摘要
在等氮、磷、钾施肥条件下，开展碱性土改良施肥对沃柑果园土壤性质的影响试验研究，以期获得碱性土改良施肥技术方案，为果园碱性土改良技术应用提供理论依据。以枳橙基砧、福本作为中间砧木高接 8 年的沃柑品种为研究对象，分别设置常规复合肥（CF）、配方肥（尿素 + 硫酸钾 + 过磷酸钙，FF）、复合肥 + 硫磺粉 （CF+S）、复合肥 + 脱硫石膏（CF+T）、配方肥 + 硫磺粉（FF+S）、配方肥 + 脱硫石膏（FF+T）6 个处理，研究不同碱性土改良施肥处理对沃柑果园土壤性质的影响。与 CF 处理相比，不同碱性土改良施肥均增加了土壤总孔隙度与有机质含量，分别以 FF+T、CF+T 处理相对最高，比 CF 处理分别增加了 9.2%、60.1%，同时不同程度地增加了土壤营养元素含量，且以 FF+T 处理相对最高；各碱性土改良施肥处理均减小了土壤容重、pH 值、Na+ 交换量，且均以 FF+T 处理相对最小，分别比 CF 处理减少了 9.7%、15.6%、16.7%；FF+T 处理的土壤蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶和过氧化氢酶活力均相对最高，分别较 CF 处理提高了 17.8%、43.8%、48.8%、38.4%；土壤碳排放通量以 7 月相对较大、12 月相对较小，均以 FF+T 处理最小，分别比 CF 处理降低了 25.5%、12.7%。各处理主成分综合得分高低顺序为 FF+T>CF+T>FF+S>CF+S>FF>CF，即碱性土改良施肥 FF+T 处理对改善沃柑果园土壤性质的效果相对最优。
Abstract
Under the condition of equal nitrogen，phosphorus and potassium fertilization，the experimental study on the effect of improved fertilization on soil properties in orchard alkaline soil was carried out in order to obtain the technical scheme of improved fertilization in alkaline soil and provide theoretical basis for the application of improved technology in orchard alkaline soil. The effects of different alkaline soil improvement and fertilization treatments on soil properties of Orah orchard were studied by using eight-year-old Orah varieties with Citrange as the base stock and Fukumoto navel orange as the intermediate stock. Six experimental treatments were set up，including conventional compound fertilizer（CF），formula fertilizer（urea + potassium sulfate + calcium superphosphate，FF），compound fertilizer + sulfur powder（CF+S）， compound fertilizer + desulfurized gypsum（CF+T），formula fertilization + sulfur powder（FF+S），and formula fertilizer + desulfurized gypsum（FF+T）. Compared with CF treatment，the improved fertilization of different alkaline soils increased the total porosity and organic matter content of the soil，and the FF+T and CF+T treatments were relatively the largest， which increased by 9.2% and 60.1% compared with the CF treatment. At the same time，the content of soil nutrient elements was increased in different degrees，and the FF+T treatment was the highest. The soil bulk density，pH value and Na+ exchange capacity of each alkaline soil improved fertilization treatment were reduced，and the FF+T treatment was the smallest，which was 9.7%，15.6% and 16.7% lower than that of CF treatment，respectively. The activities of soil sucrase， urease，alkaline phosphatase and catalase in FF+T treatment were the highest，which were 17.8%，43.8%，48.8% and 38.4% higher than those in CF treatment，respectively. The soil carbon emission flux of the orchard was relatively large in July and relatively small in December，and the FF+T treatment was the smallest，which was 25.5% and 12.7% lower than the CF treatment，respectively. The order of the comprehensive scores of the principal components of each treatment was FF+T>CF+T>FF+S>CF+S>FF>CF，that was，the effect of FF+T treatment on improving the soil properties of the citrus orchard was relatively optimal.
Keywords
土壤是柑橘果树的生存之基。碱性土壤是 pH 值 >7.5 的土壤，而最适宜柑橘生长的土壤 pH 值 5.5～6.5，土壤酸碱性对土壤养分有效性、柑橘树体生长及产量、品质形成等有重要影响[1]。西南地区柑橘果园存在分布较广的石灰性紫色土，由于该类土壤 pH 值较高，影响大多土壤养分的有效性，不利于柑橘的正常生长发育，因此需进行土壤改良。研究发现，土壤改良剂在碱性土壤中施用，能够降低土壤容重、增加土壤气孔结构、增强土壤缓冲能力；提高土壤有机质含量，促进营养元素的释放和吸收；降低土壤的碳氮比，调节土壤 pH 值，从而改善土壤生态环境[2]。土壤化学改良是经济有效的土壤改良方法之一，通过施用石膏、过磷酸钙等钙制剂，粗硫酸、硫磺粉等钙活化剂以及土壤抑盐剂、腐植酸等化肥与土壤改良剂来改善土壤结构，提高土壤肥力[3]。近年来，我国施用脱硫石膏改良土壤应用越来越广泛，国内外对碱土改良利用进行了深入研究，而通过施用石膏来增加碱性土壤中 Ca2+ 以代换土壤胶体上多余的 Na+ 方法被广泛认可[4-5]。施用脱硫石膏对玉米[6]、向日葵[7]盐碱土的碱化度、有机质、盐分等土壤性质有明显的改善作用，刘安鸿[8]、Zhao 等[9]分别在不同地区、不同碱化度的土壤上施用石膏，其土壤碱性磷酸酶、脲酶以及土壤总酶等活性均有不同程度的提高。研究表明，碱性土蓝莓种植区主要施用硫磺粉[10-11]来降低其土壤 pH 值，并结合施用硫酸钾、过磷酸钙等酸性肥料[12-13]来维持与降低土壤 pH 值；付崇毅等[14]的研究发现，南丰蜜橘园以单施 150 mg/kg 硫磺粉的土壤 pH 值下降幅度最大；李亚东等[15]的研究表明，越桔果园土壤 pH 值随着施硫量的增加而下降。目前，有关土壤改良剂、酸性肥料等对石灰性紫色土柑橘园土壤改良的研究报道尚鲜见，也未见通过土壤改良剂和酸性肥料混施改良柑橘园碱性土的相关报道。本研究拟以川渝石灰性紫色土沃柑果园为对象，在等量氮、磷、钾养分投入下，开展碱性土改良剂及生理酸性肥料配施对果园土壤性质的影响，以期筛选出适宜柑橘园碱性土壤改良的材料及肥料配方，为柑橘优质丰产栽培提供理论依据与技术支持。
1 材料与方法
1.1 试验材料与试验地概况
试验于 2022—2024 年在重庆市北碚区西南大学柑桔研究所沃柑果园进行。该果园地处 29°45ʹN、 106°22ʹE，为亚热带季风气候型，年均气温 19.48℃，年均降水量 1275.97 mm，年均日照时长 1240.61 h。果园土壤背景状况见表1。供试肥料为尿素（N 46.7%）、过磷酸钙（P2O5 12.0%）、硫酸钾（K2O 51.0%）、复合肥（N-P2O5-K2O 春、夏、秋施用比例分别为 21-8-11、15-5-15、15-15-15）；土壤改良剂为脱硫石膏（纯度为 70%～85%；生产厂家为巩义市元亨净水材料厂），根据俞仁培[16]、李玉波等[17]研究结果确定脱硫石膏推荐用量为 15000 kg/hm2；硫磺粉（纯度为 99%，生产厂家为 SKEM） 用量与脱硫石膏一致。
表1沃柑果园土壤化学性质
1.2 试验设计
以枳橙基砧、福本作为中间砧木高接 8 年的沃柑品种为研究对象，分别设置复合肥（常规施肥， CF）、配方肥（尿素 + 硫酸钾 + 过磷酸钙，FF）、复合肥 + 硫磺粉（CF+S）、复合肥 + 脱硫石膏 （CF+T）、配方肥 + 硫磺粉（FF+S）、配方肥 + 脱硫石膏（FF+T）6 个试验处理，具体施肥情况如表2所示，其中 CF、FF、FF+S、FF+T、CF+S、CF+T 处理的氮、磷、钾纯养分均相同，每年分别为 0.42、 0.22、0.44 kg/ 株，3 次施肥（纯养分）比例分别为 2∶5∶3。试验区域覆盖 3 行，共 36 株，每行树体生长健壮、长势中庸且基本一致；每行作为一个大重复（裂区设计），每行处理及单株重复株数均相同，每行相邻 2 株树为同一个处理。每年在 3 月萌芽期、 7 月膨大期和 10 月转色期进行施肥，氮、磷、钾肥 3 次施用的比例与复合肥（CF 处理）一致，即分别为 21-8-11、15-5-25、15-15-15。施肥位置为靠近树体行间两侧滴水线外侧各挖 1 个长、宽、深分别为 1.0、0.2、0.3 m 的条沟，将肥料和土壤改良材料与挖出的土拌匀后回填处理。果园病虫害和其他田间管理按常规技术统一进行。本研究连续两年开展了碱性土改良试验，因碱性土改良剂发挥作用的时间较长，故本研究仅针对第二年试验的观测数据进行分析。
表2施肥试验设计
1.3 样品采集与项目测定
1.3.1 土壤物理指标
于 10 月基肥施用前，在离树冠滴水线施肥穴外 10 cm 处采用环刀对 0～20 cm 的土层进行取样，两端立刻加盖并称重，于水中浸泡 12 h 后称重，后将环刀放入烘箱中烘干至恒重并再次称重，用容重-比重换算法[18]测定土壤总孔隙度与容重。
1.3.2 土壤化学指标
于 10 月基肥施用前，在 0～20 cm 土层，离树冠滴水线施肥穴外侧 10 cm 处采集土壤样品，单株分别取土样，每个处理共采集 6 个土样。土壤样品经自然晾干、去杂、研磨，分别过 1、0.425、 0.15 mm 尼龙筛后密封保存，用于测定其土壤化学性质指标。测定方法参照鲍士旦[19]的《土壤农化分析》，具体方法见表3。
表3土壤化学指标及其测定方法
1.3.3 土壤酶活性
利用上述制备通过 0.425 mm 尼龙筛后用自封袋密封保存的土壤样品，用试剂盒（北京索莱科技有限公司）测量土壤脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶及碱性磷酸酶活性。
1.3.4 土壤 CO2 排放通量的测定
土壤 CO2 排放通量用 LI-8100A（美国 LI-COR公司）监测。将圆环埋入土中，保持土面平整并保持圆环固定，分别在 4、7、10 及 12 月进行土壤 CO2 排放通量的测定。
1.3.5 数据处理
利用 Excel 2019、SPSS 26.0 进行数据分析，采用 GraphPad Prism 8 进行绘图，采用 Dancan 新复极差法分析差异显著性。
2 结果与分析
2.1 碱性土改良施肥对土壤物理性质的影响
从图1可知，各处理的土壤总孔隙度随土壤改良剂施入呈增大趋势，土壤容重呈下降趋势。各处理的土壤总孔隙度范围为 40.87%～44.62%，平均值为 42.21%；各处理的土壤总孔隙度大小顺序为 FF+T>CF+T>FF+S>CF+S>FF>CF，以 FF+T 处理相对最大，为 44.62%，比 CF 处理增加了 9.2%，且差异显著。各处理的土壤容重范围为 1.40%～1.53%，平均值为 1.48%，以 FF+T 处理的土壤容重相对最小，为 1.40%，比 CF 处理减少了 9.7%，但差异均不显著。
图1不同处理对沃柑果园土壤总孔隙度和容重的影响
注：图中不同小写字母表示处理间的差异达显著水平（P<0.05）。下同。
2.2 碱性土改良施肥对土壤化学性质的影响
由表4可知，各处理的土壤有机质含量随土壤改良剂施入呈增加趋势，pH 值与 Na+ 交换量呈下降趋势。各处理的土壤 pH 值范围为 6.49～7.50，平均值为 6.90；土壤 pH 值由低至高顺序为 FF+T<FF+S<CF+S<CF+T<FF<CF，以 FF+T 处理相对最低，为 6.49，比 CF 处理降低了 15.6%，且差异显著。各处理的土壤 Na+ 交换量范围为 2.83～3.30 cmol/kg，平均值为 3.05 cmol/kg，以 FF+T 处理相对最小，为 2.83 cmol/kg，比 CF 处理减少了 16.7%，但差异均不显著。土壤有机质含量范围为 20.87～33.41 g/kg，平均值为 25.53 g/kg；有机质含量高低顺序为 CF+T>FF+S>CF+S>FF+T>FF>CF，以 CF+T 处理相对最大，为 33.41 g/kg，比 CF 处理增加了 60.1%，且差异显著。
由表5可知，各处理的土壤碱解氮含量范围为 60.75～90.90 mg/kg，平均值为 74.71 mg/kg； 土壤碱解氮含量高低顺序为 CF+T>FF+S>CF+ S>FF+T>FF>CF，以 CF+T 处理相对最高，为 90.90 mg/kg，比 CF 处理增加了 49.6%，且差异显著。各处理的土壤有效磷含量范围为 68.73～113.72 mg/kg，平均值为 90.64 mg/kg；土壤有效磷含量高低顺序为 CF+S>CF+T>FF+T>FF+S>CF>FF，以 CF+S 处理相对最高，为 113.72 mg/kg，比 CF 处理增加了 52.3%，且差异显著。各处理的土壤速效钾含量范围为 474.78～614.42 mg/kg，平均值为 539.48 mg/kg；土壤速效钾含量高低顺序为 FF+T>CF+S>FF+S>CF+T>CF>FF，以 FF+T 处理相对最高，为 614.42 mg/kg，比 CF 处理增加了 19.8%，且差异显著。
表4不同处理对沃柑果园土壤化学性质的影响
注：不同小写字母表示处理间的差异达显著水平（P<0.05）。下同。
表5不同处理对土壤大量元素有效含量的影响
由表6可知，各处理的土壤有效钙含量范围为 4391.25～5764.03 mg/kg，平均值为 5035.78 mg/kg； 土壤有效钙含量高低顺序为 FF+T>CF+T>FF+ S>CF+S>FF>CF，以FF+T 处理相对最高，为 5764.03 mg/kg，比 CF 处理增加了 31.3%，且差异显著。各处理的土壤有效镁含量范围为 187.36～214.31 mg/kg，平均值为 196.44 mg/kg，高低顺序与有效钙含量一致，以 FF+T 处理相对最高，为 214.31 mg/kg，比 CF 处理增加了 14.4%，且差异显著。各处理的有效铁、锰、铜、锌含量均以 FF+T 处理相对最高，其含量分别为 14.12、47.87、 0.79、5.04 mg/kg，分别比 CF 处理增加了 36.3%、 10.5%、17.9%、20.9%，FF+T 处理的土壤有效中、微量元素含量（有效锰除外）均与 CF 处理差异显著。
表6不同处理对土壤中、微量元素有效含量的影响
2.3 碱性土改良施肥对土壤酶活性的影响
由图2所示，各处理的土壤蔗糖酶活性范围是 12.00～14.13 U/g，平均值为 12.65 U/g；各处理土壤蔗糖酶活性大小顺序为 FF+T>FF+S>CF+T>CF+S>FF>CF，以 FF+T 处理相对最大，为 14.13 U/g，比 CF 处理增加了 17.8%，且差异显著。各处理土壤脲酶活性范围是 632.83～1008.61U/g，平均值为 779.88U/g；各处理土壤脲酶活性大小顺序为 FF+T>CF+T>FF+S>CF+S>CF>FF，也以 FF+T 处理相对最大，为 1008.61 U/g，比 CF 处理增加了 43.8%，且差异显著。
由图3所示，各处理的土壤碱性磷酸酶活性范围是 6866.30～10218.66 U/g，平均值为 8585.11 U/g； 各处理土壤碱性磷酸酶活性大小顺序为 FF+T>CF+ T>FF+S>CF+S>FF>CF，以 FF+T 处理相对最大，为 10218.66 U/g，比 CF 处理增加了 48.8%，且差异显著。各处理的土壤过氧化氢酶活性范围是 15.96～22.09 U/g，平均值为 19.23 U/g；土壤过氧化氢酶活性大小顺序为 FF+T>CF+T>FF+S>CF+ S>FF>CF，也以 FF+T 处理相对最大，为 22.09 U/g，比 CF 处理增加了 38.4%，且差异显著。
图2不同处理对沃柑果园土壤蔗糖酶和脲酶活性的影响
图3不同处理对沃柑果园土壤碱性磷酸酶和过氧化氢酶活性的影响
2.4 碱性土改良施肥对土壤碳排放通量的影响
4—12 月土壤 CO2 排放连续监测动态数据 （图4）表明，各处理 CO2 排放通量均呈先升高后降低的趋势，其中 7 月最高、12 月最低。7 月各处理的土壤碳通量范围是 4.99～6.30 μmol/ （m2 ·s），平均值为 5.72 μmol/（m2 ·s）； 各处理土壤碳通量由小至大的顺序为 FF+T<CF+S<FF+ S<CF+T<CF<FF，以 FF+T 处理相对最小，为 4.99μmol/（m2 ·s），比 CF 处理降低了 25.5%，且差异显著。12 月各处理的土壤碳通量范围是 1.55～1.75 μmol/（m2 ·s），平均值为 1.65 μmol/（m2 ·s）； 土壤碳通量由小至大的顺序为 FF+T<FF+S<CF+S<CF+T<FF<CF，也以 FF+T 处理相对最小，为 1.55 μmol/（m2 ·s），比 CF 处理降低了 12.7%，且差异显著。
图4不同处理对土壤 CO2 排放的影响
2.5 碱性土改良施肥对土壤性质影响的综合评价
选取影响沃柑果园土壤性质的主要指标，以各处理主要指标进行主成分分析。经检验，标准化数据矩阵 KMO 取样适切性量数为 0.558，大于 0.5； 巴特利特球形度检验，近似卡方为 184.169，自由度为 78，且 BTS 检验显著性 P 值为 0.000，均符合主成分分析的要求。不同指标的主成分得分系数及贡献率如表7所示，3 个主成分积累方差贡献率为 76.9%，包含各参数的大部分信息；其中主成分 1 主要作用的是土壤孔隙度、土壤 CO2 排放量、蔗糖酶活性、过氧化氢酶活性、有效镁含量，方差贡献率达到了 49.7%；主成分 2 主要作用的是土壤有机质、有效锰、有效锌含量，方差贡献率达到了 19.0%；主成分 3 主要作用的是土壤 pH 值、脲酶活性、碱性磷酸酶活性、有效钙、有效铁含量，方差贡献率达到了 8.2%。
表7不同指标的主成分得分系数及贡献率
通过标准化后的数据可以将主成分表达为 3 个线性组合：
F1=0.346ZX1-0.282ZX2+0.111ZX3-0.292ZX4+ 0.315ZX5+0.319ZX6+0.274ZX7+0.301ZX8+ 0.308ZX9+0.320ZX10+0.268ZX11+0.046ZX12+ 0.255ZX13；
F2=0.202ZX1+0.165ZX2-0.445ZX3-0.118ZX4-0.170ZX5+0.230ZX6+0.226ZX7+0.139ZX8+0.186ZX9-0.199ZX10-0.304ZX11+0.569ZX12-0.280ZX13；
F3=0.091ZX1+0.540ZX2-0.147ZX3+0.235ZX4-0.196ZX5+0.330ZX6-0.187ZX7+0.345ZX8-0.315ZX9+0.126ZX10+0.374ZX11+0.018ZX12+ 0.254ZX13；
F=0.497×F1+0.190×F2+0.082×F3。
本研究参考主成分综合得分的计算方法[20]，利用计算公式计算不同碱性土改良施肥处理不同指标的 3 个主成分综合得分（Dn）。由表8 可知，各处理的综合得分高低顺序为 FF+T>CF+T>FF+S>CF+S>FF>CF。
表9不同处理主成分分析的综合得分
3 讨论
3.1 碱性土改良施肥对沃柑园土壤理化性质的影响
本研究结果表明，土壤孔隙度以添加了脱硫石膏的处理相对最大，土壤容重以 FF+T 处理相对最小。这可能是因为碱性土壤上施用过磷酸钙、硫酸钾等生理酸性肥料，其中含有较多的游离硫酸而呈酸性，有效调节了土壤性质，增加了土壤孔隙度，降低了土壤容重[21]。土壤 pH 值与 Na+ 交换量均以 FF+T 处理较小，可能是因为碱性土施用脱硫石膏后，脱硫石膏中的 CaSO4 与土壤中的 Na2CO3 或 NaHCO3 反应置换出土壤中的 Na+，随水淋洗后增加了土壤的酸性，导致土壤 pH 值[4，22] 和 Na+ 交换量降低[23]。土壤的酸碱度是影响土壤养分转化及营养元素数量、形态和有效性的决定因素[24]。刘文科等[25]的研究发现，土壤 pH 值、有机质含量与土壤有效铁含量有显著相关性，碱性土壤由于存在大量游离态碳酸钙，导致土壤中的铁离子容易与碳酸钙发生反应生成固态铁氧化物，从而使土壤中可供植物利用的游离态铁含量降低，植株出现缺铁失绿症；与周阳[26]的研究结果一致，这可能是因为土壤的酸碱度是影响土壤养分转化及营养元素数量、形态和有效性的决定因素[24]。土壤有效磷含量以添加硫磺粉处理相对最高，可能与磷在土壤中难以移动，且土壤施入硫磺粉后土壤 pH 值缓慢持续降低有关。参考柑橘园土壤有效养分丰缺标准[27]，本研究中土壤有效钙、锰含量过量，有效镁、铜、锌含量适宜，添加脱硫石膏与硫磺粉的碱性土改良施肥处理均能够有效提高土壤中、微量元素含量，其中 FF+T 处理的土壤有效钙、镁含量相对最高，这可能是因为脱硫石膏能降低盐碱地土壤容重和电导率[28]，并且添加的外源脱硫石膏本身含有钙、硫、镁等元素[29]，使土壤的中、微量元素含量基本保持在适宜或过量范围。
3.2 碱性土改良施肥对沃柑果园土壤酶活性的影响
土壤酶是评价土壤肥力与土壤健康的重要指标，它推动土壤的物质转化和能量流动，反映了土壤物质代谢的旺盛程度[30]。在本研究中，各处理的土壤蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶与过氧化氢酶活性均以 FF+T 处理较高，分别比 CF 处理增加了 17.8%、43.8%、48.8%、38.4%。这是由于施用脱硫石膏降低了碱性土的 pH 值，提高了土壤根际微生物数量和活性，使根系微生态环境得以改善，进而提高了土壤酶活性，但对各种酶活性的提高幅度各不相同。施用脱硫石膏有利于碱性磷酸酶活性的提高，这与土壤酶可以促进土壤中糖类、含氮有机物质的分解产生有机质、碱解氮相吻合[31]；施用脱硫石膏在一定程度上改善了土壤过氧化氢酶活性，促进过氧化氢对各种化合物的转化功能，其与土壤呼吸强度有密切关系[29]。同样地施用脱硫石膏在提高土壤质量、改善土壤环境方面有积极的作用，土壤蔗糖酶产生脲酶活性与土壤中有机质、微生物数量呈正相关，所以土壤蔗糖酶和脲酶活性常被认为是土壤改良效果的重要酶活性指标[32]。
3.3 碱性土改良施肥对土壤碳排放通量的影响
碱性土改良措施在一定程度上能影响温室气体 CO2 的排放[33-34]，本试验中，7 月碳排放通量最大，可能是由于果实膨大期刚施肥完毕，此时土壤养分含量迅速升高，同时全年中以 7 月的土壤温度相对较高，加之此期间降水量较多，土壤根际微生物代谢旺盛，脱硫石膏中的 Ca2+ 含量与根际呼吸产生的 CO2 生成 CaCO3，从而降低 CO2 的排放[35]； 12 月碳排放通量相对较小，可能是因为此时离施肥时间较长，且此期间气温较低，土壤代谢减弱。相比 CF 处理，各碱性土改良施肥处理对不同生长时期的土壤碳排放通量均有明显降低，其中 7 和 12 月均以 FF+T 处理相对最小，同比 CF 处理分别降低了 25.5% 和 12.7%。
4 结论
不同碱性土改良施肥一定程度上降低了沃柑果园土壤 pH 值、Na+ 交换量，增加了土壤总孔隙度、有机质和营养元素含量；各处理的土壤蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶与过氧化氢酶活性均以 FF+T 处理相对最高；各碱性土改良施肥处理的土壤 CO2 排放通量比 CF 处理均有明显降低。主成分分析综合得分高低顺序为 FF+T>CF+T>FF+S>CF+S>FF>CF，即不同碱性土改良施肥中以 FF+T 处理对沃柑果园土壤性质改善相对最好。