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作者简介:

周维杰(1994-),硕士,研究方向为热带经济作物施肥管理。E-mail:zwj@hainanu.edu.cn。

吴川德(1973-),硕士,农业技术推广研究员,研究方向为农业技术服务与推广。E-mail:736538258@qq.com。周维杰与吴川德共同为第一作者。

通讯作者:

李婷玉,E-mail:lity@hainanu.edu.cn。

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目录contents

    摘要

    晚熟芒果是攀枝花市重要的支柱产业,但是由于近些年生产中重化肥轻有机肥,导致果园土壤肥力退化、酸化现象严重,芒果品质下降。施用有机肥可以减少化肥施用量,同时提升土壤地力,但不同营养类型有机肥施用于不同土壤地力果园后对芒果品质和土壤肥力影响尚不清楚。在前期研究和调研的基础上,根据攀枝花晚熟芒果果园土壤的特点,选择了 3 个不同肥力等级的芒果园,通过 3 年的田间试验探索了施用不同碳氮比有机肥及优化施肥技术对芒果产量、品质及土壤地力提升的效果。结果表明:(1)有机肥施用下芒果产量和品质显著高于无机处理和不施肥处理,在同等氮素用量下,低碳氮比的鸡粪和动物氨基酸有机肥相较于高碳氮比的秸秆和甜叶菊有机肥,产量显著增加了 19.4%,而碳氮比最高的甜叶菊有机肥较其他 4 种有机肥显著提高了芒果品质,增加了其 6.0% 糖度、30.3% 酸度和 18.8% 还原性维生素 C 含量。(2)连续施用 3 年有机肥均能提升低、中和高肥力果园的平均产量,总养分最高的鸡粪有机肥处理下低肥力果园显著增产,动物氨基酸有机肥处理下中肥力果园显著增产,而高肥力果园不同类型有机肥间产量无显著差异。(3)从主成分综合得分分析,碳氮比最高的甜叶菊有机肥处理的土壤肥力综合得分最高,其次是动物氨基酸和鸡粪有机肥处理,最低为秸秆和牛粪有机肥处理。通过芒果的产量、品质、土壤肥力水平等因素综合考虑,攀枝花晚熟凯特芒果产量最优处理为鸡粪和动物氨基酸有机肥,品质最优处理为甜叶菊有机肥。5 种类型有机肥均可提升土壤肥力水平,提升能力分别为甜叶菊 > 动物氨基酸 > 鸡粪 > 秸秆 > 牛粪有机肥。对于不同肥力果园,低肥力果园适合高养分含量的鸡粪有机肥,中肥力果园适合动物氨基酸有机肥,高肥力果园 5 种有机肥均适合,可从有机肥料价格、土壤地力提升等角度综合考虑。

    Abstract

    Late-ripening mango is an important pillar industry in Panzhihua city,Sichuan province.However,due to the large application of chemical fertilizer and little application of organic fertilizer production in recent years,the soil fertility of orchard is degraded and the acidification phenomenon is serious,and mango quality is decreased.Application of organic fertilizer can reduce the amount of chemical fertilizer and improve soil fertility,but the effect of different nutrient types of organic fertilizer on mango quality and soil fertility is still not clear.On the basis of the previous research and investigation, three mango orchards with different fertility levels were selected according to the soil characteristics of Panzhihua latematuring mango orchard.Through three years of field experiments,the effects of applying organic fertilizers with different carbon and nitrogen ratio ratios and optimizing fertilization techniques on the improvement of mango yield,quality and soil fertility were explored.The results showed that:(1)The yield and quality of mango with organic fertilizer application were significantly higher than those of inorganic and non-fertilization treatments.Under the same nitrogen application,the yield of chicken manure and animal amino acid organic fertilizer treatment was significantly increased by 19.4%,compared with that of straw and stevia organic fertilizer with high carbon and nitrogen ratio ratio treatment.Stevia organic fertilizer with the highest carbon and nitrogen ratio ratio significantly improved mango quality,increased sugar content by 6.0%,acidity by 30.3% and reducing Vc content by 18.8%,compared with the other four organic fertilizers.(2)Three years of continuous application of organic fertilizer increased the average yield of low,medium and high fertility orchards,the low fertility orchards with the highest total nutrient were significantly increased under chicken manure organic fertilizer treatment,and the middle fertility orchards with animal amino acid organic fertilizer treatment were significantly increased,but there was no significant difference in yield among different types of organic fertilizer in high fertility orchards.(3)From the analysis of principal component comprehensive score,stevia organic fertilizer treatment with the highest carbon and nitrogen ratio ratio had the highest comprehensive score of soil fertility,followed by animal amino acids and chicken manure,and straw and cow manure treatments had the lowest score.According to the mango yield,quality,soil fertility and other factors,the best yield treatment of late-ripening Kat mangoes in west Panzhihua region was chicken manure and animal amino acid organic fertilizer,and the best quality treatment was stevia organic fertilizer.All the five types of organic fertilizer could improve soil fertility,and the improvement ability was stevia>animal amino acid>chicken manure>straw>cow manure.For different fertility orchards,low fertility orchards are suitable for chicken manure organic fertilizer with high nutrient content,medium fertility orchards are suitable for animal amino acid organic fertilizer,and high fertility orchards are suitable for all five kinds of organic fertilizer,which can be considered comprehensively from the angle of organic fertilizer price and soil fertility improvement.

  • 四川省攀枝花市地处南亚干热河谷气候带,该地区种植的芒果具有纤维少、味甜芳香,质地腻滑、营养丰富的优良品质,占据国内 100% 的晚熟芒果市场,被国家列为重点扶持发展的优质农产品商品生产基地。截至 2016 年底,全市芒果种植面积约 3.2 万 hm2,产量 12.5 万 t [1]。2020 年种植面积超过 4.0 万 hm2,其中超过 70% 的果园种植凯特(Keitt) 品种[2],该品种原产于美国佛罗里达州,1995 年通过以色列专家引入攀西地区试种,该品种果实大、产量高、生长快、坐果率高,是最重要的栽培品种。

  • 通过在前期实地调研的数据显示:目前攀枝花芒果生产过程中高强度施用化肥现象严重,如 56% 的农户每年氮肥投入量超过 309 kg/hm2,56% 的农户每年氮素盈余超过 161 kg/hm2 。商品有机肥使用率低于 55%,18% 的农户不施用有机肥,或在施用有机肥后不会减少化肥的使用量,缺乏养分总量调控的意识。由于有机肥施用的运输和人工等成本较高,加上生产者对有机肥料不了解、不重视,从而重施化肥、轻施甚至不施有机肥,导致芒果园土壤肥力下降,产量不稳定,品质下滑,这严重制约了攀枝花晚熟芒果产业的发展。目前攀枝花市超过 80% 的果园土壤有机质含量低于 20 mg/kg,高肥力果园占比不足 20%。而全国农产品品质突出的果园基地的土壤有机质多在 2.0% 以上[13]。因此亟需针对本地土壤和作物养分需求规律,建立芒果有机肥施肥技术体系,指导果农合理施肥,促进攀西晚熟凯特芒果产业可持续发展。

  • 施用有机肥能显著改善土壤结构、增加有机质含量、补充有机氮素营养和植物所需的活性物质、促进植物对养分和水分的吸收,从而改善土壤肥力和作物品质[4-5]。不同类型碳氮比有机肥对作物的生长发育也有不同的影响。王亚雄等[6]研究发现,猪粪有机肥有利于枸杞株高生长,牛粪有机肥有利于枸杞树冠幅增长,羊粪有机肥可以有效改善枸杞果实的品质。杜少平等[7]通过对 4 种不同有机肥粪肥施用效果的研究指出,种植西瓜应该优先选用猪粪和鸡粪为主的有机肥,避免使用羊粪为主的有机肥。李海明等[8]发现蚯蚓粪有机肥加蔬菜秸秆有机肥共同施用,对沙培甜瓜品质提升效果显著高于普通有机肥的施用效果。王文生[9]发现鸡粪有机肥较羊粪、猪粪有机肥能显著增加茄子的产量和维生素 C(Vc)的含量。上述观点表明不同类型生物有机肥对作物的生长发育影响有显著差异,而目前不同类型的生物有机肥对芒果生长、产量和品质影响的研究较少。此外,施用的土壤 pH、肥力水平、土壤本底有机质含量等都会影响有机肥施用的效果,因此需因地制宜地设计合理的有机肥施用方案,才能达到提质增效的目标[10]

  • 施用有机肥已经成为国家提升耕地地力的主要技术战略[11-13],目前需要进一步解决有机肥精准管理的技术难点,如提升有机肥质量,完善有机肥施用技术,包括用量、类型、无机替代比例以及施用方式等,可以说有机肥的精准化施用是未来我国养分管理的重要突破方向。本研究以攀枝花晚熟凯特芒果为研究对象,在攀枝花市的盐边县、米易县、仁和区开展不同类型有机肥对芒果产量、品质和土壤肥力影响的研究,以期为芒果实际生产上的提质增效,有机肥精准管理提供科学依据。

  • 1 材料与方法

  • 1.1 试验地概况

  • 试验连续开展3年(2018年 9月—2021年 12月),以四川省攀枝花市芒果主产区 3 个代表不同土壤地力的果园为试验点,包括二十六度果园(26°28′54″N,101 °46 ′32 ″E,海拔 1308 m)、沃尔森庄园 (26°42′37″N,101°48′30″E,海拔 1262m)和苏国虎基地(26°49′90″N,102°08′13″E,海拔 1518 m),见图1。攀枝花市年平均日照时数 2762.7 h,年平均气温 21.2℃,最热月平均气温 26.4℃(5 月),最冷月平均气温 13.1℃(12 月),年平均降水量 714.8 mm,6— 10 月降水占全年的 90.1%,年平均相对湿度 54%。

  • 图1 田间试验的点位分布

  • 3 个试验点供试土壤属性见表1,在四川省攀枝花市芒果种植区域内,挑选 3 个种植基地,挑选标准为 3 个基地土壤肥力存在明显的肥力梯度差异。

  • 1.2 供试材料

  • 1.2.1 供试芒果树

  • 芒果品种为“凯特”,属于攀枝花晚熟品种,树龄在 10~15 年,种植密度 825 株 /hm2

  • 1.2.2 供试肥料

  • 供试的化肥:氮肥为尿素(N 46%)、磷肥为过磷酸钙(P2O5 12%)、钾肥为氧化钾(K2O 60%),由四川龙蟒大地农业有限公司提供。供试的有机肥:本试验施用的 5 种有机肥料的种类和具体信息如表2 所示,甜叶菊类有机肥碳氮比最高,鸡粪类有机肥总养分最高。

  • 表1 田间试验试验前土壤理化性质

  • 表2 供试有机肥养分含量

  • 1.3 试验设计

  • 试验共设置 8 个处理,各处理及肥料用量见表3。Conv. 为农民常规施肥处理:株施 15∶15∶15 的氮磷钾复合肥 2.5 kg,总氮和磷钾等大量元素投入量均为 374.6 g/ 株(309 kg/hm2);NPKopt. 为试验优化配方肥处理:株施 20∶15∶25 的氮磷钾配方肥 1.6 kg,总氮用量为 320 g/ 株(264 kg/hm2),磷(P2O5)、钾(K2O) 用量分别为 160.0 g/ 株(132 kg/hm2)、400.0 g/ 株(330 kg/hm2); 秸秆类有机肥(ST)、牛粪类有机肥(CD)、甜叶菊类有机肥 (SR)、动物氨基酸类有机肥(AA)和鸡粪类有机肥(CM)在 NPKopt 基础上进行有机肥施用,CK 为肥料空白处理。

  • 表3 各处理有机肥和化肥的用量

  • 种植密度为 3 m×4 m,每公顷种植 825 株,小区总面积 864 m2,每个小区选 24 株,试验共有 8 个处理,每个处理 3 次重复,随机排列,试验区外设置保护行。有机肥全部作为基肥,在芒果摘果期 (摘果后、修枝前,一般是指摘果后的 2 个月以内) 一次性施入,施肥方式为树冠滴水线,挖 20~30 cm 深环状沟施肥,每株施有机肥 2.5 kg。无机肥料在芒果摘果期的基肥、抽梢期的花肥和挂果期的果肥按照 5∶3∶2 的比例分 3 次施入。有机处理中氮磷钾总量与 NPKopt. 保持一致,其中氮为 264 kg/ hm2、磷为 132 kg/hm2、钾为 330 kg/hm2。不同类型有机肥施用量统一为 2063 kg/hm2。2018、2019 和2020 年均为同样处理施肥。

  • 1.4 评价指标及方法

  • 本研究针对作物产量和品质、养分利用效率及土壤地力对不同优化处理施用效果及差异开展综合性评价。其中作物产量指作物成熟期收获的鲜果实际产量(剔除不可食用的劣果),作物品质包括糖度、有机酸、可食率、Vc 含量等;养分利用效率采用氮肥偏生产力指标来评估,土壤地力评价指标包括有机质(OM)、碱解氮(AN)、有效磷(AP)、速效钾(AK)、交换性钙(ECa)、交换性镁(EMg)、有效硼(AB)、细菌(B)、真菌 (F)、细菌真菌比值(B/F)。

  • 1.4.1 作物产量和品质的测定

  • 作物产量:2019—2020 年芒果成熟期进行整株摘果测产,测每株芒果果实数量和质量,以及最大和最小单果重,记录商品率,每株选取东、南、 西、北及树冠中部 5 个方位 9 个无明显病变、大小和成熟度一致的果实进行芒果品质的测定。

  • 作物品质:糖度测定,将芒果果肉粉碎搅匀后使用糖度计(LB32T)测量。可食率测定,将芒果果实的果皮、果核、果肉分开并测量这 3 部分的质量。含水率测定,测出芒果鲜果质量以及烘干后的质量而得到。总酸和 Vc 含量的测定参照《土壤农化分析》[14]

  • 1.4.2 土壤肥力指标及测定方法

  • 土壤样品采集:在芒果成熟期采集土样。每个处理选取 3 株芒果树,用土钻于树冠滴水线附近随机选取 3 点钻取距地表 0~40 cm 耕作层土壤, 3 个土混成一个样,每个处理分 3 个重复,剔除石砾、树枝、枯草等杂物后过 2 mm 筛,部分样品置于 4℃下保存备用供土壤微生物测定,部分样品风干后用于土壤化学特性的测定。土壤可培养细菌及真菌的数量均通过 LB 培养基和马丁氏培养基稀释涂布法测定[12]。土壤理化性质测定方法参照《土壤农化分析》[14]。测定指标包括土壤 pH、有机质含量、碱解氮、有效磷、速效钾、交换性钙镁。

  • 1.4.3 养分利用效率

  • 肥料偏生产力(PFP)指施用某一特定肥料下作物产量与施肥量的比值,它是反映当地土壤基础养分水平和化肥施用效应的重要指标。

  • 氮肥偏生产力[15]= 施氮产量(kg/hm2)/ 施氮量(kg/hm2)。

  • 试验数据使用 SPSS 25.0 进行分析。其中显著性分析采用单因素方差分析,多重比较采用 LSD (P<0.05);聚类分析采用系统聚类分析;主成分分析(PCA),先对数据进行标准化,然后使用因子分析,经过计算得到相关坐标和主成分得分。试验数据处理和图表使用 Excel2016、Origin 2018 和 Arc Map 10.5。

  • 2 结果与分析

  • 2.1 不同类型有机肥对芒果果实产量的影响

  • 有机无机配合施用的情况下施氮量减少 45 kg/ hm2,芒果产量反而显著增加,但不同类型有机肥处理下芒果的产量水平不同。综合所有果园 3 年试验结果(表4),在不同类有机肥的作用下,芒果产量从高到低依次为 AA>CM>CD>ST>SR>NPKopt. >Conv.>CK。除 2019 年的 SR 处理产量低于 NPKopt. 处理外,其他有机肥处理较单施化肥处理均能提高芒果的产量,且 3 年 5 种有机肥施肥处理中,动物源的有机肥处理 AA、CM 明显高于植物源的有机肥处理 ST 和 SR,显著增产 19.4%。

  • 连续施用 3 年各类有机肥后,秸秆类有机肥处理较传统处理和氮磷钾优化处理平均分别增产 35.0%、19.0%,牛粪类有机肥处理平均分别增产 40.9%、24.1%,甜叶菊类有机肥处理平均分别增产 34.3%、18.3%,动物氨基酸类有机肥处理平均分别增产 57.2%、38.6%,鸡粪类有机肥处理平均分别增产 55.8%、37.3%。

  • 3 年中芒果个数从高到低依次均为 AA>CM>CD>SR>ST>NPKopt.>Conv.>CK。产量水平与果实个数及最大单果重呈正相关,产量最高的 3 个动物源有机肥处理(CM,AA,CD)其 2 年的平均果实个数和最大单果重显著高于无机肥料处理。氮磷钾优化处理较传统处理,化肥用量减少 36%,果实产量增加 13.5%,个数增加 11.0%。

  • 氮肥偏生产力是反映当地土壤基础养分水平和氮肥利用情况的有效评价指标,3 年中不同类型有机肥的氮肥偏生产力不同,连续 3 年氮肥偏生产力从高到低依次为 AA>CM>CD>ST>NPKopt.>SR>Conv.,与产量趋势基本一致。可见,合理类型的有机肥加优化无机施肥模式有利于提高芒果产量及氮肥偏生产力,而动物氨基酸和鸡粪类有机肥增产增效效果较为理想。

  • 通过对低、中、高肥力果园的产量分析发现,肥力水平越高的果园平均产量越高。低、中和高肥力果园,3 年的平均产量分别为 33.1、33.6 和 35.7 kg/ 株;连续施用有机肥 3 年均能提高低、中和高肥力果园的平均产量,3 年的平均产量变化分别为:低肥力果园分别为 30.9、33.9 和 34.6 kg/ 株,中肥力果园分别为 33.1、33.9 和 34.0 kg/ 株,高肥力果园分别为 34.7、36.2 和 36.4 kg/ 株。低肥力果园施用总养分含量最高的动物源的鸡粪有机肥增产增效最明显,中肥力果园施用动物源的动物氨基酸有机肥增产增效最明显,而高肥力果园 5 种有机肥之间产量无显著差异,秸秆、牛粪、甜叶菊、动物氨基酸和鸡粪有机肥均可施用。

  • 表4 不同类型有机肥处理对芒果产量的影响

  • 注:不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)。下同。

  • 2.2 不同类型有机肥处理对芒果品质的影响

  • 不同处理间果实品质如表5 所示,其中植物源有机肥 ST 和 SR 处理的果实品质优于其他类有机肥及无机肥处理。可食率中 ST 和 AA 处理显著高于其他处理,ST 和 AA 处理相较于无机肥料处理可食率平均分别提高 14.7%、16.5%。

  • SR 处理糖度、酸度和还原性 Vc 含量都显著高于其他处理,其中 SR 处理的糖度、酸度和还原性Vc 含量平均分别高于无机肥料处理 2.0%、30.4% 和 45.1%,分别高于其他有机肥处理 6.0%、30.3% 和 18.8%。3 年中 SR 处理的糖酸比低于其他处理,可以在一定程度上解决芒果甜度过高而酸风味度低的弊端。可见,碳氮比最高的甜叶菊类有机肥可显著提高芒果品质,增加酸甜风味,有利于高品质、高营养、高附加值的芒果生产。

  • 表5 不同类型有机肥对芒果品质的影响

  • 2.3 不同类型有机肥处理对土壤肥力的影响

  • 2.3.1 不同类型有机肥对土壤养分和微生物的影响

  • 土壤是由生物和非生物组成的复杂综合体。土壤肥力水平是土壤的本质和属性,是土壤生产力的主要表征。合理比例的氮磷钾无机肥料和合适类型的有机肥料有利于提高土壤有机质,改善土壤微生物环境和土壤微生物群落结构,进而提升土壤肥力水平,但是单一的评价指标并不能全面体现土壤肥力的改变。本研究综合土壤养分、pH、有机质及生物活性如微生物数量和结构等指标来反映土壤肥力条件,并采用主成分分析和聚类分析[16-18]综合评价不同处理对以上指标的影响。

  • 不同类型有机肥对土壤养分和微生物的影响如表6、表7 所示。施用有机肥均可以不同程度地提高土壤有机质含量,有机处理的有机质含量均高于无机处理的有机质含量。2019、2020 和 2021 年均为 SR 处理的有机质含量最高,平均为 22.3 mg/kg,显著高于无机肥处理及某些动物源有机肥处理,如氨基酸类和牛粪类有机肥。其次为 ST 处理,平均为 18.7 mg/kg。可见,碳氮比最高的甜叶菊类有机肥有利于土壤有机质含量的提升。施用有机肥可以显著提高土壤可培养细菌和真菌的含量,同时也能提高土壤细菌与真菌的比值,AA 处理下的土壤细菌和真菌数量均最高,而细菌与真菌比值最高的处理为 SR。土壤养分各处理间无显著差异,有机肥处理可以平均提升土壤 pH 值 0.3,有效减缓土壤酸化。

  • 表6 不同类型有机肥处理对土壤养分的影响

  • 表7 不同类型有机肥处理对土壤可培养微生物的影响

  • 2.3.2 综合评价

  • 主成分分析如表8 所示,根据主成分分析的变换矩阵:Ai=Pi/ √λi(A:主成分载荷矩阵,P:因子载荷矩阵,λ:特征值)。得到特征向量 A 后,将得到的特征向量与标准化后的数据相乘,得出主成分 F 得分表达式:

  • F1=-0.343zpH+0.364zOM+0.215zAN+0.387

  • zAP+0.338zAK-0.309zECa-0.258zEMg+0.328

  • zAB+0.151zB+0.333zF-0.189zB/F

  • F2=0.275zpH+0.038zOM+0.531zAN-0.176

  • zAP+0.341zAK-0.325zEMg+0.495zEMg-

  • 0.326zAB+0.142zB+0.120zF+0.042zB/F

  • 式中:zpH~zB/F 分别为标准化的 pH、有机质、碱解氮、速效钾、有效磷、交换性钙、交换性镁、有效硼、细菌数量、真菌数量、细菌真菌比值。

  • 表8 因子载荷矩阵、累计贡献及特征向量

  • 将各土壤指标标准化的数据分别代入相应的主成分函数表达式中,得到 8 种不同施肥处理土壤在各自 2 个主成分上的得分情况(图2)。结果显示,各施肥处理在以 PC1 和 PC2 所代表的土壤肥力水平上,有机肥处理综合得分均高于无机肥处理和空白处理。计算出每个处理的综合分值 F 总,F 总 = ∑wjFj =w1 F1+w2 F2,w1 和 w2 为主成分 P1 和 P2 的方差贡献率。

  • 在本研究中具体模型为:F 总 =0.55603 F1+ 0.21743 F2。结果(图3)显示,甜叶菊类有机肥处理土壤的综合得分(F 综)最大,动物氨基酸类有机肥处理和鸡粪类有机肥处理依次递减,秸秆类有机肥处理和牛粪类有机肥处理次之,随后的传统和氮磷钾优化处理相差不大,最后是不施肥处理最小,各施肥处理土壤肥力综合得分大小依次为: SR(0.373)>AA(0.370)>CM(0.336)>ST(0.175)>CD(0.170)>NPKopt.(-0.376)>Conv.(-0.387)>CK(-0.661)。

  • 图2 不同施肥处理土壤在 PC1 和 PC2 的得分分布图

  • 图3 不同施肥处理土壤的主成分综合得分

  • 通过计算得出各处理的 F 综合得分,以欧氏距离为衡量土壤养分差异的依据,采用组间联接法将土壤养分水平的亲疏相似程度进行系统聚类,通过聚类分析得出的树状图(图4)可以看出,不同有机肥的处理聚合为一簇,不施肥或者单施化肥的处理聚合为一簇。在不同有机肥的处理中,SR、CM 和 AA 类有机肥聚合在一起,CD 和 ST 类有机肥处理聚合在一起;在不施肥或者单施化肥的处理中,不施肥的 CK 处理单独为一簇,施用化肥处理聚合在一起,这与试验不同处理土壤的主成分分析结果一致。

  • 图4 不同施肥处理土壤肥力水平的聚类分析

  • 通过聚类分析(图4)和主成分综合得分(图3) 结果,按照等距 d=(| F 综 max | + | F 综 min |)/4 计算将土壤肥力水平划分为 4 个质量等级。通过计算得等距 d=0.259,土壤肥力系统划分为如下 4 个质量等级:一等{甜叶菊、鸡粪和动物氨基酸类有机肥处理},综合得分范围为(0.114,0.373);二等{牛粪和秸秆类有机肥处理},综合得分范围为(-0.144,0.114);三等{传统和氮磷钾优化处理},综合得分范围为(-0.403,-0.144);四等{不施肥处理},综合得分范围为(-0.661,-0.403)。

  • 3 讨论

  • 由于长期过量施用化肥,导致作物产量和品质下降,土壤生产能力降低[19],因此增施有机肥、优化施肥和改进传统施肥是指导我国农业生产合理施肥、维持土壤可持续利用以及农业可持续发展的必然趋势。早在 18 世纪土壤化学研究者就已经发现作物可以有效利用土壤中有机形态氮素,特别是在氮矿化速率很低的自然生态系统中,研究发现氨基酸态有机氮对植物的氮营养贡献高达 50% 以上 (Finzi 等[20]、N sholm 等[21]、Nordin 等[22])。但是对于特定的目标作物来说,不同类型、不同碳氮比或营养成分有机肥肥效作用存在差异[23-24],且肥效作用是多方面的,包括目标作物的产量、品质、经济效益[15]和土壤肥力提升等,需要通过试验来验证有机肥,结合巨晓棠等[25]合理施氮原则,需要在不同土壤肥力下,探索其合适的有机肥施用类型、方式和用量来指导生产。

  • 3.1 不同有机肥料对作物产量和品质的影响

  • 本研究通过田间实地监测发现,施用有机肥均可以提高凯特芒果的产量,而且动物源的有机肥比植物源的有机肥对凯特芒果增产效果明显,与传统施肥处理和优化施肥处理相比可以有效增加芒果的产量 11%~57%,增加果实数量 19%~73%;与植物源的有机肥处理相比可以有效增加芒果的产量 9%~31%,增加果实数量 10%~37%。同时施用有机肥也可以提高凯特芒果的品质,其中甜叶菊类有机肥则可以显著提高凯特芒果的糖度、酸度和还原性 Vc 含量,并且降低糖酸比增加其酸甜口味,为凯特芒果的品质带来极大提升。但目前仅为两年的结果,有机肥料长期持续还田的增产、增效和提质效果需进一步探究。

  • 目前很多不同类型有机肥在作物生产上的研究都是在同一地力水平下展开的,而在不同地力水平下,不同类型的有机肥是否存在差异,即低、中、高肥力的土壤是否应该采取不同类型的有机肥,这一类的研究较少。在四川省攀枝花市的芒果生产中,土壤有机质均值为 15.92 g/kg,高达 85.7% 的土壤有机质处于缺乏和极缺乏水平(<20 mg/kg); 土壤碱解氮均值为 6.71 mg/kg,高达 89% 的土壤碱解氮处于缺乏和极缺乏水平(<100 mg/kg);土壤有效硼均值为 0.39 mg/kg,超过 64.3% 的土壤有效硼处于中等(<0.5 mg/kg)及以下水平。生产中施肥以化肥为主,每年施入的氮肥大约为 309 kg/hm2,本试验根据作物需求优化了氮磷钾的使用量,化肥使用量减少 36%,优化后的施肥方案施氮量为 264 kg/hm2,设置 5 种不同类型的有机肥处理,并考虑了低、中、高 3 类肥力果园土壤的差异。研究结果表明,施用有机肥均能不同程度地提高低、中、高肥力果园的产量,且都是动物源的有机肥增产效果优于植物源的有机肥,但不同肥力水平对不同类型的有机肥响应程度不一样,低肥力果园由于土壤养分和有机质本底值较低,养分含量较高的鸡粪类有机肥对低肥力果园的芒果增产效果显著;中肥力果园增产效果最显著的是动物氨基酸类有机肥,动物氨基酸类有机肥可以明显改善中肥力土壤的微生物区系环境,增加细菌和真菌数量;而对于高肥力果园,连续两年施肥,不同类型的有机肥处理间无显著差异,高肥力果园可选有机肥的范围更广,植物源和动物源有机肥均适合,可以从降低肥料成本和增加经济效益的角度选用合适的有机肥,也可以从增加土壤肥力的角度选用合适的有机肥。

  • 3.2 不同有机肥料对土壤肥力的影响

  • 不同地力对施肥的响应程度不同,相同的施肥处理,高肥力的果园产量也高,这与杜盼等[26]研究结果一致。施用有机肥可以有效提高土壤有机质含量,在同等施肥量的情况下,不同类型的有机肥对土壤养分的提升存在差异,吴迪等[27]研究表明,厩肥加商品有机肥的组合相较于单施商品有机肥可以显著提高猕猴桃园的土壤有机质。李燕青等[28]研究表明在 3 种有机肥中,鸡粪和猪粪有机肥能够显著提高土壤速效磷含量。此外,有机肥的施用可以缓解土壤酸化,施用有机肥处理的 pH 较传统和氮磷钾优化处理提高 0.3,这对消除土壤障碍因素,提升土壤生物活性至关重要。有机质含量和土壤 pH 并不能完全反映土壤肥力,其他指标如微生物活性等是反映土壤活性、稳定性和恢复力的有效指标,故需结合养分和活性等指标来综合评价。通过主成分分析和聚类分析,有效研究了不同处理对不同指标的响应以及对土壤综合肥力的影响。可以看出,各施肥土壤肥力水平在 PC1 上的分异程度明显大于在 PC2 上的分异程度,并且土壤肥力水平与 PC1、PC2 的得分均呈正相关关系。主成分综合得分的情况与因子聚类分析的结果一致,均为施用有机肥的处理土壤肥力水平高于单施化肥的处理、高于不施肥料的处理,并且不同类型有机肥对土壤肥力水平的提升存在差异,总体趋势为甜叶菊类有机肥 >动物氨基酸类有机肥 >鸡粪类有机肥 >秸秆类 >牛粪类有机肥。

  • 4 结论

  • 本研究在采用 5 种不同类型有机肥(植物源:秸秆和甜叶菊类有机肥;动物源:牛粪、动物氨基酸和鸡粪类有机肥;其中,甜叶菊类有机肥碳氮比最高;鸡粪类有机肥总养分最高)的情况下,探索了芒果产量、品质和土壤肥力的改变。主要发现点如下。

  • (1)有机肥施用下芒果产量和品质显著高于无机处理和不施肥处理,在同等氮素用量下,低碳氮比的鸡粪和动物氨基酸类有机肥对芒果的增产效果显著高于高碳氮比秸秆和甜叶菊类有机肥,产量显著增加了 19.4%,而碳氮比最高的甜叶菊有机肥较其他 4 种有机肥显著提高了芒果品质,增加了其 6.0% 糖度、30.3% 酸度和 18.8% 还原性 Vc 含量。

  • (2)在低、中、高肥力果园上,肥力水平越高的果园平均产量越高,且连续施用 3 年有机肥均能提高低、中和高肥力果园的平均产量,低肥力果园最适有机肥为总养分最高的鸡粪类有机肥,中肥力果园最适有机肥为动物氨基酸类有机肥,高肥力果园不同类型有机肥间无显著差异,因此不同肥力果园应该采用不同类型的有机肥。

  • (3)从主成分综合得分分析,土壤肥力不同类型有机肥处理中,碳氮比最高的甜叶菊类有机肥施用后的土壤肥力综合得分最高,其次是鸡粪和动物氨基酸类有机肥处理,最低为牛粪和秸秆类有机肥处理。通过芒果的产量、品质、土壤肥力水平等因素综合考虑,攀枝花晚熟凯特芒果产量最优处理为鸡粪和动物氨基酸类有机肥,品质最优处理为甜叶菊有机肥,5 种类型有机肥均可提升土壤肥力水平,提升能力依次为甜叶菊 >动物氨基酸 >鸡粪 >秸秆 >牛粪有机肥。对于不同肥力果园,低肥力果园适合高养分含量的鸡粪类有机肥,中肥力果园适合动物氨基酸类有机肥,高肥力果园 5 种有机肥均适合,可从有机肥料价格、土壤地力提升等角度综合考虑。

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