有机肥培肥方式对‘红美人’柑橘园生态效应的影响

温明霞，王 鹏，吴韶辉，黄 贝

（浙江省柑橘研究所，浙江 台州 318026）

0 引言

中国柑橘栽培面积和产量均居世界首位，为增加农民收入、促进经济发展做出了巨大贡献。但柑橘园普遍偏施化肥、少施有机肥、养分投入不平衡等原因会造成柑橘园土壤板结、酸化、肥力下降、树体衰弱、黄化等问题，严重阻碍了柑橘产量和品质的进一步提升。研究柑橘园合理的培肥方式，探索种植绿肥、施用有机肥对柑橘园生态环境、土壤肥力以及果实品质的影响，对于揭示有机肥培肥土壤机理和促进柑橘园可持续发展具有重要的指导意义。大量研究结果表明，长期不合理的施肥会对柑橘园土壤造成不利影响，而施用有机肥和种植绿肥在改善土壤理化性质、维持土壤养分平衡、改善土壤微生物活性等方面具有较大的优势[1]；种植绿肥还能降低地表光照度，减缓热量向深层土壤的传递从而阻止果园在高温季节土壤温度的迅速上升和在低温季节土壤热量的迅速散失，起到缓和果园地温的作用，增加果园对外界温度的缓冲性能，起到保水和抗旱作用[2]。

紫云英是一种豆科绿肥，富含有机质、氮、磷、钾等养分，具有固氮作用，常套种于水稻田中，改良和培肥土壤[3]。紫云英对培肥果园土壤、改善果实品质等作用的报道主要集中于葡萄[4]。在柑橘等其他果树上，主要以果园套种三叶草、黑麦草等的研究较多，套种紫云英的相关报道相对较少，且大多研究主要集中于种植绿肥对果园生态效应的单项技术研究，将施用饼肥等其他有机肥进行对比的试验研究相对较少，同时种植绿肥和施用有机肥对土壤肥力的影响机制是否存在差异，尚不明确。本研究以‘红美人’杂柑为研究对象，以传统清耕的自然裸露果园为对照，研究种植紫云英、施用腐熟饼肥对柑橘园土壤肥力、土壤微生物碳、氮、磷以及果实品质的影响，探讨有机肥培肥土壤的生物学机制，以期为柑橘园合理施用有机肥和紫云英及其在果园中的进一步推广应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于台州市黄岩区宁溪镇‘红美人’杂柑（‘天草’ב南香’）设施栽培柑橘园（北纬28°35′，东径120°58′），属亚热带季风气候，温和湿润、雨量充沛、四季分明，气候条件优越。年平均气温17℃，1月最冷，平均气温6℃，极端最低气温-6℃，7月最热，平均气温27.8℃，极端最高气温38.1℃，平均无霜期259天，年降水量1519 mm，年降水日数为167天，年平均相对湿度82%，年蒸发量为1360.4 mm，常年以西北风为主。试验前柑橘园的基本土壤肥力状况为土壤pH 5.10，土壤有机质28.1 g/kg，碱解氮68.3 mg/kg，有效磷107 mg/kg，速效钾87.8 mg/kg，交换性钙0.91 cmol/kg，交换性镁0.27 cmol/kg。树龄7年，砧木为枳砧。

1.2 试验方法

试验于2016年10月开始，连续进行3年。试验采用单因素随机区组设计，设3个处理：（1）清耕裸露（对照，CK）：保持果园地面裸露无杂草；（2）种植紫云英（绿肥），秋季播种，第2年盛花期刈割还田，鲜草还田量为22.5 t/hm2，冬季进行土壤深翻；（3）腐熟的菜籽饼肥（饼肥）作为基肥施用，3750 kg/hm2。所有处理施用化肥用量及田间管理保持一致。具体施肥情况为春季（3月上旬—4月下旬）450 kg/hm2尿素+900 kg/hm2三元复合肥(15-15-15)，夏季（7月中下旬）450 kg/hm2三元复合肥(15-15-15)+450 kg/hm2硫酸钾，冬季 450 kg/hm2三元复合肥(15-15-15)+225 kg/hm2尿素。每20株为1个试验小区，重复3次，一个处理共60株树。

1.3 样品采集

在每个试验小区的20株中随机选择5株树势基本一致的柑橘树为样品采集树。2019年11月30日于树冠垂直滴水线附近4个方位各取1个点，5株树共计20个点（避开施肥穴），用木铲采集0～30 cm土层土样，混合均匀后用四分法取1 kg带回实验室备用。同时在树冠中部四周采摘正常果实，每株4果，5株树的20个果为一个样品，每处理3次重复。样品采集后带回实验室后用去离子水清洗干净，用滤纸吸去果面上的水分，装于塑料袋中贮藏待用，测定时每样品重复2次。

1.4 测定方法

1.4.1 土壤样品 土壤有机质用外加热重铬酸钾容量法；土壤速效氮用碱解扩散法；土壤速效磷用氟化铵-盐酸浸提-钼锑抗分光光度法；土壤速效钾用乙酸铵浸提-原子吸收分光光度法；土壤有效钙、镁采用1 mol/L NH4OAc浸提-原子吸收分光光度法；土壤有效硼用热水浸提-姜黄素分光光度法；土壤微生物量碳、氮、磷的测定采用氯仿熏蒸浸提法；采用铝盒烘干法测定土壤含水量，土壤温度采用地温计法。具体测定方法参照《土壤农化分析》[5]。脲酶活性采用靛酚蓝比色法，过氧化氢酶活性采用0.1 mol/L高锰酸钾滴定法，酸性磷酸酶活性采用磷酸苯二钠比色法，硝酸还原酶采用紫外分光光度法测定[6]。

1.4.2 果实品质 果皮厚度测量时，将果实由果实横截面最大处横切，在果皮横截面处随机选取3处进行测量，取平均值即为果皮厚度；单果重及果肉鲜重采用称重法测定，可食率是果肉鲜重与单果重之比；总酸用NaOH中和滴定法；糖含量用斐林氏滴定法；维生素C用2,6-二氯靛酚滴定法；可溶性固形物采用手持糖度计测定，具体测定方法参见文献[7]。

1.5 数据分析

采用Excel和SPSS 13.0软件进行相关分析和差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 对土壤肥力的影响

如表1所示，与CK相比，绿肥和饼肥处理均可提高土壤肥力，土壤有机质含量均显著高于对照，绿肥和饼肥处理分别比对照高14.2%和19.5%，说明在提高土壤有机质含量方面，绿肥和饼肥有着相同的功效；土壤速效氮、磷、钾含量呈现出一致的规律，表现为饼肥＞绿肥＞CK，三者之间差异显著；而有效钙、镁、硼含量则表现为绿肥＞饼肥＞CK，说明饼肥处理在增加土壤大量元素含量方面效果较好，而绿肥处理在增加土壤中量元素含量方面效果较好。

表1 绿肥和饼肥处理对土壤肥力的影响

2.2 对土壤酶活性的影响

土壤酶是土壤的重要组成部分，来源于土壤中动物、植物根系和微生物的细胞分泌物以及残体的分解物，参与土壤的生物化学过程，与土壤肥力密切相关。酶活性常用来表征土壤酶的存在和酶促反应速度，以评估土壤某些营养物质的转化情况和土壤肥力状况，与土壤有机质含量和微生物数量有关。过氧化氢酶酶促过氧化氢的分解，有利于防止它对生物体的毒害作用，脲酶参与尿素的降解，与氮肥尿素的水解密切相关；酸性磷酸酶则参与土壤的磷素循环，硝酸还原酶酶促硝态氮还原成氨，可以用于评估氮素转化的程度[8]。活跃的土壤酶活性有助于提高土壤有效养分的含量，利于柑橘根系对土壤营养的吸收利用。

由表2可知，饼肥和绿肥处理的过氧化氢酶活性高于对照，但两者之间差异不显著，说明绿肥和饼肥可以加速土壤中过氧化氢的分解，减少对土壤中根系及生物的毒害；绿肥和饼肥对酸性磷酸酶活性影响不大，三者之间差异不显著；土壤中脲酶、硝酸还原酶活性表现出一致的规律，饼肥和绿肥处理均显著高于对照处理，三者之间差异显著，说明饼肥和绿肥均能加速土壤中氮素的转化。

表2 绿肥和饼肥对土壤酶活性的影响

2.3 对土壤微生物碳、氮、磷的影响

由表3可知，土壤微生物碳、氮、磷含量均表现为绿肥和饼肥处理高于对照，说明种植绿肥和施用饼肥能够促进物质转化和循环，增加土壤中微生物量碳、氮、磷含量，可以为微生物的生长提供丰富的营养物质。

表3 绿肥和饼肥对土壤微生物量碳、氮、磷的影响mg/kg

2.4 对土壤温度和含水量的影响

图1结果表明，土壤温度随着土层深度的增加而降低；在土层深度为0～10、10～20 cm，不同处理的土壤温度表现为对照最高、绿肥最低，绿肥和饼肥处理的土壤温度均低于比对照，在土层深度为0～10 cm时，绿肥、饼肥的土壤温度分别比对照低3.9、4.4℃，在10～20 cm时，绿肥、饼肥的土壤温度分别比对照低2.6、3.2℃；土层深度为20～40 cm时，绿肥和饼肥的土壤温度分别比对照低2℃和1.6℃，两者之间差异不显著。

图1 不同土层的土壤温度

如图2所示，不同处理的土壤含水量随土层深度的增加而升高，土层深度为0～10 cm时，绿肥、饼肥处理的土壤含水量分别为23.3%和21.3%，均显著高于对照(20.7%)；土层深度为10～20 cm时，不同处理的土壤含水量表现为绿肥＞饼肥＞CK，处理之间差异显著；土层深度为20～40 cm时，绿肥和饼肥处理的土壤含水量显著高于对照，两者之间差异不显著。

图2 不同土层的土壤含水量

2.5 对柑橘果实品质的影响

如表4所示，绿肥和饼肥处理的果皮厚显著低于对照，而可食率、总糖和维生素C含量均显著高于对照，两者之间差异不显著，说明绿肥和饼肥均能起到改善果实品质的作用，并且在对果实品质的改善方面，它们的功效相当。

表4 绿肥和饼肥对柑橘果实品质的影响

3 结论

柑橘园种植绿肥和施用饼肥均能增加土壤中微生物含量，提高土壤酶活性，从而改善土壤肥力，提高果实品质。种植绿肥处理在降低柑橘园0～20 cm土壤温度和提高土壤含水量方面效果较优，可以用于干旱季的保水降温，减轻伏旱。

4 讨论

土壤酶是具有高度催化作用的生物催化剂，常以蛋白质形态存在，参与土壤中的生物化学过程[9]，既是土壤有机物转化的执行者，又是植物营养元素的活性库[10]。土壤酶活性能够及时反映土壤生物的改变和土壤营养循环过程的速率[11]，常作为土壤生产力[12]、土壤生物功能多样性以及微生物活性潜力的指标[13]，研究土壤的供肥能力，常用土壤酶活性高低作为评判的辅助指标[14]。本试验对土壤中的硝酸还原酶、脲酶、过氧化氢酶等活性进行分析，结果表明，种植绿肥和施用饼肥处理的酶活性均高于对照，且土壤有机质等肥力指标含量较高，最终对柑橘果实品质产生较好的影响，说明活跃的土壤酶活性有助于提高土壤有效养分的含量，利于柑橘根系对土壤营养的吸收利用，果实品质得以改善[15]。这与许多研究结果一致[16-17]，但前人的大多研究结果主要集中于一种有机培肥模式，如生草栽培、种植不同类型的绿肥对土壤有机质、酶活性、微生物活性等的影响[18-19]，或者是施用不同的腐熟有机肥以及配施化肥等对土壤肥力及土壤微域环境等的影响研究[20-21]，把种植绿肥和施用有机肥同时放在一起进行对比的试验相对较少。本试验克服了以往单纯研究某种培肥方式的单一性，通过试验探明种植绿肥还田以及直接施入腐熟饼肥对土壤及果实品质的影响，研究结果可以为柑橘园进行多种有机培肥方式提供参考。

在0～20 cm土层，种植绿肥处理的土壤温度较低，含水量较高，原因在于果园种植绿肥后，土壤的结构得到改善，土壤的渗水性和持水能力增加[22]，高温季节能降低土壤极端高温，减少土温变幅，对土温变化起缓冲作用[23]。在增加高温干旱季果园土壤含水量和降低地表土壤温度方面，种植绿肥的效果优于施用饼肥处理，原因在于种植的绿肥在夏季进行覆盖还田，避免了太阳直射对地面的伤害，减少了地表水分的蒸发，从而有利于土壤含水量的保持，避免了土壤温度的大幅度变化。本试验仅对一个高温时段的土壤含水量及温度进行了检测，在一定程度上反映了不同培肥方式对柑橘园保水降温的作用，但未对其作用机理进行详细探究，建议在后续工作中加强对数据的系统跟踪采集，结合绿肥在覆盖还田过程中土壤肥力及微生物环境的动态变化，丰富种植绿肥改善柑橘园土壤微域生态环境的机理研究。

国内的有机肥资源丰富[24]，但目前的利用效率较低，不同绿肥、有机肥由于养分含量等存在差异[25]，在技术推广时应该针对每种有机肥的培肥特点进行分类考虑，充分发挥其优势互补作用。在发展种养结合循环农业及合理施用有机肥过程中，建议加强有机肥料资源收集、技术开发及有机肥相关设施的标准化建设研究。