沙性土壤设施桃树减肥增效技术研究

仇美华，郭德杰，马 艳，王光飞，梁永红

（1江苏省耕地质量与农业环境保护站，南京 210029；2江苏省农业科学院农业资源与环境研究所/农业农村部长江下游平原农业环境重点实验室，南京 210014）

0 引言

桃产业在黄河流域和黄河故道农村经济建设及提高农民收入方面发挥了重要作用，已成为农村重要支柱产业之一。设施桃树反季节栽培，可提前上市经济效益高，因此栽培面积逐年扩大。徐州丰县属黄河故道，设施桃树面积2000 hm2以上，该地区是典型黄河故道沙性土壤。笔者对丰县设施桃树主产区的本底调研结果显示，未腐熟粪肥施用普遍且化肥施用过量，土壤有机质含量偏低，速效磷钾养分过高。这与黄河流域东营市果树产区土壤现状一致[1]。沙性土壤有机质含量低，缓冲性能差，易因养分高而呈现盐渍化[2]。丰县设施桃树主产区已有近一半土壤呈现轻度盐渍化。另外，桃树过度施用化肥会导致桃品质下降[3]。因此，对沙性土壤设施桃树进行化肥减施增效技术研究具有必要性。

未腐熟有机物料本身带病原菌，易引起商品性差及病果率高[4]，且未腐熟有机物易引起沙土盐渍化[2]。多项研究表明，通过施用腐熟有机肥进行培肥可显著提升土壤有机质，利于桃树根系生长和养分吸收，有利于桃园可持续生产[1,5-6]。微生物肥料也可以改善土壤肥力，促进桃树养分吸收，提高果实品质[7]。合理的化肥氮磷钾养分投入也是保证桃产量和品质的有效措施，例如适当减施磷钾化肥[8-9]。另外，适当增加化肥施用次数也可提高化肥肥料利用率[10]。丰县设施桃树沙性土壤生物活性差，习惯性施用未腐熟粪肥而非腐熟有机肥。另外，氮磷钾化肥施入养分量、比例及时间等均不合理。对此，笔者推测丰县设施桃树增施有机肥和生物有机肥及平衡施入化肥氮磷钾养分会在减施化肥基础上提质增产。

本研究在丰县设施桃树主产区选取代表性大棚，以当地常规施肥为施肥对照，探究有机肥、生物有机肥、平衡施肥及三者技术集成在减施30%化肥的基础上对桃产量和品质的影响，并从对土壤化学和微生物学性状的影响对其进行剖析，以期为沙性土壤设施桃树合理施肥提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点

试验在江苏省徐州市丰县宋楼镇设施桃树基地开展。该区域为黄河故道，土壤为典型沙质土壤。选取种植年限5年的设施桃树大棚进行试验，土壤基础性状为：pH 8.18；电导率494.6 μS/cm；有机质18.6 g/kg；铵态氮 13.4 mg/kg；硝态氮 78.2 mg/kg；有 效 磷171.6 mg/kg；速效钾321.8 mg/kg。

1.2 供试材料

未腐熟干牛粪为当地设施桃树常用有机物料，购于当地养牛场。商品有机肥购于江苏盈丰佳园生物技术有限公司，主要堆肥原料为牛粪、果渣等。干牛粪和商品有机肥基本性状见表1。商品有机肥中添加本实验室TV41木霉菌剂和L3芽孢杆菌菌剂至有效菌浓度均为2×107CFU/g，即为生物有机肥。供试桃树为‘中油4号’油桃，树龄为5年，种植密度为4500棵/hm2。供试复合肥为15-15-15、25-13-7及16-6-24。供试冲施肥为金正大12-8-40和16-8-34。

表1 供试有机肥基本性质

1.3 试验设计

试验设置5个处理，每个处理3个重复小区，每个小区28棵桃树，小区随机排列。CK为常规施肥处理，OF为有机肥处理，BOF为生物有机肥处理，BF为平衡施肥处理，MF为减肥增效技术模式处理。技术模式处理集成了商品有机肥、生物有机肥和平衡施肥。各处理具体施肥见表2。2019年9月25日行间撒施有机类肥和15-15-15后旋耕翻地。2020年2月25日花前期采用施肥枪树冠投影内追施复合肥25-13-7。2020年3月30日膨大前期树冠投影内穴施追施复合肥16-6-24。2020年4月30日膨大后期采用施肥枪树冠投影内追施冲施肥12-8-40或16-8-34。2020年5月中旬收货桃，按小区统计产量和单果重。

表2 各处理肥料及养分投入 kg/hm2

果实成熟期每小区4棵桃树均采集果实样品，取桃树外围中上部成熟桃果实，东西南北4个方向各1个，16个桃果实作为1个样品。收获结束两个月后每个小区取12个点0-30cm的土样，12个点包含4个株间点、4个树冠边缘向内30 cm点和4个行内点，12个点土样混为1个土样。

1.4 测定项目与方法

1.4.1 土壤化学性状分析 土壤pH采用土水比=1:5浸提，用pH计测定；电导率采用土水比=1:5浸提，用电导仪测定；有机质含量采用重铬酸钾氧化法测定；硝态氮含量采用紫外分光光度法测定；有效磷含量采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定；速效钾含量采用乙酸铵浸提-火焰光度法测定[11]。

1.4.2 土壤细菌和真菌数量 应用qPCR技术测定土壤细菌和真菌数量[12]。

1.4.3 土壤微生物碳源利用分析 采用Biolog-Eco生态测试板测定土壤微生物碳源利用能力[13]。孔平均颜色变 化 率 (average well color development，AWCD)和Shannon物种多样性指数(H)的计算如式(1)～(3)。

记Var(^mH(x))=Vn(x),Bias(^mH(x))=E(^mH(x))-m(x)=Bn(x),则m(x)核估计^mH(x)的均方误差为

式中，Ci为各反应孔在590 nm的光密度值；R为Eco板对照孔A1的光密度值；Ci-R小于零的孔计算中记为零；Pi表示有碳源的孔与对照孔A1的光密度值之差与整板总差的比值。

1.4.4 果实品质 将桃果实鲜样研磨后采用蒽酮比色法测定可溶性糖含量；采用氢氧化钠滴定法测定可滴定酸含量；采用紫外分光光度法测定硝酸盐含量[14]。

1.5 数据处理

测定数据经Microsoft Excel 2016软件整理后，用SPSS 19.0软件进行统计分析和相关性分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理对桃产量和单果重的影响

各处理产量与单果重如图1。与CK相比，OF、BOF、BF和MF处理分别能增产1.51、1.14、0.50 t/hm2和3.01 t/hm2，其中MF处理为显著增产。CK、OF、BOF、BF和 MF处理单重果分别为 88.1、88.0、87.4、85.9、88.8 g/个，处理间无显著差异，但BF处理单果重最小。因此，各减肥增效技术均能在一定程度上提高产量，而技术集成具有明显的增产效果，平衡施肥增产效果最弱且降低了单果重。

图1 不同处理桃产量与单果重

2.2 不同处理对桃果实品质的影响

各减肥增效处理对桃果实可溶性糖和可滴定酸含量影响较小（表3），OF和MF处理表现为略增加可溶性糖含量，增加值分别为0.65%和0.78%。而BF处理略降低了0.61%的可溶性糖含量。果实硝酸盐含量处理间差异明显，与CK相比，OF处理降低了22.8 mg/kg硝酸盐，BOF和MF显著降低了48.6、37.5 mg/kg硝酸盐，而平衡施肥可显著减少58.5 mg/kg硝酸盐。综合而言，技术集成改善品质效果最佳，其次为有机肥和生物有机肥，最后为平衡施肥。

表3 不同处理桃果实品质

2.3 不同处理对土壤化学性状的影响

表4 为不同处理的土壤化学性状。减肥增效处理均略增加土壤pH，OF和MF处理略增加硝态氮含量，但减肥增效处理与CK处理pH和硝态氮含量均未到达显著差异。OF、BOF和MF可分别提高1.27、0.51、1.20 g/kg有机质，而BF降低了0.31 g/kg有机质。与CK相比，各减肥增效处理均能降低土壤电导率、有效磷和速效钾，其中BOF和BF为显著减低。BF处理最为显著，能降低92.9 μS/cm电导率、61.2 mg/kg有效磷和104.6 mg/kg速效钾。其次为BOF处理，能降低84.7 μS/cm电导率、33.0 mg/kg有效磷和93.1 mg/kg速效钾。OF和MF对土壤电导率、有效磷和速效钾削减效果较为一致，电导率分别减少53.8、58.2 μS/cm、有效磷减少21.7、24.4mg/kg及速效钾减少58.5、74.0mg/kg。可见，MF处理改善土壤化学性状效果最佳，可削减土壤过高的盐分和养分并提高有机质含量，还有一定的保氮效果。BF处理削减土壤盐分和养分效果最显著，但略减少土壤有机质含量。

表4 不同处理土壤化学性状

2.4 不同处理对土壤微生物性状的影响

与CK处理相比，各减肥增效措施均能提高土壤细菌和真菌数量（图2）。OF、BOF、BF和MF处理能增殖32.57%、56.66%、1.82%和73.24%细菌数量，其中BOF和MF为显著增殖。OF、BOF、BF和MF处理能增殖16.57%、16.25%、7.06%和27.71%真菌数量，其中MF为显著增殖。土壤微生物活性和多样性分别以Biolog-Eco生态板培养第四天的AWCD和Shannon物种多样性指数(H)结果作为判定（图3）。BOF和MF能显著增加土壤微生物活性，OF也可增加土壤微生物活性，BF仅略增加土壤微生物活性。对于微生物多样性，各减肥增效处理均表现为显著增加，其中MF处理微生物多样性最高，其次为BOF处理。因此，MF改善土壤微生物性状效果最佳，其次为OF和BOF处理，BF也具有改善土壤微生物性状效果。

图2 不同处理土壤细菌和真菌数量

图3 不同处理土壤平均颜色变化率(AWCD)和Shannon物种多样性指数(H)

2.5 养分投入、产量及土壤性状间的相关性分析

表5 显示有机肥养分及土壤有机质与产量呈显著正相关，而土壤微生物学指标细菌数量、真菌数量、微生物活性(AWCD)及多样性指数(H)与产量呈显著或极显著正相关。化肥养分与果实硝酸盐含量呈极显著正相关，土壤盐分和养分指标电导率、有效磷和速效钾与果实硝酸盐含量呈显著或极显著正相关。表6显示养分投入又与土壤性状关系密切。化肥养分与电导率、速效磷和速效钾含量呈极显著或显著正相关，而与土壤微生物活性和多样性呈极显著或显著负相关。有机肥养分与土壤微生物学指标呈显著或极显著正相关，另外也与土壤有机质含量呈极显著正相关。可见，减肥增效处理改善产量和果实硝酸盐与其化肥、有机肥投入及对土壤化学和微生物学性状的影响密切相关。

表5 产量及品质与养分投入、土壤性状的相关性系数

表6 投入养分与土壤性状的相关性系数

2.6 肥料投入与产出效益分析

根据各处理化肥和有机类肥购买与用工成本及桃销售额计算经济效益，见表7。各处理肥料购买成本依次为BF＜CK＜BOF＜OF＜MF，而肥料用工成本依次为CK＜BOF＜OF＜BF＜MF。MF处理肥料购买成本和用工成本均最高，分别为2.22万、0.83万元/hm2。OF处理肥料购买成本较高，为2.08万元/hm2。BF肥料购买成本最低，为1.05万元/hm2，但用工成本高于CK处理0.10万元/hm2。销售额与肥本差值则依次为CK＜OF＜BF＜BOF＜MF，因此MF处理经济效益最好，其次为BOF和BF处理。

表7 不同处理肥料投入与产出效益分析 万元/hm2

3 结论

有机肥、生物有机肥、平衡施肥和技术集成均能在减施30%化肥的条件下增产和提高经济效益，其中技术集成增产增效效果最佳。平衡施肥通过节约成本和保产来提高经济效益，合理的基追比和施肥时期能平衡土壤氮磷钾养分。有机肥通过提高土壤有机质和改善土壤微生物学性状进而增产，但因成本较高，经济效益不显著。生物有机肥显著改善土壤微生物学性状改善，增产效果较好，且成本不高，因此也具有良好的经济效益。技术集成则综合了有机肥、生物有机肥和平衡施肥的优势，合理施入化肥平衡土壤养分，增加土壤微生物数量、活性及多样性，同时提高土壤有机质，虽然肥本高于常规施肥但经济效益最高。

4 讨论

本试验区域的设施桃树因过量施用化肥导致土壤速效磷钾养分过高和盐分较高。未腐熟有机物料在土壤中分解产生大量含盐离子，当地农户习惯性常年施用未腐熟粪肥也会加重土壤盐渍化[2,4]。试验土壤电导率已接近500 μS/cm，呈现轻度盐渍化。本试验中有机肥处理在减施395 kg/hm2化肥养分基础上增施433 kg/hm2有机氮磷钾养分，但仍降低了土壤盐分并适当削减了速效磷钾养分。这是因为施用腐熟有机肥不易引起土壤养分和盐分过高[15]，且显著提高了土壤有机质含量进而增强了土壤缓控性[9,16]。有机肥处理对土壤微生物数量、活性和多样性也有良好的改善效果，这与其提高有机质和降低盐分有关。应用有机肥可在增产较为显著的基础上改善果实可溶性糖和硝酸盐含量，是一种良好的替代化肥措施。

通过施肥和土壤本底调研我们得知当地化肥投入基追比过高，磷钾养分施用偏多，其次是化肥氮养分。沙性土壤保氮性差，且设施桃树在夏秋季揭膜，氮肥易随雨水流失[17]，因此本底速效氮含量并不高。而氮肥对桃树生长影响很大[18]，分次施入氮肥可显著提高氮肥利用率[10]。另外，虽然磷肥投入多，但磷素过量后易被土壤固定变为非有效态[19-20]。因此，本试验采用了平衡施肥处理，即基肥减施一半化肥氮磷钾，花前期增施一次高氮肥，膨大前后期适当减化肥磷钾。结果显示，平衡施肥削减土壤盐分和养分效果最佳，且没有降低土壤速效氮含量。平衡施肥虽无增施腐熟有机肥，但对土壤微生物性状有一定的改善效果，这可能与其削减土壤过高盐分和养分相关。尽管平衡施肥略增加了桃产量并显著削减了果实硝酸盐，但略降低果实单重和可溶性糖含量，这应该与其显著降低速效钾含量相关。因此，平衡施肥处理还需进一步优化。

生物有机肥处理减施化肥量与有机肥处理一致，而有机氮磷钾投入养分明显少于有机肥处理，因此电导率、速效磷钾含量也低于有机肥处理。但生物有机肥处理产量与有机肥处理较为一致，这应该与生物有机肥处理微生物数量、活性和多样性最佳相关。在土壤养分含量充足的情况下，土壤微生物性状更能敏感反应土壤肥力质量[16,21-22]。刘春燕等[23]和张姗姗[7]等报道生物菌肥可以提高产量和改善品质，与之相符我们的研究显示生物有机肥替代化肥可增产并改善果实硝酸盐品质。

技术模式处理增产效果最佳，该技术模式集成了有机肥、生物有机肥和平衡施肥，在确保化肥氮磷钾平衡施入的同时改未腐熟牛粪为腐熟有机肥和生物有机肥。该技术模式可显著降低土壤盐分并适当削减土壤速效磷钾，同时还能提高有机质含量和易流失的速效氮含量。另外，对土壤微生物性状改善效果略强于生物有机肥处理，对果实品质的改善效果略强于其余减肥增效处理。因此，该技术模式综合效果最佳，是一种高效减肥增效技术模式。

相关性分析显示，化肥投入易引起土壤盐分和速效磷钾养分增加，细菌和真菌数量及微生物活性和多样性降低。另外，化肥投入养分和总投入养分易引起果实硝酸盐含量增加，不利于果实品质。有机类肥投入不易引起盐分和速效磷钾养分积累。沙性土壤氮易损失和微生物性状差，有机类肥料可有效改善提高土壤保氮性并改善微生物多种指标。土壤速效磷钾养分和盐分对产量没有正向影响作用，而土壤微生物数量、活性和多样性对产量正向影响显著。因此，减肥增效处理主要通过适当降低速效磷钾增加有机质和速效氮，显著改善土壤微生物性状，进而增加桃产量。换言之，减肥增效措施主要通过改善土壤生物肥力并调整土壤化学肥力进而提质增产。

结合各处理产量和肥本进行经济效益分析得知，有机肥处理虽然增产效果良好，但肥料购买和用工成本明显增加，该技术经济效益受市场影响较大，销售价高则经济效益良好，销售价低则反而降低经济效益。平衡施肥虽增加了肥料用工成本，但明显减少了购买成本，鉴于平衡施肥增产较少，因此适用于销售价低的桃产区。生物有机肥肥本适中，增产效果较佳，因此在销售价高或低时均施用，但生物有机肥应用效果有一定的不确定因素[24]。技术模式处理销售额大且经济效益最高。但值得注意的是其肥料购买成本和用工成本最大，因此售价过低时经济效益会降低，该技术模式需要连年实施以加大增产效果及经济效益。

沙性土壤设施桃园长年应用未腐熟农家肥和过量施用化肥，引起土壤盐分和速效磷钾养分偏高，而速效氮和有机质含量不高，微生物性状差。有机肥、生物有机肥和平衡施肥均有增产增效作用，其作用原理也有所差异。三者技术集成效果最佳，适时适量投入化肥氮磷钾平衡土壤养分，有机肥弥补土壤不足的有机质，生物有机肥显著改善土壤微生物性状，土壤化学和生物肥力均得到显著改善。但针对不同地域种植模式和周边资源等实际情况，技术集成还应考虑果园生草[25]、残枝粉碎还田[26]、施用沼液[3]及袋控缓释肥[27]等技术。