼齡柑橘園生育期土壤有機質(zhì)含量和土壤養(yǎng)分供應(yīng)水平，增強土壤酶活性，有機肥料效果要優(yōu)于化肥。此外，SWT處理還能改善土壤酸化，在提升土壤肥力和酶活性水平上優(yōu)于其他施肥處理，可優(yōu)先作為貴州黃壤土幼齡柑橘園土壤培肥方式。

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收稿日期：2023-02-28

基金項目：貴州省重點實驗室項目（編號：黔科合平臺人才［2020］2003）；貴州省教育廳自然科學(xué)研究項目（編號：黔教合KY字［2022］067號）；銅仁市科技支撐計劃（編號：銅市科研［2020］81號）；銅仁學(xué)院碩士點及學(xué)科建設(shè)研究項目（編號：Trxyxwdxm-036）；國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目（編號：202110665005；202210665034）；省級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目（編號：S202110665025）。

作者簡介：余 高（1988—），男，湖南益陽人，碩士，副教授，主要從事土壤改良相關(guān)研究。E-mail：httywwwyu1014@sina.com。

通信作者：陳 芬，博士，教授，主要從事土壤肥力改良與植物營養(yǎng)研究。E-mail：chenfen2018@126.com。