有机肥部分替代化肥对台农芒果产量和品质的影响

2020-09-04司若彤

中国土壤与肥料 2020年4期

司若彤，刘维，林电

（海南大学热带作物学院，海南海口 570228）

芒果（Mangifera indicaL.）属于漆树科（Anacardiaceae）芒果属（Mangifera）常绿大乔木，因其风味独特，营养价值高被誉为“热带果王”，目前芒果种植于100 多个国家，其在世界生产与贸易上均占有一定的地位［1］。中国拥有1 300 多年芒果栽培历史，是世界第6 大芒果生产国［2］。海南是中国芒果栽培的重要省区之一，其芒果种植区主要分布在三亚、乐东、陵水、昌江、东方等市（县），以早熟品种为主，主栽品种有台农一号、贵妃芒、金煌芒、白象牙芒等［3］，芒果产业已经成为中国热区农民经济收入的主要途径之一，至2015 年为止，海南芒果种植面积约4.69 万hm2，占全国总面积的40.78%［4］。研究表明，芒果园土壤pH 值和有机质含量偏低，各地果园有机质含量基本为三级及以下水平［5-6］。目前大多数果农为了追求产量和迎合市场需求仅凭经验施肥，大量施用化肥，不仅造成地下水污染和温室气体增加的环境问题，更会导致果园土壤团聚结构破坏，有机质含量降低，容重增加，土壤酸化，及土壤生物多样性降低等不利影响，进而造成产量不稳，品质不佳，果农收益不理想。随着世界芒果生产日益发展和人们对水果营养价值及品质认识的不断提高，水果的品质与安全问题越来越被关注。因此，在保证产量情况下，解决化肥减量并提高芒果品质的问题迫在眉睫。前人研究表明，有机肥部分替代化肥是减肥增效的主要途径之一［7-10］，适当比例的有机无机配施有利于改善稻米的品质，当有机肥比例超过一定值后，可能会导致水稻前期养分不足，后期贪青晚熟［11］。李孝良等［12］研究表明，在化肥减量0%、20%、40%配施有机肥处理中，化肥减量20%可改善玉米生育后期营养状况，提高产量和肥料利用率。张鹏等［13］研究表明，常规施肥量减少20%水肥一体化条件下，芒果的各项品质指标及产量综合得分最高。陈瑞州等［14］探索芒果园化肥减施20%可以提高真菌和放线菌数量，有机肥部分替代化肥可以提高细菌数量。有机肥氮替代10%化肥氮是等肥力棉田增产、稳产、增效的合理施肥方式［15］。臧小平等［16］研究发现，增施有机肥处理使果实可溶性固形物含量提高10.1%～21.6%，Vc 含量提高3.1%～38.4%，可滴定酸含量下降6.6%～16.0%，固酸比提高17.9%～44.9%。尽管围绕芒果园施肥技术，叶片和土壤营养特性研究较多，但是针对有机肥部分替代化肥对芒果产量和品质综合评价的报道较少。本研究以两种不同碳氮比有机肥分别替代10%和20%化肥，通过主成分分析和综合评价得分，综合评价不同施肥方式肥料效应，以期为芒果园产量和品质综合评价提供分析方法，为芒果的提质增效和可持续发展提供理论与实践依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料概况

田间试验于2018 年5 月至2019 年4 月在乐东黎族自治县佛罗农场进行，该农场处于东经108°39′，北纬18°24′，属于热带气候，年平均温度24℃，年降水量约1 600 mm，光热充足，雨量充沛，适宜芒果生长。供试芒果品种为台农一号，树龄20 年生，株行距为3 m×3 m，果园0 ～20 cm 土层的土壤容重为1.60 g/cm3，碱解氮2.63 mg/kg，有效磷25.5 mg/kg，速效钾21.02 mg/kg，有机质2.82 g/kg，pH 值为5.26。土壤类型为海相沉积燥红土。供试有机肥一：发酵纯羊粪，其有机质含量为520.99 g/kg，氮含量7.45 mg/kg，P2O5含量12.92 mg/kg，K2O 含量11.74 mg/kg，C/N 为40.26；供试有机肥二：生物有机肥，其有机质含量为624.34 g/kg，氮含量15.26 mg/kg，P2O5含量55.93 mg/kg，K2O 含量36.70 mg/kg，C/N 为23.70，有效活菌数≥0.2 亿/g（有效菌名称未知）。供试化肥：尿素（N 46.4%）、磷酸二氢钾（P2O552%，K2O 34%）、硫酸钾（K2O 52%）。

1.2 试验设计

在氮磷钾等量施肥条件下有机肥部分替代化肥氮，试验设置5 个处理：常规沟施化肥（CK）、发酵纯羊粪替代10%化肥（10SF）、发酵纯羊粪替代20%化肥（20SF）、生物有机肥替代10%化肥（10BF）、生物有机肥替代20%化肥（20BF），常规施肥量为N 124 kg/hm2，P2O575 kg/hm2，K2O 250 kg/hm2。肥料在攻梢期、催花期和壮果期3 个生理期施入，施肥量分别占总施肥量的30%、40%、30%，有机肥在攻梢期一次施入，化肥氮磷钾在有机肥养分基础上于3 个生理期施入。每个处理4 个小区，每小区4 棵，共16 棵树。试验区除施肥处理以外，其他管理与果园一致。

1.3 试验测定项目与方法

叶片采样方法，在第三次梢叶片长势稳定后，从树体外侧中上部东南西北4 个方向各取2 片第三次梢叶片，每小区16 片叶为一个混合样。果实产量以单株为单位计产，以每个处理的平均值折算每公顷产量。分析样果采摘于树体东南西北4 个方向各1 个，果实大小一致，无病害，每个小区8 个果为一个混合样。用游标卡尺测定果实纵横茎并计算果型指数和体积［17］。将芒果擦拭干净放置自然成熟。随机取样测定品质指标。果实抗坏血酸：草酸浸提，2，6- 二氯靛酚滴定法测定；果实总酸度：酸碱滴定法测定；果实可溶性糖：3，5- 二硝基水杨酸比色法；果实可溶性固形物：折射仪法。

果型指数=纵茎/最大横茎

可食率（%）=（果肉质量/果实质量）× 100

加权单价（元/kg）=标准果［18］单价×标准果率+小果单价×（1-标准果率）

1.4 数据处理

采用Excel 2013 和SPSS 20.0 进行数据整理和方差分析，采用Duncan＇s 法分析差异显著性（α=0.05）。运用SPSS 20.0 对X1芒果体积、X2单果重、X3可食率、X4糖酸比、X5固酸比、X6维生素C、X7冠幅、X8产量、X9肥料效益9 个指标标准化后，进行主成分分析，得到主成分得分系数矩阵，利用公式1 计算提出的主成分得分，利用公式2 计算综合得分［19］。

式中，Zm指第m 个主成分，ZXij表示第i 个处理的第j 个指标的标准化数据，Cmj表示第m 个主成分对应第j 个指标的得分系数；Di为各处理多个性状指标的综合评分值，Fmi为第i 个处理第m 个主成分的分值，Em为第m 个主成分的方差贡献率。

2 结果与分析

2.1 营养生长期间叶片矿质养分含量对有机肥部分替代化肥的响应

在营养生长阶段，第三次梢叶氮含量最高，钾含量次之，磷含量最少；各有机肥替代处理氮含量与CK 差异不显著，10%替代处理的氮含量高于20%比例；相较于CK，磷含量除20SF 处理显著降低外，其他处理均无显著差异，说明在树体营养生长阶段20SF 处理的磷供应低。各处理钾含量排序：20BF＞10BF＞20SF＞CK＞10SF，与CK 相比，20BF 和10BF 分别增加了43.92%和32.07%，可见，生物有机肥可以促进树体对钾元素的吸收，提高第三次稍叶片中钾元素含量，发酵纯羊粪对磷元素的供应低。

2.2 对果实植物学性状的影响

如表1 所示，在芒果成熟期，各处理与纯化肥相比果实含水量、横径、侧径、果型指数差异不显著；10BF 处理的果实纵径较CK 增加了2.57%，达到显著水平，各处理纵径排列：10BF＞20BF＞20SF＞CK＞10SF；与CK 相比，其他各处理的芒果体积差异不显著，10BF 显著高于10SF 体积，且生物有机肥10%和20%替代化肥处理的芒果体积均大于纯羊粪相应处理，10BF 最大；说明生物有机肥对芒果纵向生长和体积增加有促进作用。

图1 不同施肥处理营养生长阶段叶片养分的差异

表1 芒果成熟期不同处理的果实生物学性状

2.3 对果实产量和经济收益的影响

2.3.1 不同施肥处理对产量的影响

由表2 可知，等量施肥条件下，20BF 处理单果重显著高于CK 和20SF，单果重排序：20BF＞10BF＞CK＞20SF＞10SF。与CK 相比，10SF、20SF、10BF、20BF 处理的产量依次增加了30.91%、13.63%、22.10%、1.06%，同一种有机肥条件下，10%替代比例处理的产量高于20%比例；10SF 处理的产量最高，为19.78 t/hm2，各处理产量排序：10SF＞10BF＞20SF＞20BF＞CK。与CK 相比，10BF 和20BF 处理的标准果率分别提高了7.13%、13.75%，纯羊粪替代两个处理均低于CK。可见生物有机肥可以提高芒果单果重和标准果率，发酵纯羊粪可提高芒果产量，但单果重和标准果率降低。

2.3.2 不同施肥处理的经济效益

由于果实产量与果实数量相关性很大，单纯以表观产量估算肥料产值与实际不符，故以标准果率为权重对芒果单价进行加权计算，得出加权单价。按标准芒果商品价格10 元/kg，小芒果商品价格5元/kg，常规施肥尿素801.9 元/hm2，磷酸二氢钾4 276.8 元/hm2，硫酸钾1 143.5 元/hm2，发酵纯羊粪价格800 元/t，生物有机肥4 000 元/t，计算各施肥处理的肥料效益。由表2 得知，10SF 芒果肥料效益最高，达到102 884 元/hm2，较CK 增加了29.06%，10BF 较CK 增加了23.02%，仅次于10SF。可见10%替代比例处理的经济效益更高。

表2 不同处理的芒果产量及经济效益

2.4 不同有机肥部分替代化肥对芒果果实内在品质的影响

由表3 可知，在等量施肥条件下，10BF 处理的果实可食率最高，达到72.12%，较CK 增加4.8%；10%替代比例下，生物有机肥处理的果实可食率高于纯羊粪处理。10BF 可滴定酸含量较CK 降低了31.82%，较10SF 处理降低41.86%。10BF 可溶性固形物含量最高，与CK 相比差异达到显著水平，各处理排序为10BF＞20BF＞10SF＞20SF＞CK。10BF的糖酸比均显著高于CK、10SF、20BF，增幅分别为63.34%、92.28%、53.66%。10BF 的固酸比均显著高于CK、10SF、20BF，增幅分别为54.81%、86.09%、52.51%。与CK 相比，10SF 处理的Vc含量增加了49.81%，20SF 增加25.45%，20BF 处理降低了20.63，各处理Vc 含量排序：10SF＞20 SF＞10BF＞CK＞20BF。10BF 处理可食率、可溶性糖、可溶性固形物、糖酸比、固酸比均最高，可滴定酸最低，说明生物有机肥替代10%化肥处理对芒果品质有正效应，可以显著提高芒果内在品质。

表3 不同施肥处理芒果鲜果品质指标差异

2.5 不同处理果实品质效益综合评价

2.5.1 各指标的主成分分析

将不同施肥处理的芒果果实植物学性状、产量和品质性状指标数据标准化，利用SPSS 软件进行主成分分析，结果如表4，前2 个主成分的累计方差贡献率为76.926%，即前2 个主成分所含信息占总信息量的76.926%，且2 个主成分的特征值均大于1，表明前2 个主成分可以用于不同施肥处理肥料效应综合评价。由表4 知，主成1 主要作用的是芒果体积、单果重、可食率、糖酸比、固酸比、Vc，方差贡献率为43.529%；主成分2 主要作用的是冠幅、产量、肥料效益，方差贡献率为33.397%。

通过得分系数和标准化后的数据可以将主成分表示为两个线性组合：

表4 主成分得分系数列表、贡献率及累计贡献率

2.5.2 不同施肥处理肥料效应的综合评价

本研究以主成分1 和主成分2 分别作横纵坐标做成散点图（图2），可直观地揭示不同施肥处理肥料效应综合分布状况。由于各主成分的方差贡献率不同，所以在进行评价施肥效果时，还要结合主成分的贡献率，来协调好不同主成分之间的侧重关系。以各主成分方差贡献率为权重，利用公式（2）计算不同处理各个指标的2 个主成分综合得分Dn，表5 显示，在等量施肥条件下，4 个有机肥部分替代化肥与纯化肥处理在芒果上的肥料效应的综合排序：10BF＞20BF＞20SF＞10SF＞CK。

图2 不同施肥处理的主成分二维图

表5 不同施肥处理的肥料效应综合得分

3 讨论

3.1 叶片矿质养分含量对不同有机肥部分替代化肥的响应

叶片是多年生作物最理想的营养诊断部位，叶片矿质元素在营养生长和生殖生长期含量稳定，能代表树体营养状况，根据叶片同化产物的分配原理，养分分配具有就近原则，果实离顶蓬叶最近，顶蓬叶的养分含量直接影响果实生长发育［20-22］。李晓天等［23］研究表明，台农芒果叶片达到成熟后氮磷钾年平均含量分别在11.11 ～20.67、0.91 ～1.35、1.26 ～7.93 g/kg 范围，并提出果树在开花结果时需要大量补充氮和钾两种元素，磷只要保证基本需要即可。本研究各处理叶片大量元素含量依次是氮、钾、磷，与李晓天研究一致，10BF 处理叶片氮磷钾含量均略高于李晓天台农叶片养分含量标准，说明生物有机肥替代10%化肥可以充分补充芒果生长发育需要的养分。典型相关分析获得影响苹果品质的主要是叶片养分因子，单果质量、果实硬度、可溶性固形物、果形指数均受叶片中钾和磷含量的影响，果实可滴定酸与氮钾含量有关［24］。在等量施肥条件下，生物有机肥替代处理叶片钾和氮含量均高于相应替代比例发酵纯羊粪处理，说明不同种类有机肥对芒果根系氮钾吸收和运输影响力不同，这有可能与有机肥C/N 不同有关，生物有机肥C/N 为23.70，发酵纯羊粪C/N 为40.26，C/N 高的有机物料在分解过生中微生物用于自身繁殖消耗的养分与释放至芒果根际供给根系吸收的养分形成竞争［25］，且生物有机肥中含有大量有效菌，有益于改善根系环境。研究中第三次梢叶片中，20BF 处理钾含量最高，10BF 处理次之，可能是有机肥中含钾量高，且含有大量有效菌，有益微生物在根际定殖并形成优势菌，可以抑制有害微生物生长，并且向作物根际土壤微生态环境分泌各种代谢产物，刺激植株地上部与地下部生长［26］，在一定范围内，植株对钾素的吸收和转运能力随着有机肥的比例增加而增强。钾元素在光合作用和生理调节过程中起重要作用，也是提高作物抗逆性、改善果色、提高果质的重要元素［27］。在多种肥料对芒果产量和经济效益的试验中，钾肥能显著提高芒果的经济效益，在芒果的经济效益中创收最高［28］。

3.2 对果实植物学性状的影响

田益华等［29］在探究有机肥施肥量对“夏黑”葡萄果实发育的影响中发现，施用有机肥在花后40 d 可以增加果实的横径、纵径和果实的生长速度，果实粒重也随之增加。本试验中不同有机肥处理对于果实纵径、横径、果形指数、体积的影响较小，但总体上生物有机肥处理优于发酵纯羊粪处理。果形指数与单果质量受叶片中钾和磷含量的影响［24］，植物细胞分裂和增殖与磷元素有关［30］，在果实生长过程中叶片养分向果实转移，生物有机肥处理的叶片磷钾均高于发酵纯羊粪处理。生物有机肥对芒果的纵横径影响相对大一些，这可能是该有机肥中含有有机小分子对芒果果皮和果肉细胞分裂有促进作用。因此，生物有机肥替代10%化肥可以增加果实体积，拉长芒果果实纵径，使得芒果外形修长，改善商品果外形。

3.3 对果实产量和经济效益的影响

影响产量的因素有很多，单果质量是影响产量的最重要因子，单果质量越大，单花序果实数目越少［31］。在小麦、番茄、卷筒青、茶等多种作物的研究中表明，有机肥与化肥配合施用可以提高作物产量和经济效益［32-36］。果实生长在幼果期果实内部物质积累，在膨大期果实细胞生理代谢活动最为旺盛，矿质营养供应充足是果实健康生长的必要条件［37］。本研究从产量和肥料效益来看，相较于CK，10SF 的增幅均最大，10BF 次之，10SF 虽然产量和肥料效益最高，但其单果重小，小果率很高。发酵纯羊粪与化肥配施可能在花期提供的养分较多，增加花序数目，提高结果数量，但果实之间养分竞争，使果实体积和重量较小；生物有机肥与化肥配施在果实膨大期对树体供应养分充足，通过促进芒果纵向生长和体积增加提高单果重，增加标准果率。20BF 产量增幅小，原因一可能是有机肥养分投入整体表现出报酬递减的趋势，随着有机肥等投入量增加，果实产量呈不同程度地先增后减的趋势［38］，由于有机肥的肥效后效作用，20%的有机肥比例可能已经超过了最佳产量的施肥量；原因二可能是20BF 处理在当季营养生长阶段遭受龙卷风影响，其产量有可能受此影响。20BF 经济效益低，主要是因为生物有机肥的成本较高。因此，生物有机肥通过提高单果重提高产量，而发酵纯羊粪通过增加果实数量提高产量；生物有机肥替代10%化肥经济效益仅次于低成本发酵纯羊粪替代10%化肥处理。

3.4 不同有机肥部分替代化肥对芒果果实内在品质的影响

果实可溶性固形物、可滴定酸、维生素C、固（糖）酸比等是评价果实内在品质的重要指标，其含量的高低决定芒果营养价值和风味，进而影响芒果的商品价值。施用有机肥可提高可溶性固形物、可溶性糖及Vc 含量，降低可滴定酸含量［39-41］。有机肥在果树生产中可以改善果实品质，因为有机肥中矿质养分全面，富含有机质和有机酸，可以活化土壤养分，能改善土壤性状，促进微生物活动，为果树提供良好的生长发育环境，有助于维持良好的果实风味［42］。本研究中，10BF 处理可食率、可溶性固形物、可溶性糖、糖酸比、固酸比均最高，可滴定酸最低，这与臧小平等［16］研究一致。这可能是生物有机肥中含有大量功能菌，功能菌的迅速繁殖优化土壤微生物种群结构，加快了土壤有机物质的分解和有效养分的活化，进而促进植株根系及地上部的生长，提高芒果产量且改善果实品质［43］。生物有机肥、纯化肥和发酵纯羊粪处理的Vc 含量依次增加，这与很多增施有机肥可以提高果实Vc 含量的结论不相同。闫超等［44］研究表明枣果生长成熟过程中，可溶性固形物、可溶性糖、氨基酸、矿质元素随着枣果生长逐步积累，维生素C 含量逐步下降，可见生物有机肥处理的芒果成熟度高于纯化肥和发酵纯羊粪处理，发酵纯羊粪处理的果实成熟度最低，因此，生物有机肥可以提高芒果单果重和果实成熟程度，对果实品质改善起重要作用。

3.5 不同处理果实品质效益综合评价

由于原始指标测定计量单位不同，数据的量纲也不一致，及对评价体系的正、负影响，无法直观对各种施肥方式的肥料效应做出优劣比较，故利用主成分分析对各个代表指标进行综合评分［16］，综合分析不同施肥处理芒果果型、内在品质以及产量和经济效益，生物有机肥替代10%化肥时芒果综合得分最高，施肥效果最佳。本研究结果基于芒果的一个生长周期，如用于推广应用，需进一步验证分析。