优化施肥对琯溪蜜柚产量、品质和碳排放的影响

张卫强，许修柱，陈晓辉，Muhammad Atif Muneer，叶德练，2*，吴良泉

（1.福建农林大学，资源与环境学院/国际镁营养研究所，福建 福州 350002；2.福建农林大学，农学院/作物遗传育种与综合利用教育部重点实验室，福建 福州 350002）

蜜柚是重要的柑橘种类之一，平和琯溪蜜柚闻名天下。平和县作为琯溪蜜柚的原产地，2018年种植面积达到4.6万hm2，年产量达176.6万t，是我国最大的柚类生产基地［1-2］。施肥是蜜柚增产的重要措施，当地农户为了追求高产，往往投入大量的化学肥料，过量施肥既降低了产量、品质和经济效益，又增加了资源环境代价［3-4］。因此，减量优化施肥迫在眉睫。

钙、镁营养对柑橘的生长和产量品质的形成同样重要。果皮内裂与柑橘缺钙高度相关［13］，补充钙素营养可有效缓解裂果发生［14］。蜜柚缺镁会抑制冠层对光能的捕获、传递和转化，降低光合能力［15］。已有的研究表明平和县蜜柚园土壤交换性钙和交换性镁缺乏的比例分别高达65.8%和77.4%［16］，但果农普遍忽视钙镁肥的施用，因此蜜柚缺镁、缺钙现象常有发生。

综上所述，针对平和县蜜柚果园开展养分综合管理具有重要的理论和实际意义，但相关研究鲜有报道。本研究在福建省平和县进行多点试验，研究不同优化施肥措施对琯溪蜜柚产量、品质、肥料利用效率、经济效益和碳排放的影响，以期为蜜柚高产优质和高效绿色生产提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料和试验地点

试验材料为红肉蜜柚或三红蜜柚，树龄为6～10年，同一试验地点的树龄相同。蜜柚果园地势平坦，综合管理较好，树体健壮。试验地点共6个，分别位于福建省漳州市平和县坂仔镇五星村（2个）、宝南村（1个）、南山村（1个）和东坑村（2个）。试验时间为2017年12月至2018年10月。各试验点施肥前（2017年）果树和土壤的基本信息见表1。

表1 各试验点蜜柚和土壤的基本信息

1.2 试验设计

试验共设3个处理：①农户习惯施肥（FFP）：肥料用量按照试验地农户的施肥习惯；②优化施肥（OPT）：根据果树产量和专家推荐施肥量减量施肥；③优化施肥+钙镁肥（OPT+Ca Mg）：在OPT处理的基础上增施钙和镁肥。试验采用完全随机区组设计，每个施肥处理设置5个重复。施用的肥料与养分含量分别为：尿素（N 46%）、磷酸二铵（N 15%，P2O542%）、硫酸钾（K2O 51%），一水硫酸镁肥（MgO 27%）、硫酸钾钙镁肥（S 16%，K2O 14%，MgO 6%，CaO 17%）、硝酸钙（N 13%，CaO 23.7%）。施肥时间分别是促梢壮花肥（3月上中旬）、稳果肥（4月下旬）、壮果肥（6月下旬）、越冬肥（12月下旬），4次施用量分别占全年肥料用量的29%、19%、19%、33%。所有处理中促梢壮花肥和稳果肥在滴水线下撒施，壮果肥和越冬肥在滴水线下穴施，其中OPT+Ca Mg处理的钙镁肥在越冬肥时期于滴水线下一次性穴施，各试验点的施肥量见表2。

表2 各试验点不同施肥处理的施肥量 （kg/hm2）

1.3 测定项目

1.3.1 产量

在蜜柚收获期，每个小区中随机选取5株果树统计挂果量，同时在每株果树任意方向的对角方向上各采集1个中等大小无病害的果实，用电子天平称单果重。产量按以下公式计算：单株产量（kg）=挂果数×平均单果重（kg）；每公顷产量（kg）=单株产量（kg）×750，750为种植密度（株/hm2）。

1.3.2 品质

可滴定酸：用氢氧化钠标准溶液对样品中的酸进行中和滴定，以酚酞为指示剂，根据消耗碱液体积计算酸含量。可溶性固形物：手持数显糖度计（日本，PAL-1）测定。固酸比=可溶性固形物/可滴定酸；可食率（%）=（果肉鲜重/单果鲜重）×100。

1.3.3 肥料偏生产力和经济效益

四是监测制度。监测是土地保护的重要手段，要对监测网络建设（省、市、县）、监测指标及频次、监测结果发布、预测预警等作出规定，以维护监测工作的长期运行。

肥料偏生产力（PFP）指施用某一特定肥料下的作物产量和施肥量的比值。PFP=Y/F，式中Y是指作物的产量，单位为kg/hm2；F是指纯养分（N、P2O5和K2O）的投入量，单位为kg/hm2。

按照当年当地的物价水平对各试验地点的经济效益进行评价。生产过程的成本主要包括农资投入成本和人工投入成本，其中，农资主要包括化肥、农药、套袋和汽油，人工投入主要包括施肥、环剥、剪枝、喷农药和挑工。

1.3.4 碳足迹核算方法

基于生命周期分析理论计算蜜柚从“摇篮”到“农场门”的碳足迹［17-18］，该方法充分考虑了生产资料投入的碳排放以及农田环节的碳排放和碳固定。

1.3.5 数据分析

采用Excel 2017 和Origin 2021进行数据整理和制图，利用SPSS 21.0对数据进行统计和方差分析，并以Duncan多重比较分析不同处理间的差异显著性。

2 结果与分析

2.1 优化施肥对蜜柚产量和品质的影响

综合分析各试验点发现，不同施肥处理的蜜柚挂果量在各个试验点上均无显著差异（表3）。6个试验点不同处理的平均单果重差异不显著，但是试验点4的OPT+Ca Mg处理和试验点5的OPT处理的单果重较FFP处理显著增加。与FFP处理相比，试验点3的OPT、OPT+Ca Mg处理和试验点5的OPT+Ca Mg处理的产量显著增加，分别增加57.0%、59.0%和38.0%；其他试验点的OPT和OPT+Ca Mg处理的产量与FFP处理相比均没有减少。

表3 不同施肥处理对蜜柚产量及产量构成因素的影响

各个试验点上不同施肥处理间的蜜柚可食率均无显著差异（图1A）。6个试验点蜜柚平均可溶性固形物含量在不同施肥处理间无显著差异，但试验点3的OPT处理和试验点5的OPT和OPT+Ca Mg处理的可溶性固形物含量较FFP处理显著增加（图1B）。与FFP处理相比，6个试验点OPT+Ca Mg处理的平均可滴定酸含量显著降低7.0%，其中，试验点1的OPT、OPT+Ca Mg处理和试验点4的OPT、OPT+Ca Mg处理的可滴定酸含量分别降低23.0%、23.3%和34.7%、50.0%（图1C）。与FFP处理相比，OPT+Ca Mg处理的果实固酸比平均显著提高8.8%，其中试验点4的OPT（增幅26.5%）和OPT+Ca Mg处理（增幅44.7%）和试验点5的OPT+Ca Mg处理（增幅31.8%）显著增加（图1D）。综上，与农户习惯施肥相比，在减肥的基础上补充钙镁不仅可以显著降低蜜柚的可滴定酸含量，还可以显著提高固酸比。

图1 不同施肥处理对蜜柚果实品质的影响

2.2 优化施肥对蜜柚肥料偏生产力和碳排放的影响

OPT和OPT+Ca Mg处理可以显著提高蜜柚氮、磷、钾肥偏生产力（图2）。与FFP处理相比，OPT处理的氮、磷、钾肥偏生产力分别增加N 33.3 kg/kg、P2O555.8 kg/kg和K2O 41.6 kg/kg，增幅分别为100.3%、130.6%和115.9%；OPT+Ca Mg处理的氮、磷、钾肥偏生产力分别增加N 34.9 kg/kg、P2O557.9 kg/kg和K2O 43.1 kg/kg，增幅分别为105.1%、135.6%和120.2%。

OPT和OPT+Ca Mg处理可以显著降低碳排放总量、单位面积净碳排放和碳足迹（图3）。与FFP处理相比，OPT和OPT+Ca Mg处理的碳排放总量分别显著减少7.5和6.6 t CO2eq/kg，降幅分别为27.0%和23.9%（图3A）；OPT和OPT+Ca Mg处理的单位面积净碳排放分别显著降低8.1和7.1 t CO2eq/kg，降幅分别为39.0%和34.0%（图3C）；OPT和OPT+Ca Mg处理的碳足迹分别显著降低0.28和0.27 t CO2eq/kg，降幅分别为45.0%和44.0%（图3D），但不同处理之间的单位面积碳固定没有显著差异（图3B）。

图2 不同施肥处理对蜜柚氮磷钾肥偏生产力的影响

图3 不同施肥处理对蜜柚果园碳排放的影响

2.3 优化施肥对蜜柚经济效益的影响

6个试验点不同施肥处理间的蜜柚平均收入无显著差异，但试验点3的OPT+Ca Mg处理和试验点4的OPT、OPT+Ca Mg处理的蜜柚收入较FFP处理分别显著增加49.2%和12.1%、11.3%（表4）。与FFP处理相比，OPT和OPT+Ca Mg处理的农资成本分别减少了1.3万和1.1万元/hm2，平均利润显著增加2.7万和3.2万元/hm2，增幅分别为28.2%和33.2%。因此，化肥减量施用及补施钙镁肥可以减少农资投入并增加利润。

表4 不同施肥处理对蜜柚经济效益的影响

3 讨论

3.1 化肥减量施用的效果

合理施肥是作物增产的重要措施，但是过量施肥对产量和品质有负面影响。本研究中，优化施肥和优化施肥+钙镁肥处理的氮、磷、钾肥施用量分别减少24%～59%、23%～66%、11%～67%，但并未导致蜜柚产量降低。前人研究也证明相对于农户常规施肥水平而言，优化施肥在氮肥减少60%、磷肥减少70%下仍然不会导致琯溪蜜柚产量下降［4］；对蜜柚连续3年的试验表明，减量施肥不但增产25%，而且还会降低蜜柚的次果率［19］；合理的减量施肥还能促进柑橘产量的提高，在纽荷尔脐橙上的研究表明，磷肥和钾肥施用量各减少33%，产量反而分别提升15%和25%［20］。一般国内柑橘产区（平均产量为24～48 t/hm2）氮、磷和钾肥的推荐施用量分别为N 264～679 kg/hm2、P2O5160～311 kg/hm2和K2O 225～569 kg/hm2［5，21-25］。而Qin等［26］总结国内外研究发现，柑橘最佳氮肥投入量为N 133～270 kg/hm2，平均的优化氮肥用量为N 198 kg/hm2，相应的产量为47.6 t/hm2，氮肥偏生产力为237 kg/kg。即使在80 t/hm2的高产条件下，柑橘氮肥的推荐用量仅为N 202 kg/hm2，磷肥的推荐用量约为P2O572.9 kg/hm2，钾肥的推荐用量与氮肥的推荐用量相当［27］。此外，本课题组前期研究发现蜜柚的氮、磷、钾需求量为N 235～266 kg/hm2、P2O526～34 kg/hm2、K2O 182～199 kg/hm2［28］。但是在本研究中优化施肥处理的氮、磷和钾肥平均施用量分别为N 660 kg/hm2、P2O5450 kg/hm2和K2O 581 kg/hm2，仍然远超过蜜柚氮、磷、钾养分的需要量，存在巨大的减肥空间。因此，应根据蜜柚养分需求规律和土壤养分供应规律进一步挖掘蜜柚减量施肥的潜力。

3.2 钙、镁元素的作用

钙、镁元素对柑橘光合作用和果实品质起着不可忽视的重要作用［29-30］。柑橘可利用的钙、镁元素一方面来自土壤中的交换性钙和交换性镁，另一方面来自人为施用的钙镁肥料。但是酸性土壤中的交换性钙和交换性镁含量不高［31］，并随着种植年限的增加而降低［32］，容易造成果实品质劣化。本研究6个试验地土壤交换性钙和交换性镁含量平均值分别为367.4和94.7 mg/kg，土壤钙镁养分不足［33］，需要外源补充钙、镁肥料。本研究发现，在优化施肥的基础上增施钙镁肥可以降低蜜柚果实可滴定酸含量7.0%和提高固酸比8.8%。在锦橙［34］、血橙［35］、春甜桔［36］和葡萄［37］上也发现施用钙镁肥可以降低果实的可滴定酸，增加固酸比。这一方面可能是因为钙和镁元素能够抑制有机酸关键合成酶的活性，提高有机酸分解酶的活性，导致果实中酸含量降低［38-39］；另一方面可能是减肥下补充镁和钙元素可以平衡营养元素，增强叶片光合作用，促进碳水化合物的合成和运输，加速果实糖酸转化［40］。

3.3 优化施肥对肥料利用效率、经济效益和碳排放的影响

优化施肥不仅可以减少肥料投入量、提高肥料利用效率，还能减少成本、提高经济效益。本研究发现OPT和OPT+Ca Mg处理的氮、磷、钾肥偏生产力较FFP处理分别提高100.3%、130.6%、115.9%和105.1%、135.6%、120.2%，同时能分别减少1.3万和1.1万元/hm2肥料成本投入，利润增加2.7万和3.2万元/hm2。前人研究发现氮、磷、钾肥减量30%可以使蜜柚的肥料偏生产力显著提高12.7 kg/kg，净收益增加47.8%［19］。在西南地区155个典型柑橘园的研究也发现减肥优化处理的肥料投入量减少，氮肥利用效率可以提高38.0%～116%［41］。丹棱县柑橘减肥优化处理的环境成本较农户习惯施肥降低了21.2%～35.2%，温室气体排放减少了13%～35%［41］。类似的，本研究基于生命周期分析理论对蜜柚果园的碳排放进行评估，结果发现OPT和OPT+Ca Mg处理的碳排放总量、单位面积净碳排放和碳足迹均显著低于FFP处理，其中碳足迹的降幅分别为45.0%和44.0%。有研究表明氮肥对平和县蜜柚园产生的碳足迹贡献率高达84.7%，因此，氮肥减量施用可以减少温室气体的排放［18，41-42］。

4 结论

在平和县农户习惯施肥的基础上分别减少氮、磷和钾施用量59%、66%和67%时，蜜柚产量并没有降低。与农户习惯施肥相比，减量施用氮磷钾肥的基础上增施钙镁肥可以显著降低蜜柚果实可滴定酸含量，提高固酸比和氮、磷、钾肥偏生产力，增加农户收益并降低碳排放，是蜜柚绿色提质增效的施肥措施。