有机肥等养分替代化肥对椪柑产量品质影响的初步研究

2023-11-22万连杰何瑞杰张婉玲周凌霄谢让金郑永强马岩岩易时来

江西农业大学学报 2023年5期

喻莹，万连杰，何瑞杰，张婉玲，刘霞，周凌霄，吕强，谢让金，郑永强，马岩岩，易时来

（西南大学柑桔研究所∕国家柑桔工程技术研究中心∕中国农业科学院柑桔研究所，重庆北碚 400712）

【研究意义】椪柑（Citrus reticulataBlanco cv.Ponkan）属芸香科（Rutaceae）柑橘属（CitrusL.）常绿小乔木，由于其果实营养丰富、色香味兼优、易剥皮、方便鲜食等特点，在我国南方柑橘产区广泛种植[1]。科学合理的养分供应是柑橘获得优质高产的重要措施之一[2]，因此，施肥管理对柑橘产量品质的形成具有十分重要的作用。但是我国柑橘园化肥用量当前总体偏高、肥料利用率低。尽管化肥在土壤中分解速度较快且相对容易被作物吸收，但是过量的化肥施用，既浪费了肥料资源，又给我国生态环境污染带来潜在风险。在倡导农业绿色发展的当下，如何科学合理的在减施化肥条件下配施有机类肥料，对提高作物产量与品质、改善土壤生态环境均有重要的意义，由此，果园科学施肥管理可从减施化肥和增施有机肥角度来综合考虑。有机肥富含大量作物不可或缺的矿质元素和活性有机物质[3]，它是一种天然的、由动植物残体、粪便、农业废弃物等经过发酵、腐熟而成的肥料，对提升土壤肥力、促进作物生长发育和改善作物品质具有重要作用[4-6]。当前我国柑橘主产区的化肥氮、磷、钾投入量分别过量了36.65 万t、42.87 万t、35.63 万t，而有机肥投入不足，仅占47.8%[1]。我国有机肥种类繁多且资源潜力巨大，据牛新胜等[7]报道，我国当前有机肥料基础资源实物量每年约57 亿t。虽然我国有机肥资源丰富，但不科学施用也会对作物产量品质以及生态环境造成不良影响。为此，柑橘生产上如何科学合理减少化肥增施有机肥，筛选适宜的有机肥替代化肥比例对果品产量与质量的提升具有十分重要的作用。【前人研究进展】侯海军等[8]在湘西北椪柑上的试验结果表明，有机肥替代部分无机氮肥增加了果实产量，降低了可滴定酸（TA）含量，提高了维生素C（VC）含量。裴宇[9]发现柑橘的增产效果和品质最好处理是减少30%尿素配施饼肥。杜春燕[10]报道，有机肥替代25%、50%、75%化肥，苹果可溶性固形物（TSS）、可溶性糖、VC、糖酸比等比单施化肥均有不同程度的提高。余倩倩[11]研究发现，柑橘皮渣有机肥比单施化肥提高了甜橙的外观商品性、TSS 含量和TSS∕TA 等，还增加了经济效益。【本研究切入点】目前，我国有关柑橘有机肥替代化肥的研究主要集中在有机肥替代无机氮肥方面，而在等量氮磷钾养分前提下的有机肥不同替代比的系统研究鲜见报道。【拟解决的关键问题】选择我国西南土壤生态区域、宽皮柑橘代表性品种的椪柑为试材，开展等量氮磷钾养分条件下不同有机肥替代化肥对椪柑果实产量品质的影响研究，提出基于产量品质形成的适宜有机肥替代比，为柑橘化肥科学减量、有机肥合理增施及其提质增效提供理论依据与技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试验地概况

试验于2019—2020年在重庆市北碚区歇马街道西南大学柑桔研究所（中国农业科学院柑桔研究所）椪柑示范园开展。所在地为亚热带季风气候型，年均气温18.3 ℃，年均降水量1 105.4 mm。果园土壤的理化指标及其含量分别为土壤pH 值：5.03、碱解氮：89.2 mg∕kg、有效磷：49.6 mg∕kg、速效钾：190.0 mg∕kg、有机质：20.7 g∕kg。试验以15 年生枳壳砧台湾椪柑（Citrus reticulataBlanco cv.Ponkan）为试材，果园种植模式为起垄栽植，株行距为4.0 m×4.0 m。供试肥料为尿素（含N46.7%）、钙镁磷肥（含P2O512%）、硫酸钾（含K2O 51%）和有机肥。所用有机肥为通过微生物发酵腐熟制成的菌渣、麦壳、豆柏等物料混合物，其中氮（N）、磷（P2O5）、钾（K2O）养分（干基）分别为1.5%、2.6%、2.0%，含水量为6.0%。

1.2 试验设计与测定方法

试验分别设置FP（单施化肥）、T1（有机替代率为N10%、P25%、K18%）、T2（有机替代率为N20%、P51%、K36%）、T3（有机替代率为N30%、P76%、K54%）等4个处理，具体施肥情况如表1所示，FP、T1、T2、T3 处理的氮、磷、钾养分均相同。每行作一处理，选择长势相当的植株14 株，头尾各留一株作为保护树（采样与数据观测时避开此树），单株为1个重复。每年3月、7月、10月分3次施肥，氮、磷、钾施用比例分别为1∶1∶0.5、0.4∶0.6∶1、0.6∶1∶0.4，有机肥作为基肥配合化肥于2019 年10 月一次性施入土壤。于树体两侧滴水线处长、宽、深分别为1.0 m×0.2 m×0.3 m 的施肥条沟处施肥，将肥料与土壤混匀后回填。果园其他各项田间管理按常规技术统一进行管理。

1.3 样品采集与测定

从2020 年9 月25 日开始，每隔20 d（9 月25 日、10 月15 日、11 月5 日、11 月25 日、12 月15 日）对每株试验树树冠外围东西南北4个方位各采1个果，每3株的果实样混合成1个重复样，每处理共采集4个重复样，每个果样共12个果，用于测定果实内外品质各项指标，并于果实成熟采收时（12月15日）按单株全部采收称重。用去离子水洗净并擦干椪柑果实，游标卡尺测定果实纵横径和果皮厚度，GY-4 果实硬度计（浙江托普仪器有限公司生产）测定果实硬度。榨汁后用PAL-1 数显糖度仪（日本ATAGO 公司）测定果实可溶性固形物含量（total soluble solid，TSS），采用NaOH 中和滴定法测定可滴定酸含量（titratable acid，TA），采用2，6-二氯酚靛酚溶液滴定法测定维生素C含量（vitamin C，VC）。

1.4 数据处理和分析

试验数据分析与作图采用Excel 2019和GraphPad Prism 8软件，利用SPSS 25进行数据差异显著性分析（邓肯氏新复极差法）。

2 结果与分析

2.1 有机肥替代化肥对椪柑果实生长发育的影响

2.1.1 果实大小与单株产量柑橘果实大小一般由横径大小表示。由图1（a）可知，9—11月随着时间的推移各处理的椪柑果实横径逐渐增大，其中9 月25 日至11 月5 日果实横径增加较快，之后至11 月25 日果实横径增速减缓，再至12 月15 日采收时各处理果实横径基本趋于平稳，即各处理的椪柑果实横径大小为81.61～83.65 mm，平均为82.31 mm；各处理的果实横径大小顺序为T2>T1>T3>FP，其中各有机肥替代处理的果实横径比FP 平均提高了1.1%，T2 处理的果实横径比FP 增加了2.5%，且差异显著。由图1（b）可知，各有机肥替代处理的产量较FP 增加了2.0%～26.6%，其中T1、T2 和T3 处理单株产量分别较FP增加了26.6%、26.4%和2.0%，且T1、T2处理的产量均与FP、T3之间差异显著。

2.1.2 果实硬度由图2（a）可知，从9月至12月随着时间的推移，各处理椪柑果实的果实硬度呈下降趋势，其中从9月25日至10月15日，各处理的果实硬度迅速降低；之后从10月15日至12月15日各处理的果实硬度相对缓慢降低。果实12 月成熟采收时，各处理的果实硬度大小范围为11.96～12.37 N，平均为12.10 N；各处理的果实硬度大小顺序为FP>T2>T1>T3，其中有机肥替代处理的果实硬度平均比FP 处理降低了3.0%，但差异均不显著。

图2 不同处理椪柑果实硬度（a）和果皮厚度（b）动态变化曲线Fig.2 Dynamic change curve of hardness of Ponkan fruits（a）and ponkan peel thickness（b）with different treatments

2.1.3 果皮厚度由图2（b）可知，从9 月25 日至11 月25 日，各处理的椪柑果皮厚度经历了由缓慢增加到相对快速增加过程，之后至12 月15 日成熟采收时果皮厚度呈基本稳定不变，即各处理的果皮厚度为4.01～4.25 mm，平均为4.10 mm；各处理的果皮厚度大小顺序为FP>T3>T1>T2，其中各有机肥替代处理的平均果皮厚度比FP降低了4.8%，且T2与FP处理之间的差异显著。

2.2 有机肥替代化肥对椪柑果实内在品质的影响

2.2.1 果实可溶性固形物含量由图3（a）可知，从9 月25 日至11 月25 日，各处理的椪柑果实TSS 呈缓慢上升趋势，之后至12月15日果实TSS呈快速上升趋势。且在12月15日果实成熟采收时果实TSS均达到最大值，即各处理的果实TSS 含量范围为10.1%～10.6%，平均为10.4%；各处理的果实TSS 含量高低顺序为T2>T3>T1>FP，其中各有机肥替代处理的果实TSS 含量平均比FP 高3.3%，且T2 处理比FP 提高了4.5%，差异显著。

图3 不同处理椪柑果实TSS含量（a）和TA含量（b）动态变化曲线Fig.3 Dynamic change curve of TSS（a）and TA（b）content in Ponkan fruits with different treatments

2.2.2 果实可滴定酸含量由图3（b）可知，9 至12 月随着时间的推移，各处理的椪柑果实TA 呈下降趋势，其中从9月25日至11月5日，各处理的果实TA 含量呈迅速下降趋势；之后至11月25日果实TA 呈缓慢下降趋势，再至12 月15 日采收时，各处理的果实TA 基本稳定不变。采收时各处理的果实TA 含量范围为0.40%～0.43%，平均为0.42%；各处理的果实TA 含量高低顺序为FP>T1>T3>T2，其中各有机肥替代处理的果实TA含量平均比FP处理降低了4.4%，且T2比FP处理降低了7.3%，但差异均不显著。

2.2.3 果实固酸比由图4（a）可知，从9月25日至10月15日果实TSS∕TA呈缓慢上升趋势，之后至11月5 日果实TSS∕TA 呈急剧上升趋势，再至12 月15 日又呈缓慢上升趋势。果实12 月15 日成熟采收时果实TSS∕TA 达到最高值，即为23.3%～26.2%，平均为24.7%；各处理的果实TSS∕TA 高低顺序为T2>T3>T1>FP，其中各有机肥替代处理的果实TSS∕TA 比FP 提高了4.2%～12.4%，以T2 处理效果较好，且差异显著。同时对12 月成熟采收期的果实TSS∕TA 与不同氮替代比进行曲线拟合后可得到拟合方程：y=-50.603x2+22.612x+23.091，决定系数R2为0.834。由此可见，有机肥替代化肥不同的氮替代比与椪柑果实TSS∕TA具有显著相关性，且最适的氮替代比为20%，即T2处理效果较好。

图4 不同处理果实TSS∕TA变化特征（a）和VC含量动态变化曲线（b）Fig.4 Characteristics of fruit TSS∕TA changes（a）and dynamic variation curves of VC content of Ponkan fruits（b）under different treatments

2.2.4 果实维生素C 含量由图4（b）可知，从9 月25 日至10 月15 日，各处理的椪柑果实VC含量呈快速上升趋势，之后至12 月15 日采收时果实VC含量总体呈缓慢上升趋势。12 月15 日果实成熟采收时各处理的果实VC均达到最高值，每100 mL 为33.99～35.78 mg，每100 mL 平均为35.03 mg；各处理的果实VC含量高低顺序为T2>T1>T3>FP，其中各有机肥替代处理的果实VC含量平均比FP高4.1%，T2处理的果实VC含量比FP提高了5.3%，差异显著。

2.3 有机肥替代处理的果实指标综合评价

2.3.1 果实生长发育指标之间的关系将12 月中旬成熟采收期果实横径、产量、果实硬度、果皮厚度分别与果实TSS、TA、VC含量的数学关系进行拟合，其中果实横径（x）、果实硬度（x）、果皮厚度（x）与果实VC含量（y）、果实硬度（x）与果实TA 含量（y）之间的曲线拟合优度较高（R2>0.8），而其余拟合优度稍微不足，结果如图5 所示。进一步分析可知，果实横径与VC含量呈正相关，拐点出现在T2 处理附近；果实硬度与VC含量呈正相关，拐点出现在T2处理附近；果皮厚度与TA含量呈正相关，以T2处理为最低点，当果皮厚度最薄时果实TA 含量最小；果皮厚度与VC含量呈负相关，以T2 处理为最高点，当果皮厚度最薄时果实VC含量最高。综合分析可得，适量的有机肥替代化肥能有效的提高果实各项发育指标，且均以T2 处理相对最优。

图5 果实横径、硬度、厚度对果实TA、VC含量的影响Fig.5 Effect of fruit cross diameter and thickness on fruit TA and VC content

2.3.2 各指标主成分分析将各处理的椪柑果实各项指标数据进行标准化处理，进一步主成分分析的结果如表2所示，前3个主成分的累计方差贡献率为84.5%，且3个主成分的特征值均大于1，表明前3个主成分可以用于本试验各处理的综合评价。由表2 分析可得，主成分1 主要作用的是果实果皮厚度、TSS、TA、TSS∕TA、VC和产量，方差贡献率为54.0%，主成分2 主要作用的是果实横径，方差贡献率为16.4%，主成分3主要作用的是果实硬度，方差贡献率为14.2%。

表2 不同指标的主成分得分系数及贡献率Tab.2 Principal component score coefficients and contribution rates of different indicators

通过的分析系数和标准化后的数据可以将主成分表达为3个线性组合：

F1=0.234X1-0.046X2-0.395X3+0.423X4-0.377X5+0.416X6+0.448X7+0.303X8；

F2=0.515X1+0.505X2-0.322X3-0.123X4+0.397X5-0.366X6+0.141X7+0.222X8；

F3=0.269X1-0.747X2+0.207X3+0.035X4+0.303X5-0.223X6+0.115X7+0.413X8。

2.3.3 不同处理的综合评价本研究参考主成分综合得分的计算方法[12]，利用公式计算不同施肥处理不同指标的3 个主成分综合得分Fn。由表3 可知，在等量氮磷钾含量施用的条件下，各处理的综合得分高低顺序为T2>T1>T3>FP。

表3 不同施肥处理的果实品质综合得分Tab.3 Comprehensive score of fruit quality under different fertilization treatments

3 讨论

3.1 有机肥替代化肥对椪柑果实生长的影响

有机肥替代部分化肥，其既有有机肥的养分缓释效果又有化肥的养分速效特性，实现持续且稳定的养分释放，满足作物对养分的需求，有利于作物的生长发育与增产效果[12-16]。本试验结果表明，与单施化肥相比，不同有机肥替代化肥对果实大小、果实硬度及果皮厚度均有一定程度的改善，且以T2处理的相对较好，这可能与有机肥中丰富的活性物质促进难溶养分的矿化与释放，从而增大土壤养分库[3]，进而促进树体生长等有关，该结果与前人[8,17-18]研究结果一致。另外，椪柑从9月25日至11月5日果实横径快速增大，之后增长减缓，至12月15日时果实横径达最大，即试验前期果实大小的增速较快，与椪柑8月抽生的秋梢9月份完全老熟后能及时为10月份果实的再一次膨大生长提供一定的养分有关。9月25日至11月25 日果皮厚度逐渐增大，至12 月15 日时不再增长，即果皮厚度FP>T3>T1>T2，各有机肥替代处理的果皮平均厚度降低了4.8%。这与前人[14,19]的研究结果类似，可能与本试验所用生物有机肥富含有效活性物质和代谢产物促进了根系和枝梢的生长有关。

3.2 有机肥替代化肥对椪柑果实品质的影响

化肥科学合理施用有利于作物产量品质的提高，但农业生产上过度追求作物产量而滥用化肥却带来了相应的生态环境等问题[20]。我国柑橘生产中盲目过量施用化肥现象较为普遍，而有机肥替代化肥是在保证产量的前提下减少化肥施用的重要措施[7-8]。本试验结果表明，适量有机肥替代化肥比单施化肥能有效增加果实TSS、TSS∕TA、VC，降低TA[12,21-22]。9 月25 日到11 月5 日果实TSS 呈匀速增长趋势，至11 月25日增长较缓，之后至12月15日成熟采收时又呈快速增长趋势，这可能与试验前期阶段的秋梢老熟后由库转为源，能供给果实糖酸代谢所需的充足养分有关，以至果实TSS 含量增长迅速，至果实成熟采收时各处理的果实TSS含量高低顺序为T2>T3>T1>FP。9月25日至11月5日各处理的果实TA含量呈急剧下降趋势，后逐渐趋于平稳，至12 月15 日果实成熟采收时，各处理的果实TA 含量高低顺序为FP>T1>T3>T2，与果实TSS 含量的规律刚好相反；果实成熟采收时各处理的果实VC含量高低顺序为T2>T1>T3>FP，可能与T2 处理的有机肥替代比例适宜，充足持久的养分供应和有机肥中丰富的活性物质有关。试验前期的果实生长发育速度较快，糖酸代谢与转化加快，即果实再次膨大生长的同时，果实TSS 含量与VC上升较快，TA 含量下降较快。通过对椪柑采收成熟时的果实TSS∕TA 与不同有机氮替代比拟合结果表明，有机氮替代比与果实TSS∕TA 具有显著相关性，且最适的氮替代比为20%，进一步验证了不同有机替代以T2处理的效果相对最好。

3.3 果实品质指标综合评价

综上分析，各有机肥替代处理有利于促进椪柑果实生长发育与品质形成，对果实成熟采收时的品质指标进一步曲线拟合分析可知，果实横径、果实硬度、果皮厚度与果实糖酸之间有较好的相关性，且均以T2 处理为最佳。主成分分析是借助数据降维，将若干具有相关性指标组合成一组且相互独立的综合指标的评价办法，可以避免原始指标测定计量单位不同和数据的量纲不同的影响，故利用主成分分析对各个代表指标进行综合评分[17]，综合分析不同施肥处理对椪柑果实品质形成的影响，其中各有机肥替代处理的效果均优于FP，且T2 处理（有机肥替代氮、磷、钾肥的比例分别为20%、51%、36%）的椪柑果实品质综合得分最高。