不同施肥对幼龄柑橘园土壤养分及酶活性变化的影响

余高　陈芬　卢心　滕明欢　田霞　罗有亮

摘要：以爱媛38号幼龄柑橘园为对象，通过田间试验，以不施肥处理（CK）为对照，研究了施用生物炭（SWT）、有机肥（YJF）、农家肥（NJF）、化肥（HF）4种施肥处理下幼龄柑橘春梢期、夏梢期、秋梢期土壤pH值、有机质和速效养分含量、土壤酶活性变化。结果表明，与CK相比，4种施肥模式均在一定程度上有效改善了果园土壤有机质和养分含量水平，其中SWT处理效果最好，在柑橘秋梢期土壤pH值、有机质（OM）、碱解氮（AN）、有效磷（AP）和速效钾（AK）含量较其他处理分别提高13.22%～28.69%、7.70%～30.77%、9.99%～51.58%、23.36%～117.86%和15.19%～132.76%。除HF处理降低了柑橘夏梢期、秋梢期土壤过氧化氢酶活性外，其他施肥处理均有效提高了柑橘夏梢期、秋梢期4种土壤酶活性，其中SWT处理秋梢期土壤过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶和酸性磷酸酶活性较其他处理分别显著提高31.73%～163.46%、10.81%～127.78%、15.72%～94.71%、20.56%～67.04%。冗余分析（redundancy analysis，RDA）結果表明，不同施肥处理下柑橘园土壤pH值、有机质、有效磷、碱解氮和速效钾含量对土壤酶活性的影响均达到极显著水平（P<0.01）。SWT处理可以显著提高柑橘生育期土壤有机质含量和养分供应水平，增强土壤酶活性，可优先作为黄壤土幼龄柑橘园土壤培肥方式。

关键词：柑橘；生物炭；有机肥；农家肥；土壤；酶活性；RDA分析

中图分类号：S666.06文献标志码：A

文章编号：1002-1302（2023）20-0218-06

柑橘是世界产量位居第一的水果［1］，中国作为世界上柑橘种植面积最大和产量最高的国家，在过去20年主要依赖高量化肥的投入获得高产，随之带来了土壤酸化、土壤板结、树体早衰、果实品质下降［2］，以及水体富营养化等一系列不利于农业可持续发展的问题。

土壤是柑橘生长发育和养分吸收利用的基础［3］，柑橘产量的高低、品质的优劣与土壤质量有着不可分割的联系。黄壤是贵州省旱地主要的土壤类型，占到全省土壤面积的46.40%，但由于贵州属于典型的喀斯特地形地貌，土层贫瘠，土壤蓄水保肥能力较差，养分含量低，易发生水土流失，科学合理施肥对提高果园土壤肥力，保障贵州地区果园长久良性发展具有重要意义。研究表明，施肥可以改善土壤结构，调节土壤养分供应能力，提高土壤肥力，进而促进农作物生长发育，但对于不同的施肥类型，因肥料特性差异，土壤理化特性和微生物活性也会有所差异［4-5］。石丽红等研究表明，化肥长期施用会降低土壤pH值和土壤酶活性，进而影响土壤养分循环及生态系统的稳定性［6］。蒲全明等研究发现，长期大量施用有机肥可以通过提高土壤微生物活性促进土壤中速效养分的释放，使得土壤速效养分含量明显高于只施用化肥或有机肥替代部分化肥的土壤［7］。冯慧琳等研究表明，生物炭能改善土壤微环境，提高土壤有机碳等养分含量及土壤酶活性［8］。此外，季节变化也会引起土壤微生物活性的变化，进而引起土壤酶活性差异和作物对土壤养分的利用能力［9］。

前人对施肥措施的研究大多集中于作物某一特定时期，较少关注不同施肥措施下作物生育期内土壤环境因子及酶活性的动态变化，特别是在贵州果园黄壤有关不同施肥对柑橘不同生育时期内土壤养分动态变化和酶活性特征的变化规律研究还不够深入。本研究以贵州黄壤幼龄柑橘园为对象，研究不同施肥处理下柑橘生育期土壤pH值、速效养分含量、土壤酶活性的变化规律及其间的相关性，以期为贵州黄壤选择适宜的果园培肥方式提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验地位于贵州省铜仁市松桃苗族自治县铜仁学院的长期定位试验基地爱媛38号柑橘园（28°33′N，109°21′E），海拔681 m，土壤类型为黄壤土。试验地属中亚热带湿润季风气候，冬冷夏热，春温秋爽，四季分明，气候宜人，雨量充沛，热量丰富，年平均气温16.5 ℃，年均降水量1 378.3 mm，年均无霜期293 d，年均日照数为1 228 h。供试土壤pH值和有机质、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾含量分别为5.35、25.53 g/kg、1.62 g/kg、154.91 mg/kg、71.22 mg/kg、190.77 mg/kg。供试柑橘品种为爱媛38号果冻橙，于2019年4月定植（2年生），株行距3 m×4 m，试验当年树龄3年。

1.2 试验设计

采用定点施肥试验，试验共设5个处理：对照（不施肥，CK）；化肥处理（复合肥450 kg/hm2，HF）、农家肥（6 000 kg/hm2，NJF）、有机肥（1 500 kg/hm2，YJF）、生物炭（4 800 kg/hm2，SWT）。其中，复合肥是由中化化肥有限公司生产的三元复合肥（N、P2O5、K2O含量≥40%）；农家肥取自松桃县某养牛场风干牛粪［pH值6.28、有机质含量14.5%、氮（N）含量0.44%、磷（P2O5）含量0.51%、钾（K2O）含量2.03%］；有机肥为巴彦淖尔市德源肥业有限公司生产的商品有机肥（pH值6.57，有机质含量≥90%，N、P2O5、K2O含量≥12%）；生物炭由辽宁金和福农业科技股份有限公司生产的玉米秸秆生物炭（pH值8.43，有机质含量≥50%，N、P2O5、K2O含量≥5%）。每个处理3次重复，随机区组排列，每个处理选择树势一致、无病害的柑橘树5株为1个小区。各处理肥料均于2020年11月全部作为基肥在距幼龄柑橘树干50～80 cm处开20～30 cm深的环形沟均匀施入，并及时回土覆盖，各处理生育期采用人工除草，其他田间管理均一致。其中，在2021年6—9月柑橘生长旺盛期，平均每3周喷施1次N ∶P2O5 ∶K2O质量比=15 ∶15 ∶15的叶面肥，共喷施4次。

1.3 土壤樣品采集与分析

于2021年4月11日（春梢期）、6月12日（夏梢期）和9月25日（秋梢期）分别在各处理小区内距柑橘树干30～50 cm的位置，避开施肥沟，随机、多点采集耕层土壤（0～20 cm）样品并均匀混合、剔除石块和杂质后带回实验室，自然风干后分别过1、0.25 mm 筛装袋保存，用于土壤理化指标测定。土壤pH值采用水浸提（水土比为5 mL ∶1 g），酸度计测定；土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量采用土壤农化分析常规方法［10］测定；土壤过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶活性参照关松荫的方法［11］测定。

1.4 数据处理与分析

采用Excel 2010进行数据处理和作图，SPSS 25.0 软件对数据进行显著性检验和多重比较分析，采用Canoco 5.0软件进行冗余分析（redundancy analysis，RDA）。

2 结果与分析

2.1 不同施肥种类对柑橘园土壤pH值和养分含量的影响

2.1.1 土壤pH值的动态变化 由图1可知，不同施肥处理下柑橘各生育期土壤pH值变化趋势不同，SWT、YJF、CK处理的pH值呈先降后增的趋势，NJF、HF处理的pH值呈不断下降的趋势。柑橘春梢期SWT处理pH值最高，达到5.60，较其他施肥处理提高5.46%～8.53%，且差异显著，与CK处理间差异不显著，但仍提高2.00%；柑橘夏梢期各处理土壤pH值表现为SWT＞YJF＞NJF＞CK＞HF；柑橘秋梢期SWT处理pH最高，较其他处理显著提高13.22%～28.69%。

2.1.2 土壤有机质含量的动态变化 由图2可见，各处理土壤有机质含量随着生育期的推进呈逐渐降低的趋势。各处理土壤有机质含量均在柑橘春梢期达到最高，为21.40～26.58 g/kg。柑橘春梢期、夏梢期、秋梢期SWT处理土壤有机质含量较CK处理分别提高22.88%、26.79%、30.77%，较HF和NJF处理分别显著提高24.21%和17.45%、23.45%和12.37%、22.93%和11.10%；与YJF处理差异不显著，但仍提高6.37%～9.43%。

2.1.3 土壤碱解氮含量的动态变化 由图3可以看出，与CK相比，施肥均提高了柑橘各生育期土壤碱解氮含量。SWT、YJF、NJF和CK处理柑橘生育期碱解氮含量均呈先升高后下降的趋势，而HF处理则呈逐渐降低趋势。春梢期HF处理碱解氮含量最高，达到189.29 mg/kg，较其他处理显著提高8.76%～22.79%；夏梢期、秋梢期均以SWT处理碱解氮含量最高，较CK处理分别显著提高69.11%、51.58%，较其他施肥处理分别显著提高24.47%～65.96%、9.99%～33.81%。

2.1.4 土壤有效磷含量的动态变化 由图4可以看出，施肥均有效提高了柑橘园各生育期有效磷含量，各处理柑橘生育期土壤有效磷含量均呈先升高后降低的趋势。柑橘春梢期SWT处理有效磷含量最高，较YJF、NJF、CK分别显著提高23.11%、19.15%、31.00%，与HF处理差异不显著，但仍可提高7.41%；柑橘夏梢期、秋梢期SWT处理有效磷含量分别较其他处理显著提高20.40%～86.98%、23.36%～117.86%，各处理土壤有效磷含量均表现为SWT＞YJF＞NJF＞HF＞CK，且各处理间差异显著。

2.1.5 土壤速效钾含量的动态变化 由图5可知，各处理土壤速效钾含量在柑橘生育期呈现先降低后增加的趋势。柑橘春梢期SWT处理速效钾含量最高，分别较CK、YJF处理提高39.11%、15.60%，与NJF、HF处理间差异不显著；柑橘夏梢期SWT处理速效钾含量显著高于NJF、HF、CK处理，但与YJF处理差异不显著；柑橘秋梢期各处理土壤速效钾含量表现为SWT＞YJF＞NJF＞HF＞CK，且各处理间差异均达到显著水平，SWT处理速效钾含量较其他处理显著提高15.19%～132.76%。

2.2 不同施肥种类对柑橘园土壤酶活性的影响

2.2.1 土壤过氧化氢酶活性的动态变化 由图6可见，不同施肥处理柑橘园土壤过氧化氢酶活性均呈先降低后增加的趋势。柑橘春梢期SWT处理土壤过氧化氢酶活性最高，较CK和其他施肥处理分别显著提高62.11%和15.79%～57.14%，NJF、HF和CK处理间差异不显著，但均显著低于YJF处理；柑橘夏梢期各处理土壤过氧化氢酶活性表现为SWT＞YJF＞NJF＞CK＞HF，其中，SWT处理显著高于NJF、HF、CK处理，但与YJF处理差异不显著；柑橘秋梢期SWT处理土壤过氧化氢酶活性最高，较其他处理显著提高31.73%～163.46%，HF处理最低。

2.2.2 土壤脲酶活性的动态变化 由图7可以看出，不同施肥处理下柑橘各生育期土壤脲酶活性的变化略有不同，SWT、YJF处理呈先升高后降低的趋势，HF、CK处理呈不断降低的趋势，而NJF处理则呈现先升高后保持不变的趋势。春梢期HF土壤脲酶活性最高，较其他处理显著提高32.26%～57.69%；夏梢期SWT处理土壤脲酶活性最高，较CK显著提高140.00%，较其他施肥处理显著提高17.07%～45.45%，NJF和HF处理间差异不显著，但均显著低于YJF处理；秋梢期SWT处理土壤脲酶活性较CK显著提高127.78%，较其他施肥处理显著提高10.81%～51.85%，YJF和NJF处理间差异不显著，但显著高于HF和CK处理。

2.2.3 土壤蔗糖酶活性的动态变化 不同施肥处理下柑橘生育期土壤蔗糖酶活性均呈先增加后降低的趋势，且各生育期土壤蔗糖酶活性均以SWT处理最高。春梢期SWT处理蔗糖酶活性较其他处理显著提高16.77%～50.00%，YJF、NJF、CK处理间差异不显著，但显著低于HF处理；夏梢期、秋梢期SWT处理土壤蔗糖酶活性较其他处理分别显著提高28.91%～103.38%、15.72%～94.71%，YJF、NJF处理差异不显著，但显著高于HF和CK处理（图8）。

2.2.4 土壤酸性磷酸酶活性的動态变化 由图9可以看出，不同施肥处理柑橘生育期土壤酸性磷酸酶活性均呈不断升高的趋势，与CK相比，施肥均有效提高了柑橘园土壤酸性磷酸酶活性。柑橘各生育期阶段均以SWT处理酸性磷酸酶活性最高，较其他处理分别提高了17.88%～29.45%、14.95%～41.38%、20.56%～67.04%，且差异均达到显著性水平；春梢期CK处理显著低于HF处理，但与YJF、NJF处理间差异不显著；夏梢期YJF处理土壤酸性磷酸酶活性均显著高于HF和CK处理，但与NJF处理间差异不显著。

2.3 土壤酶活性和土壤环境因子的RDA分析

通过对不同施肥处理下土壤酶活性与土壤环境因子进行RDA分析﹐不同施肥处理下土壤酶活性用空心箭头连线表示，土壤环境因子用实心箭头连线表示。由图10可知，土壤环境因子对土壤酶活性的解释量为71.15%，其中，前2个排序轴的解释变量分别为45.14%和26.01%，能较好反映土壤酶活性和土壤环境因子之间的关系。第一排序轴主要与AP（r=-0.952）和AN（r=-0.779）的相关性较好；第二排序轴主要与AK（r=0.869）、OM（r=0.747）和pH值（r=0.711）的相关性较好。采用envfit函数检验每个环境因子的显著性，结果显示，pH值（r2=0.609）、OM（r2=0.522，）、AP（r2=0.500）、AN（r2=0.749）和AK（r2=0.792）对土壤酶活性的影响均达到极显著水平（P<0.01）。以上结果说明pH值和OM、AP、AN AK含量是影响土壤酶活性的主要环境因子。

3 结论与讨论

土壤化学性质和水肥供应能力是柑橘生长所需营养供应的保障［12］，也是衡量土壤肥力状况的重要指标［9，13］。施肥可以改善果园土壤结构，调节土壤养分供应，提高土壤肥力，进而促进农作物生长发育［7］。幼龄期柑橘各生育期对土壤养分的需求旺盛，选择科学合理的施肥措施有利于提高土壤肥力和改善土壤质量，对保障贵州地区果园可持续发展具有重要意义。本研究发现，不同施肥处理下柑橘各生育期土壤pH值变化趋势有所差异，SWT、YJF、CK处理的pH值呈先降后增的趋势，NJF、HF处理的pH值呈不断下降的趋势，化肥施用会进一步导致土壤酸化，pH值降低，而施用生物炭和有机肥在一定程度上有效提高了土壤pH值，这与袁访等的研究结果［14-15］一致。土壤有机质是土壤的重要组成部分，是土壤肥力的物质基础，土壤速效养分作为植物摄取养分的重要来源之一，是植物生长发育的物质基础［16］。本研究结果表明，与CK处理相比，施肥均在一定程度上提高了柑橘各生育期土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量，这是因为施肥增加了外源养分投入，改善了土壤结构和肥力状况，加快和调节土壤养分循环转化，进而增加了土壤速效养分含量［7］。同时，SWT处理柑橘各生育期土壤有机质和速效养分含量均高于YJF、NJF和HF处理，这可能是相较于有机肥、农家肥和化肥，生物炭在土壤中的降解矿化速度相对较慢，使得较多的氮、磷、钾等养分残留于土壤［17］。本研究还发现，季节性气候变化以及柑橘不同生育期对养分的需求不同而导致土壤养分呈现差异，各处理土壤有机质含量均在柑橘春梢期达到最高，随着生育期的推进而逐渐降低，土壤碱解氮含量除HF处理呈逐渐降低趋势外，其他处理均呈先升高后下降的趋势，土壤有效磷含量在柑橘生育期表现为先升高后降低的趋势，而土壤速效钾含量则呈现先降低后增加的趋势。这可能是由于夏梢期气温升高，柑橘生长迅速，对土壤养分的需求不断增加，导致土壤有机质矿化分解，进而降低了土壤中有机质和速效养分含量。秋梢期后，随着气温降低，柑橘的生长速度逐渐减缓，对土壤矿物态钾的吸收减少，使土壤中速效钾含量升高，这与张成君等的研究结果［9］一致。

土壤酶作为土壤中的一种生物催化剂，能促进土壤中有机物质的分解矿化，直接或间接参与土壤养分循环过程［18］，其活性高低可以用于衡量土壤健康和评价施肥效果的重要生物指标［19］。本研究结果表明，与CK相比，除HF处理降低了柑橘夏梢期、秋梢期土壤过氧化氢酶活性外，其他施肥处理均有效提高了柑橘夏梢期、秋梢期土壤过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶和酸性磷酸酶活性，这是因为施肥能显著改善果园土壤理化性质，增加土壤有机质含量和养分有效性，促进土壤微生物活动和繁殖，进而提高土壤酶活性。相较于化肥，有机肥施入能为果园土壤带入更多的缓释性养分，提高土壤养分的维持供应能力，同时也有助于减少土壤中氮、磷、钾等养分的流失［17］。此外，季节变化能引起土壤微生物活性的变化，进而引起土壤酶活性差异［9］。本研究中，不同施肥模式下4种土壤酶活性在柑橘生育期表现出的动态变化，可能与季节更替导致的土壤水、气、热状况变化引起的土壤酶活性差异密切相关［20］，这有待于进一步深入研究。

前人研究发现，影响土壤酶活性变化的因素较复杂，与土壤类型、施肥种类及气候变化等因素有关［21-22］。许多研究证明，土壤养分含量与土壤酶活性呈显著正相关关系，表明土壤养分与酶活性存在协同变化效应［23-24］。张涵等研究发现，施肥会作用至土壤物质循环过程，从而导致土壤环境因子发生改变，进而影响土壤酶活性［25］。Liu等研究发现，土壤理化指标和土壤酶活性较其他土壤特性更能快速响应施肥管理的变化［26］。李欣等通过对土壤酶活性和环境因子的冗余分析，发现影响土壤酶活性的主要环境因子为全钾和有效磷含量，且排序靠前的多为养分因子，进一步说明土壤酶活性主要由土壤养分驱动［27］。因此，土壤环境因子与土壤酶活性结合可以较准确地反映土壤肥力的变化［28］。本研究通过土壤pH值、土壤酶活性和有机质、速效养分含量的RDA分析，定量分析了不同施肥处理下土壤环境因子对土壤酶活性的直接或间接作用及影响。结果表明，不同施肥处理下柑橘园土壤环境因子对土壤酶活性的影响均达到极显著水平（P<0.01）。这与Wang等的研究结果［29-30］基本一致。

综上，施肥在一定程度上能改善幼龄柑橘园生育期土壤有机质含量和土壤养分供应水平，增强土壤酶活性，有机肥料效果要优于化肥。此外，SWT处理还能改善土壤酸化，在提升土壤肥力和酶活性水平上优于其他施肥处理，可优先作为贵州黄壤土幼龄柑橘园土壤培肥方式。

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收稿日期：2023-02-28

基金项目：贵州省重点实验室项目（编号：黔科合平台人才［2020］2003）；贵州省教育厅自然科学研究项目（编号：黔教合KY字［2022］067号）；铜仁市科技支撑计划（编号：铜市科研［2020］81号）；铜仁学院硕士点及学科建设研究项目（编号：Trxyxwdxm-036）；国家级大学生创新创业训练计划项目（编号：202110665005；202210665034）；省级大学生创新创业训练计划项目（编号：S202110665025）。

作者简介：余 高（1988—），男，湖南益阳人，硕士，副教授，主要从事土壤改良相关研究。E-mail：httywwwyu1014@sina.com。

通信作者：陈 芬，博士，教授，主要从事土壤肥力改良与植物营养研究。E-mail：chenfen2018@126.com。