滴灌施肥对山地柑橘园生产效应的影响
Effects of drip fertigation on production effect of mountain citrus orchard
WEN Mingxia , ,, XI Hui, WU Shaohui, LI Na, CHEN Xijing
摘要
关键词：滴灌施肥;柑橘产量;品质;土壤肥力;养分吸收
Abstract
Taking satsuma mandarin (Citrus unshiu Marc.) grown in mountainous areas as the research object, and custom fertilization of farmers (only applying chemical fertilizer, the input amounts of N, P2O5, K2O were 211.5, 180.0, 220.5 kg/hm2, respectively) as the control (CF), different combinations of fertilization with organic matter and chemical fertilizer decrement (DF1: the input amounts of N, P2O5, K2O were 153.0, 63.0, 157.5 kg/hm2, respectively; DF2: the input amounts of N, P2O5, K2O were 180.0, 108.0, 211.5 kg/hm2, respectively) were set to study the effects of drip fertigation on citrus yield, quality, nutrient absorption and soil fertility. The results showed that citrus yields of drip fertigation treatments with DF1 and DF2 increased by 17.5% and 16.4%, respectively, as compared with the control. The drip fertigation treatments with DF1 and DF2 could also increase fruit quality. The total soluble solid content increased by 11.4% and 10.5%, and vitamin C content increased by 26.7% and 13.6%, and the total acid content decreased by 16.2% and 21.6%, respectively, as compared with the control. In addition, drip fertigation treatments could significantly increase the absorption of calcium (Ca), magnesium (Mg) and boron (B) in leaves and fruits, which were higher than those of the control. Drip fertigation treatments also had a great impact on soil pH and soil fertility. The soil pH value of DF1 and DF2 treatments was higher than that of the control, and the organic matter content increased by 27.1% and 20.0%, respectively, and the hydrolysable nitrogen (N) content increased by 88.3% and 105.2%, respectively. The soil exchangeable Ca, exchangeable Mg and available B contents were also significantly higher than those of the control. It can be seen that while saving chemical fertilizer, drip fertigation can improve soil fertility, promote the nutrient absorption and utilization of leaves and fruits, and then increase citrus yield and improve fruit quality. Therefore, drip fertigation is an important measure to reduce chemical fertilizer application, improve quality and efficiency in citrus orchards.
Keywords：drip fertigation;citrus yield;quality;soil fertility;nutrient absorption
本文引用格式
温明霞, 奚辉, 吴韶辉, 李娜, 陈喜靖.
WEN Mingxia, XI Hui, WU Shaohui, LI Na, CHEN Xijing. Effects of drip fertigation on production effect of mountain citrus orchard. Journal of Zhejiang University （Agriculture & Life Sciences）[J]. 2022, 48(5): 566-572 doi:10.3785/j.issn.1008-9209.2021.09.171
柑橘是世界上广泛种植的水果之一，也是我国重要的经济作物。我国柑橘栽培历史悠久。据统计，2018年我国种植的柑橘面积为2.49×106 hm2，产量为4.14×106 t[1]。柑橘是多年生常绿果树，挂果期较长，休眠期较短，科学合理的养分供应是柑橘获得优质高产的重要措施之一。我国的柑橘园大多位于丘陵山地，交通运输不便，有机肥的施用需耗费大量的人力，所以在柑橘园的施肥管理中，普遍存在偏施化肥、少施或者不施有机肥的现象；而施用化肥时，大多采用撒施，造成肥料资源浪费的同时，给环境带来极大的压力。已有的研究结果表明，不科学的施肥方法，如肥料表施、撒施等均可造成肥料利用率偏低，其中，氮肥的当季利用率为30%～40%，磷肥为10%～25%，钾肥为50%～60%[2]。研究科学高效的施肥技术，探讨精准简捷的施肥方法与途径是柑橘园养分管理的研究热点。
滴灌施肥是一种调控养分的精确施肥方式，即将肥料溶解于水，通过管道将肥水运输到根系附近，由滴头进行滴灌来补充植物生长所需的养分。其优点在于，能够根据土壤状况及不同阶段作物的生长特性，有效控制水分、养分供给的数量和比例，充分发挥水肥耦合效应，提高水肥利用效率[3]。该技术在干旱地区以及发达地区的设施栽培中应用较广[4-5]。由于地势不平，操作困难，滴灌等水肥一体化技术在山地柑橘园中应用较少。本试验通过在山地柑橘园地势最高处建设蓄水池，利用高度落差产生的压力以及便携式施肥桶将肥液输送到滴灌管网中进行滴灌，研究不同的滴灌施肥处理对柑橘产量、品质、养分吸收等的影响，为提高山地柑橘园肥料利用效率，简化施肥措施，实施水肥一体化提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验于2018—2019年在浙江省临海市涌泉镇外岙村山地柑橘园进行。果园土壤为黄壤，试验前，0～30 cm耕层土壤基本理化性质为：pH 5.20、有机质37.4 g/kg、速效氮226.8 mg/kg、有效磷375.0 mg/kg、速效钾176.0 mg/kg、交换性钙1.8 cmol/kg、交换性镁0.38 cmol/kg、有效铁68.0 mg/kg、有效铜1.32 mg/kg、有效锰41.5 mg/kg、有效锌5.66 mg/kg、有效硼0.28 mg/kg。
1.2 试验材料与设计
在果园中挑选长势一致且无病虫害的温州蜜柑（Citrus unshiu Marc.）树为供试材料，设3个施肥处理，每个处理8棵树，3次重复。各处理的养分投入量如表1所示。具体如下：1）农民习惯施肥（CF），只施化肥，所用肥料包括三元复合肥［N-P2O5-K2O（下同）为15-15-15］、钙镁磷肥、尿素和硫酸钾。在采果后、萌芽期和幼果期分3次施入，施肥方式为撒施。2）滴灌施肥1（DF1），有机肥加化肥处理，所用肥料包括蚕沙有机肥、腐殖酸水溶肥（14-3-3）、高氮水溶肥（25-10-20）和高钾水溶肥（10-10-40）。蚕沙有机肥于采果后一次性沟施2 700 kg/hm2，其他肥料从萌芽期开始分5次滴灌施入，肥料总用量为习惯施肥减氮（N） 27.7%的用量。3）滴灌施肥2（DF2），采果后施肥与习惯施肥相同，其他时期所用肥料与DF1相同，从萌芽期开始分5次滴灌施入，肥料总用量为习惯施肥减N 14.9%的用量。滴灌施肥的主要装备由水塔、过滤器、球阀、便携式施肥器、聚乙烯（polyethylene, PE）管等组成，采用便携式施肥器自压灌溉。在每行柑橘树下铺设2条PE输水管（内径16 mm），每株柑橘树布置4个管上式压力补偿滴头，流量为2 L/h，每次施肥前先将肥料溶于水，然后缓慢滴入根冠下四周土壤。供试果园修剪、病虫害防治等管理措施与当地果园基本一致。
表1 不同处理的养分投入量 (kg/hm2)
Table 1
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1.3 样品采集与测定1.3.1 样品的采集方法
在果实成熟期，每个处理选定5棵树，统计单株挂果数、单果质量，计算产量。然后在树体中部和东西南北5个方向采集结果春梢顶端第3、4片叶，每树采集结果春梢叶各20片，5棵树共采集100片叶为一个样品；于树冠中部四周采摘正常果实，每株4个果，20个果为一个样品；此外，采集对应树冠滴水线附近土壤样品。每个处理3次重复。将采集的样品带回实验室，其中叶片和果实样品用去离子水清洗干净后，用滤纸吸去表面水分，于塑料袋中贮存，待用，测定时每个样品重复2次。
1.3.2 样品的测定方法土壤样品的测定方法：土壤pH值采用pH酸度计法（土水比1∶2.5）；土壤有机质含量采用外加热重铬酸钾容量法；土壤水解性氮含量采用碱解扩散法；土壤有效磷含量采用氟化铵-盐酸浸提-钼锑抗分光光度法；土壤速效钾含量采用乙酸铵浸提-原子吸收分光光度法；土壤交换性钙、交换性镁含量采用1 mol/L乙酸铵浸提-原子吸收分光光度法；土壤有效硼含量采用热水浸提-姜黄素分光光度法。具体测定方法参照《土壤农化分析》[6]。
叶片样品的测定方法：叶片全氮含量采用浓硫酸（H2SO4）-过氧化氢（H2O2）消化-凯氏定氮法；叶片全磷含量采用浓H2SO4-H2O2消化-钒钼黄分光光度法；叶片全钾含量采用浓H2SO4-H2O2消化-原子吸收分光光度法；叶片全钙、全镁含量采用干灰化-酸溶-原子吸收分光光度法；叶片全硼含量采用干灰化-酸溶-姜黄素分光光度法。具体测定方法参照《土壤农化分析》[6]。
果实样品的测定方法：果实养分指标中，含水率、吸氮量、吸磷量和吸钾量的测定方法参照《土壤农化分析》[6]。果实品质指标中，可溶性固形物含量采用手持糖度计法，总酸含量采用氢氧化钠中和滴定法，维生素C含量采用2，6-二氯靛酚滴定法，果皮厚度采用游标卡尺法，可食率采用天平称量法。具体测定方法参照GB/T 8210—2011[7]。
1.4 数据分析采用Excel 2010和DPS 16.0软件进行相关性分析和差异显著性分析。
2 结果与分析
2.1 滴灌施肥对果实产量和品质的影响
由表2可知：滴灌施肥的柑橘产量显著高于习惯施肥（CF），DF1和DF2分别比CF提高17.5%和16.4%。在化肥用量减少的情况下，产量有增无减，说明有机无机配施加水肥耦合，可以减少化肥的用量，提高肥料的利用效率，增加柑橘产量。不同施肥处理对单果质量的影响不显著，而对挂果数的影响较大，其中，滴灌施肥处理的每株挂果数显著高于习惯施肥，DF1和DF2分别比CF提高79.3%和51.1%，但DF1和DF2之间差异不显著。由此可见，在本试验的产量构成因子中，挂果数的多少对产量高低起决定性作用。
表2 不同施肥处理对果实产量的影响
Table 2
处理
Treatment
单果质量
Single fruit mass/g
每株挂果数
Fruit amount in a tree
产量
Yield/(t/hm2)
CF104.0±20.3a323±53b37.7±2.0bDF1103.8±22.2a579±60a44.3±0.8aDF298.3±11.3a488±57a43.9±2.4a同列数据后不同小写字母表示在P＜0.05水平差异有统计学意义。下同。
Values within the same column followed by different lowercase letters indicate significant differences at the 0.05 probability level. The same as below.
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由表3可知：不同施肥处理的果实可食率和果皮厚度差异均不显著；DF1和DF2的可溶性固形物含量分别比CF提高11.4%和10.5%；而DF1和DF2的总酸含量分别比CF降低16.2%和21.6%，且滴灌施肥处理之间差异不显著；DF1和DF2的维生素C含量分别比CF提高26.7%和13.6%，且各处理之间差异显著。
表3 不同施肥处理对果实品质的影响
Table 3
处理
Treatment
可食率
Edible rate/%
果皮厚度Peel thickness/mm可溶性固形物
Total soluble solid/%
总酸
Total acid/(g/L)
维生素C
Vitamin C/(mg/kg)
CF79.2±1.1a2.93±0.16a10.5±0.1b7.4±0.3a279.0±11.3cDF179.6±0.8a1.96±0.13a11.7±0.4a6.2±0.0b353.5±10.6aDF280.1±0.2a1.98±0.78a11.6±0.2a5.8±0.6b317.0±4.2b新窗口打开|下载CSV
2.2 滴灌施肥对叶片养分含量的影响
由表4可知：滴灌施肥和习惯施肥对柑橘叶片的全氮、全磷含量影响不大，各处理之间差异不显著；叶片全钾含量则表现为DF2＞CF＞DF1，且各处理间差异显著；叶片全钙、全镁、全硼含量表现为DF1＞DF2＞CF，且各处理间差异显著。
表4 不同施肥处理对叶片养分含量的影响
Table 4
处理
Treatment
全氮
Total N/(g/kg)
全磷
Total P/(g/kg)
全钾Total K/(g/kg)全钙Total Ca/(g/kg)全镁
Total Mg/(g/kg)
全硼
Total B/(mg/kg)
CF25.9±0.7a1.13±0.00a9.1±1.4b25.4±0.7c1.59±0.71c68.5±1.2cDF124.9±4.9a1.11±0.04a7.7±1.4c34.7±7.1a2.13±0.14a88.4±0.4aDF225.2±5.0a1.12±0.03a10.2±3.5a28.1±3.5b1.89±0.21b73.7±0.8b新窗口打开|下载CSV
2.3 滴灌施肥对果实养分吸收的影响
由表5可知：不同处理对果实含水率的影响差异不显著；果实吸氮量在不同处理之间表现出明显差异，与CF相比，DF1和DF2的吸氮量分别增加38.4%和13.2%；DF1的果实吸磷量高于CF，而DF2的果实吸磷量低于CF，但与CF相比均未达到显著性差异；DF1和DF2的吸钾量分别比CF增加57.2%和52.9%，且滴灌施肥处理之间差异不显著。
表5 不同施肥处理对果实养分吸收的影响
Table 5
处理
Treatment
含水率
Moisture/%
吸氮量
N absorption/(kg/hm2)
吸磷量
P absorption/(kg/hm2)
吸钾量
K absorption/(kg/hm2)
CF85.5a39.3c4.04ab34.6bDF185.7a54.4a4.91a54.4aDF286.8a44.5b3.35b52.9a新窗口打开|下载CSV
2.4 滴灌施肥对土壤肥力的影响
由表6可知：滴灌施肥的土壤pH值均高于CF，DF1和DF2分别比CF提高0.44和0.42个单位；土壤有机质含量以DF1最高，其次是DF2，分别比CF高27.1%和20.0%，且两者之间差异不显著；滴灌施肥的水解性氮含量显著高于CF，DF2和DF1分别比CF高88.3%和105.2%，且两者之间差异显著；不同施肥处理的有效磷含量以DF2最高，DF1和CF之间差异不显著；速效钾含量以DF1最高，DF2和CF之间差异不显著；交换性钙、交换性镁和有效硼含量表现出一致的规律性，均为DF1＞DF2＞CF，且三者之间呈显著性差异。
表6 不同施肥处理对柑橘园土壤肥力的影响
Table 6
水解性氮
Hydrolysable N/(mg/kg)
有效磷
Available P/(mg/kg)
速效钾Available K/(mg/kg)交换性钙
Exchangeable Ca/(cmol/kg)
交换性镁Exchangeable Mg/(cmol/kg)有效硼Available B/(mg/kg)CF5.19±0.02b40.6±1.9b144.3±1.8c350.0±5.0b180.3±1.5b1.94±0.12c0.58±0.02c0.74±0.04cDF15.63±0.04a51.6±2.5a271.7±1.8b353.3±7.6b331.3±4.0a12.47±0.61a1.80±0.03a1.10±0.04aDF25.61±0.05a48.7±1.9a296.1±2.8a368.3±2.9a183.0±1.7b7.18±0.13b1.14±0.02b0.88±0.09b新窗口打开|下载CSV
3 讨论
滴灌施肥的目的是充分利用水肥资源。在柑橘的不同生育期进行追肥，采用滴灌技术与施肥相结合，实现以水带肥，滴灌与施肥一体化。本试验结果表明，滴灌施肥处理产量较高，DF1和DF2分别比CF提高17.5%和16.4%，可能原因在于水肥一体化技术能充分地发挥水肥耦合，有利于柑橘对养分吸收的同时，满足了柑橘在不同生育阶段对养分的需求，从而明显增加柑橘产量[8]。这与在其他水果上的研究结果[9]一致。但水肥一体化技术在果树上应用的增产效果存在较大波动：水肥一体化技术使香蕉增产高达70%[10]；滴灌施肥技术使菠萝产量增加6.7%～43.6%[11]，使苹果产量增加13.0%～45.1%[12]。这主要与土壤营养状况、肥料类型、气候条件及不同果树品种对养分的吸收差异有关[13]。
本试验结果显示，在减施化肥的情况下进行滴灌施肥，改善了果实品质，提高了果实可溶性固形物和维生素C含量，明显降低了果实总酸含量。这一试验结果与位高生等[14]在蜜柚上的研究结果相一致，说明大多数柑橘园目前都存在施肥过量的问题，也说明结合果园土壤营养状况和柑橘的需肥特性进行精准减量施肥，可以提高果实品质。在对枣[15]、草莓[16]、香蕉[17]等的研究中也发现，滴灌施肥可以提高果实糖度、降低果实酸度和裂果率，并且水肥一体化施用液体肥在提升枣果品质方面效果最佳，与本试验使用水溶性液态肥料的滴灌施肥处理效果最佳的结论相一致，但在对单果质量的影响方面存在差异，主要与果实类型、生长特性及对养分的需求规律不同有关。
与习惯施肥相比，利用蚕沙有机肥配合滴灌施肥处理的土壤pH值有增加趋势，土壤有机质、水解性氮、交换性镁、有效硼含量均明显增加。许娥[18]在研究中也发现，滴灌能明显提高土壤的pH值和养分含量，可能的原因在于有机肥与滴灌施肥的配合施用，使土壤微生物的种类增加且其活动更加频繁，一方面加速了土壤有机质的积累，另一方面促使土壤的固有养分分解活化，从而使土壤比较疏松，透气性较好。这说明滴灌施肥既能提高水肥利用效率[19]，也能抑制土壤退化[20]，保证土壤微生物活性处于较高水平[21]。但也有研究结果表明：长期滴灌施用尿素和铵态氮肥，可能导致施肥区土壤的局部酸化，尤其在缓冲性差的土壤上酸化现象更加明显[22]；长期滴灌施肥的荔枝园土壤酸化严重[23]。然而在本试验中，滴灌施肥处理的土壤pH值均高于纯化肥处理，可能与滴灌施用有机水溶肥有利于减缓土壤酸化有关[24]，也与土壤类型、施肥时期等存在差异有关。因此，滴灌施肥等水肥一体化技术对果园土壤质量的影响以及以土壤有机质为核心的水肥资源高效利用机制等，还有待进一步研究。
本试验结果显示，与习惯施肥相比，滴灌施肥在节肥（减N）14.9%和27.7%的水平上，使柑橘的产量增加，品质得到一定程度的改善，果实对养分的吸收量也有所增加，说明滴灌施肥使水肥有机结合，可以有效提高肥料的利用效率，从而起到节约用肥的作用。但在不同作物上滴灌施肥的节肥效果存在差异。香蕉的节肥效果为20%～52%[25]；菠萝的节肥效果为11.3%～52.8%[26]。我国在果树上使用水肥一体化后的节肥平均值为34%，最大值可达62%[25]。虽然平均值与发达国家的滴灌施肥节肥效果（50%～60%）有一定差距，但是最大值与发达国家接近，说明我国水肥一体化技术在果树生产上的节肥效果具有与发达国家持平的潜力，反映了水肥一体化技术具有稳定性和通用性的特点。本试验中有机肥与滴灌施肥相结合，与习惯施肥相比，可以节约化肥14.9%～27.7%，与发达国家相比，存在很大的节肥空间，有待于进一步优化研究。
DF1和DF2在增加柑橘产量和改善果实品质方面均优于CF，而DF1和DF2之间，除维生素C含量表现为DF1显著高于DF2外，其他品质指标没有明显差异，说明在减施化学氮肥27.7%的情况下，采用滴灌施肥不会对柑橘产量和品质产生不良影响，甚至优于传统施用化肥处理。在促进柑橘叶片对养分的吸收及改善土壤肥力方面，DF1总体优于DF2，原因在于DF1在减施化肥的基础上施用了有机肥，而有机肥与化肥的配施更有利于柑橘对养分的吸收，同时又能改良和培肥土壤。综上所述，有机肥与化肥配施的滴灌施肥处理DF1的综合表现相对较好，建议在柑橘施肥中进行验证和推广。
另外，柑橘是多年生果树，不同施肥处理对柑橘园土壤的改良、树体的养分吸收以及果实产量和品质的改善等，是一个复杂的过程，需要经过连续多年的试验跟踪和数据采集，才能得到科学的结论。本试验的时间周期相对较短，试验结果虽然在某种程度上能说明一定的规律性，但也不排除可能存在的偶然性，在后续研究中有待进一步试验验证。
4 结论
采用有机肥配合无机肥的滴灌施肥模式，可以改善柑橘园的土壤肥力，促进叶片对养分的吸收，利于树体的养分平衡，在提高产量的同时，改善果实的品质。另外，滴灌施肥实现了以水带肥，可以提高化肥的利用效率，减少化肥的施用量。因此，滴灌施肥是柑橘园减施化肥、提质增效的一项重要措施。
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