化肥减量配合有机肥部分替代对土壤性状及苹果产量和品质的影响

邵俊飞　尹静　李贵杰　孙洪助　李慧敏　张金军　丁方军

关键词：苹果：化肥减量：有机替代：产量：品质

中图分类号：S147.5：S661.1 文献标识号：A 文章编号：1001-4942（2023）03-0124-08

苹果（Malus domestica Borkh.）属蔷薇科苹果属，世界上苹果产量最高的前五个国家分别是中国、美国、波兰、土耳其和印度。种植面积的增加及现代种植管理技术的应用是苹果产量快速增长的主要原因。我国苹果种植面积与产量均位居世界前列，截至2019年，分别占世界苹果总种植面积和总产量的47.3%和40.8%。在影响苹果产量和品质的众多农艺措施中，施肥起主要作用。科学合理地按需施肥不仅能够保证苹果树的正常生长发育，还能够改善果实品质，达到节本增效的目的。但是，我国苹果园施肥大多重施化肥，轻施有机肥，导致果园土壤有机质含量普遍偏低，有机肥养分比例仅占7.0%。而氮、磷、钾的平均施用量分别高达905、570、675 kg/hm²。其中，山东苹果园施氮水平在300～620kg/hm²，是国外果园的3.0～4.5倍。有研究指出，果园吸收利用的氮不足投入量的20%。近年来果农为了追求高产而大量施用远超果树需求的肥料，生产成本增加的同时，不仅导致果园土壤硝态氮淋失、肥料利用率下降以及果实品质降低，严重影响了苹果生产的可持续性，还引发温室气体排放、地下水硝酸盐积累等一系列环境安全问题。为了控制化肥使用量，2015年农业部提出了《到2020年化肥使用量零增长行动方案》，截至2021年已初见成效。研究表明，适当减少化肥施用量不仅可以提高肥料利用率，还能够显著减少NH₃和N₂O的挥发，且在减施化肥的同时增施有机肥能显著改善果实品质、增加养分利用效率、减少氮素损失并保持土壤肥力。陶源指出，有机肥替代化肥是实现绿色农业生产的重要途径，对提高土壤肥力、改善农产品质量和治理农业面源污染具有重要作用。

当前，最大限度地降低化肥的施用量以及增加氮肥的利用效率是提高作物产量的主要对策。有机肥含有大量有机质及作物生长所需的各类营养元素，不仅有利于增加作物产量、提高果实Vc含量、增加可溶性固形物含量、改善农产品品质，还能增加土壤中的有机质和养分含量、降低土壤容重并提高微生物数量，有助于农业的可持续发展。但因有机肥中的养分释放速度较慢，不能及时被作物吸收利用，所以为了保证作物产量，大多数农民更喜欢使用化肥而不是有机肥。有研究指出，化肥和有机肥长期配合施用能够提高土壤肥力、增加土壤有益细菌群落结构多样性，并在一定程度上增加作物产量。因此，有机肥与化肥配合施用既能够提高作物产量，又能够保持适当的土壤生态平衡。有研究表明，秋季施肥对贮藏营养、树体抗逆性和来年开花结果的影响显著高于其它施肥时期。而秋季施肥节点的不同对树体的养分吸收有着不同效果，显著影响树体根系养分的吸收，施肥节点在采收前15天时，树体对氮肥的吸收量达到最高水平，此时氮素利用率较高，有利于降低叶片养分损失，增加树体营养的积累。

威海市文登区是山东省苹果主要产区之一，苹果种植对当地的农业发展起到了至关重要的作用。目前，种植户对果园合理施肥的意识逐渐增强，但由于缺乏科学指导导致的盲目施肥、偏施、过量施肥对苹果树的正常生长产生了不良影响。因此，如何提高肥料利用率、增加苹果产量以及改善果实品质已成为苹果产业生产中亟待解决的重要问题。本研究在减施化肥的基础上配施有机肥，研究膨果前期和后期施肥对苹果产量、品质及土壤肥力的影响，明确最佳施肥量及施肥时间，探究苹果产量和品质的主效应因素，以期为威海市苹果的节肥增效生产提供理论依据和数据支撑。

1材料与方法

1.1试验地概况

试验于2019年10月-2020年10月在威海市文登區峰山村德丰农业有限公司（37°08′N，121°86′E）苹果园进行。该果园土壤类型为钙质岩坡积洪积淋溶褐土。该地区气候类型为暖温带季风气候，年平均降水量585 mm，年平均气温8.4℃。果园种植密度1200株／hm²，行株距4.0m×1.25m。试验前按五点取样法采集试验地0～20cm表层土样带回实验室，混匀并自然风干后测得土壤理化性质见表1。

1.2供试材料

选用树龄8年的富士品种做为试验材料。有机肥选用东营市利大王化肥公司“力大王”（有机质45%、N3%、P 6%、K 4.5%）；化肥采用尿素（N46%）、磷酸二铵（N 18%、P₂O₅46%）、硫酸钾（K₂O 50%），三者以N：P：K=20：10：20配制复合肥，化肥均由山东宝源生物有限责任公司提供。

1.3试验设计

采用随机区组试验设计，设置8个处理，每处理重复5次，共40个小区。每个小区由4棵位置相邻且长势相近的苹果树组成。施肥方式为土壤沟施。试验设计：当地农户常规施肥量（N：0.42kg/株，P₂O₅：0.21 kg/株，K₂O：0.42 kg/株）基础上减施25%（N：0.32 kg/株，P₂O₅：0.16 kg/株，K₂O：0.32 kg/株）配合不同施肥时期作对照（CF1、CF2），处理设置如下：（1）CF1，100%化肥，秋肥于膨果前期施用；（2） CF2，100%化肥，秋肥于膨果后期施用；（3）T1，75%化肥+25%有机肥，秋肥于膨果前期施用；（4） T2，75%化肥+25%有机肥，秋肥于膨果后期施用；（5） T3，50%化肥+50%有机肥，秋肥于膨果前期施用；（6）T4，50%化肥+50%有机肥，秋肥于膨果后期施用；（7） T5，100%有机肥，秋肥于膨果前期施用；（8）T6，100%有机肥，秋肥于膨果后期施用。各处理除施肥措施不同外，其他如杂草和病虫害防治、滴灌及土壤管理等田间管理均与当地果园保持一致。试验设计见表2。

1.4测定项目及方法

苹果产量及品质测定：苹果收获时进行样品采集，每小区内4棵树的东西南北4个方向各摘取2个果实，每小区共采摘32个苹果，带回实验室进行相关品质指标测定。电子秤称量每小区所有果实产量计为小区产量。苹果品质的测定项目及方法见表3。

土壤样品测定：苹果收获后，按照五点取样法用土钻采集各小区0～20 cm表层的混合土样，剔除小石块、肥料和植物根系等杂质，经室内自然风干后研磨，分别过1.00 mm和0.25 mm孔径筛，充分混匀后测定土壤pH值、电导率及有机质、硝态氮、铵态氮、有效磷和速效钾含量。测定方法见表3。

1.5数据分析

使用Microsoft Excel 2019进行数据统计，使用SPSS 22.0进行差异显著性检验（Duncans法检验，P<0.05），使用R 4.0.0进行RDA和VPA运算，使用Origin 2019和R 4.0.0作图。

2结果与分析

2.1不同施肥处理对苹果产量的影响

不同施肥水平和施肥时期均对苹果产量产生一定影响（图1）。从施肥时期看，膨果前期施肥时，与CF1相比，T1、T3和T5处理对苹果产量均无显著影响，且T5处理有降低趋势；膨果后期施肥时，与CF2相比，T2处理苹果产量增加5.96%，但差异不显著，T4和T6产量分别显著降低15.5%和35.9%。同等施肥量条件下，CF2产量较CF1显著增加25.0%，T2较T1显著增加25.2%，T4和T3无显著差异，与T5相比T6处理产量有所降低，差异不显著。

2.2不同施肥处理对苹果品质的影响

表4显示，不同施肥水平和施肥时期对苹果形态和营养品质的影响各不相同。从施肥时期看，膨果前期施肥时，与CF1相比，T1、T3、T5处理苹果形态指标（单果重、果形指数和果实硬度）和营养品质指标（可溶性糖和总酸度）均无显著差异；膨果后期施肥时，与CF2相比，T2处理苹果总酸度显著降低11.8%，T6处理单果重显著降低35.0%、果实硬度显著增加25.0%，T2、T4和T6处理的果形指数和可溶性糖含量与CF2相比无显著差异。

相同施肥水平下，不同施肥时期对果形指数和可溶性糖含量影响不大，对单果重、果实硬度和总酸度有不同程度的影响。其中，CF2单果重较CF1提高8.3%，总酸度较CF1显著提高45.7%；T2单果重和总酸度分别较T1显著提高11.3%和40.6%；T4单果重较T3显著增加23.2%；T6单果重较T5显著降低31.2%，果实硬度显著提高19.6%，总酸度无显著差异。

2.3不同施肥处理对土壤理化性质的影响

土壤理化性质是衡量果园土壤生产潜力的重要指标。不同施肥水平和施肥时期对果园土壤pH值影响不大，对其他指标的影响各不相同（表5）。不同施肥时期条件下，与CF1相比，T1、T3、T5处理的土壤EC值均显著降低。与CF2相比，T2处理的土壤EC值显著提高26.1%，T4和T6处理分别显著降低42.2%和44.9%。T4处理的硝态氮含量较CF2显著提高21.3%，T2的铵态氮和有效磷含量较CF2分别显著提高36.3%和43.9%，T2、T4、T6处理的速效钾含量与CF2相比均显著降低。

相同施肥水平条件下，CF2处理的土壤硝态氮含量较CF1显著增加22.4%，T2处理的土壤EC值、硝态氮和铵态氮含量分别较T1显著提高52.7%、19.6%和27.8%，T4处理的硝态氮含量较T3显著增加26.5%，T6处理的速效钾含量较T5显著增加16.9%。

2.4不同施肥处理对苹果产量、品质及土壤理化性质影响的双因素方差分析

2.4.1施肥水平和施肥时期对苹果产量、品质及土壤理化性质的影响 由表6可知，施肥水平、施肥时期及二者的交互作用均对果园土壤及果实产量和品质产生了一定影响。施肥水平是苹果产量的主效应因子，其次是施肥时期及二者的交互作用。施肥水平在苹果单果重和总酸度上起主要作用：施肥时期和施肥水平的交互效应是影响苹果单果重和果实硬度的主效应因素，也是影响土壤硝态氮和铵态氮的主效应因子：施肥时期对土壤铵态氮含量的影响达显著水平。

2.4.2不同施肥处理苹果产量、品质与土壤理化性质的相关性分析 对苹果产量、品质与果园土壤理化性状做冗余分析（RDA）。结果为图2所不，RDA1轴对全部方差的解释度为55.9%，与RDA2轴共同解释全部方差的56.7%。其中，苹果产量与RDA1、RDA2轴均具有一定的相关性，土壤理化性质与RDA1轴的相关性较好，果实硬度和果形指数与RDA2轴的相关性最为密切。

Spearman相關性分析发现（图3），苹果产量与单果重、土壤养分指标（硝态氮、铵态氮、有效磷和速效钾）均呈极显著正相关；单果重与果形指数、可溶性糖、总酸度以及土壤铵态氮含量呈极显著正相关，与土壤EC值、有效磷和速效钾含量呈显著正相关；果形指数与果实硬度、可溶性糖、总酸度及土壤pH值呈极显著正相关；果实硬度与可溶性糖和土壤pH值呈极显著正相关；可溶性糖含量与总酸度及土壤pH值呈极显著正相关；总酸度与土壤pH值呈显著正相关。土壤EC值与土壤铵态氮、有效磷含量呈极显著正相关；土壤硝态氮含量与有效磷含量呈极显著正相关，与速效钾呈显著正相关；土壤有效磷和速效钾含量呈极显著正相关，二者与铵态氮均呈极显著正相关。主要因子（图4a）。其中，土壤EC值对苹果产量的解释度为3.0%，土壤养分状况NPK（硝态氮、铵态氮、有效磷和速效钾）的解释度为30.4%，二者交互作用的解释度为10.9%，土壤EC值和土壤养分状况共同解释了44.3%的苹果产量变化。影响苹果品质的主要作用因子是土壤pH值（图4b），对品质变化的解释度高达67.7%，其次是土壤无机态氮（硝态氮和铵态氮），土壤pH和土壤无机态氮共同解释77.7%的苹果品质变化，二者交互作用的解释度为4.3%。

2.4.3苹果产量及品质的主效应因素分析 VPA分析结果显示，土壤养分含量是影响苹果产量的SFW为单果重，Yield为产量，FSI为果形指数，FH为果实硬度，SS为可溶性糖，TA为总酸度，NN为硝态氮，AN为铵态氮，AP为有效磷，AK为速效钾。

3讨论

有机肥和化肥施用量是决定苹果产量和果实品质的主要因素。有研究指出，有机肥替代部分化肥能够达到增产效果。本试验T2产量较CF2提高5.96%，这与靳晓拓等对芒果的研究结果一致。该研究表明，化肥配施适量有机肥能够有效改变土壤微生物特性、有利于芒果树体、根系的生长，促进其生长发育，进而提高芒果产量、改善芒果品质。但当有机肥100%替代化肥时，产量有所下降，这可能与有机肥养分释放速度较慢有关。养分供应不及时导致果实生长减缓、养分吸收不均衡进而影响果实产量。不同化肥减施量对果实品质具有一定的影响。本试验中，膨果后期施肥各处理果实总酸度随着化肥减施量的增加逐渐降低，可溶性糖含量无显著变化，这与李旭在柑橘上的研究结果相似，即减施一定量的化肥并不会导致果实品质变差。此外，杨莉莉、勾真真、张鹏飞等的研究结果显示，减施化肥能够增加果实单果重和果形指数、降低总酸度，一定程度上提高果实硬度，与本试验结果相似。

土壤肥力的下降会导致蔬菜和水果产量和质量的下降，远远低于潜在可达到的水平。而有机肥的施用能够通过调节土壤养分的平衡以促进果树内源激素的平衡，进而调节果树碳氮代谢的平衡，从而达到改善果实品质的目的。研究表明，施用有机肥能够提高土壤pH值和有机质含量、增加土壤硝态氮含量，降低土壤铵态氮含量。Ji等研究发现，施用有机肥或增加有机替代率能够显著提高土壤pH值，与本研究中化肥减施配合有机肥施用对土壤pH值无显著影响的结论相悖。其原因可能是这些研究中的果园为新建果园，土壤受扰动因素影响较大，而本试验苹果园已建园8年，土壤性质较为稳定，尤其是pH值这类短期内变化较小的指标。土壤养分状况与有机肥施用量呈极显著正相关，与苹果产量呈显著正相关，与本试验结论相似。说明有机肥的长期施用能够改善土壤质量，从而有助于农业生态系统的健康可持续发展。但在有机肥替代化肥体系中，有机肥含有的中微量元素对苹果产量和品质的作用尚不明确，需进一步进行试验探究。

4结论

（1）本试验中化肥减量25%条件下，有机肥替代部分化肥对苹果产量、品质以及土壤肥力水平有明显的促进作用。与对照（CF2）相比，有机肥替代25%化肥且膨果后期施肥处理（T2），产量提高5.96%，果实总酸度降低11.8%，土壤EC值、硝态氮、铵态氮和有效磷含量均得到提高。

（2）化肥减量配合有机肥部分替代处理，土壤养分（硝态氮、铵态氮、有效磷和速效钾）对蘋果产量的解释度为30.4%，是其主效应因素；土壤pH值对苹果品质的影响较大，解释度达67.7%，土壤pH值与苹果可溶性糖和总酸度分别呈极显著和显著正相关。

综上，有机肥部分替代化肥，且膨果肥于膨果后期施用，可以提高苹果产量和品质；土壤pH值是影响苹果品质的主要因素，土壤速效氮、磷、钾含量是影响苹果产量的主要因素。