协同作物提质增效和土壤地力提升的最佳氮素有机替代比例探索

2022-06-02周维杰李钟淏李婷玉巫和义刘斌高伟阮云泽

热带农业科学 2022年5期

周维杰　李钟淏　李婷玉　巫和义　刘斌　高伟　阮云泽

1. 海南大学热带作物学院，海南海口 570228;2. 攀枝花市农业农村局，四川攀枝花 617000;3. 攀枝花市农林科学研究院，四川攀枝花 617000

摘要：晚熟芒果是攀枝花市重要的支柱产业，但近年由于生产中重化肥轻有机肥，导致果园质量退化，酸化现象严重、芒果品质下降。在前期研究和调研的基础上，根据攀枝花晚熟芒果及果园土壤的特点，选择了低、中、高3个肥力等级的芒果园，通过两年田间试验探索了晚熟芒果在不同氮素有机替代比例及优化施肥技术的作物产量、品质及土壤地力提升效果。结果表明：1）总体来说，当氮素有机替代比例为40%时，所有果园芒果产量和果实品质最佳，产量和氮肥偏生产力显著高于传统、氮磷钾优化及100%全量替代处理，Vc含量显著高于其他处理。而替代比例为100%时，低肥力和高肥力果园产量显著下降，氮肥偏生产力显著低于其他替代比例处理，同时会导致土壤磷养分的过量累积。2）随着替代比例的升高，土壤有机质含量增加，土壤pH增加。通过主成分分析得出，各处理的土壤地力水平，随着有机替代的比例增加而逐渐增加，替代比例为100%时，综合得分最高，其次是部分替代处理，传统施肥和优化施肥处理低于有机替代处理。3）综合作物产量、品质及土壤地力，不同土壤肥力下最佳的有机替代比例不同，低肥力和高肥力土壤短期内有机替代比例不宜較高，否则产量显著下降。通过芒果的产量、品质、土壤地力水平等因素综合分析，攀枝花晚熟‘凯特芒果最优氮素有机替代比例为40%，替代比例过低无法有效提高土壤地力并改善作物品质，而替代比例过高容易导致养分供给不足，作物减产，特别是在土壤养分含量及有机质较低的低肥力果园，由于土壤保肥能力低，须在增施有机肥的同时保证充足的无机养分供应，着重碳氮协同优化。

关键词：芒果;有机氮素;无机氮素;果实产量;果实品质;土壤地力中图分类号：S667.7 文献标识码：A

Optimal Nitrogen Organic Replacement Ratio for Synergistic Crop Quality and Efficiency Enhancement and Soil Fertility Enhancement-Taking Panzhihua Mango as an Example

Abstract： Late-ripening mango is an important pillar industry in Panzhihua. In recent years， due to heavy chemical fertilizer application and light organic fertilizer application， the orchard quality degrades， acidification phenomenon is serious and mango quality declines. In this paper， on the basis of research and investigation， according to the characteristics of the mature mango orchard soil in Panzhihua， low， medium and high fertility level of mango orchards were treated with different nitrogen organic replacement ratio for two years to optimize the fertilization technology for crop yield， quality and soil fertility promotion effect. In general， the fruit yield and fruit quality were the best in all orchards when the nitrogen organic replacement ratio was 40%， significantly higher than those of traditional， NPK optimization and 100% total replacement treatments， and the Vc content was significantly higher than those in other treatments. When the replacement ratio was 100%， the yield of low-fertility orchards and high-fertility orchards decreased significantly， and nitrogen partial productivity was significantly lower than that of other replacement ratios， which also resulted in excessive accumulation of soil phosphorus. Soil organic matter content and soil pH increased with the increase of substitution ratio. Through principal component analysis， the soil fertility level of each treatment increased gradually with the increase of the proportion of organic replacement. When the proportion of organic replacement was 100%， the comprehensive score was the highest， followed by the partial replacement， and the traditional and optimized fertilization treatments were lower than than those of the organic replacement treatments. Considering crop yield， quality and soil fertility， the optimal ratio of organic replacement was different under different soil fertility. Low and high fertility soil should not have a high ratio of organic replacement in the short term， otherwise the yield would decrease significantly. By yield， quality， comprehensive analysis of the factors such as soil fertility levels， the organic replacement ratio of Panzhihua late ‘Keitt mango is 40%， too low organic replacement ratio cant effectively improve the soil fertility and improve fruit quality， and high replacement ratio can easily lead to crop failures in nutrient supply， especially in orchards of low content of soil nutrients and organic matter. Due to the low capacity of soil fertilizer conservation， it is necessary to ensure sufficient inorganic nutrient supply while increasing organic fertilizer application， and emphasizing the coordinated optimization of carbon and nitrogen.4FA17195-34E8-4D05-B0F4-294FFB7FDC47

Keywords： mango; organic nitrogen; inorganic nitrogen; fruit yield; fruit quality; soil fertility

DOI： 10.3969/j.issn.1000-2561.2022.05.018

四川省攀枝花市地处南亚干热河谷气候带，该地区种植的芒果具有纤维少、味甜芳香，质地腻滑、营养丰富等优良品质，占据国内100%的晚熟芒果市场，被国家列为重点扶持发展的优质农产品生产基地^[1-2]。截至2016年底，全市芒果种植面积约3.2万hm²，产量12.5万t^[3]，2020年种植面积超过4.0万hm²，其中超过70%的果园种植品种为‘凯特（Keitt）^[4]，该品种原产于美国佛罗里达州，1995年通过以色列专家引入攀西地区试种，该品种果实大、产量高、生长快、坐果率高，是最重要的栽培品种。

通过在前期实地调研的结果数据显示：目前攀西芒果生产过程中高强度施用化肥现象严重，如56%的农户每年氮肥投入量超过309 kg/hm²，56%的农户每年氮素盈余超过161 kg/hm²。商品有机肥使用率低于55%，18%的农户不施用有机肥，或在施用有机肥后不会减少化肥的使用量，缺乏养分总量调控的意识。重施化肥、轻施甚至不施有机肥导致芒果园土壤肥力下降，产量不稳定，作物品质下滑，严重制约了攀枝花芒果产业的发展。目前超过80%的果园土壤有机质含量低于2.0%，高肥力果园占比不足20%。而全国农产品品质突出的果园基地，其土壤有机质多在2.0%以上^[4-6]，且施用有机肥替代比例也超过年均施肥总量的20%。因此，亟需针对本地土壤和作物养分需求规律，建立有机肥替代化肥的施肥技术体系，指导果农合理施肥，促进攀西晚熟‘凯特芒果产业可持续发展。

施用有机肥能显著改善土壤结构、增加有机质含量并补充有机氮素营养和植物所需的活性物质，促进植物对养分和水分的吸收，从而改善土壤地力和作物品质^[7-13]。但有机肥替代比例对作物产量有较大影响，研究表明，在有机肥全量替代情况下，作物产量会减少5%～34%，同时产量稳定性较差^[14]，而有机无机互作即部分替代无机可以达到比单独施有机或者无机更好的效果，且在一定的替代比例时作物氮素利用效率最高^[15]。此外，土壤条件如土壤养分和有机质含量等都会影响有机肥替代的施用效果，需因地制宜地设计有机肥施用方案，才能达到作物提质增效的目标^[16^-19^]。

目前，有机肥的精准化施用养分管理的难点也是未来重要的突破方向。本研究以攀枝花晚熟‘凯特芒果为研究对象，在攀枝花市的盐边县、米易县、仁和区开展了不同氮素有机替代比例对芒果产量、品质和土壤地力的综合影响，以期为芒果实际生产上的提质增效、有机肥精准管理以及化肥减施提供可靠的科学依据。

1 材料与方法

1.1试验地概况

实验连续开展两年（2018年9月至2020年12月），以四川省攀枝花市芒果主产区3个代表不同土壤地力的果园为试验点，包括二十六度果园（26°28'54"N，101°46'32"E，海拔1308 m）、沃尔森庄园（26°42'37"N，101°48'30"E，海拔1262 m）和苏国虎基地（26°49'90"N，102°08'13"E，海拔1518 m），见图1。年平均日照时数2762.7 h，年平均气温21.2℃，最热月平均气温26.4℃（5月），最冷月平均气温13.1℃（12月），年平均降水量714.8 mm，6—10月降水占全年的90.1%，年平均相对湿度54%^[20]。

3个试验点供试土壤属性见表1，在四川省攀枝花市芒果种植区域内，挑选3个种植基地，挑选标准为3个基地土壤肥力存在明显的梯度差异，其中仁和区二十六度果园为低肥力果园，土壤有机质含量11 g/kg，全氮含量为0.59 g/kg;攀枝花市盐边县沃尔森庄园为中等肥力果园，土壤有机质含量14 g/kg，全氮含量为0.71 g/kg;攀枝花市米易县苏国虎基地为高肥力果园，土壤有机质含量23 g/kg，全氮含量为1.15 g/kg。

1.2材料

1.2.1 供试芒果树芒果品种为‘凯特，属于攀西晚熟品种，树龄在10～15年，种植密度825株/hm²。

1.2.2 供试肥料本试验施用的肥料种类：供试的化肥，氮肥为尿素（N 46%）、磷肥为过磷酸钙（P₂O₅12%）、钾肥为硫酸钾（K₂O 60%），由四川龙蟒大地农业有限公司生产提供。供试有机肥为鸡粪商品有机肥（N 3.0%，P₂O₅1.8%，K₂O 1%，有机质45%，pH 7.58），由攀枝花立新养殖开发有限公司生产提供。

1.3 实验设计

试验共设置6个处理，各处理及肥料用量见表2。Conv.为农民常规施肥处理：株施15∶15∶15的氮磷钾复合肥2.5 kg，总氮和磷钾等大量元素投入量均为374.6 g/株（309 kg/hm²）;NPKopt.为试验优化配方肥处理：株施20∶5∶25的氮磷钾配方肥1.6 kg，总氮用量为320 g/株（264 kg/hm²），磷（P₂O₅）、钾（K₂O）用量分别为80.0 g/株（66 kg/hm²）和400.0 g/株（330 kg/hm²）;20%M、40%M和100%M三个处理是在NPKopt.处理基础上进行不同程度的等氮有机替代处理，其中，20%M和40%M的磷钾用量与试验优化配方肥处理相同，100%M的磷钾用量分别为138.1 g/株（113.9 kg/hm²）和400 g/株（330 kg/hm²），CK为肥料空白處理。4FA17195-34E8-4D05-B0F4-294FFB7FDC47

试验基地种植密度为3 m×4 m，每666.7 m²种植55株，小区总面积648 m²，每个小区选18株，每个处理共3次重复，试验符合随机分布，试验区外设置保护行。有机肥全部作为基肥，在芒果摘果期（摘果后、修枝前，一般是指摘果后的2个月以内）一次性施入，施肥方式为树冠滴水线，挖20～30 cm深环状沟施肥。无机肥料在芒果摘果期的基肥、抽梢期的花肥和挂果期的果肥按照5∶3∶2比例分3次施入。2018年和2019年两年均为同样处理施肥。

1.4评价指标及方法

本研究针对作物产量和品质、养分利用效率及土壤地力对不同优化处理施用效果及差异开展综合性评价。其中作物产量指作物成熟期收获的鲜果实际产量（剔除不可食用的劣果），作物品质包括糖度、有机酸、可食率、维生素C含量、含水率等;养分利用效率采用氮肥偏生产力指标来评估，土壤地力评价指标包括有机质（OM）、全氮（N）、碱解氮（AN）、速效磷（AP）、速效钾（AK）、交换性钙（ECa）、交换性镁（EMg）、有效硼（AB）、细菌（B）、真菌（F）、细菌真菌比值（B/F）。

1.4.1 作物产量和品质的测定作物产量：2019—2020年芒果成熟期时，分别对3个果园的所有处理和小区进行整株摘果测产，测每株芒果果实数量和质量，以及最大和最小单果重，记录商品率。

作物品质：每株选取东、南、西、北及树冠中部5个方位9个无明显病变、大小和成熟度一致的果实进行芒果品质的测定。可溶性固形物测定，将芒果果肉粉碎搅匀后使用糖度计（LB32T）测量。可食率测定，将芒果果实的果皮、果核、果肉分开并测量这三部分的质量。含水率测定，测出芒果鲜果质量以及烘干后的质量而得到。总酸和Vc的测定参照《土壤农化分析》^[2¹^]。

1.4.2 土壤质量指标及测定方法土壤样品采集：在芒果成熟期采集土样。每个处理选取3株芒果树，用土钻于树冠滴水线附近随机选取3点钻取距地表0～40 cm耕作层土壤，3个土混成一个样，每个处理分3个重复，剔除石砾、树枝、枯草等杂物后过2 mm筛，部分样品置于4℃下保存备用供于土壤微生物测定，部分样品风干后用于土壤化学特性的测定。土壤可培养细菌及真菌的数量均通过稀释涂布法测定^[2²^]。土壤理化性质测定方法参照《土壤农化分析》^[2¹^]。测定指标包括土壤pH、有机质含量、碱解氮、速效磷、速效钾、交换性钙镁。

1.4.3 微生物培养基配方 LB培养基（1L）：酵母粉10 g、蛋白胨20 g、琼脂20 g、NaCl 20 g，并用NaOH将pH调至7.0，121℃高压灭菌20 min。

马丁氏培养基（1L）：蛋白胨5 g、葡萄糖10 g、琼脂20 g、KH₂PO₄1.0 g、MgSO₄0.5 g、孟加拉红0.033 g、氯霉素0.1 g，121℃高压灭菌20 min。

1.4.4 养分利用效率肥料偏生产力（PFP），指施用某一特定肥料下作物产量与施肥量的比值，它是反映当地土壤基础养分水平和化肥施用效应的重要指标。

氮肥偏生产力^[^23-^24]=施氮产量/施氮量。

试验数据使用IBM Statistics SPSS 25.0软件进行分析。其中显著性分析采用单因素方差分析，多重比较采用LSD（P<0.05）^[25];聚类分析采用系统聚类分析;主成分分析（PCA），先对数据进行标准化，然后使用因子分析，经过计算得到相关坐标和主成分得分。试验数据处理和图表使用Excel 2016软件、Origin 2018软件和Arc Map 10.5软件。

2 結果与分析

2.1不同土壤肥力下不同施肥处理对芒果产量及养分利用效率的影响

不同土壤肥力下各处理对芒果产量的影响如图2所示，施肥能显著增加不同肥力果园的产量，且土壤肥力越高，有机无机配合施用后的产量增幅越大。低、中、高肥力果园年平均产量分别为28.4、32.5、37.7 kg/株。3个果园均在有机替代比例40%时，芒果产量增幅最大，此时低、中、高肥力果园年平均产量较农户常规施肥分别增加

76.6%、89.3%、65.1%。当替代比例为100%时，芒果产量最低，其中低肥力果园年平均产量较农户常规施肥仅增加1.5%，高肥力果园不增反减，其年平均产量较农户常规施肥降低19.4%，这主要由于以缓效形态为主的有机氮素养分有效性低，在一定程度上限制了当季作物对养分的充分利用，导致在100%有机替代时作物减产，尤其在供氮能力较低的低肥力果园和产量较高、需肥较高的高肥力果园上表现尤为明显。

不同土壤肥力下各处理对氮肥偏生产力的影响如图3所示，相同的施肥处理在不同土壤肥力下，土壤肥力越高的氮肥偏生产力越高，且土壤肥力越高，有机无机配合施用后的氮肥偏生产力增幅越大。低、中、高肥力果园年平均氮肥偏生产力分别为89.9、105.3、124.5。3个果园均在有机替代比例40%时氮肥偏生产力增幅最大，此时低、中、高肥力果园年平均氮肥偏生产力较农户常规施肥分别增加106.7%、121.6%、93.2%，中肥力果园年平均氮肥偏生产力增幅最大。当替代比例为100%时年平均氮肥偏生产力最低，此时低肥力果园和高肥力果园降幅最大，中肥力果园降幅最小。4FA17195-34E8-4D05-B0F4-294FFB7FDC47

通过对连续两年的数据分析发现，低肥力果园，第1年不同施肥处理间芒果产量和氮肥偏生产力无显著差异，第2年不同施肥处理间开始出现显著差异，在有机替代比例40%时芒果产量和氮肥偏生产力显著高于其他处理;中肥力果园表现稳定，芒果产量和氮肥偏生产力在不同施肥处理下，连续2年差异性表现一致，在有机替代比例40%时芒果产量和氮肥偏生产力最高;高肥力果园各处理间差异较大，且第2年比第1年的差异更大，在有机替代比例40%时，芒果产量和氮肥偏生产力最高。在不同土壤肥力下，40%的有机替代比例均可显著增加芒果产量和养分利用效率（氮肥偏生产力）。

2.2不同氮素有机替代比例对芒果产量及养分利用效率的影响

有机无机配合施用的情况下施氮量减少45 kg/hm²，芒果产量反而显著增加，但不同有机替代比例下芒果的产量水平不同，其中40%有机替代比例下作物产量、果实数量最高。如表3所示，综合所有果园两年试验结果，20%和40%的有机肥替代处理均能提高芒果的产量和个数，而替代比例为100%时，芒果产量和数量显著下降。芒果产量显著性差异从高到低依次为40%M、20%M> NPKopt.、100%M>Conv.。芒果数量显著性差异

从高到底依次为40%M >20%M、Conv.、NPKopt.、100%M。40%的有机替代处理较农户习惯和氮磷钾优化处理果实产量分别增加75.3%、45.0%，较20%和100%有机替代处理增加产量23.3%和55.1%。果实数量中40%有机替代处理较传统处理和氮磷钾优化处理果实数量分别增加76.8%、和46.8%，较20%和100%有机替代处理果实数量增加34.1%和55.2%。氮肥偏生产力是反映当地土壤基础养分水平和氮肥利用情况的有效评价指标，两年中不同有机替代比例氮肥偏生产力不同，显著性差异从高到低依次为40%M>20%M、NPKopt.、100%M > Conv.。可见，合理的有机加无机替代施肥模式有利于提高芒果产量及氮肥偏生产力，而40%的替代比例最理想。

2.3不同氮素有机替代比例对芒果品质的影响

不同处理间果实品质如表4所示。其中果实商品率各处理间没有显著性差异，但是可以看到随着氮素有机替代比例的升高，芒果商品率也有所提升。Vc含量中40%有机替代处理显著高于其他处理，较传统和氮磷钾优化处理Vc含量分别增加了34.6%和33.3%，较20%和100%有机替代处理分别增加27.3%和22.6%。糖酸比中有机替代与传统及氮磷钾优化处理间无显著差异。有机替代20%～40%能显著提高芒果可食率、降低含水量，有机替代40%能显著提高芒果Vc含量，同时有机替代的3个处理均会增加芒果总酸的含量，降低芒果糖酸比，增加食用风味。

2.4不同氮素有机替代比例对土壤地力的影响

2.4.1 不同氮素有机肥替代比例对土壤养分和微生物的影响土壤是一个由生物和非生物组成的复杂综合体。土壤地力水平是土壤的本质和屬性，是土壤生产力的主要表征。有机无机氮素配合施用有利于提高土壤有机质含量，改善土壤微生物环境及群落结构，进而提升土壤地力水平，但是单一的评价指标并不能全面体现土壤地力的改变。本研究综合土壤养分、pH、有机质及生物活性如微生物数量和结构等指标来反映土壤地力条件，并采用主成分分析和聚类分析综合评价了不

同处理对以上指标的影响。

不同氮素有机替代比例对土壤养分和微生物数量的影响如表5、6所示。40%和100%有机替代处理的土壤有机质含量整体显著高于无机肥料处理和不施肥处理，但20%有机替代无法显著提高土壤有机质含量。土壤pH值随着有机替代比例增加而升高，说明有机肥可有效减缓土壤酸化。有机替代处理土壤中的可培养细菌和真菌的数量显著高于无机处理和不施肥处理，且随着替代比例的增加而升高，同时有机替代也能提高土壤细菌与真菌的比值。土壤氮磷钾总养分各处理间无显著差异。

2.4.2 综合评价通过对8个土壤化学性质指标和3种土壤可培养微生物指标组成的土壤生物肥力指标进行主成分分析，利用主成分评分来表示不同处理的土壤地力水平综合得分排序。如表7所示，主成分P1在pH值、有机质、速效磷、速效钾、真菌6个指标上有较高的载荷，说明因子1主要反映了这6个指标的信息，与pH值呈负相关关系;主成分P2在碱解氮、交换性镁2个指标上有较高的载荷，说明因子2主要反映了这2个指标的信息。根据主成分分析的变换矩阵：A_i=P_i/?λ_i（A：主成分载荷矩阵，P：因子载荷矩阵，λ：特征值）。得到特征向量A后，将得到的

特征向量与标准化后的数据相乘，得出主成分F得分表达式：

F₁=?0.337 zpH+0.363 zOM+0.226 zAN+0.378 zAP+0.338 zAK?0.303 zECa?0.241 zEMg+ 0.324 zAB+0.134 zB+0.340 zF?0.241zB/F4FA17195-34E8-4D05-B0F4-294FFB7FDC47

F₂=0.316 zpH+0.148 zOM+0.468 zAN?0.182 zAP+0.274zAK?0.193zEMg+0.476 zEMg?0.239 zAB+0.366 zB+0.195zF+0.242zB/F

式中：zpH～zB/F为标准化的pH、有机质、碱解氮、速效钾、速效磷、交换性钙、交换性镁、细菌数量、真菌数量、细菌真菌比值。

将各土壤生物肥力指标标准化的数据分别代入相应的主成分函数表达式中，得到 6 种不同施肥处理在各自2个主成分上的得分情况（图4）。结果显示，各施肥处理在以PC1（PC1反映的指标）和PC2（反映的指标）所代表的土壤地力指标上，均随着有机替代比例的增加而升高，各施肥处理土壤地力水平大小依次为100%M> 40%M>20%M>Conv.≥NPKopt.>CK。在本研究中具体模型为：F总= 0.57654F₁+0.22641F₂。结果显示（图5），有机肥100替代处理土壤的综合得分（F总）最大，20%和40%有机替代处理依次递减，传统和氮磷钾优化处理相差不大，不施肥处理最小。

通过计算得出各处理的F综合得分，以欧氏距离为衡量土壤养分差异大小的依据，采用组间联接法将土壤养分水平的亲疏相似程度进行系统聚类，通过聚类分析得出的树状图（图6）可以看出，不同有机替代比例的处理聚合为一簇，不施肥或者单施化肥的处理聚合为一簇。在有机替代的处理中全量替代处理单独为一簇，部分有机替代处理聚合在一起;在不施肥或者单施化肥的处理中不施肥的CK处理单独为一簇，施用化肥处理聚合在一起。这与试验不同处理土壤的主成分分析结果一致。

通过主成分综合得分（图5）结果和聚类分析（图6），按照等距d= （F_综_max|+|F_综_min|）/4计算

将土壤地力水平划分为4个质量等级。通过计算得等距d= 0.395，土壤地力系统划分为如下4个质量等级：一等{100%有机替代处理}，综合得分范围为（0.505，0.900）;二等{20%和40%有机替代处理}，综合得分范围为（0.110，0.505）;三等{传统和氮磷钾优化处理}，综合得分范围为（?0.285，0.110））;四等{不施肥处理}，综合得分范围为（?0.680，?0.285）。

3 讨论

由于长期过量施用化肥，导致土壤质量退化和生产能力降低、作物产量和品质下降^[^26-^33]，因此利用有机无机肥配合施用并优化施肥量和施肥方式，是指导我国农业生产合理施肥、维持土壤可持续利用以及农业可持续发展的必然趋势^[17-19]。早在18世纪土壤化学研究者就已经发现作物可以有效利用土壤中有机形态氮素，特别是在矿化速率很低的自然生态系统中，研究发现氨基酸态有机氮对植物的氮营养贡献高达50%以上（FINZI^[34];NASHOLM^[35];NORDIN^[36]）。但是有机肥分解缓慢长效，单纯施用有机肥并不能满足作物生长前期的养分需求，且全量替代情况下会增加作物减产的风险^[37]，结合巨晓棠等^[38]合理施氮原则，需要在不同土壤肥力下，探索其合适的有机替代比例来指导生产。

3.1氮素有机替代对作物产量和品质的影响

本研究通过田间实地研究发现40%的氮素有机替代比例作物增产提质效果最好，与传统处理和其他有机替代处理相比可以有效增加芒果的产量22%～103%，增加果实数量25%～120%，2019年平均株产量为46.1 kg和2020年平均株产量为47.8 kg，均高于秦达逵等^[39]对凯特芒果的平均测产结果35.7 kg/株，而替代比例为100%时，2019年平均株产量为29.1 kg和2020年平均株产量为22.9 kg，均低于平均测产结果，产量显著下降。尤其是对于低肥力果园，当替代比例为100%时，不但没有增产反而造成减产，而高肥力果园替代比例100%时相较替代比例40%时的产量也显著下降。这一结果与ZHANG^[16]2020年的研究一致，该研究发现有机肥替代比例≤40%时作物氮素利用率最高，增产潜力最大。本试验中，当有机替代比例為40%时，氮肥偏生产力显著高于其他处理，而当有机替代比例为100%时，氮肥偏生产力显著低于替代比例20%和40%，说明过高的有机替代比例会降低氮肥的利用效率。

目前很多有机替代无机的研究都是在同一肥力水平下展开的，而在不同肥力水平下，其适宜的替代比例是否存在差异，即低、中、高肥力的土壤是否应该采取不同的替代比例，这一类的研究较少。本研究根据作物需求优化了氮磷钾的施用量，化肥用量减少36%，优化后的施肥方案施氮量为264 kg/hm²。研究结果表明，低肥力果园由于土壤养分和有机质本底值较低，如果直接将全部的速效无机养分替换成缓释的有机养分，会导致当季作物养分供应不足，产量下降，固应该施以适量的化肥保证当季作物的速效养分供给，然后再增施有机肥，来提升土壤肥力，以保证和提高芒果产量。对于产量较高的高肥力果园，全量有机替代同样会大幅度降低芒果产量，可以选择20%～40%有机替代无机，来减少化肥的投入量，同时保证高产并显著提高作物品质如可食率和还原性Vc的含量。但本研究目前仅为两年的结果，有机肥料长期持续还田的增产、增效和提质效果有待进一步探究，也有研究指出在高量有机肥持续还田情况下，作物产量水平并不低于传统处理^[4^0-45^]。这可能由于有机氮素矿化形成的无机氮素随着施用年限的增加得到累积，显著地提高了土壤中养分的有效性。4FA17195-34E8-4D05-B0F4-294FFB7FDC47

3.2氮素有机替代对土壤地力的影响

不同地力对优化施肥的响应程度不同，肥力越高的果园在有机无机配合施用后产量增幅越高，这与杜盼等^[46]研究结果一致。因此对于果园来说，提升土壤地力水平是非常重要的。施用有机肥可以有效提高土壤有机质含量，但本研究发现有机替代比例超过20%才能显著增加有机质含量，这与王一鸣等^[21]和GUO等^[47]研究相一致。此外，有机肥的施用可以缓解土壤酸化，且土壤pH随着替代比例的增加而增大，有效缓解土壤酸化导致的重金属毒害、作物根系发育不良、土壤微生物多样性下降以及线虫等病害^[40-41]。目前不同类型和替代比例的有机肥施用对改善土壤pH的研究缺乏系统性，但已有的研究多次证明了这一效果，如汪吉东等^[48]在水稻土上的研究表明增施鸡粪可使土壤pH及酸碱缓冲容量上升^[49]，主要与土壤盐基累积量及有机质含量的提高有关。

当下的养分管理中，有机肥全量替代化肥并非最佳方案，一方面会造成作物减产，同时有机肥全量替代会造成磷素的大量累积和污染^[43-45]。如本研究中有机肥的全量替代，选取的有机肥为鸡粪，含磷量为1.8%，当有机肥全量替代时，磷素养分的投入量高达113.9 kg/hm²，是优化施肥磷投入量的2倍，带来磷素的过量盈余，因此有机肥最适宜的投入比例须根据作物对氮磷养分的需求规律综合判断。

4 结论

本研究在有机氮肥替代20%、40%和100%的无机氮肥情况下，探索了芒果产量、品质和土壤地力的改变。主要发现点如下：

1）当替代比例为40%时芒果产量和果实品质产量显著高于传统、氮磷钾优化及100%全量替代处理，Vc含量最高。

2）在低、中、高肥力果园上，都是替代比例为40%时作物产量最高，同时氮肥偏生产力最高，当替代比例为100%时，低肥力和高肥力果园产量显著下降，氮肥偏生产力显著低于其他替代比例处理。

3）随着有机替代比例的升高，土壤有机质含量增加且土壤pH升高。但只有替代比例超过20%时土壤有机质才得以显著提升。从主成分综合得分分析，各处理的土壤地力水平随着有机替代的比例增加而增加，替代比例为100%时综合得分最高。

通过对芒果产量、品质、土壤地力水平等因素综合分析，攀西晚熟凯特芒果最优氮素有机替代比例为40%，综合效果显著优于无机肥优化处理及其他有机替代比例处理，不建议采用全量有机替代，一方面会导致作物减产，同时作物品质也不优于部分替代，且容易造成磷素累积和污染。对于不同肥力果园，低肥力果园由于土壤保肥能力低，须在增施有机肥的同时保证充足的无机养分供应，才能保证当季的芒果产量不下降，但随着土壤地力的提升，或有充足碳源供应时可以适当增加替代比例。

参考文献

[1] 韦会平，赵牧，田金凤，李勇，刘文权，王丹，何妍羲. 四川攀西干热河谷区芒果叶中芒果苷含量变化规律研究[J]. 南方农业学报， 2016， 47（12）： 2134-2138.WEI H P， ZHAO M， TIAN J F， LI Y， LIU W Q， WANG D， HE Y X. Mangizferin content variation of mango leaves in dry-hot valley area of Panxi region， Sichuan[J]. Journal of Southern Agriculture， 2016， 47（12）： 2134-2138. （in Chinese）

王松标，詹儒林，赵家华，郭学红，武红霞，姚全胜. 金沙江干热河谷晚熟芒果产业化发展对策[J]. 热带农业科学， 2010， 30（5）： 36-39.WANG S B， DAN R L， ZHAO J H， GUO X W， WU H X， YAO Q S. Countermeasures for industrialization development of late ripening mango in Jinshajiang dry-hot valley[J]. Chinese Journal of Tropical Agriculture， 2010， 30（5）： 36-39. （in Chinese）
刘斌，王松標，李鑫，苏穆清，马海洋，武红霞，周毅刚，马小卫. 攀枝花市成龄芒果园土壤肥力评价[J]. 热带作物学报， 2020， 41（1）： 1-6.LIU B， WANG S B， LI X， SU M Q， MA H Y， WU H X， ZHOU Y G， MA X W. Assessment of soil fertility in the mango orchards of Panzhihua， Sichuan， China[J]. Chinese Journal of Tropical Crops， 2020， 41（1）： 1-6. （in Chinese）
周晓霜，胡雨林，苏畅，孙璞. 四川省攀枝花市芒果产业现状及优势分析[J]. 山西农经， 2015（2）： 24-25.ZHOU X S， HU Y L， SU C， SUN P. Analysis of mango industry status and advantages in Panzhihua city， Sichuan Province[J]. Shanxi Agricultural Economy， 2015（2）： 24-25. （in Chinese）
王立刚，李维炯，邱建军，马永良，王迎春. 生物有机肥对作物生长、土壤肥力及产量的效应研究[J].土壤肥料， 2004（5）： 12-16.WANG L G， LI W J， QIU J J， MA Y L， WANG Y C. Effect of biological organic fertilizer on crops growth， soil fertility and yield[J]. Soil and Fertilizer Sciences in China， 2004（5）： 12-16. （in Chinese）
袁嘉玮，张健，薛琴琴，张鹏飞，张战备，王玉香，段国琪，杨印斌，梁哲军. 运城市苹果主产区丰产果园土壤养分状况分析[J]. 山西农业科学， 2019， 47（6）： 1034-1039.YUAN J W， ZHANG J， XUE Q Q， ZHANG P F， ZHANG Z B， WANG Y X， DUAN G Q， YANG Y B， LIANG Z J. Study on the state of soil nutrient of high-yield apple orchards in the major production area of Yuncheng[J]. Journal of Shanxi Agricultural Sciences， 2019， 47（6）： 1034-1039. （in Chinese）
KHALIQ A， ABBASI M K， HUSSAIN T. Effects of integrated use of organic and inorganic nutrient sources with effective microorganisms （EM） on seed cotton yield in Pakistan[J]. Bioresource Technology， 2006， 97（8）： 967-972.
沈慧，姜凤岐，杜晓军，郭浩，王世忠. 水土保持林土壤肥力及其评价指标[J]. 水土保持学报， 2000， 14（2）： 60-65.SHENG H， JIANG F Q， DU X J， GUO H， WANG S Z. Study on soil fertility of water and soil conservation forest and its evaluation indexes[J]. Journal of Soil and Water Conservation， 2000， 14（2）： 60-65. （in Chinese）
丘秀灵，刘正富，阮云泽，茶正早，罗微，孟磊. 海南胶园土壤肥力评价及影响因素分析[J]. 广东农业科学， 2009（9）： 81-85.QIU X L， LIU Z F， RUAN Y Z， CHA Z Z， LUO W， MENG L. Evaluation of soil fertility and influencing factors in first generation rubber plantation of Hainan[J]. Guangdong Agricultural Sciences， 2009（9）： 81-85. （in Chinese）
韦莉莎. 不同肥料对芒果产量及经济效益的影响分析[J]. 农业与技术， 2017， 37（10）： 8.WEI L S. Effects of different fertilizers on mango yield and economic benefit[J]. Agriculture and Technology， 2017， 37（10）： 8. （in Chinese）
臧小平，林兴娥，周兆禧，谭琳，葛宇，戴敏洁，马蔚红. 不同施肥方案对芒果果实品质与土壤肥力的影响[J]. 亚热带植物科学， 2015， 44（2）： 146-149.ZANG X P， LING X E， ZHOU Z X， TAN L， GE Y， DAI M J， MA W H. Effects of different fertilization treatments on quality of mango fruit and soil fertility[J]. Subtropical Plant Science， 2015， 44（2）： 146-149. （in Chinese）
程宁宁. 金煌、红金龙芒果营养特性及肥料效应研究[D]. 海口：海南大学， 2010.CHENG N N. Study on nutrient characteristics and fertilizer effect of mango of Jinhuang and Hongjinlong[D]. Haikou： Hainan University， 2010. （in Chinese）
周修冲，刘国坚，姚建武，艾绍英， Sam Portch，莫文雄. 芒果营养特性及平衡施肥效应研究[J]. 土壤肥料， 2000（4）： 13-16.ZHOU X C， LIU G J， YAO J W， AI S Y， PORTCH S， MO W X. Study on nutrition characteristic of mango and the effects of balanced fertilization[J]. Soil and Fertilizer Sciences in China， 2000（4）： 13-16. （in Chinese）
SEUFERT， V， RAMANKUTTY N， FOLEY J. Comparing the yields of organic and conventional agriculture[J]. Nature， 2012， 485（7397）： 229-232.
KNAPP S， VAN DER HEIJDEN M G A. A global meta-analysis of yield stability in organic and conservation agriculture[J]. Nat Commun， 2018， 9（1）： 3632.
ZHANG X， FANG Q， ZHANG T， ET A L. Benefits and trade-offs of replacing synthetic fertilizers by animal manures in crop production in China： A meta-analysis[J]. Global Change Biology， 2020， 26（2）： 888-900.
崔月贞，吴玉红，郝兴顺，张春辉，秦宇航，王晓娥，杨云霞. 不同有机氮替代部分无机氮对水稻产量及土壤微生物的影响[J]. 西北农业学报， 2019， 28（10）： 1689-1697.CUI Y Z， WU Y H， HAO X S， ZHANG C H， QIN Y H， WANG X E， YANG Y X. Effects of partial replacement of chemical fertilizer by organic manure on rice yield and soil microorganisms in Hanzhong Basin[J]. Acta Agriculturae Boreali-occidentalis Sinica， 2019， 28（10）： 1689-1697. （in Chinese）

4FA17195-34E8-4D05-B0F4-294FFB7FDC47

[18] 林新坚，王飞，蔡海松，林戎斌，何春梅，李清华，李昱. 不同有机肥源对土壤微生物生物量及花生产量的影响[J]. 中国生态农业学报， 2009， 17（2）： 235-238.LIN X J， WANG F， CAI H S， LIN R B， HE C M， LI Q H， LI Y. Effects of different organic fertilizers on soil microbial bio m ass and yield of peanut[J]. Chinese Journal of Eco-Agr ic ulture， 2009， 17（2）： 235-238. （in Chinese）

[19] 郭振，王小利，徐虎，段建军，张雅蓉，李渝，蒋太明. 长期施用有机肥增加黄壤稻田土壤微生物量碳氮[J]. 植物营养与肥料学报， 2017， 23（5）： 1168-1174.GUO Z， WANG X L， XU H， DUAN J J， ZHANG Y R， LI Y， JIANG T M. A large number of long-term application of organic fertilizer can effectively increase microbial biomass ca rbon and nitrogen in yellow paddy soil[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers， 2017， 23（5）： 1168-1174. （in Chinese）

[20] 罗成德. 金沙江干热河谷气候特征及其避寒旅游资源[J]. 乐山师范学院学报， 2017， 32（8）： 46-51.LUO C D. Climate characteristics of dry and hot valley of Jinsha River and its tourism resources[J]. Journal of Leshan Normal University， 2017， 32（8）： 46-51. （in Chinese）

[21] 鲍士旦. 土壤农化分析[M]. 3版. 北京：中国农业出版社， 2000.BAO S D. Soil agrochemical analysis 3rd Ed[M]. Beijing： China Agriculture Press， 2000.

[22] 王一鸣，赖朝圆，张汉卿，阮云泽，赵艳，王蓓蓓. 有机氮替代部分无机氮对香蕉生产和土壤性状的影响[J]. 土壤， 2019， 51（5）： 879-887.WANG Y M， LAI C Y， ZHANG H Q， RUAN Y Z， ZHAO Y， WANG B B. Effects of partial substitution of chemical nitrogen with organic fertilizer on banana production and soil properties with serious disease incidence[J]. Acta Pedologica Sinica， 2019， 51（5）： 879-887. （in Chinese）

[23] 王劲松，董二偉，武爱莲，白文斌，王媛，焦晓燕. 不同肥力条件下施肥对粒用高粱产量品质及养分吸收利用的影响[J]. 中国农业科学， 2019， 52（22）： 4166-4176.WANG J S， DONG E W， WU A L， BAI W B， WANG Y， JIAO X Y. Responses of fertilization on sorghum grain yield， quality and nutrient utilization to soil fertility[J]. Scientia Agricultura Sinica， 2019， 52（22）： 4166-4176. （in Chinese）

[24] 杨莉莉，王永合，韩稳社，马林英，杨乖成，韩艳云，同延安. 氮肥减量配施有机肥对苹果产量品质及土壤生物学特性的影响[J]. 农业环境科学学报， 2021， 40（3）： 631-639.YANG L L， WANG Y H， HAN W S， MA L Y， YANG G C， HAN Y Y， TONG Y A. Effects of reducing nitrogen fertilizer and applying organic fertilizer on apple yield and quality and soil biological characteristics[J]. Journal of Agro-Env iro nment Science， 2021， 40（3）： 631-639. （in Chinese）

[25] 王海科. 科技论文中平均差标准差标准误和误差线的正确使用[J]. 和田师范专科学校学报， 2013， 32（2）： 118-121.WANG H K. Correct use of mean difference standard deviation standard error and error line in scientific papers[J]. Journal of Hotan Normal College， 2013， 32（2）： 118-121. （in Chinese）4FA17195-34E8-4D05-B0F4-294FFB7FDC47

[26] RUI T， LIANG Y， WAKELIN S A， CHU G . Supplementing chemical fertilizer with an organic component increases soil biological function and quality[J]. Applied Soil Ecology， 2015， 96： 42-51.

[27] 郭继阳，张汉卿，杨越，杨劲明，唐浩真，邓燕，阮云泽，赵艳. 基于因子-聚类分析的菠萝园土壤养分状况评价[J]. 土壤通报， 2019， 50（1）： 137-143.GUO J Y， ZHANG H Q， YANG Y， YANG J M， TANG H Z， DENG Y， RUAN Y Z， ZHAO Y. Soil nutrient evaluation of pineapple orchards based on factor and cluster analysis[J]. Chinese Journal of Soil Science， 2019， 50（1）： 137-143. （in Chinese）

[28] 吴玉红，田霄鸿，同延安，南雄雄，周密，侯永辉. 基于主成分分析的土壤肥力综合指数评价[J]. 生态学杂志， 2010， 29（1）： 173-180.WU Y H， TIAN X H， TONG Y A， NAN X X， ZHOU M， HOU Y H. Assessment of integrated soil fertility index based on principal components analysis[J]. Chinese Journal of Ecology， 2010， 29（1）： 173-180. （in Chinese）

[29] 陈留美，桂林国，吕家珑，王重光，李政中，王增，孙榕. 应用主成分分析和聚类分析评价不同施肥处理条件下新垦淡灰钙土土壤肥力质量[J]. 土壤， 2008， 40（6）： 971-975.CHEN L M， GUI L G， LV J L， WANG C G， LI Z Z， WANG Z， SUN R. Evaluation on soil fertility quality of newly cultivated light sierozem under different fertilization with methods of principal component and cluster analyses[J]. Soils， 2008， 40（6）： 971-975. （in Chinese）

[30] YEMEFACK M， JETTEN V G， ROSSITER D G. Developing a minimum data set for characterizing soil dynamics in shifting cultivation systems[J].Soil & Tillage Research， 2006， 86（1）： 84-98.

[31] 陈吉，赵炳梓，张佳宝，沈林林，王芳，钦绳武. 主成分分析方法在长期施肥土壤质量评价中的应用[J]. 土壤， 2010， 42（3）： 415-420.CHENG J， ZHAO B Z， ZHANG J B， SHEN L L， WANG F， QIN S W. Application of principal component analysis in evaluation of soil quality under different long-term fertilization[J]. Soils， 2010， 42（3）： 415-420. （in Chinese）

李月芬，汤洁，李艳梅. 用主成分分析和灰色关联度分析评价草原土壤质量[J]. 世界地质， 2004， 23（2）： 169-174， 200LI Y F， TANG J， LI Y M. Principal component analysis and grey correlation analysis were used to evaluate the soil quality of grassland[J]. Global Geology， 2004， 23（2）： 169-174， 200. （in Chinese）
张川，柴文帅，谢兵飞，邱旭蒙，王太伟，梁玉祥，尹华江. 化肥超施与土壤退化的研究[J]. 安徽农业科学， 2014， 42（20）： 6594-6596.ZHANG C， CHAI W S， XIE B F， QIE X M， WANG T W， LIANG Y X， YING H J. Ultra-applied fertilizers and soil degradation[J]. Journal of Anhui Agricultural Sciences， 2014， 42（20）： 6594-6596. （in Chinese）
FINZI A C， BERTHRONG S T. The uptake of amino acids by microbes and trees in three cold-temperateforests[J]. Ecology， 2005， 86（12）： 3345-3353.
N?SHOLM T， HUSS-DANELL K， H?GBERG P. Uptake of glycine by field grown wheat[J]. New Phytologist， 2002， 150（1）： 59-63.
NORDIN A， SCHMIDT IK， SHAVER G R. Nitrogen uptake by arctic soil microbes and plants in relation to soil nitrogen supply[J]. Ecology， 2004， 85（4）： 955-962.
SEUFERT V.， RAMANKUTTY N， FOLEY J. Comparing the yields of organic and conventional agriculture[J]. Nature， 2012， 485： 229-232 （2012）.
巨晓棠，张翀. 论合理施氮的原则和指标[J]. 土壤学报， 2021， 58（1））： 1-13.JU X T， ZHANG C. The principles and indicators of rational N fertilization[J]. Acta Pedologica Sinica， 2021， 58（1）： 1-13. （in Chinese）
秦达逵，李贵利，补雪梅，高云清，李长江. 8个芒果品种在攀西地区的产量及品质表现[J]. 热带农业科学， 2002， 22（5）： 1-3， 26.QIN D K， LI G L， PU X M， GAO Y Q， LI C J. Yields and qualities of 8 mango varieties in west Panzhihua[J]. Chinese Journal of Tropical Agriculture， 2002， 22（5）： 1-3， 26. （in Chinese）
周娟，袁珍贵，郭莉莉，屠乃美，易镇邪，李海林，江巨鳌. 土壤酸化对作物生长发育的影响及改良措施[J].作物研究， 2013， 27（1）： 96-102.ZHOU J， YUAN Z G， GUO L L， TU N M， YI Z X， LI H L， JIANG J A. Effects of soil acidification on crop growth and improvement measures[J]. Crop Research， 2013， 27（1）： 96-102. （in Chinese）
张淑香，高子勤. 连作障碍与根际微生态研究Ⅱ. 根系分泌物与酚酸物质[J]. 应用生态学报， 2000， 11（5）： 153-157.ZHANG S X， GAO Z Q. Continuous cropping obstacle and rhizospheric microecology Ⅱ. Root exudates and phenolic acids[J]. Chinese Journal of Applied Ecology， 2000， 11（5）： 153-157. （in Chinese）
HOOVER N L， JI Y L， LONG L A M， KANWAR R S， SOUPIR M L . Long-term impact of poultry manure on crop yield， soil and water quality， and crop revenue[J]. Journal of Environmental Management， 2019， 252： 109582.
冯伟，杨军芳，周晓芬，杜金忠，杜晓东. 施用鸡粪菜田的土壤重金属含量状况研究[J]. 河北农业科学， 2012， 16（1）： 76-79， 98.FENG W， YANG J F， ZHOU X F， DU J Z， DU X D. Study on contents of heavy metals in vegetable field applied chicken manure[J]. Journal of Hebei Agricultural Sciences， 2012， 16（1）： 76-79， 98. （in Chinese）
张凤华，廖文华，刘建玲. 连续过量施磷和有机肥的产量效应及环境风险评价[J]. 植物营养与肥料学报， 2009， 15（6）： 1280-1287.ZHANG F H， LIAO W H， LIU J L. Applications of phosphorus and organic fertilizers on yields of vegetables and their environmental impacts[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers， 2009， 15（6）： 1280-1287. （in Chinese）
黃绍文，唐继伟，李春花. 我国商品有机肥和有机废弃物中重金属、养分和盐分状况[J]. 植物营养与肥料学报， 2017， 23（1）： 162-173.HUANG S W， TANG J W， LI C H. Status of heavy metals， nutrients， and total salts in commercial organic fertilizers and organic wastes in China[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers， 2017， 23（1）： 162-173. （in Chinese）
杜盼，张娟娟，郭伟，马新明，郭建彪. 施氮对不同肥力土壤小麦氮营养和产量的影响[J]. 植物营养与肥料学报， 2019， 25（2）： 176-186.DU P， ZHANG J J， GUO W， MA X M， GUO J B. Effect of nitrogen application on nitrogen nutrition and yield of wheat in fields of different fertility[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers， 2019， 25（2）： 176-186. （in Chinese）
GUO L Y， WU G L， LI Y， LI C H， LIU W J， MENG J， LIU H T， YU X F， JIANG G M. Effects of cattle manure compost combined with chemical fertilizer on topsoil organic matter， bulk density and earthworm activity in a wheat–maize rotation system in Eastern China[J]. Soil & Tillage Research， 2016， 156： 140-147.
汪吉东，张辉，张永春，许仙菊，宁运旺，马洪波，陈杰. 连续施用不同比例鸡粪氮对水稻土有机质积累及土壤酸化的影响[J]. 植物营养与肥料学报， 2014， 20（5）： 1178-1185.WANG J D， ZHANG H， ZHANG Y C， XU X J， NING Y W， MA H B， CHENG J. Effect of different ratios of chicken manure N on organic matter accumulation and acidification of paddy soils[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers， 2014， 20（5）： 1178-1185. （in Chinese）
WALKER D J， CLEMENTE R， BERNAL M P. Contrasting effects of manure and compost on soil pH， heavy metal availability and growth of Chenopodium album L. in a soil contaminated by pyritic mine waste[J]. Chemosphere， 2004， 57（3）： 215-224.