柑橘是我国第二大产销水果，近年来柑橘产业发展迅速，据中华人民共和国国家统计局数据， 2018年我国柑橘园总面积达248.669万hm²，总产量达4138.14万t，已多年位居全球首位^[1]。虽然氮、磷、钾是柑橘产量及品质形成的重要因素，但多年来果农为了追求高产往往过量施用化肥。雷靖等^[1]调查显示，我国柑橘园氮、磷、钾施用过量面积分别占57.3%、76.6%、69.1%，过量施用量分别为36.1万、42.2万、35.4万t。柑橘园中化肥过量投入，不仅导致了柑橘果实产量和品质的下降，使柑橘种植经济效益降低，还导致了土壤板结、酸化、有机质含量降低等问题；同时，过量肥料导致的养分流失也带来了面源污染等环境问题^[2-6]。合理降低化肥施用量，是提高柑橘果实产量和品质的关键，也是我国柑橘产业良性可持续发展亟需解决的问题。

2015年农业部通过并启动实施《到2020年化肥使用量零增长行动方案》，并在方案中提出通过合理利用有机养分资源，用有机肥替代部分化肥，实现有机无机相结合。然而，在我国柑橘园中，仅47.8%的柑橘园施用有机肥，年均有机氮、磷、钾养分分别仅占总施用量的9.58%、19.6%、6.24%，使有机肥投入严重不足^[1]。因此，有机替代这一技术路径在实现柑橘化肥减量上显得格外重要。已有较多学者针对橘园有机替代开展了试验，但均侧重于有机肥施用后的实际效果研究，包括对提高柑橘产量和果实品质的作用、橘园生态环境的影响、橘园土壤的改良等方面^[6-16]，却很少有学者去比较不同比例有机替代对柑橘产量、生长和橘园土壤的影响。能否在橘园中用有机肥替代全部化学肥料？ 橘园有机肥替代化学肥料的最适比例是多少？明确这些问题，是指导橘园进行科学有机替代的重要前提。

湖北省柑橘园总面积达22.72万hm²，占全国柑橘园总面积的9.1%，总产量达488.05万t，是我国重要的柑橘主产区之一。本研究选择湖北省当阳市柑橘主产区开展定位试验，利用当地易获得且广泛使用的菜籽饼肥作为有机肥源，探究饼肥施用下不同比例化学氮肥减量对柑橘果实、叶片和土壤的影响，确定饼肥施用下最适的化学肥料减量比例。试验结果将为当阳地区果农合理开展有机替代提供理论依据，其研究思路亦对其它柑橘主产区有机替代模式的研究具有一定的指导意义。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验点位于湖北宜昌当阳半月镇凤凰山柑橘基地（30°39′48.98″N，111°48′24.82″E），属亚热带季风气候，年均气温16.4℃，年均降水量936～1048mm，海拔高度78m。试验点柑橘品种为当地主栽的无核椪柑，树龄15年，冠幅3m×2.5m，树高约2.5m，均处于盛果期。试验点柑橘园土壤为典型黄棕壤，有机质含量19.2g/kg， pH值4.59，有效磷含量55.1mg/kg，速效钾含量242.2mg/kg。土壤质地（国际制）为粉质黏壤土，含砂粒11.79%、粉粒48.49%、黏粒39.72%。试验点全年常规施肥，N、P₂O₅、K₂O有效养分含量分别为371.3、181.5、330.0kg/hm²。

试验用有机肥为当地较易获得且广泛使用的菜籽饼肥，购买于当地肥料市场。连续两年测定平均值显示，饼肥有机质含量为75%，有效养分含量分别为N 4.60%、P₂O₅ 2.48%和K₂O 1.40%。试验用化肥为采购于湖北三宁化工股份有限公司的尿素（N 46.4%）、过磷酸钙（P₂O₅ 12%）和硫酸钾（K₂O 45%）。

1.2 试验设计

于2017年9月开始布置小区，并于2017年还阳肥施肥时开始长期定位施肥处理。在当地果农常规化肥施用量的基础上减少化学氮肥用量并配施饼肥，并在之后每年相应施肥时间按照试验处理进行施肥，共设置不施氮配施饼肥（N0%+C）、常规施氮量的70%配施饼肥（N70%+C）、常规施氮量的85%配施饼肥（N85%+C）、常规施氮配施饼肥（N100%+C）及常规施肥（CF）5个处理。雷靖等^[1]研究显示，我国柑橘氮肥减施潜力达28.3%。因此，本研究中设计饼肥配施下化学氮肥最高减量30%，以便研究结果更加贴近实际农业生产。每个处理设3次重复，采用随机排列方式，共设置15个小区，小区面积为35m²，每小区包含5棵柑橘树，小区与小区之间用塑料板打入地内隔开以防止不同小区之间土壤养分的交换。

因饼肥中氮含量较低，若各处理采用等氮量施肥原则会导致化学氮肥减量处理中大量饼肥的施用，并不符合实际农业生产。因此，结合前期广泛调研，本研究中各施用饼肥的处理均定量按照825kg/（hm² ·年）[1kg/（株·年）]施入。此外，各处理磷、钾单质肥施用量与常规保持一致（表1）。所有处理全年施肥两次，还阳肥（11～12月）施入全年量50%的化学肥料，施入全年量的饼肥，壮果肥（6～7月）施入全年量50%的化学肥料。所有处理施肥方式均为树体单侧开沟施肥，果园内日常管理按照当地种植模式统一进行。

1.3 采样时期及方法

于2018、2019年柑橘果实采收期（S7）采集果实样。沿每株树的树冠外围4个方向采集代表性果实4个，同小区5株柑橘树的果实混合后成为一个样品。

于2018、2019年柑橘生长周期的S1（萌芽期， 3月）、S4（生理落果期，6月）、S5（果实膨大期， 7～9月）和S7（采收期，12月）采集叶片。环树采集当年生春梢叶片，每株采8片，同小区5株柑橘树的叶片混合后成为一个样品。叶片样品除去叶柄后，经自来水、稀盐酸、去离子水3步洗涤， 105℃下杀青0.5h，在65～75℃下烘干至恒重，磨样机磨碎待测。

于2018、2019年柑橘果实收获后，在小区内随机选取5点采集0～20cm土样，采集时注意避开施肥沟和根系。土壤自然风干，挑出根系、石子等杂物，磨碎过筛。

1.4 样品测定

果实样单果重、可食率及出汁率用电子天平、量筒测定； 横径、纵径和皮厚用游标卡尺测定； 可溶性固形物以手持数显糖量计测定；可滴定酸采用NaOH中和滴定法测定；维生素C（Vc） 用2，6-二氯靛酚氧化还原滴定法测定。

植物样全C、N用元素分析仪测定；全P、K在H₂SO₄-H₂O₂ 消煮后分别用钼锑抗比色法和火焰光度计测定；全Ca、Mg含量经HNO₃-HClO₄ 消煮后用原子吸收光谱仪测定。

土壤样有机质、全N用元素分析仪测定；有效P用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定；速效K用1mol/L乙酸铵浸提后火焰光度计测定；有效Ca、 Mg用1mol/L中性乙酸铵浸提后原子吸收光谱仪测定。

1.5 数据分析

利用Excel 2013进行数据处理，SPSS 19.0进行数据差异显著性检验（单因素方差分析-LSD， P<0.05），Origin 2017进行作图分析。

2 结果与分析

2.1 化肥减量配合有机替代对柑橘产量及品质的影响

2.1.1 对柑橘产量及其产量构成因素的影响

表2 显示，2018年各处理柑橘产量整体上均要高于2019年的柑橘产量。饼肥施用配合化学氮肥减量（N70%+C、N85%+C和N100%+C）处理相比常规种植（CF）处理并未显著改变2018及2019年的柑橘产量。然而，利用饼肥替代全部化学氮肥（N0%+C）处理相比CF处理导致了2018及2019年柑橘产量的显著下降，尤其是在2018年中，其下降幅度达24.96%。从产量构成上进行分析， N70%+C、N85%+C和N100%+C处理相比CF处理均未对单果重及挂果数产生显著影响，但N0%+C处理相比CF处理导致了挂果数量的显著降低，且在2018年也导致了单果重的显著降低。

注：同年同列数据后标有不同字母表示处理间差异显著（P<0.05）。下同。

2.1.2 对果实外在品质的影响

柑橘果实外在品质数据（表3）显示，2018年各处理柑橘果实个体均要大于2019年的柑橘果实个体，但从果形指数来看，各年各处理均在0.80～0.90之间，不同处理也并未在果形指数上体现出显著差异。虽然施用饼肥的处理在2018年显著降低了果皮厚度，但这一差异显著性在2019年并未再次观测到。

2.1.3 对果实内在品质的影响

柑橘果实内在品质数据（表4）显示，各处理2019年柑橘果实相比2018年柑橘果实均表现较高的可溶性固形物含量及可滴定酸含量，较低的Vc含量和出汁率。但在2018年中，各处理均未对所测定的柑橘果实内在品质产生显著的影响。在2019年中，N70%+C、N85%+C和N100%+C处理可滴定酸含量显著低于CF和N0%+C处理，固酸比显著高于CF和N0%+C处理。说明饼肥施用配合化学氮肥减量在一定程度上提升了果实口感。

2.2 化肥减量配合有机替代对柑橘叶片营养状况的影响

图1 展示了2018、2019年全年各处理柑橘叶片在萌芽期、生理落果期、果实膨大期和采收期的各营养物质含量。总体来看，各处理叶片的C、N、 P、K、Ca及Mg含量随采样时间的不同其变化趋势均一致。且处理间在同一采样时间内的营养元素含量均无显著差别。但值得注意的是，N0%+C处理的叶片N含量在大部分采样时间内均要低于其他处理（2018年S1、S4、S5及2019年S4、S5时期均为N0%+C处理叶片N含量最低）。

2.3 化肥减量配合有机替代对柑橘土壤性质的影响

2018、2019年各处理橘园土壤的性质如表5所示。整体来看，各处理土壤有机质、全N、有效P、速效K、有效Ca及有效Mg含量均无显著差异，说明在两年的时间内化肥减量配合有机替代并未显著改变土壤养分状况。即使是在不施用任何化肥的N0%+C处理中，土壤养分含量在两年的时间内也没有显著下降。但值得注意的是，施用饼肥的处理在2018及2019年采样中的有机质含量均表现出高于CF处理，而N0%+C处理在2018及2019年采样中的全N含量均表现出低于其他处理。这在一定程度上可以说明长期饼肥施用有助于提高土壤有机质含量，而完全不施化学氮肥则可能会导致土壤氮素的缺乏。

3 讨论

本研究显示2018与2019年柑橘产量存在较大差距，这与果树结果的大小年特点有关^[17]。此外，2019年湖北地区遭遇的不利气候进一步加重了大小年现象，并导致当阳地区2019年整体柑橘产量的下降。但在同一年内进行比较，饼肥施用配合化学氮肥减量处理相比CF处理对柑橘产量无显著影响，但对果实品质有显著提升。有机肥长期施用对果树果实产量及品质的提升作用已有较多的报道，在柑橘、苹果、桃和芒果等果树的研究中均发现，施用有机肥显著增加了果实产量，有效改善了果实品质^[18-24]。本研究目前仅执行了两年，饼肥施用配合化学氮肥减量处理与CF处理在果实产量及品质上虽然并无显著差异，但可以证明饼肥配施下减少化学氮肥30%在当阳地区是可行的，亦可以依据产量、品质各指标数据及前人的研究结果预测，饼肥配施下减少化学氮肥30%在未来有潜力显著提高柑橘产量及品质，并形成明显的经济效益提升。但同时需要注意，本研究中N0%+C处理相比CF处理降低了柑橘产量，尤其是在柑橘高产的2018年，其下降幅度更大，达24.96%。这说明在当阳地区使用饼肥完全替代化学氮肥的投入并不现实，尤其是在高产橘园中，化学氮元素投入的减少将会直接限制柑橘的产量。

柑橘叶片为柑橘树体的生长发育和果实形成提供所需的能量物质，在柑橘生长过程中，养分的缺乏会对叶片生长和光合作用产生影响，进而影响树体的生长发育^[25]。因此，可以通过叶片营养状况的分析，对树体的营养状况进行诊断。本研究发现，各处理在同一采样时间内，所测定的营养元素含量均无显著差别。这说明在两年内饼肥施用配合化学氮肥减量并未限制柑橘树体营养状况。褚长彬等^[26]研究发现，长期施用有机肥后，不仅可以提高柑橘叶片氮和钾的含量，同时也提高了叶片中其他中微量元素的含量，如镁、铁、铜和锌的含量。王宏伟等^[27]、黄爱星^[28]的研究结果也均体现了有机肥施用对树体生长的积极影响，具体表现为能够提高果树的叶重、株高、径围等，同时还能加强果树的光合作用和蒸腾作用，并提高树体对养分的吸收利用效率。但本研究并未得到类似的效果，一方面与试验周期较短有关，据报道有机措施一般要在持续实施5年以上才会在植物本身上有所体现^[29]；另一方面，柑橘是多年生常绿果树，其对饼肥等缓效肥料的响应较慢。但在N0%+C的处理中，本研究观察到多个时期其叶片全氮含量均低于其它处理，说明树体对速效氮肥完全缺失产生了响应，叶片的这一变化也有助于解释N0%+C中柑橘果实产量下降的现象。

研究表明，有机肥施用可显著提高果园土壤肥力，具体表现为增加有机质、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾等的含量^[30-32]，但这是一个长期而缓慢的过程。因此，本研究中也并未观察到不同处理在所测定的土壤性质上存在显著差异。此外，本研究中柑橘施肥采用树体两侧沟施的方式进行，而为避免土壤采样直接采集到肥料，在采样过程中均避开施肥沟进行，这也是导致各处理土壤性质无显著差异的原因。

整体来看，在本研究实施饼肥替代下最高减少化学氮肥用量30%，柑橘产量无显著变化，柑橘品质部分指标有显著提升。这一结果能够为指导当阳地区橘园进行科学有机替代提供理论依据。但在不同的地区，土壤理化性质并不相同，有机肥替代化学肥料的最佳比例也均不相同。此外，随着有机替代的进行土壤肥力不断提升，有机替代化学肥料的最佳比例也会随之发生变化。徐明岗^[33]指出，当土壤有机质含量达到30g/kg的时候，有机肥可以百分之百的替代化肥而保持高产。总之，有机肥替代的基本原则就是要根据土壤肥力来替代，肥力低则替代比例低，肥力高则替代比例高，培肥土壤才是减肥增效的最有效措施。

4 结论

在湖北当阳柑橘园开展了为期两年的有机替代研究，发现当地常规施肥与化学氮肥减量30%配合饼肥施用并未在柑橘产量、树体营养及土壤养分含量方面表现出显著的差异，而在果实品质上显著降低了可滴定酸含量，显著提高了固酸比，其他品质指标无显著变化。结果说明，在当阳地区常规施肥下，通过施用饼肥减少化学氮肥30%的用量是可行的，且能够预期未来有助于提高柑橘产量及品质，促进当阳地区柑橘产业的可持续绿色发展。

参考文献