田 想，張 威，伍玉鵬，胡榮桂，羅 越，姜炎彬

（華中農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，湖北 武漢 430070）

氮素是果實(shí)生長發(fā)育的基礎(chǔ)，對果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)形成發(fā)揮著重要作用［1］。有研究表明，對柑橘生長發(fā)育影響最大的肥料是氮肥［2］。因此，保證氮肥充足是柑橘果樹獲得高產(chǎn)的保證，但氮素過量會(huì)對果園生態(tài)環(huán)境造成不良影響。如：土壤板結(jié)且肥力下降，環(huán)境污染，果樹早衰最終導(dǎo)致果樹單產(chǎn)低、果品品質(zhì)下降等問題［3-4］。長期依賴于化肥和農(nóng)藥的投入獲得高產(chǎn)存在諸多弊端，而頻繁的清耕不僅會(huì)破壞土壤的理化性狀，造成土壤養(yǎng)分流失，而且會(huì)破壞果樹根系的生長環(huán)境［5］。果園種植綠肥可以調(diào)節(jié)果園小氣候，抑制雜草生長和防治病蟲害，從而使果樹優(yōu)產(chǎn)高產(chǎn)，減少環(huán)境污染及土壤侵蝕［6］。因此，改變傳統(tǒng)的果園種植模式，利用果樹行間空地種植綠肥作物，能夠在一定程度上解決中國柑橘產(chǎn)業(yè)面臨的品質(zhì)較低及可持續(xù)生產(chǎn)等 問題。

綠肥作為一種有機(jī)肥源，在果園種植后不僅可以減少化肥的使用，還可以培肥土壤肥力，改善土壤質(zhì)量［7-8］，提高果樹根系活力和養(yǎng)分吸收的能力，從而促進(jìn)果樹生長發(fā)育，提升產(chǎn)量和品 質(zhì)［9-10］。果園綠肥的種植模式主要分為自然生草和人工生草。自然生草是指從當(dāng)?shù)毓麍@常見的雜草中挑選出適合當(dāng)?shù)貧夂驐l件，生殖能力強(qiáng)的無害雜草，多年種植后達(dá)到覆蓋果園的目的。人工生草則是根據(jù)當(dāng)?shù)毓麍@性質(zhì)、土壤條件和氣候條件等在果園內(nèi)有選擇地種植一些生殖能力強(qiáng)的草種，如在渭北蘋果園種植白三葉，江蘇常熟蘋果園種植鼠茅草等，都取得了良好的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益［11-13］。豆科綠肥有較強(qiáng)的生物固氮作用，是常用的人工生草種類；有研究表明光葉苕子是適合于華中地區(qū)柑橘園的優(yōu)良綠肥品種［14］。綠肥刈割覆蓋土壤或翻壓入土，在土壤微生物的作用下腐解，會(huì)向土壤中釋放出大量的氮磷鉀等營養(yǎng)元素，從而提高土壤肥力和生產(chǎn)力，影響果樹生長發(fā)育和改善果實(shí)品質(zhì)［15-16］。相關(guān)研究表明，翻壓光葉苕子，減少化肥用量15%，土壤肥力得到顯著改善，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮等含量顯著提高［17］；綠肥配施減量40%的化肥，蜜柚產(chǎn)量提高10.0%，可食率提高14.5%［18］；種植光葉苕子減少化肥用量1/3，柑橘產(chǎn)量未顯著降低，果實(shí)可食率、可溶性固形物等品質(zhì)得到提高［19］。

在我國有關(guān)果園綠肥的研究起步較晚，大部分果園管理方式仍以傳統(tǒng)清耕制度為主，長期依靠大量的化肥投入以達(dá)到高產(chǎn)的目的。果園行間種植綠肥在減少化肥施用的同時(shí)，一定程度上可以解決果實(shí)的品質(zhì)較低及可持續(xù)生產(chǎn)等問題。目前，柑橘園綠肥種植依然處于小面積試驗(yàn)和小規(guī)模推廣階段，多數(shù)試驗(yàn)僅是簡單的指標(biāo)對比分析，沒有從整體上系統(tǒng)地研究“土壤-柑橘-環(huán)境”生態(tài)體系。本研究作為“土壤-柑橘-環(huán)境”生態(tài)體系的一部分，重點(diǎn)關(guān)注氮肥減施下綠肥種植對土壤環(huán)境和柑橘果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，以期為柑橘園綠肥種植的推廣以及氮肥的減施提供理論依據(jù)和技術(shù) 參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況及材料

試驗(yàn)于2017～2018年在湖北省宜昌市當(dāng)陽市鳳凰山柑橘基地（N30°39′48.98″，E111°48′24.82″）進(jìn)行。該地屬亞熱帶季風(fēng)氣候，平均日照數(shù)為 1 850 h，年均氣溫16.4 ℃，年均降水量936～ 1 048 mm，降水多集中于4～7月。試驗(yàn)地平均海拔79 m，坡度24°，土壤類型為典型黃棕壤，基本性質(zhì)見表1；柑橘品種為無核椪柑，樹齡15年，冠幅3 m×2.5 m，樹高2.5 m，樹勢中等，均處于盛果期。供試綠肥為光葉苕子（Vicia villosavar.glabrescens），由云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供。

表1 供試土壤的理化性質(zhì)

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)5個(gè)處理：（1）N100：當(dāng)?shù)赝扑]施氮量，不種植綠肥，自然生草；（2）GN0：不施氮肥，種植綠肥；（3）GN70：當(dāng)?shù)赝扑]施氮量的70%，種植綠肥；（4）GN85：當(dāng)?shù)赝扑]施氮量的85%，種植綠肥；（5）GN100：當(dāng)?shù)赝扑]施氮量，種植綠肥。具體施肥情況如表2所示，各處理磷肥和鉀肥用量保持一致，分別以過磷酸鈣和硫酸鉀施用，氮肥以尿素施用。3次重復(fù)，小區(qū)面積為35 m2。于2017年11月7日在果樹行株間撒播光葉苕子，播種量為 75 kg·hm-2，樹盤1 m內(nèi)不種植綠肥，2017年12月6日和2018年6月23日分兩次施肥，單次施用總肥料用量的50%。果樹田間管理按照當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)管理措施進(jìn)行，各小區(qū)保持一致。綠肥作物于2018年6月10日刈割，刈割后綠肥殘?bào)w直接覆蓋地面還田。

表2 試驗(yàn)處理及化肥用量和綠肥播種量（kg·hm-2）

1.3 研究方法

1.3.1 樣品采集與制備

綠肥樣品：分別于光葉苕子初花期（2018年 4月17日）、盛花期（2018年5月19日）、終花期（2018年6月10日）采集地上部分以測定產(chǎn)量和養(yǎng)分含量。

土壤樣品：本研究中綠肥刈割覆蓋還田后，腐解期持續(xù)時(shí)間為6～9月；土壤樣品的采集時(shí)期除綠肥的各生育期以外，還增加了綠肥腐解期（2018年6月24日，以下簡稱“腐解期”）；在每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)以五點(diǎn)法采集0～20 cm土樣。土壤自然風(fēng)干后，挑除植物殘?bào)w和石塊等雜物，測定土壤pH、有效磷、速效鉀、堿解氮、微量元素含量以及土壤全氮和有機(jī)質(zhì)的含量。

柑橘果實(shí)樣品：于柑橘成熟期（2018年12月16日）采集柑橘果實(shí)樣品。

1.3.2 測定指標(biāo)及方法

綠肥樣品：樣品經(jīng)清洗、殺青、烘干并碾磨粉碎后，將不同時(shí)期采集的光葉苕子樣品經(jīng)硫酸－雙氧水消煮，分別用半微量開氏法測定全氮含量；鉬銻抗比色法測定全磷含量；火焰光度法測定全鉀含量；重鉻酸鉀容量法測定全碳含量，用原子吸收分光光度計(jì)測定有效Fe、Mn、Cu、Zn含量。

土壤樣品：半微量凱氏法測定全氮含量，堿解-擴(kuò)散法測定堿解氮含量，重鉻酸鉀容量-外加熱法測定有機(jī)質(zhì)含量，0.5 mol·L-1碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測定有效磷含量，1 mol·L-1醋酸銨浸提-火焰光度法測定速效鉀含量［20］；乙酸銨交換-AAS測定有效Fe、Mn、Cu、Zn含量。

柑橘果實(shí)樣品：測定柑橘果實(shí)重量；果實(shí)樣品的橫縱徑及果皮厚度均用游標(biāo)數(shù)顯卡尺（日本，Mitutoyo）測定；柑橘剝?nèi)スび谜ブ瓩C(jī)榨汁后，采用氫氧化鈉中和滴定法測定可滴定酸含量，2，6-二氯酚靛酚滴定法測定維生素C含量，手持?jǐn)?shù)顯糖量計(jì)（日本，PAL-1）測定可溶性固形物 含量。

1.3.3 數(shù)據(jù)分析

采用單因素方差分析（One-Way ANOVA，LSD）比較不同處理間的數(shù)據(jù)差異顯著性，顯著性水平設(shè)定為P<0.05。方差分析在SPSS 19.0中進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥量下光葉苕子的產(chǎn)量和養(yǎng)分累積量

不同比例的氮肥配施作用下綠肥作物光葉苕子的鮮草產(chǎn)量在各個(gè)生育期內(nèi)的差異不顯著，初花期產(chǎn)量在6 577～8 012 kg·hm-2之間，盛花期產(chǎn)量在14 592～16 853 kg·hm-2之間，終花期產(chǎn)量在16 156～17 864 kg·hm-2之間；各生育期間產(chǎn)量有一定的差異，盛花期和終花期無顯著差異?？傮w而言，各處理的鮮草產(chǎn)量均在終花期達(dá)到最高，而施氮量的影響并不顯著。

不同施肥量下光葉苕子的氮素累積量在95.58～220.05 kg·hm-2之 間；碳 素 累 積 量 在 1 019.68～2 424.37 kg·hm-2之 間；磷 素 累 積量在11.90～29.71 kg·hm-2之間；鉀素累積量在79.20～172.41 kg·hm-2之間；隨著生育期進(jìn)行，各元素累積量均逐漸升高，在終花期達(dá)到最大值。在光葉苕子的終花期，其碳素累積量最高的是GN85，顯著高于GN0，但與GN70和GN100相比差異不顯著；氮素累積量最高為GN100處理，但與其他處理相比差異不顯著（P>0.05）；磷素和鉀素累積量最高的分別是GN85和GN100處理。

表3 不同施氮量下光葉苕子不同 生育期的地上部鮮草產(chǎn)量 （kg·hm-2）

表4 不同施肥處理下綠肥養(yǎng)分累積量 （kg·hm-2）

2.2 光葉苕子與減量氮肥配施對土壤肥力的影響

終花期光葉苕子的養(yǎng)分累積量達(dá)到最高值，且為盡量減少徑流引起的養(yǎng)分流失，本試驗(yàn)在光葉苕子的終花期對其地上部分進(jìn)行刈割覆蓋還田為橘園提供養(yǎng)分。為分析光葉苕子種植對土壤肥力的影響，選擇兩段時(shí)期的土壤樣品進(jìn)行分析和比較：終花期和腐解期。從圖1可看出，綠肥腐解后土壤有機(jī)質(zhì)、總氮、堿解氮、有效磷、速效鉀含量等均有一定程度的提升。下面主要比較腐解期各個(gè)處理的養(yǎng)分含量差異。腐解期土壤有機(jī)質(zhì)和總氮含量均高于N100處理。其中，土壤有機(jī)質(zhì)含量最高的是GN100處理，為25.11 g·kg-1，其次是GN0和GN70處理，均顯著高于N100處理（P<0.05）；土壤總氮含量最高的也是GN100處理，為1.67 g·kg-1；其次是GN70處理，為1.61 g·kg-1；N100處理最低，為1.44 g·kg-1，各處理間差異不顯著（P>0.05）。土壤堿解氮含量各處理均高于N100，除GN70處理外，其他處理與N100間的差異均顯著（P<0.05）。土壤有效磷含量最高的是GN85處理，為73.06 mg·kg-1，其次是GN70處理，為71.15 mg·kg-1，各處理間無顯著差異（P>0.05）。土壤速效鉀含量最高的是GN85處理，為250.09 mg·kg-1，其次為GN100處理，為243.77 mg·kg-1，N100含量最低，為235.66 mg·kg-1，各處理間差異不顯著（P>0.05）。

圖1 種植光葉苕子配施不同比例氮肥對土壤養(yǎng)分含量的影響

腐解期土壤有效鐵和有效錳的含量較高，有效鐵含量最高的是GN0處理，為78.52 mg·kg-1，N100處理最低，為60.35 mg·kg-1，兩者差異顯著（P<0.05）。有效錳含量最高的是GN100處理，為214.15 mg·kg-1，顯著高于N100處理（165.86 mg·kg-1）（P<0.05）。土壤有效銅含量最高的是GN0處 理，為1.02 mg·kg-1，顯著 高于N100處理；土壤有效鋅含量最高的是GN70處理，為1.46 mg·kg-1，各處理間無顯著性差異（P>0.05）。

根據(jù)以上結(jié)果，種植綠肥一定程度上增加了土壤的有機(jī)質(zhì)、總氮、堿解氮、有效磷、速效鉀以及土壤有效鐵、有效錳和有效銅含量；不同氮肥施用量下光葉苕子種植后對土壤養(yǎng)分的影響不盡相同，但總體上使各種養(yǎng)分含量呈不變或升高趨勢，說明種植綠肥對土壤養(yǎng)分含量有積極作用，且替代氮肥用量至30%，不會(huì)對土壤養(yǎng)分含量產(chǎn)生不利 影響。

2.3 光葉苕子與減量氮肥配施對柑橘產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

由表5可知，種植光葉苕子配施減量30%、15%和0%的氮肥，三者相比較，柑橘的產(chǎn)量略有波動(dòng)，但總體來說，柑橘產(chǎn)量與N100相比無顯著差異，可以達(dá)到當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)產(chǎn)量水平。

與總產(chǎn)量變化相似，GN0處理的單果重與其他處理差異顯著，且相比N100降低11.5%，各添加氮肥處理間無明顯差異；果皮厚度所有種植綠肥處理（GN0、GN70、GN85和GN100）與N100間 均無顯著差異；各處理間果實(shí)縱徑和果型指數(shù)均無顯著差異（表6）。因此，減少氮肥用量15%～30%，對柑橘外觀品質(zhì)無明顯影響。

表5 種植光葉苕子與不同比例化肥配施下柑橘的產(chǎn)量

表6 綠肥與不同比例化肥配施下柑橘的外在品質(zhì)

就柑橘果實(shí)的內(nèi)在品質(zhì)而言，與N100相比，GN100處理對維生素C含量改善最好，提高了6.54%；GN85處理對可溶性固形物改善效果最好，提高了2.72%；可滴定酸、固酸比和出汁率各處理間無明顯規(guī)律；相較N100而言，各種植綠肥處理的可食率均有所提高；所有這些內(nèi)在品質(zhì)指標(biāo)在各處理間的差異不顯著。因此，減少氮肥用量15%～30%對柑橘內(nèi)在品質(zhì)亦無顯著影響。

表7 綠肥與不同比例化肥配施下柑橘的內(nèi)在品質(zhì)

3 討論

3.1 綠肥與減量氮肥配施對果園土壤肥力的影響

果園生產(chǎn)在綠肥與化肥配合施用的基礎(chǔ)上，適當(dāng)降低化肥用量，不僅不會(huì)減少土壤養(yǎng)分狀況，而且可以改良土壤性狀，提高土壤肥力［7，17］。主要原因有以下幾個(gè)方面：首先，豆科綠肥有較強(qiáng)的生物固氮作用，可直接固定空氣中的氮，從而增加土壤中的氮素；其次，各種綠肥莖葉也含有豐富的養(yǎng)分，其植物體腐解后會(huì)增加土壤有機(jī)質(zhì)和氮、磷、鉀以及各種微量元素的積累；同時(shí)，綠肥作物在生長過程中的分泌物以及腐解產(chǎn)生的有機(jī)酸能使土壤中難溶性的磷、鉀等轉(zhuǎn)化為能利用的有效磷、鉀；再則，綠肥種植和腐解后，微生物活性大大增加，它們能吸收固定化肥磷、鉀，促進(jìn)無機(jī)磷鉀向有機(jī)轉(zhuǎn)化；綠肥還可通過其發(fā)達(dá)的根系富集深層土壤中的磷、鉀到土壤耕層中［8，18，21-23］。已有大量研究表明，在果園種植綠肥可以顯著提高土壤肥力，隨著種植年限的增加，土壤有機(jī)質(zhì)含量和氮、磷、鉀等養(yǎng)分含量也逐年增加［24-28］。本試驗(yàn)中，在橘園種植豆科綠肥光葉苕子后，減少當(dāng)?shù)赝扑]施氮量的30%，土壤中有機(jī)質(zhì)、微量元素鐵、錳、銅以及其它各種養(yǎng)分含量，如氮、磷、鉀等都有一定程度的提升或無顯著變化，說明種植光葉苕子確實(shí)一定程度上能替代部分氮肥施用，而不會(huì)降低土壤養(yǎng)分，從而達(dá)到減施化學(xué)氮肥的作用；但由于綠肥種植年限尚短，其對土壤性質(zhì)的改良效果還有待進(jìn)行連續(xù)多年的觀測。

3.2 綠肥與減量氮肥配施對果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

已有大量的研究表明果園種植綠肥可以提高果實(shí)產(chǎn)量，促進(jìn)品質(zhì)的提升［21，29-32］。但綠肥與減量氮肥配施對果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)影響的研究較少。吳杰等［18］研究發(fā)現(xiàn)，在紅壤地區(qū)的柚園和雪柑園中綠肥配施減量化肥與常規(guī)施肥相比，蜜柚園減少化肥用量40%，蜜柚平均產(chǎn)量提高了10.0%，果樹含酸量和總糖量無明顯差異，可食率提高了14.5%；雪柑園減少化肥用量50%，雪柑平均產(chǎn)量提高了6.0%，果實(shí)可食率提高了5.1%，果皮厚度降低了0.4 mm。張久東等［33］通過在小麥地減施化肥和復(fù)種毛葉苕子試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)在施用綠肥75 000 kg·hm-2（綠肥干物質(zhì)產(chǎn)量全部還田），降低化肥施用量10%～40%，均不會(huì)降低小麥產(chǎn)量，還一定程度上較當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥提高了經(jīng)濟(jì)效益60%以上。綠肥對果實(shí)產(chǎn)量的影響主要體現(xiàn)在其對樹體長勢的影響，良好的樹體長勢能提高果實(shí)單果重、果實(shí)硬度、可溶性固形物含量等方面的綜合質(zhì)量。綠肥對樹體長勢的影響在于其一方面可在降雨時(shí)期儲蓄水分、防止水土流失，在干旱、高溫季節(jié)能顯著降低果園土壤溫度，保持土壤濕度；另一方面通過自身分泌或分解釋放出大量的有效養(yǎng)分以供果樹利用［34-38］。礦質(zhì)和非礦質(zhì)營養(yǎng)元素對果實(shí)的品質(zhì)影響很大，氮是果樹生長發(fā)育的必需元素，對植株生長及果實(shí)品質(zhì)起到十分重要的作用；磷是細(xì)胞分裂中合成DNA必需的成分之一，缺磷的果實(shí)細(xì)胞數(shù)目減少，生長受到影響；鉀能促進(jìn)細(xì)胞體積增大和糖分向果實(shí)體內(nèi)運(yùn)輸，果肉細(xì)胞中糖分的積累可有效促進(jìn)果實(shí)的著色，有機(jī)酸是決定水果味感的重要成分，柑橘中的有機(jī)酸主要為檸檬酸，促進(jìn)了果實(shí)的可食性；因此，綠肥的種植通過直接或間接的影響，在提高果實(shí)產(chǎn)量的同時(shí)，提升果實(shí)的品質(zhì)。本研究中，在橘園種植綠肥并減少15%～30%的氮肥施用量時(shí)，與常規(guī)施肥相比，柑橘的果實(shí)品質(zhì)和產(chǎn)量無顯著差異或略有提高，說明在綠肥的保土培肥作用下，減施30%氮肥用量不會(huì)導(dǎo)致柑橘減產(chǎn)和果實(shí)品質(zhì)變差。

4 結(jié)論

本研究在現(xiàn)有橘園化肥施肥量條件下，進(jìn)行綠肥種植配施減量氮肥試驗(yàn)，得出結(jié)論：與常規(guī)施肥相比，種植豆科綠肥光葉苕子，可以減少30%的化學(xué)氮肥施用，還可為柑橘園土壤提供充足的肥源，以保證柑橘果實(shí)品質(zhì)和產(chǎn)量，因此，可以在光葉苕子適生區(qū)嘗試推廣柑橘園間種光葉苕子，以減少氮肥的施用，提高生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益。