三种镁肥在酸性土壤柑橘园中的施用效果
摘要
土壤酸化会加剧土壤和柑橘树体缺镁，施用镁肥是解决柑橘园缺镁的主要措施。目前农业生产中常以硫酸镁（MgSO4）等价格较低、溶解性较高的镁肥形态为主。但其水解性较强且为速效性镁肥，养分易淋洗损失，难以满足柑橘等多年生作物的生长所需。因此 , 在柑橘园中施用何种镁肥的效果更好则需进一步研究。以降低土壤酸度、补充土壤和柑橘树体镁素、提高柑橘产量和品质为主要指标，评价了酸性缺镁土壤上 MgSO4、碳酸镁（MgCO3）和氧化镁（MgO）3 种常用镁肥的施用效果。连续两年的田间试验表明，不施镁处理的耕层（0 ～ 40 cm）土壤交换性镁含量从 27.7 mg/kg 降低至 22.5 mg/kg，与不施镁肥处理相比，施用镁肥则增加至 29.2 ～ 34.5 mg/kg，且土壤 pH 与交换性镁含量呈极显著正相关关系；其中，MgCO3 对降低土壤酸度和增加土壤交换性镁的效果优于 MgSO4 和 MgO。另外，施用镁肥显著提高了叶片镁含量，降低了钾含量，使叶片钾镁比和钙镁比趋于合理，其中以 MgCO3 施用效果最佳。此外，酸性缺镁土壤施用 3 种不同镁肥均能增加柑橘挂果量并提高果实产量，MgSO4、MgCO3 和 MgO 处理分别比不施镁处理增产 5.7%、28.4% 和 12.5%。同时，与不施镁处理相比，施用 MgCO3 及 MgO 的果实风味品质得到进一步提升。各施镁处理中果实可溶性固形物和维生素 C 含量分别平均增加 8.41% 和 1.46%。酸性缺镁土壤柑橘园中，MgCO3 在协同调酸、补镁、增产和提质方面的效果较好，MgO 次之， MgSO4 较低。这些结果为酸性缺镁土壤上有效解决柑橘园的缺镁问题提供了有益的探索和技术支撑。
Abstract
Soil acidification will aggravate the magnesium（Mg）deficiency in soil and citrus trees，and the Mg fertilization is the main measure to solve the Mg deficiency in citrus orchards. Nowadays，Mg fertilizers with lower price and higher solubility such as magnesium sulfate（MgSO4）fertilizer are often used in agricultural production. But the hydrolysis of MgSO4 is strong and it is a fast-acting Mg fertilizer，the nutrient is easy to leach and difficult to meet the needs of citrus and other perennial crops. Therefore，further research is needed to determine which Mg fertilizer is more effective in citrus orchards. In this study，the effects of three commonly used Mg fertilizers，including MgSO4，magnesium carbonate（MgCO3） and magnesium oxide（MgO），on acidic Mg deficient soils were evaluated with the main indexes of reducing soil acidity， replenishing soil and citrus tree Mg nutrient，and improving citrus yield and quality. The field experiment for two consecutive years showed that the soil exchangeable Mg content in the tillage layer（0-40 cm）of the no-Mg fertilization treatment（CK） decreased from 27.7 to 22.5mg/kg，while that of with Mg fertilizer treatment increased to 29.2-34.5 mg/kg，compared with the CK treatment，and the soil pH was extremely significantly and positively correlated with the exchangeable Mg content. Among them，the effect of MgCO3 on reducing soil acidity and increasing soil exchangeable Mg content was better than those of MgSO4 and MgO. In addition，the application of Mg fertilizer significantly increased the leaf Mg concentration and decreased the potassium（K）concentration making the leaf K/Mg ratio and calcium（Ca）/Mg ratio reasonable，among which MgCO3 application had the best effect. The application of three different Mg fertilizers to acidic Mg-deficient soils increased the fruit set and fruit yield of citrus，and the treatments of MgSO4，MgCO3 and MgO increased the yield by 5.7%，28.4% and 12.5%，respectively，compared with the CK treatment. Meanwhile，the fruit flavor quality was further improved by applying MgCO3 and MgO compared to the CK treatment. The soluble solids and vitamin C content of fruits increased by 8.41% and 1.46% on average in Mg fertilization treatments，respectively. In citrus orchards with acidic Mg deficient soils，MgCO3 was more effective in synergistically regulating acidity，supplementing Mg nutrient，increasing yield and improving fruit quality， followed by MgO and then MgSO4. These results could provide useful exploration and technical support for effective solution of Mg deficiency in citrus orchards with acidic Mg deficient soils.
近年来随着柑橘产业的快速发展，柑橘现已成为世界上第一大类水果。同时我国柑橘种植面积达 250 余万 hm2，总产量达 4200 余万 t，居世界首位[1-2]。然而，柑橘种植在为农户增加经济收入的同时也面临着养分投入不均、单产过低以及果实品质下降等诸多限制因素[3]。其中，土壤中镁素缺乏导致柑橘产量和品质降低普遍发生，成为柑橘种植可持续性生产的主要限制因子之一[4]。同时土壤酸化会导致柑橘根系生长受阻、土壤板结以及养分流失[5]，而土壤酸化过程中往往伴随着镁等盐基离子的流失，因此在酸性土壤中缺镁问题普遍存在。在柑橘园中镁素缺乏大多发生于果实膨大期及转色期[6]，镁素的缺乏会导致柑橘叶片出现黄化现象，严重缺镁发生时会导致叶片叶脉突起并使叶片脱落进而降低柑橘产量和品质[7-8]。研究表明，国内外不同地区的柑橘园均存在镁素缺乏的现象，我国各柑橘主产区面临着 30%～90% 的镁素缺乏[9]，而新西兰、巴西等地柑橘园缺镁现象也多见报道[10-11]。在柑橘生产中，镁营养主要参与光合作用、同化物分配以及各种酶活代谢过程，是植物生长发育的必需营养元素[12]。同时前人研究发现镁肥施用能有效缓解柑橘园缺镁现象，并提高柑橘产量、改善果实品质[13]。然而，作物生长的镁素养分主要来自土壤之中，土壤镁素含量不足必定会导致作物出现镁素缺乏，因此，维持酸性土壤柑橘园中镁素养分充足十分必要。
我国约 54% 的土壤由于母质原因处于缺镁范围，同时农业生产过程中对镁肥投入的忽视正在加剧缺镁现象的发生[14-15]。然而，研究发现镁肥施用能有效缓解土壤缺镁并实现作物的增产和品质改善[16]。目前农业种植中常以硫酸镁等价格较低、溶解性较高的镁肥形态为主[17]。施用硫酸镁可以实现农作物的增产[18]，但由于硫酸镁肥水解性较强且为速效性镁肥，导致其在土壤中易流失，且肥效持续时间较短[19]，难以满足柑橘等作物生长周期所需。同时我国柑橘主产区位于多雨的南方地区，土壤镁素损失现象多有发生。此外，南方地区柑橘园大多为酸性土壤，镁素流失现象更为突出[19]。并且硫酸镁肥在水溶后其 pH 呈酸性，长期施用可能会加剧土壤酸化，而碱性镁肥施用能缓解土壤酸化[20]。因此，相比硫酸镁肥而言，中性或碱性镁肥更适用于酸性缺镁土壤柑橘园。因此，在酸性缺镁土壤柑橘园中选择酸度适宜、肥效持久的镁肥种类意义重大。
柑橘生产中可供选择的镁肥种类繁多，除硫酸镁之外，碳酸镁及氧化镁作为碱性缓效型肥料，理论上可以缓解土壤酸化，延长肥效。但不同类型镁肥在酸性土壤中的具体施用效果尚不明确[9，13]。因此本试验选择在四川省丹棱县典型酸性缺镁土壤柑橘园开展田间试验，通过研究不同类型镁肥施用对柑橘产量以及果实品质的作用效果，最终筛选出适用于该地区酸性土壤柑橘园肥效持续时间长、改良酸性土壤效果明显的镁肥种类，对降低土壤中镁素损失以及提高其生物有效性具有重要意义，为我国南方酸性缺镁土壤柑橘园的镁肥施用提供技术支撑。
1 材料与方法
1.1 试验设计
试验在四川省丹棱县柑橘主产区红石村（103° 50′E，30°07′N）进行，海拔为 483 m，属亚热带季风气候，年降水量约 1158 mm，年平均温度为 17.3℃，全年无霜期约 301d。土壤基本理化性质见表1。试验地柑橘为当地主要晚熟杂柑品种-“春见 ”（Citrus reticulate × C. sinensis Harumi），树龄为 7 年，种植密度 1200 株 /hm2。在柑橘园中分别于 3 月中旬和 8 月上旬 2 次等量施用镁肥，试验采用完全随机区组设计，进行 3 次重复，每处重复有柑橘树 6 株。试验设 1 个空白未施镁肥处理 （CK）和 3 个不同类型镁肥处理，分别为硫酸镁 （MgSO4，MgO≥25%，水溶镁含量 18%～23%，粒径 2～4 mm，营口菱镁化工集团有限公司）、碳酸镁（MgCO3，MgO≥40%，粒径 0.15～0.18 mm，营口菱镁化工集团有限公司）和氧化镁（MgO， MgO≥80%，粒径 0.15～0.18 mm，营口菱镁化工集团有限公司）。镁肥施用量为 MgO 120 kg/hm2，镁肥分别在每年 4 和 8 月在柑橘园中 2次等量撒施；全年 N、P2O5、K2O 化学养分投入分别为 318、 146、300 kg/hm2，化肥分别于 3 月中旬、5 月上旬、 7 月下旬及 10 月上旬施用，全年化肥 4 次施用量比约为 3∶2∶3∶2。各处理之间用排水沟间隔，防止附近水流测渗影响，其余农技措施各处理间保持一致。分别于镁肥施用前后分层采集柑橘园土壤，柑橘果实转色期采集柑橘叶片、果实成熟期采集果实样品，带回实验室进行测定。
1.2 测定方法
1.2.1 土壤样品采集及测定根据试验地块大小按照五点取样法，在柑橘树树冠垂直滴水线内外 10 cm 左右避开施肥点取土壤样品。在镁肥施用之前采集试验地基础土样，并在 3 月初镁肥施用前和 10 月中旬施用镁肥后分表层土壤（0～20 cm）和亚表层土壤（20～40 cm） 2 个土层采取土样。各土层 5 个点的土样混合均匀后用四分法取 1 kg 左右作为该果园的土壤样品，在室内风干粉碎后分别过 0.15 和 2 mm 筛待测。土壤 pH 使用酸度计按照土水比 1∶2.5 进行测定；有机质含量采用重铬酸钾外加热法测定；土壤交换性钙镁含量使用 1 mol/L NH4OAc 浸提后采用原子吸收分光光度法测定；土壤速效钾含量采用 1 mol/L NH4OAc 浸提后使用火焰分光光度计测定； 具体测定方法可见《土壤农化分析》[21]。
1.2.2 植株样品采集及测定在柑橘果实转色期采集柑橘叶片，在每个试验小区内选择 3 棵柑橘树在选定树的东、西、南、北 4 个方向采集当年生营养性春梢顶端起第 3 片叶。每棵树 20 片叶，共计 60 片叶片为 1 个样品。带回实验室后用去离子水洗净，经 105℃杀青之后 70℃烘干至恒重，粉碎样品。用 HNO3-H2O2 消煮之后使用 ICP-OES 测定叶片全镁、全钙以及全钾矿质元素含量；在各处理中，随机选取 4 棵树，每棵树采集一个果实进行分析测定，柑橘果实可溶性固形物含量使用糖度计测定；维生素 C 含量采用 2，6-二氯淀粉滴定法测定；可滴定酸含量使用 NaOH 中和滴定法测定[22]。
1.3 数据分析与计算
固酸比 = 可溶性固形物含量 / 总酸含量；柑橘产量 = 单果重 × 挂果量 × 种植密度；镁肥偏生产力 = 柑橘产量 / 镁肥施用量；镁肥农学效率 =（施镁处理柑橘产量-空白处理柑橘产量）/ 镁肥施用量。
采用 SPSS 25.0 和 Excel 2013 进行数据处理与 LSD 显著性检验统计分析，采用 Origin 2018 进行相关图形绘制。
2 结果与分析
2.1 不同镁肥类型对柑橘产量和叶片养分的影响
不同镁肥处理对柑橘产量构成及农学效率影响如表2 所示。试验期内，在未施镁（CK）处理柑橘产量为 29.5 t/hm2，而在 MgSO4、MgCO3 和 MgO 施镁处理下产量分别增加 1.6、8.3 和 3.6 t/hm2，其中以 MgCO3 处理施用效果最佳。同时与 CK 处理相比，各施镁处理柑橘挂果量平均显著增加 17.0%。从年际间变化来看，与 2019 年相比，2020 年柑橘产量、挂果量和镁肥偏生产力显著增加，分别提高 26.7%、30.8% 和 26.6%。而柑橘单果重下降 4.96%，镁肥农学效率则提高 24.1%，表明连续镁肥施用能显著增加柑橘产量和挂果量。此外，各镁肥处理的镁肥偏生产力和农学效率均以 MgCO3 处理最高，分别为 315.18 和 69.80 kg/kg。
注：不同小写字母表示在 0.05 水平上差异显著。ns 表示未见显著性差异，* 表示 P <0.05，** 表示 P <0.01，*** 表示 P <0.001。下同。
对不同处理柑橘叶片矿质元素进行分析发现 （表3），与 2019 年相比，2020 年叶片镁素含量显著增加 3.26%，钾素含量显著降低 10.9%，而叶片钙含量未见显著性差异；同时叶片中钾镁比、钙镁比也有所下降。与 CK 处理相比，施镁处理能显著提高叶片镁素含量，但 MgSO4 和 MgCO3、MgO 处理之间没有显著性差异；并且镁肥施用显著降低叶片中钾素含量，各处理分别降低 12.4%、14.6% 和 12.4%；施镁处理显著降低叶片中钙素含量，平均减幅为 5.34%；对于叶片钾镁比而言，MgSO4、 MgCO3 和 MgO 镁肥施用处理均能显著降低其比值，减幅分别为 15.9%、18.9% 和 15.4%；各处理分别降低叶片钙镁比 0.56、0.70 和 0.51。
2.2 不同镁肥类型对柑橘果实品质的影响
如表4 所示，镁肥施用能有效改善柑橘果实品质。两年试验期内果实可溶性固形物、维生素 C 含量和果实固酸比增加，分别提高 8.41%、1.46% 和 12.7%；同时可滴定酸含量下降约 2.17%。各处理之间，与 CK 相比，MgCO3 和 MgO 处理平均提高果实可溶性固形物含量 5.50%，而 MgSO4 处理未增加；MgSO4、MgCO3 和 MgO 施镁处理降低可滴定酸含量，分别降低 8.33%、4.17% 和 4.17%；此外，与 CK 处理相比，各施镁处理均实现维生素 C 含量以及果实固酸比的增加，且施镁处理中以 MgCO3 处理改善果实品质最为明显。
2.3 不同镁肥类型对土壤 pH 及交换性镁含量的影响
不同试验处理镁肥施用之后土壤 pH 变化如图1 所示，在柑橘两年试验期前后对比 CK 处理土壤各土层 pH 平均下降 0.56%，其中表层土壤 pH 值下降幅度高于亚表层下降幅度；施镁处理试验前后相比，各施镁处理土壤 pH 均得到提升，MgSO4 处理各土层总体平均提高 8.30%，MgCO3 处理提高 20.6%，MgO 处理提高 17.8%。试验结束后，施镁处理与 CK 处理相比各土层分别平均增加 5.88%、 10.6% 和 9.04%，其中以 MgCO3 处理提升幅度最大，达 0.4 个酸碱度，且各处理表层土壤 pH 变化幅度大于亚表层土壤。与 CK 处理相比，镁肥施用能显著增加土壤 pH（图1）。
对各施镁处理土壤交换性镁含量而言，整体趋势为先增加后降低，且亚表层土壤交换性镁含量高于表层土壤。试验期内，施镁处理表层和亚表层土壤交换性镁含量都高于 CK 处理，各镁肥处理中以 MgCO3 处理最为显著。试验期前后对比，CK 处理土壤表层和亚表层土壤交换性镁含量分别下降 5.64 和 8.67 mg/kg；MgCO3 和 MgO 处理各土层交换性镁含量平均总体提高 24.2% 和 16.7%，但 MgSO4 处理土壤交换性镁含量出现降低，表层和亚表层土壤分别下降 1.73% 和 1.13%。试验期结束后 MgSO4、MgCO3 和 MgO 施镁处理与 CK 处理相比总体平均分别提高 29.4%、63.5% 和 53.5%，各施镁处理土壤交换性镁含量显著高于 CK 处理（图2）。
对不同镁肥种类试验两年试验期土壤 pH 和交换性镁含量进行线性拟合分析，两者呈现出极显著相关的关系，回归方程为 y=33.638x-95.434，相关性 R2 为 0.8438（图3）。
3 讨论
3.1 镁肥施用提高柑橘产量、改善果实品质
田间试验结果表明各镁肥处理平均提高柑橘产量 15.6%，其主要原因为施镁处理柑橘挂果量增加，从而提高柑橘产量，与杜玉霞等[23]研究结果一致，且各施镁处理中以 MgCO3 增产效果最为显著，其原因可能为该镁肥种类肥效持续时间更长。镁肥施用提高果实可溶性固形物以及降低可滴定酸含量、改善果实品质，其中均以 MgCO3 处理施用效果最佳，与前人研究发现镁肥施用促进果实品质改善结果一致[16]。但 MgSO4 处理对柑橘品质改善效果并不显著，其原因可能是 MgSO4 肥效释放速度较快且易淋洗损失，导致该处理中镁营养不足[19]。本研究中两年试验期内年际间柑橘产量存在较大差异，其主要原因是受到气候等因素的影响。研究表明，缺镁条件下会降低柑橘叶片及根系的生物量，从而影响作物体内同化物转运[24]及对镁素吸收利用，进而降低果实产量及品质[25]，而镁肥施用有效提高柑橘产量和品质。同时，试验结果发现镁肥连续施用能提高叶片镁素含量并且降低钾素含量，相似的试验结果在柑橘园中也被多次报道发现[26]。但镁肥施用对叶片镁素含量增加范围较低，其主要原因为镁素在植物体内移动性强所导致[9]。试验结果表明，镁肥连续施用降低了叶片中钾镁比和钙镁比，过高钾镁比会抑制叶片对镁素的吸收并降低植物体内镁素含量[27]，实现柑橘叶片中养分平衡。因此，镁肥施用在柑橘产量提升和果实品质改善方面效果显著。
3.2 镁肥施用缓解柑橘园土壤镁素耗竭
研究结果发现，试验期前后 CK 处理土壤交换性镁含量平均下降 28.9%，而柑橘园中各施用镁肥处理均能提高土壤可交换性镁含量，缓解土壤镁库的耗竭。国内外大量研究发现，柑橘园中镁素缺乏频繁发生，但镁肥施用均能缓解缺镁现象的发生[9-10]。同时镁素由于其离子半径大但水化半径小的特殊化学性质，导致其在土壤和作物中极易移动流失[28-29]。而作物生长所需养分主要来自土壤，因此土壤中镁库不足必定会导致树体镁素缺乏的发生。研究发现草原等土壤在酸沉降条件下，交换性镁含量平均每年下降约 2.6%[30]；同时柑橘生长过程中由于果实带走和叶片凋落等生理活动每年从土壤中带走镁素含量约 12.6 kg/hm2[31]，镁肥供给不充足会降低作物中的镁素含量[32]，影响作物品质形成。该试验地区土壤中镁素含量较低，因此柑橘种植过程中需要通过施用镁肥来补充土壤养分供给作物正常生长。在农业生产过程中导致土壤镁素缺乏的因素众多[9]，并且大量田间试验证明镁肥施用能有效缓解土壤镁素缺乏现象[16]。在试验期内 MgSO4 处理虽能快速提高土壤中交换性镁含量，但由于其属于速溶性镁肥，水溶性较强导致镁容易流失，故肥效持续时间较短，因此试验期结束时土壤中交换性镁含量呈现出下降趋势。MgCO3 和 MgO 镁肥处理由于其水溶性较低，提升镁素含量速度虽不如 MgSO4 处理但肥效持续时间较长，对土壤交换性镁提升效果更为明显，同时两种镁肥中以 MgCO3 施用效果最为显著，这与前人研究相同[33]。
3.3 镁肥施用调节柑橘园土壤酸碱度、提高镁肥利用效率
我国柑橘主产区内土壤酸化现象普遍存在[3]，而土壤酸化过程中往往伴随大量盐基离子的流失，因此较低的土壤 pH 会加剧土壤缺镁发生并抑制作物对土壤中养分的吸收利用[34-36]。本试验研究结果表明未施镁处理（CK）试验前后 pH 下降 0.56%，同时对试验地土壤 pH 和交换性镁含量相关性分析发现两者之间呈极显著正相关。与张超博等[37]发现土壤 pH 与交换性镁含量呈正相关的研究结果相同。而各镁肥施用处理则显著提高土壤 pH，缓解土壤酸化趋势，其中 MgCO3 处理高于 MgO 处理，并优于 MgSO4 处理，其主要原因是 MgCO3 和 MgO 镁肥种类水溶液为碱性，因此，在提升土壤 pH 时效果更为显著，与前人研究大致相同[38]。由于柑橘园中化肥长期撒施导致表层土壤酸化，从而使 CK 处理试验期土壤 pH 出现下降。同时由于在酸性黄壤中镁素极易大量淋洗损失[19]，因此在该处理试验期前后土壤交换性镁含量平均降低 7.16 mg/kg。同时有研究表明当酸性土壤 pH 增加越大其土壤镁素含量提升幅度越高[39]，所以在提高酸性缺镁土壤柑橘园中镁素含量应首先注重土壤酸碱度的调节和改良。因此，在酸性缺镁土壤柑橘园中进行镁肥施用能有效调节柑橘园土壤酸碱度，提升柑橘树对土壤镁素营养的利用效率，从而实现酸性缺镁土壤柑橘园可持续发展。
4 结论
田间试验结果表明，在西南地区典型酸性缺镁黄壤柑橘园中施用不同类型镁肥能有效提高柑橘产量，同时能提升柑橘叶片中镁素含量以及降低钾镁比、钙镁比，促进果实对镁素等养分的吸收利用，改善果实品质。此外，镁肥施用可以缓解土壤酸化和提升土壤镁库容量。综上所述，3 种镁肥类型在酸性土壤柑橘园中施用的效果为 MgCO3>MgO>MgSO4，因此，在该地区酸性缺镁土壤柑橘园中应推广施用碳酸镁种类镁肥以满足柑橘生长所需。
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