有机肥替代部分氮肥对井冈蜜柚产量、品质及土壤养分的影响
摘要：为探索有机肥替代化肥对井冈蜜柚产量、品质及果园土壤改良的影响，以不施肥为空白对照，设置了常规施肥、优化施肥、有机肥替代15%、30%、45%和60%氮肥共7个处理，研究不同施肥处理对井冈蜜柚的产量、品质及果园土壤理化性质的影响。结果表明，有机肥替代15%氮肥处理井冈蜜柚的产量、肥料农学利用率和肥料贡献率均最高，产量显著高于其他处理；有机肥替代45%氮肥处理井冈蜜柚的可滴定酸含量最低，维生素C和可溶性固形物含量最高；有机肥替代30%氮肥处理下果园土壤全磷、全钾含量最高。综合井冈蜜柚的产量和品质以及土壤养分含量，有机肥代替30%氮肥处理有利于井冈蜜柚产量、品质提高和果园土壤改良。
井冈蜜柚为芸香科作物，是吉安地区生产栽培的具有地方特色的优质蜜柚的总称，主要包含金沙柚、金兰柚和桃溪蜜柚3个品种。其中，金兰柚具有“井冈蜜柚之王”的美称，具有降血糖、降血酯及一定的抗衰老功效，深受人们的喜爱[1]。吉安地区为典型红壤，土壤呈酸性，pH均值为4.82，有机质含量低[2]。目前，果农对生产绿色无公害高品质农产品的意识逐步提高，果园管理逐步由粗放到精细，但是果园养分资源管理水平仍然较低，长期粗放式管理和施肥结构不合理导致树体养分失衡和土壤养分流失严重[3]。其中，不合理施用化肥不仅造成了养分流失、水体富营养化、大气环境污染等生态问题[4]，而且由于长期忽视施用有机肥和中微量元素肥料，再加上肥料的施用时期与施肥结构不合理，造成了果园中土壤养分失衡，难以满足蜜柚生长对养分的需求，从而影响其产量和品质[5]。此外大部分果园为丘陵地区，地形地貌变化大，立地条件较差，抗旱保墒和保肥能力弱等因素导致了脐橙园土壤质量退化[6]。
近年来，为了解决土壤生态环境安全和有机肥资源化利用问题，我国农业农村部出台了“开展果菜茶有机肥替代化肥行动方案”等方案，我国有机肥资源大，果园增施有机肥已成为国策[7]。大量研究表明，有机肥和化肥合理配施，可以改善土壤肥力和调控土壤微环境，有利于果园增产和品质提升[8-9]。为探讨井冈蜜柚有机肥和化肥的适宜配施关系，本试验就有机肥替代化肥对井冈蜜柚生长和果园土壤改良情况进行研究，以期为井冈蜜柚科学施肥提供理论基础。
1材料与方法
1.1试验地概况
试验在江西省吉安市安福县试验基地（114°56′E、26°38′N）进行，海拔43m，属亚热带湿润季风气候，平均气温18.5℃，年平均降水量1500～1600mm，年平均日照时数1550h，年均无霜期280d，土壤类型为红壤。试验地0～30cm土壤的基本理化性质为有机质25.9g/kg、全氮1.0g/kg、pH值为5.1、碱解氮199.8mg/kg、有效磷3.3mg/kg、速效钾129mg/kg、有效铁58.5mg/kg、有效锰9.8mg/kg、有效铜2.0mg/kg、有效锌0.8mg/kg、有效硼0.17mg/kg。
1.2试验材料
供试作物：金兰柚5年结果树，株行距4m×5m，667m2栽植33植棵。供试肥料：尿素（N≥46%）、钙镁磷肥（P2O5≥12%）、硫酸钾（K2O≥52%）、有机肥（主要原料为鸡粪，养分含量为N≥1.77%、P2O5≥1.10%、K2O≥2.10%，有机质≥39.60%，水分含量为25.00%）。
1.3试验设计
试验采用随机区组设计，设置空白对照、常规施肥、优化施肥、有机肥替代15%氮肥、有机肥替代30%氮肥、有机肥替代45%氮肥、有机肥替代60%氮肥7个处理，编号分别为T1（CK）、T2、T3、T4、T5、T6、T7，每个处理重复3次。选择生长基本一致的6棵树作为1个小区，头尾各留1株作为保护树。于树冠滴水线下开环形沟，埋施有机肥，沟宽30cm、深40cm，施用时将有机肥和土充分混匀后填埋回沟。
根据目标产量为40kg/株计算蜜柚树全年养分施用量，按照N：0.71kg/株，P2O5：0.23kg/株，K2O：0.53kg/株的水平进行优化施肥，N︰P2O5︰K2O=1︰0.32︰0.75。全年总计施肥4次：11月施用基肥，2－3月施用萌芽肥，5月施用保果肥，7月施用壮果肥。氮肥施用按照基肥︰萌芽肥︰保果肥︰壮果肥=0.40︰0：15︰0.15︰0.30分配，磷肥按照基肥︰壮果肥=0.7︰0.3分配，钾肥施用按照基肥︰萌芽肥︰保果肥︰壮果肥=0.3︰0.1︰0.1︰0.5分配。各处理全年肥料施用总量和井冈蜜柚每株具体施肥量见表1。
1.4样品的采集与指标测定
1.4.1植株产量和品质测定。熟期分小区采收全部果实，统计单株果数、单果鲜重和单株产量。每棵树沿树冠四周随机采取果实样品4个，每个小区随机抽取有代表性果实20个，测定可溶性固形物、糖酸比和维生素C。采用手持折射仪，测定果实中可溶性固形物含量，采用酸碱指示剂滴定法，测定可滴定酸含量，再计算得出糖酸比，2,6-二氯苯酚吲哚酚钠滴定法测定维生素C含量。
在8月上旬未喷施叶面肥和农药时，每个小区随机选取具有代表性的3株果树，采集树冠外围、无病虫为害的树冠中部的当年生春梢营养枝自顶部向下第3片叶（含叶柄），每株采集12～24片，东、南、西、北方向各均匀采样，每个小区叶片样品60～200片，样品洗净后杀青、烘干、粉碎，用于测定叶片全氮、全磷、全钾含量。1.4.2土壤样品的采集与分析。试验前和试验后分别采集土壤样品，土壤采样深度为30cm，自然风干过筛后测定土壤理化性状。采用凯氏定氮法测定土壤全氮，采用钼锑抗比色法测定土壤全磷，采用氢氟酸消解法测定土壤全钾。
1.4.3参数计算。
产率（%）=（各处理蜜柚产量-常规施肥处理蜜柚产量）/常规施肥处理蜜柚产量×100。
肥料农学利用率（kg/kg）=（施肥区蜜柚产量-不施肥区蜜柚产量）/施肥总养分量。
肥料贡献率（%）=（施肥区蜜柚产量-不施肥区蜜柚产量）/施肥区作物产量×100。
1.5数据分析
用MicrosoftExcel2021和SPSS25.0对数据进行差异性分析，采用Ducan新复极差法进行差异显著性检验。
2结果与分析
2.1有机肥替代部分氮肥对井冈蜜柚产量及肥料利用率的影响
肥料农学利用率和肥料贡献率可表征单位化肥用量对井冈蜜柚产量增加的贡献度。由表2可知，T4（有机肥代替15%氮肥）、T6（有机肥代替40%氮肥）和T7处理（有机肥代替60%氮肥）的肥料农学利用率显著高于单施化肥组（T2～T3处理）和空白对照。其中，T7处理的农学利用率最高，是常规施肥和优化施肥的8.11倍和4.76倍；T4处理的肥料贡献率最高，是常规施肥和优化施肥的2.43倍和2.12倍，显著高于化肥施用组（T1～T3处理）和T6、T7处理。与空白对照相比，试验其余处理井冈蜜柚的产量均显著增加，其中，T4处理下井冈蜜柚的产量最高，增产率为30.18%，显著高于其他有机肥代替氮肥处理，其余有机替代氮肥处理与常规施肥和优化施肥间均无显著差异。结果显示，井冈蜜柚产量和肥料贡献率随着有机肥施用量增加呈现先增加后降低的趋势，有机肥替代15%氮肥处理的肥料贡献率和增产率为各处理最高，有机肥替代30%氮肥处理次之。
2.2有机肥替代部分氮肥对井冈蜜柚果实品质的影响
由表3可知，T6（有机肥代替45%氮肥）处理的井冈蜜柚维生素C含量为各处理最高，空白对照次之。T6处理较常规施肥和优化施肥分别提高84.0%和9.4%，较空白对照提高9.0%；T2（常规施肥）处理的井冈蜜柚可滴定酸含量最高，T1（空白对照）和T6处理的可滴定酸含量最低，与T2处理相比，T1和T6处理的可滴定酸含量降低了20%；T1处理井冈蜜柚的可溶性固形物、可溶性糖和糖酸比均为各处理最高，与空白对照相比，其余处理的糖酸比均降低。有机肥替代部分氮肥处理中，维生素C、可溶性固形物、可溶性糖和糖酸比均随着有机肥用量的增加而增加，当有机肥替代率在45%时，可溶性固形物、可溶性糖和糖酸比含量最高，随后随着有机肥替代率的增加而降低。结果显示，除空白对照外，有机肥替代45%氮肥处理的可滴定酸含量最低，可溶性固形物、可溶性糖含量和糖酸比为各处理最高，有机肥替代30%氮肥次之。综合考虑，有机肥替代45%氮肥最有利于井冈蜜柚品质的提升。
2.3有机肥替代部分氮肥对井冈蜜柚叶片养分的影响
由表4可知，施用有机肥后，有机肥替代部分氮肥处理的叶片全氮、全钾含量均高于单施化肥处理和空白对照，但有机肥替代部分氮肥处理的叶片全磷含量均低于单施化肥处理。T7处理的叶片全氮含量为各处理最高，较常规施肥和优化施肥分别提高58.78%和56.43%；T3处理的叶片全磷含量为各处理最高，常规施肥次之；T6处理的叶片全钾含量为各处理最高，较常规施肥和优化施肥分别提高40.81%和19.23%。结果显示，施用有机肥后，井冈蜜柚的叶片全氮、全钾含量均提升。
2.4有机肥替代部分氮肥对土壤养分的影响
由表5可知，相比于空白对照，施肥后各处理的土壤全量养分含量均提高。T6（有机肥代替45%氮肥）和T7（有机肥代替60%氮肥）处理的土壤全氮含量最高，为3.04g/kg，较常规施肥和优化施肥分别提高49.02%和42.90%；T3（优化施肥）和T5处理（有机肥代替30%氮肥）的土壤全磷含量均为各处理最高，较常规施肥提高1.15%；T5处理的土壤全钾含量为各处理最高，较常规施肥和优化施肥分别提高13.58%和4.09%。施用有机肥后，土壤全氮含量随有机肥施用量的增加而增加，土壤全磷和全钾含量随有机肥施用量的增加呈先增加后降低的趋势，T5处理的土壤全磷和全钾含量为各处理最高。综合考虑，有机肥代替30%的氮肥处理最有利于井冈蜜柚种植土壤全量养分的积累。
3讨论
本研究中有机替代15%氮肥处理下井冈蜜柚产量最高，有机肥替代30%氮肥处理的产量次之。随着施肥处理中有机替代氮肥比例的提高，井冈蜜柚产量呈现先增加再降低的趋势。氮元素是作物增产的最重要的营养因素，有机肥、无机肥配合使用可以提高氮素的运转效率，促进作物生长，提高作物产量[9-10]。本研究与常规化肥施肥相比，4个有机无机配施处理均显著提高了肥料农学利用率，但有机肥前期氮素释放速度比化肥慢，氮元素供应速度降低[12]，随着有机替代化肥的比例增加，速效氮比例降低，有机氮比例升高，果树生长发育期中氮元素可能供应不充分，进而导致作物产量下降[13]，随着有机替代比例增加，肥料贡献率逐渐降低。
有机肥中含有大量中微量元素，施用有机肥可提高果树的可溶性固形物、可溶性糖和维C含量，降低可滴定酸含量，提高水果果实的品质[14-15]。本研究表明，相对常规施肥，随着有机肥替代比例的增加，品质呈现先增后降的趋势。当有机替代氮肥为15%～45%处理时，对于井冈蜜柚果实品质有明显改善作用，且随着有机替代比例的增加，维生素C、可溶性固形物、可溶性糖含量和糖酸比均逐渐增加。但有机肥替代60%氮肥处理下，果实品质指标开始降低，这可能是由于有机肥替代比过高，速效氮磷钾养分过低，果树所需的大量营养元素缺乏，果实品质不增反降。因此，施肥应采用有机无机配施的方式，有机肥替代率应保持适中，以保证果树生长发育过程中氮肥的充足供应，在促进作物增产的同时，提高品质，实现果树产量、品质双提升。
土壤氮、磷、钾是果树养分的直接来源，是衡量土壤肥力的重要指标。有研究表明，有机肥可以增加土壤有机质含量，提高土壤中微生物活性，促进土壤分解释放氮、磷、钾等养分[16]。本研究中，随着有机替代比逐渐增加，叶片和土壤中的全氮含量不断增加，表明有机无机配施可以提高氮的效率。研究表明，有机肥替代化肥可以促进椪柑根系侧根生长，提高树体对养分的积累，改善果园土壤生物学特性[17]。有机无机处理的芒果土壤中有效磷及有效钾含量均高于常规化肥施肥处理[18]。但有机替代处理对土壤有机质、pH值等理化性质影响还需进一步研究。
4结论
有机替代15%氮施肥处理下，井冈蜜柚产量最高，有机肥替代30%氮肥产量次之，井冈蜜柚产量随有机肥替代氮肥比例的增加呈先上升后下降的趋势。施用有机肥可以提高井冈蜜柚维生素C、可溶性固形物、可溶性糖含量和糖酸比，降低可滴定酸含量，改善其营养品质，有机肥替代45%氮肥最有利于井冈蜜柚品质的提升，有机肥替代30%氮肥次之。随着有机肥代替氮肥比例的增加，井冈蜜柚叶片和土壤中的全氮含量逐渐增加，有机肥代替30%氮肥处理下，果园土壤全磷、全钾含量最高。
综合产量、品质与土壤改良效果，本研究认为有机肥代替30%的氮肥施肥处理可以作为井冈蜜柚有机肥替代推荐用量。
