羅自威，陶晶霞，侯凱捷，張利軍,3，陳曉輝，王玉雯，廖文強(qiáng)，吳良泉，李 延，郭九信*

（1 福建農(nóng)林大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院/福建省土壤環(huán)境健康與調(diào)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建福州 350002；2 福建農(nóng)林大學(xué)國(guó)際鎂營(yíng)養(yǎng)研究所，福建福州 350002；3 廣西大學(xué)農(nóng)學(xué)院，廣西南寧 530004；4 福建省農(nóng)田建設(shè)與土壤肥料技術(shù)總站，福建福州 350003）

柑橘是世界第一大類(lèi)水果，自2007至2019年我國(guó)柑橘種植面積和產(chǎn)量分別占世界的29.08%和27.89%，一直穩(wěn)居世界首位[1-2]。柚類(lèi)是柑橘的重要種類(lèi)之一，在我國(guó)南方地區(qū)廣泛種植，原產(chǎn)于福建省平和縣的琯溪蜜柚既是我國(guó)名特優(yōu)柚類(lèi)品種之一，也是其縣域經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)和農(nóng)民收入的主要來(lái)源。由于蜜柚生產(chǎn)以分散的家庭種植經(jīng)營(yíng)為主，果農(nóng)片面追求高產(chǎn)而過(guò)量施用氮磷鉀肥，忽視或盲目補(bǔ)充中微量元素肥料和有機(jī)肥料的現(xiàn)象普遍[3-5]，導(dǎo)致柚園土壤養(yǎng)分過(guò)量與缺乏并存，降低了土壤質(zhì)量[6-7]。過(guò)量施肥也致使蜜柚樹(shù)體養(yǎng)分失衡，進(jìn)而影響?zhàn)B分吸收而降低肥料利用率，嚴(yán)重者還會(huì)對(duì)果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)產(chǎn)生負(fù)面影響[8-9]。另外，過(guò)量施肥不僅造成資源的無(wú)效損耗、種植成本的急劇增加，還會(huì)引發(fā)生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，如土壤酸化和肥力下降[6-7]、水體富營(yíng)養(yǎng)化[10]、碳排放加劇[11]等。因此，研究和應(yīng)用養(yǎng)分優(yōu)化管理對(duì)平和縣琯溪蜜柚的提質(zhì)增效和低碳減排具有重要的理論和實(shí)踐意義。

近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)柑橘養(yǎng)分管理開(kāi)展了諸多研究，提出柑橘園適宜的氮磷鉀肥用量，并建議根據(jù)品種、產(chǎn)量和土壤養(yǎng)分狀況優(yōu)化施肥量，從而提高果實(shí)品質(zhì)和肥料利用率[4-5,8,12-15]。Qin等[13]通過(guò)對(duì)世界柑橘水氮用量的整合分析得出，協(xié)同優(yōu)化灌溉和氮肥用量可增產(chǎn)10%～20%，提高氮肥利用率15%～40%，增加水分利用率15%～30%。雷靖等[4]根據(jù)全國(guó)柑橘農(nóng)戶(hù)調(diào)研指出，我國(guó)柑橘主產(chǎn)區(qū)的氮磷鉀肥過(guò)量施用普遍且減施潛力巨大，尤以柚類(lèi)化肥減施潛力最大。在琯溪蜜柚上的研究也進(jìn)一步證實(shí)，較農(nóng)戶(hù)習(xí)慣減施30%氮肥和35%磷肥時(shí)仍可實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)和品質(zhì)提升[12]，而磷肥減施35%并配施鋅肥的增產(chǎn)效果高達(dá)27.79%[14]，且氮肥減施有助于降低蜜柚生產(chǎn)的碳排放[11]。同時(shí)，氮磷鉀肥優(yōu)化減施的積極效果也在蜜橘[15]和紐荷爾臍橙[16]上被研究報(bào)道。當(dāng)前，我國(guó)包括蜜柚園在內(nèi)的柑橘園土壤酸化進(jìn)程加劇，對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)勢(shì)在必行，而施用石灰是有效改良土壤酸性，提高土壤養(yǎng)分有效性，改善樹(shù)體營(yíng)養(yǎng)，進(jìn)而促進(jìn)柑橘生長(zhǎng)、產(chǎn)量和品質(zhì)形成的重要舉措[17-18]。另外，在我國(guó)“化肥農(nóng)藥雙減”和“果蔬茶有機(jī)肥替代化肥”的政策背景下，科學(xué)施用有機(jī)肥是保障柑橘提質(zhì)增效和促進(jìn)果實(shí)質(zhì)量安全的重要手段之一。柑橘園施用有機(jī)肥具有培肥土壤、改善葉片營(yíng)養(yǎng)狀況、提升產(chǎn)量和品質(zhì)、增加經(jīng)濟(jì)效益、降低溫室氣體排放的多重積極作用[19-25]。因此，在集約化蜜柚種植區(qū)亟需開(kāi)展以化肥減施和土壤改良相結(jié)合的養(yǎng)分優(yōu)化管理研究和應(yīng)用。

目前，琯溪蜜柚集中連片種植區(qū)氮磷鉀化肥減施潛力較大，尚缺少綜合應(yīng)用化肥減施、土壤調(diào)酸和有機(jī)肥替代化肥措施的養(yǎng)分優(yōu)化管理的比較研究和系統(tǒng)評(píng)價(jià)。本研究選擇平和縣琯溪蜜柚核心產(chǎn)區(qū)具有代表性的成年紅肉蜜柚園，設(shè)計(jì)養(yǎng)分優(yōu)化管理的田間定位試驗(yàn)，系統(tǒng)研究?jī)?yōu)化施肥管理對(duì)蜜柚產(chǎn)量、品質(zhì)、樹(shù)體養(yǎng)分、經(jīng)濟(jì)效益、土壤酸化阻控和碳排放的綜合影響，以期為平和縣琯溪蜜柚產(chǎn)業(yè)“減肥調(diào)酸、提質(zhì)增效和低碳減排”的綠色發(fā)展提供養(yǎng)分優(yōu)化管理措施和科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2019—2020年在福建省平和縣坂仔鎮(zhèn)琯溪蜜柚主產(chǎn)區(qū)進(jìn)行 (N36°18′12′′，E117°15′18′′)。該地屬于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫27.3℃、降雨量1865 mm。試驗(yàn)蜜柚園土壤為酸性紅壤，試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)(2018年冬)土壤基礎(chǔ)理化性狀為pH 4.3、銨態(tài)氮含量19.17 mg/kg、硝態(tài)氮含量26.71 mg/kg、有效磷含量473.96 mg/kg、速效鉀含量268.61 mg/kg、交換性鈣含量294.86 mg/kg、交換性鎂含量73.58 mg/kg。試驗(yàn)蜜柚園為種植10年的盛果期紅肉蜜柚，試驗(yàn)前樹(shù)勢(shì)整體情況為株高3.5 m、莖基部直徑0.13 m、冠幅2.9 m、種植密度750 株/hm2和鮮果產(chǎn)量 70 kg/株。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)柚園土壤肥力分級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)和柑橘種植發(fā)達(dá)國(guó)家施肥推薦用量[4-7]，該試驗(yàn)區(qū)化肥過(guò)量施用，土壤有效磷含量遠(yuǎn)超土壤磷環(huán)境高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，且土壤酸化嚴(yán)重。因此，本試驗(yàn)設(shè)置兩種施肥管理模式，即農(nóng)戶(hù)習(xí)慣施肥實(shí)踐(FFP)和養(yǎng)分優(yōu)化管理(OPTs)，其中，OPTs包括化肥減施處理(OPT1)、化肥減施+土壤調(diào)酸處理(OPT2)和化肥減施+土壤調(diào)酸+有機(jī)肥替代20%化肥氮處理(OPT3) 3種措施。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每個(gè)處理4個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)6棵樹(shù)，共96棵樹(shù)，成熟期選擇代表性長(zhǎng)勢(shì)一致的蜜柚樹(shù)用于樣品采集。試驗(yàn)中，F(xiàn)FP處理按照課題組前期農(nóng)戶(hù)調(diào)研結(jié)果進(jìn)行施肥，即蜜柚年化肥氮(N)、磷(P2O5)和鉀(K2O)的施用量分別為1050、880和870 kg/hm2，同時(shí)施用有機(jī)肥7500 kg/hm2。OPTs模式著重進(jìn)行“化肥減施、土壤調(diào)酸和有機(jī)替代”的理念，其中，OPT1處理蜜柚年施肥量為N 200 kg/hm2和K2O 200 kg/hm2，不施磷肥(后期將根據(jù)土壤、植株磷含量測(cè)定結(jié)果進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整)；OPT2處理在OPT1處理的基礎(chǔ)上增施熟石灰(CaO) 2010 kg/hm2進(jìn)行土壤酸度調(diào)節(jié)(施用量依據(jù)土壤pH調(diào)節(jié)至5.5～6.5的理論計(jì)算[26])；OPT3處理在OPT2處理的基礎(chǔ)上進(jìn)行有機(jī)肥替代20%化肥氮，即蜜柚年施肥量為 N 160 kg/hm2、K2O 176 kg/hm2、CaO 2010 kg/hm2和有機(jī)肥2000 kg/hm2。供試肥料為尿素(46%N)、磷酸二銨(15% N和42% P2O5)、硫酸鉀(K2O 51%)、熟石灰(81% CaO)和菇渣有機(jī)肥(2.02% N、1.05% P2O5、1.20% K2O、3.55% CaO、1.14% Mg、32.88%有機(jī)質(zhì))。周年分4次施肥，分別在當(dāng)年的12月(過(guò)冬肥，起始為2018年)和次年的2月(春梢萌發(fā)肥)、4月(穩(wěn)果肥)與6月(壯果肥)進(jìn)行，各時(shí)期氮磷鉀肥料運(yùn)籌比例為3∶2∶3∶2；其中，熟石灰分別于當(dāng)年12月和次年4月化肥施用前一周各一半施入，有機(jī)肥于當(dāng)年12月一次性施入，各肥料均在離莖基部20—80 cm處進(jìn)行環(huán)形均勻撒施。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 土壤樣品采集 在果實(shí)收獲后各處理選擇6株代表性的蜜柚樹(shù)，距離樹(shù)干向外1 m處對(duì)稱(chēng)兩個(gè)點(diǎn)分別采集0—20和20—40 cm土層土壤樣品，用四分法每株混合為1個(gè)樣品，經(jīng)風(fēng)干、磨碎和過(guò)篩后保存待測(cè)。

1.3.2 枝梢樣品采集 在果實(shí)成熟期(9月下旬)各處理選取6株代表性的蜜柚樹(shù)，進(jìn)行當(dāng)年生春梢和果實(shí)樣品采集，沿樹(shù)冠外圍4個(gè)方位各采2個(gè)枝梢，每株混合為1個(gè)樣品，4次重復(fù)。枝梢進(jìn)一步區(qū)分為葉片和枝條，用去離子水洗凈后于烘箱中105℃殺青30 min后，溫度調(diào)至75℃烘干至恒重稱(chēng)重，粉碎并保存待測(cè)。

1.3.3 果實(shí)產(chǎn)量測(cè)定 在果實(shí)成熟期采集整株果實(shí)進(jìn)行產(chǎn)量測(cè)定，并記錄每株掛果數(shù)和單果重。果實(shí)產(chǎn)量和單果重以鮮重計(jì)。

1.3.4 果實(shí)品質(zhì)測(cè)定 果實(shí)品質(zhì)包括外在品質(zhì)和內(nèi)在品質(zhì)。在果實(shí)成熟期于每棵樹(shù)的中部外圍處(離地面約1—1.5 m)對(duì)稱(chēng)采集2個(gè)果，用游標(biāo)卡尺測(cè)量果實(shí)橫徑和縱徑，并計(jì)算果形指數(shù)(果實(shí)橫徑/果實(shí)縱徑)。測(cè)定單果重后，沿中部對(duì)半切開(kāi)果實(shí)，分別量取果皮和果肉厚度并進(jìn)行果肉和果皮的鮮、干樣制備。鮮樣用于內(nèi)在食用品質(zhì)測(cè)定(以果肉計(jì))，干樣用于養(yǎng)分含量測(cè)定。其中，果肉中總可溶性固形物含量(TSS)采用便攜式數(shù)顯糖度折射儀(PAL-1，ATAGO，日本)測(cè)定，可滴定酸(TA)采用NaOH中和滴定法測(cè)定，用比值法計(jì)算固酸比(TSS/TA)，用2,6-二氯苯酚吲哚酚鈉滴定法測(cè)定維生素C (Vc)含量。

1.3.5 枝梢和果實(shí)養(yǎng)分含量測(cè)定 枝梢和果實(shí)樣品中的氮(N)、磷(P)和鉀(K)元素采用濃H2SO4-H2O2法消解提取，分別應(yīng)用全自動(dòng)連續(xù)流動(dòng)分析儀(Flowsys，Systea，意大利)測(cè)定全N含量、鉬藍(lán)比色法測(cè)定全P含量、火焰光度計(jì)(FP6450，上海精科，中國(guó))測(cè)定全K含量。枝梢和果實(shí)樣品中的Ca含量采用HNO3-HClO4法消解提取，使用ICP-OES(Optima 7300 DV，PerkinElmer，美國(guó))測(cè)定。養(yǎng)分元素含量測(cè)定過(guò)程中以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)柑橘葉(GBW 10020，中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘察研究所)進(jìn)行參照。

1.3.6 土壤pH測(cè)定 風(fēng)干土按水土比為2.5∶1.0浸提后，采用pH計(jì)(Orion Star A215，Thermo Scientific，美國(guó))直接測(cè)定。

1.3.7 計(jì)算方法 肥料偏生產(chǎn)力(PFP，kg/kg)= 鮮果產(chǎn)量/養(yǎng)分施用量。蜜柚周年生產(chǎn)和種植過(guò)程中直接和間接溫室氣體(以CO2單量計(jì))的碳排放量(CO2emission，CE)和碳固定量(CO2sequestration，CS)采用生命周期評(píng)估(LCA)方法[11,27]，并計(jì)算蜜柚園單位產(chǎn)量碳足跡(carbon footprint，CF)。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

本試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2020進(jìn)行整理，采用SPSS 26.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)分布檢驗(yàn)、方差齊性檢驗(yàn)，再應(yīng)用Duncan新復(fù)極差法進(jìn)行單因素方差分析以檢驗(yàn)處理間參數(shù)差異的顯著性(P＜0.05)，并運(yùn)用一般線(xiàn)性模型對(duì)年際和處理進(jìn)行有交互效應(yīng)的雙因素方差分析(P＜0.05)，最終應(yīng)用Origin 2021軟件進(jìn)行制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 蜜柚產(chǎn)量和構(gòu)成因素

養(yǎng)分優(yōu)化管理(OPTs)較農(nóng)戶(hù)習(xí)慣施肥(FFP)在化肥減施高達(dá)86%時(shí)仍可實(shí)現(xiàn)蜜柚穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)(圖1a)，尤以2020年OPT3處理增產(chǎn)12.65%最為顯著，2020年較2019年單果重顯著提高，且2020年OPT3處理較FFP處理單果重提高10.70% (圖1b)；而年際間的掛果數(shù)則呈現(xiàn)出相反的變化，且處理間差異均不顯著(圖1c)。年份和施肥處理雙因素分析可知，施肥處理主要影響蜜柚產(chǎn)量和單果重，年份主要影響單果重和掛果數(shù)，而產(chǎn)量、單果重和掛果數(shù)響應(yīng)年份和施肥處理的交互作用均不顯著。同時(shí)，果實(shí)產(chǎn)量與掛果數(shù)(圖1d)和單果重(圖1e)之間均呈顯著正相關(guān)，而單果重與掛果數(shù)間則呈顯著負(fù)相關(guān)(圖1f)。

2.2 蜜柚果實(shí)品質(zhì)

年際和施肥處理顯著影響蜜柚果肉含水量、可溶性固形物、可滴定酸、固酸比和Vc含量，對(duì)果形指數(shù)和可食率影響不顯著(表1)。果實(shí)外在品質(zhì)中，2019年OPT1處理的果形指數(shù)顯著高于FFP；果肉含水率在85.06%～87.32%，2020年OPT3處理的果肉含水率顯著高于FFP處理。果實(shí)內(nèi)在品質(zhì)中，2019年OPT1和OPT3處理的果肉可溶性固形物含量顯著高于FFP處理，同時(shí)，2019年OPT2和OPT3處理的果肉可滴定酸含量顯著低于FFP處理，從而顯著提高其固酸比；OPT2和OPT3施肥處理較FFP施肥處理也顯著提高果肉Vc含量。

表1 養(yǎng)分優(yōu)化管理對(duì)蜜柚果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)的影響Table 1 Effects of optimized nutrient management on fruit quality indexes of pomelo trees

2.3 蜜柚氮肥和鉀肥偏生產(chǎn)力

養(yǎng)分優(yōu)化管理顯著提高蜜柚氮肥和鉀肥的偏生產(chǎn)力(圖2)。2019和2020年OPTs施肥模式的氮肥偏生產(chǎn)力平均分別為282.29和302.92 kg/kg，其分別較FFP模式提高5.40和5.59倍，平均提高5.49倍，且尤以O(shè)PT3處理平均增幅最為顯著(圖2a)。鉀肥偏生產(chǎn)力也表現(xiàn)出相似的變化，2019和2020年O P T s施肥模式的鉀肥偏生產(chǎn)力平均分別為300.34和317.20 kg/kg，其分別較FFP模式提高4.66和4.85倍(圖2b)，平均提高4.75倍。年份和施肥處理雙因素分析顯示，蜜柚氮肥和鉀肥的偏生產(chǎn)力均顯著受到年份、施肥處理的影響，且其交互作用也顯著影響鉀肥偏生產(chǎn)力。

圖2 養(yǎng)分優(yōu)化管理對(duì)蜜柚氮肥和鉀肥偏生產(chǎn)力的影響Fig. 2 Effects of optimized nutrient management on partial factor productivity of N and K2O in pomelo trees

2.4 蜜柚當(dāng)年生葉片和枝條養(yǎng)分含量

養(yǎng)分優(yōu)化管理顯著影響蜜柚當(dāng)年生葉片養(yǎng)分含量(圖3)。年份和施肥處理雙因素分析顯示，年份和施肥處理均顯著影響蜜柚葉片的氮含量和鈣含量，但對(duì)葉片磷含量和鉀含量沒(méi)有顯著影響，且各養(yǎng)分含量也未表現(xiàn)出受其交互作用的影響。其中，2019和2020年FFP模式較OPTs模式分別提高葉片氮含量 12.68% 和 8.42% (圖3a)，而 2020年 OPT2和OPT3處理的葉片鉀含量較FFP處理分別顯著增加了21.13%和17.19% (圖3c)，且OPT2和OPT3處理鈣含量平均較FFP處理在2019和2020年分別提高了 22.29% 和 16.98% (圖3d)。

圖3 養(yǎng)分優(yōu)化管理對(duì)蜜柚當(dāng)年生葉片氮磷鉀鈣含量的影響Fig. 3 Effects of optimized nutrient management on N, P, K, and Ca content in one-year leaves of pomelo trees

養(yǎng)分優(yōu)化管理在影響蜜柚當(dāng)年生葉片養(yǎng)分含量的同時(shí)也顯著影響其枝條養(yǎng)分含量(圖4)。整體而言，2019和2020年FFP處理的枝條氮含量較OPTs處理分別平均提高了12.68%和22.29%；枝條磷含量在不同年份和處理間均沒(méi)有顯著差異；2020年OPT2處理枝條中鉀含量較FFP處理顯著提高了17.67%；2020年OPT2和OPT3處理枝條中鈣含量較FFP處理分別提高了15.78%和15.32%。同時(shí)，年份和施肥處理雙因素分析顯示，施肥處理顯著影響枝條氮含量和鈣含量，且枝條鈣含量顯著受到年份和施肥處理交互作用的影響。

圖4 養(yǎng)分優(yōu)化管理對(duì)蜜柚當(dāng)年生枝條氮磷鉀鈣含量的影響Fig. 4 Effects of optimized nutrient management on N, P, K, and Ca content in a one-year branch of pomelo trees

2.5 蜜柚果實(shí)養(yǎng)分含量和累積量

養(yǎng)分優(yōu)化管理顯著影響蜜柚果實(shí)養(yǎng)分含量，且不同果實(shí)部位的養(yǎng)分含量間也呈現(xiàn)出顯著差異(圖5)。整體而言，年份顯著影響果皮和果肉的磷含量以及果皮的鉀含量和鈣含量，施肥處理則顯著影響果皮的氮含量和鈣含量；同時(shí)，果皮的氮含量和鈣含量顯著高于果肉，而果肉的磷含量和鉀含量則顯著高于果皮(P＜0.05)。其中，2019和2020年FFP處理的果皮氮含量顯著高于OPTs處理，2020年OPT1處理的果肉鉀含量顯著低于其他處理，2020年OPT2和OPT3處理的果皮鈣含量顯著高于其他處理，分別較FFP處理了提高了23.22%和31.34%。

圖5 養(yǎng)分優(yōu)化管理對(duì)蜜柚果實(shí)氮磷鉀鈣含量的影響Fig. 5 Effects of optimized nutrient management on N, P, K, and Ca content in pomelo fruit

養(yǎng)分優(yōu)化管理顯著影響蜜柚果實(shí)養(yǎng)分累積量(圖6)。蜜柚果皮中養(yǎng)分累積順序?yàn)榈?53.82 g/plant)＞鉀(45.91 g/plant)＞鈣 (39.92 g/plant)＞磷 (4.97 g/plant)，而蜜柚果肉中則為鉀(114.95 g/plant)＞氮(79.37 g/plant)＞鈣 (13.41 g/plant)＞磷 (13.13 g/plant)，且果肉中氮、磷和鉀的累積量均大于果皮，而鈣則相反。同時(shí)，年份和施肥處理顯著影響果皮的氮和鈣累積量，年份顯著影響果肉的鉀和鈣累積量，施肥處理顯著影響果肉的氮累積量，但果皮和果肉各養(yǎng)分累積量均不受年份和施肥處理的交互作用影響；其中，2020年FFP處理果皮和果肉的氮累積量顯著高于OPT1處理，且OPT3處理果皮的鈣累積量顯著高于FFP處理和OPT1處理。另外，按照750 株/hm2的種植密度計(jì)算，因蜜柚果實(shí)收獲所帶走的氮、磷、鉀和鈣養(yǎng)分平均為99.88、13.57、120.64 和 39.40 kg/hm2。

圖6 養(yǎng)分優(yōu)化管理對(duì)蜜柚果實(shí)氮磷鉀鈣累積量的影響Fig. 6 Effects of optimized nutrient management on N, P, K, and Ca accumulation in pomelo fruit

2.6 經(jīng)濟(jì)效益、土壤調(diào)酸和碳排放

養(yǎng)分優(yōu)化管理顯著提高蜜柚生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益(表2)。OPTs處理的生產(chǎn)成本(農(nóng)資)投入較FFP處理降低了35.66%，進(jìn)而經(jīng)濟(jì)效益(凈利潤(rùn))提高了12.80%，從而導(dǎo)致2019和2020年OPTs施肥模式較FFP施肥模式的產(chǎn)投比分別增加了27.02%和37.16%。

表2 養(yǎng)分優(yōu)化管理對(duì)蜜柚經(jīng)濟(jì)效益的影響 (×104 yuan/hm2)Table 2 Effects of optimized nutrient management on economic benefits of pomelo tree production

養(yǎng)分優(yōu)化管理顯著改善蜜柚園土壤酸堿度(圖7)。0—20 cm土層中，土壤pH在不同年份和施肥處理間均達(dá)到顯著差異水平，2019和2020年OPT2和OPT3處理較FFP處理顯著提高土壤pH，其平均分別提高了0.97和1.18個(gè)單位，且2020年OPTs施肥模式的土壤pH較2019年提升了0.33個(gè)單位。20—40 cm土層中，2020年OPTs施肥模式的土壤pH顯著高于FFP施肥模式。

圖7 養(yǎng)分優(yōu)化管理對(duì)蜜柚園0—20 cm 和20—40 cm 土層土壤pH的影響Fig. 7 Effect of optimized nutrient management on soil pH in 0-20 cm and 20-40 cm layers in pomelo orchard

養(yǎng)分優(yōu)化管理顯著降低蜜柚生產(chǎn)的碳排放和碳足跡(圖8)，其中，F(xiàn)FP處理的2019和2020年平均碳排放量高達(dá)21.81 t CO2eq/hm2，而OPT1、OPT2和OPT3處理的年均碳排放量較FFP處理分別下降了76.30%、76.12%和76.01%，且OPTs處理較FFP處理年碳凈排放量下降89.89% (圖8a)。FFP處理的碳足跡為0.31 t CO2eq/t，而OPTs處理的碳足跡平均僅為0.03 t CO2eq/t，其較FFP處理下降了90.18% (圖8b)。

圖8 養(yǎng)分優(yōu)化管理對(duì)蜜柚年碳排放量和碳足跡的影響Fig. 8 Effects of optimized nutrient management on annual carbon emission and carbon footprint in pomelo production

3 討論

肥料的過(guò)量和不合理施用嚴(yán)重阻礙了琯溪蜜柚產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，科學(xué)施肥可以保障土壤中礦質(zhì)養(yǎng)分均衡供應(yīng)、調(diào)控樹(shù)體生長(zhǎng)發(fā)育、提升蜜柚產(chǎn)量和品質(zhì)，進(jìn)而提高肥料利用率和經(jīng)濟(jì)效益[4-5,9,12,14]。本研究中，OPTs處理在較FFP處理減少81%氮肥、77%鉀肥和100%磷肥的基礎(chǔ)上仍可連續(xù)2年實(shí)現(xiàn)蜜柚的穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)、品質(zhì)提升和肥料利用率提高，這與位高生等[12]報(bào)道的蜜柚減量施肥不僅不減產(chǎn)反而還有適當(dāng)增產(chǎn)和提高果實(shí)外在和內(nèi)在品質(zhì)作用的結(jié)果相似。參照我國(guó)柚類(lèi)氮肥(N 350～450 kg/hm2)、磷肥(P2O5200～250 kg/hm2)和鉀肥(K2O 300～400 kg/hm2)的推薦施用量[4]，這既反映了該地區(qū)柚農(nóng)過(guò)量施肥的不合理性，也證實(shí)了可以進(jìn)行蜜柚減肥增效管理，相關(guān)的積極效果也在哈姆林橙[8]、溫州蜜柑[15]、紐荷爾臍橙[16]、檸檬[28]等生產(chǎn)中被研究報(bào)道。同時(shí)，本研究在減量施肥處理(OPT1)的基礎(chǔ)上進(jìn)行土壤調(diào)酸(OPT2)以及土壤調(diào)酸和有機(jī)肥替代化肥(OPT3)處理，對(duì)土壤改良和質(zhì)量提升起到了積極作用，這可能是其進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)養(yǎng)分高效、產(chǎn)量增加和品質(zhì)提升的關(guān)鍵所在[21,29]。無(wú)論如何，科學(xué)施肥應(yīng)根據(jù)土壤供肥能力和樹(shù)體養(yǎng)分需求綜合考慮[30-31]，本研究中盛果期蜜柚樹(shù)果實(shí)收獲所帶走的氮、磷、鉀和鈣養(yǎng)分平均僅為99.88、13.57、120.64、39.40 kg/hm2，OPTs處理的施肥量已經(jīng)滿(mǎn)足樹(shù)體的養(yǎng)分需求，且減量施肥有助于增強(qiáng)蜜柚樹(shù)的養(yǎng)分吸收和利用[9]，而有關(guān)蜜柚園土壤養(yǎng)分動(dòng)態(tài)和樹(shù)體養(yǎng)分需求的規(guī)律有待進(jìn)一步深入研究。需要指出的是，本研究所在試驗(yàn)區(qū)由于長(zhǎng)期過(guò)量施用磷肥，土壤有效磷嚴(yán)重富集(474 mg/kg)，遠(yuǎn)高于磷素環(huán)境敏感值(96.3 mg/kg)[10]，因此，需要停止施用磷肥。后期應(yīng)持續(xù)跟蹤檢測(cè)土壤和樹(shù)體磷營(yíng)養(yǎng)狀況和產(chǎn)量水平及時(shí)調(diào)整磷肥施用，以期平衡土壤供應(yīng)和樹(shù)體需求。

過(guò)量施肥在改變柚園土壤養(yǎng)分平衡的同時(shí)也顯著加速土壤酸化，而嚴(yán)重的土壤酸化被認(rèn)為是影響蜜柚園土壤健康和果實(shí)品質(zhì)的重要限制因子[6]，施用石灰是阻控土壤酸化的一種經(jīng)濟(jì)有效的措施[17,29]。本研究結(jié)果顯示，化肥減施配合土壤調(diào)酸處理(OPT2和OPT3)在顯著提高柚園表層土壤pH的同時(shí)還緩解了亞表層土壤酸化，表現(xiàn)出良好的土壤酸度調(diào)節(jié)效果和增加樹(shù)體鈣營(yíng)養(yǎng)，這與張影等[17]的研究結(jié)果一致，并指出柑橘園石灰調(diào)酸有助于提高土壤養(yǎng)分有效性和根系養(yǎng)分吸收，進(jìn)而提高養(yǎng)分利用率、均衡樹(shù)體營(yíng)養(yǎng)、提升果實(shí)品質(zhì)。Zhang等[29]的研究也表明，通過(guò)化肥減施、石灰調(diào)酸和增施鎂肥的綜合措施可以提高蜜柚園土壤pH、提升土壤養(yǎng)分有效性和改善果實(shí)固酸比。因此，蜜柚園進(jìn)行減量施肥配合土壤改良可協(xié)同實(shí)現(xiàn)土壤酸化阻控、蜜柚品質(zhì)提升和養(yǎng)分高效。值得注意的是，石灰的不合理施用會(huì)影響土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和有效性，導(dǎo)致土壤板結(jié)和質(zhì)量下降以及對(duì)根系生長(zhǎng)產(chǎn)生負(fù)面效應(yīng)[32]，應(yīng)重視蜜柚園最佳石灰用量、施用方法和效果評(píng)價(jià)的深入研究。

施用有機(jī)肥(或有機(jī)物料與種植綠肥)在當(dāng)前我國(guó)化肥減量增效和柑橘園土壤培肥固碳行動(dòng)中發(fā)揮著重要作用，自2017年啟動(dòng)實(shí)施“果菜茶有機(jī)肥替代化肥行動(dòng)”以來(lái)，相關(guān)針對(duì)性研究取得了明顯成效。杜玉霞等[19]指出，有機(jī)肥配施無(wú)機(jī)專(zhuān)用肥可顯著提高尤力克檸檬的產(chǎn)量、果實(shí)出汁率和Vc含量。相似的結(jié)果也被劉紅明等[20]報(bào)道，化肥減量配施有機(jī)肥可顯著改善‘云檸1號(hào)’檸檬的樹(shù)體生長(zhǎng)、果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)。李水祥等[21]指出有機(jī)肥替代20%化肥可明顯提高三紅蜜柚的樹(shù)體營(yíng)養(yǎng)和果實(shí)品質(zhì)，而有機(jī)肥和化肥各半施用也可顯著提高梁平柚的產(chǎn)量、品質(zhì)和土壤肥力[22]。本研究中，在化肥減施和土壤調(diào)酸處理(OPT2)的基礎(chǔ)上進(jìn)行適當(dāng)?shù)?20%)有機(jī)肥替代化肥處理(OPT3)，也表現(xiàn)出明顯的蜜柚樹(shù)體養(yǎng)分、果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)提升及土壤酸度調(diào)節(jié)等積極效果，這可能是施用有機(jī)肥改善土壤結(jié)構(gòu)和質(zhì)量、活化土壤難溶養(yǎng)分、提高土壤酶活性、增加土壤有益微生物的數(shù)量、提高土壤氮磷鉀等養(yǎng)分有效性，進(jìn)而維持作物的高產(chǎn)并促進(jìn)品質(zhì)的提升[19-22,24]。不容忽視的是，生產(chǎn)中也存在部分農(nóng)戶(hù)過(guò)量偏施有機(jī)肥現(xiàn)象，因過(guò)量或不合理的施用有機(jī)肥所造成的土壤養(yǎng)分不平衡和農(nóng)業(yè)面源污染等風(fēng)險(xiǎn)也應(yīng)被重視[24]。

本研究還表明，有針對(duì)性的進(jìn)行蜜柚園“化肥減施、土壤調(diào)酸和有機(jī)肥替代”的養(yǎng)分優(yōu)化管理，在顯著改善樹(shù)體營(yíng)養(yǎng)、提高肥料利用率、提升產(chǎn)量和品質(zhì)的同時(shí)顯著降低了生產(chǎn)成本而提高了經(jīng)濟(jì)效益；另外，由于降低了化肥等的投入而顯著降低了蜜柚生產(chǎn)過(guò)程中的碳排放和碳足跡，表現(xiàn)出明顯的生態(tài)效益。這與Chen等[11]研究相似，指出農(nóng)戶(hù)蜜柚園施肥的碳排放量和碳固定量分別為19.9 t CO2eq/hm2和3.43 t CO2eq/hm2，其果實(shí)產(chǎn)量碳足跡為0.33 t CO2eq/t；同時(shí)，定量了農(nóng)戶(hù)施肥蜜柚園產(chǎn)酸量為39.6 keq H+/hm2，并通過(guò)情景分析揭示土壤調(diào)酸結(jié)合平衡施肥和有機(jī)替代可最大程度的阻控土壤酸化、降低碳排放和增加經(jīng)濟(jì)效益[33]。因此，開(kāi)展蜜柚園減量施肥配合土壤改良的養(yǎng)分優(yōu)化管理既是符合“兩減”和“有機(jī)肥替代化肥”的政策延續(xù)，也是順應(yīng)“雙碳”背景下的農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展理念。綜上，根據(jù)土壤養(yǎng)分供應(yīng)和樹(shù)體養(yǎng)分需求，以化肥減施為基礎(chǔ)，綜合應(yīng)用土壤酸度改良和有機(jī)肥替代化肥的養(yǎng)分優(yōu)化管理措施，可實(shí)現(xiàn)蜜柚提質(zhì)增效和低碳減排的綠色生產(chǎn)。

4 結(jié)論

福建琯溪蜜柚生產(chǎn)中存在長(zhǎng)期過(guò)量施肥問(wèn)題。通過(guò)合理降低氮磷鉀化肥的用量，調(diào)整氮磷鉀比例，并用20%有機(jī)肥替代化肥氮，在化肥總量減施86%的基礎(chǔ)上，有效提高了蜜柚產(chǎn)量、品質(zhì)，增加了肥料利用率。肥料成本的減少大幅降低了整個(gè)蜜柚生產(chǎn)周期的碳排放量和碳足跡。因此，因地制宜的制定養(yǎng)分優(yōu)化管理措施是實(shí)現(xiàn)果園穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)、提質(zhì)增效和降低碳排放的有效途徑。