有機肥替代化肥對果園土壤質(zhì)量的影響評價*

楊保國 張詠梅 田 虎 張煥剛 馮 麗 詹金元 張祚花** 趙光梅 王玉芬 劉樹堂

（1.山東省諸城市農(nóng)業(yè)技術推廣中心，山東 諸城 262200；2.山東省諸城市自然資源與規(guī)劃局，山東 諸城 262200；3.青島農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院，山東 青島 266109）

2020年，山東省園林水果種植面積60.32萬hm2、總產(chǎn)量1 829.83萬t，其中濰坊市園林水果種植面積3.42萬hm2、總產(chǎn)量92.05萬t[1-2]。諸城市是濰坊市水果重點生產(chǎn)地區(qū)之一，種植地主要集中在南湖、皇華、桃林、林家村、賈悅、枳溝，及舜王等山地、丘陵區(qū)域，果品種類主要有蘋果、梨、桃、葡萄、大櫻桃等[3]。諸城市于1982年引進種植紅富士蘋果，為山東省較早發(fā)展紅富士蘋果生產(chǎn)的縣市之一，1989年諸城市種植的紅富士被評為山東省和農(nóng)業(yè)部優(yōu)質(zhì)蘋果。目前，諸城市蘋果種植面積約927 hm2，年總產(chǎn)量約3.37萬t[2]。

隨著我國水果產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，果園化肥用量也持續(xù)高速增長，追求水果高產(chǎn)與保護生態(tài)環(huán)境之間的矛盾日益突出[4]。現(xiàn)階段我國果園施肥存在以下幾個主要問題。（1）化肥投入量過大，導致出現(xiàn)肥料利用率低和生態(tài)環(huán)境污染等一系列問題。據(jù)報道，魯東地區(qū)蘋果園氮肥施用量達837 kg/hm2，是發(fā)達國家的4～5倍[5]。（2）重化肥、輕有機肥，導致土壤有機質(zhì)含量降低、土壤逐漸酸化，造成果實品質(zhì)下降，嚴重影響水果產(chǎn)業(yè)的綠色發(fā)展[6]。于年文等[7]通過對蘋果園土壤的調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)施肥模式下，義縣地區(qū)超過50%的蘋果園土壤有機質(zhì)含量低，超過60%的蘋果園土壤氮、磷、鉀含量低。李慶軍等[8]指出，盲目施肥、連年無機養(yǎng)分投入過高，易導致果園土壤酸化。

隨著我國農(nóng)業(yè)供給側結構性改革的推進和農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展理念的深入，有機肥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應用面積逐步擴大。我國有機肥資源豐富，其總養(yǎng)分量約為7 000萬t，但實際利用率不足40%，應用潛力巨大[9]。2015年，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部頒布《到2020年化肥使用量零增長行動方案》，提出“精、調(diào)、改、替”4條施肥技術路徑，其中“替”是指有機肥部分替代化肥，實現(xiàn)有機肥和無機肥結合施用，以提升耕地肥力與糧食產(chǎn)能。2017年，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部頒布《開展果菜茶有機肥替代化肥行動方案》，鼓勵在果園中實施有機肥替代化肥，建立化肥與有機肥相結合的科學施肥制度。有機肥多為堿性，含有豐富的有機物，施用有機肥能增加土壤有機質(zhì)含量，改善土壤結構，可有效防止土壤酸化，提高土壤微生物和土壤酶活性，促進土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化，改善土壤養(yǎng)分狀況，提高肥料利用效率[10]。同時，果園施用有機肥還能促進果樹生長，提高果實品質(zhì)和產(chǎn)量，實現(xiàn)提質(zhì)增效[11]。

2020年，諸城市在49個果園實施有機肥部分替代化肥項目，并在項目實施前后調(diào)查分析了果園土壤的理化性質(zhì)，以明確當前諸城市果園土壤的基本肥力特征和項目實施對土壤質(zhì)量的提升效果，為果園科學施肥、提高肥料利用率、改善土壤環(huán)境和提高蘋果品質(zhì)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 調(diào)查區(qū)域概況

諸城市位于山東半島東南部，泰沂山脈與膠濰平原交界處，屬暖溫帶大陸性季風區(qū)半濕潤氣候，四季分明，冬冷夏熱，光照充足，年平均氣溫12℃，年平均降水量776 mm，無霜期184 d，土壤類型以棕壤為主，多含粗砂礫石。果樹種類以蘋果為主，還有大櫻桃、桃、梨、榛子、獼猴桃、葡萄等。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，當?shù)毓r(nóng)習慣采用條狀或圈狀施肥方式，肥料以氮肥、磷肥為主，輔以復合肥和少量商品有機肥，少數(shù)果農(nóng)施用菌肥和農(nóng)家肥，并添加微量元素作補充；大多采用大水漫灌方式灌水。當?shù)毓麍@管理水平較高，整枝修剪科學，果園通風性良好，園內(nèi)落葉清掃及時。

1.2 調(diào)查方法及樣品采集

2020年諸城市果樹有機肥部分替代化肥項目在49個實施主體集中推廣2種技術模式。（1）有機廢棄物堆肥還田模式。收集畜禽糞便、秸稈、落葉、菌渣、粉碎枝條等廢棄物，在地頭或坑塘堆漚制成有機肥，或購買堆肥，每667 m2用量2 t，減少化肥用量15%～20%。（2）商品有機肥模式。適用于有水肥一體化設備或施用配方肥的重點示范區(qū)，通過補貼的方式推廣應用商品有機肥，每667 m2增施商品（生物）有機肥600 kg，減少化肥用量20%～25%。

根據(jù)果園分布情況選取核心產(chǎn)區(qū)的果園進行調(diào)查。采用S型多點取樣法采集果園土樣，取樣深度0～20 cm，多點土樣混合拌勻，采用四分法保留土樣約1 kg，共采集土壤樣品240個，其中項目實施前（2020年）取土樣120個、項目實施后（2021年）取土樣120個。將土樣帶回實驗室自然風干，剔除石塊和動植物殘體，分別過孔徑0.25 mm和1 mm尼龍篩后保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3 測定項目及方法

采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測定土壤有機質(zhì)含量，采用半微量開氏法測定土壤全氮含量，采用NaOH熔融-鉬銻抗比色法測定全磷含量，采用NaOH熔融-火焰光度法測定全鉀含量，采用堿解擴散法測定土壤堿解氮含量，采用0.5 mol/L NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測定有效磷含量，采用1 mol/L中性NH4OAc浸提-火焰光度法測定速效鉀含量，采用1 mol/L熱HNO3浸提-火焰光度法測定緩效鉀含量，按土水比1.0∶2.5用pH計測定土壤pH值，按土水比1∶5提取、采用殘渣烘干-質(zhì)量法測定土壤水溶性鹽含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計

調(diào)研數(shù)據(jù)分別采用Microsoft Excel 2019、IBMSPSSStatistics 20和Sigmaplot 12.0軟件進行統(tǒng)計、方差分析與作圖。

2 結果與分析

2.1 有機肥部分替代化肥對果園土壤有機質(zhì)含量的影響

有機肥部分替代化肥對果園土壤有機質(zhì)含量的影響見圖1。

由圖1可以看出，有機肥部分替代化肥項目實施后，諸城市果園土壤有機質(zhì)平均含量17.59 g/kg（最小6.30 g/kg，最大39.80 g/kg）。不同果園土壤有機質(zhì)含量差異較大，變異值為43.05%；不同類型果園土壤有機質(zhì)含量也存在較大差異，其中板栗園最低（10.73 g/kg），藍莓園最高（28.30 g/kg）；就不同種植區(qū)域而言，桃園區(qū)土壤有機質(zhì)含量最低（10.74 g/kg），密州街道土壤有機質(zhì)含量最高（25.52 g/kg）。

圖1 有機肥部分替代化肥對果園土壤有機質(zhì)含量的影響

果園土壤有機質(zhì)含量變化受有機肥種類、果園類型和種植區(qū)域等因素共同影響。由圖1可以看出，有機肥部分替代化肥項目實施后，土壤有機質(zhì)含量提高了5.43%。其中有機廢棄物堆肥模式的果園土壤有機質(zhì)含量增加5.03%，商品有機肥模式的果園土壤有機質(zhì)含量增加7.17%；不同類型果園土壤有機質(zhì)含量提升0.61%（火龍果園）～9.05%（板栗園），不同種植區(qū)域提升3.45%（密州街道）～9.09%（桃林鎮(zhèn)）。

2.2 有機肥部分替代化肥對土壤p H值和水溶性鹽含量的影響

有機肥部分替代化肥對土壤pH值和水溶性鹽含量的影響見圖2。

圖2 有機肥部分替代化肥對果園土壤p H值和水溶性鹽含量的影響

由圖2可以看出，有機肥部分替代化肥項目實施后，諸城市果園土壤平均pH值為6.25（最小值5.02，最大值8.07），土壤水溶性鹽平均含量為0.31 g/kg（最小為0.12 g/kg，最大為0.68 g/kg）。與項目實施前相比，土壤pH值升高0.40，增幅為6.46%，有機廢棄物堆肥替代化肥模式和商品有機肥替代化肥模式分別提高了7.18%、3.93%；土壤水溶性鹽含量降低了17.47%，有機廢棄物堆肥替代化肥模式和商品有機肥替代化肥模式分別降低了7.84%、14.95%?？梢?，有機肥部分替代化肥可顯著提高果園土壤pH值、降低土壤水溶性鹽含量，能有效緩解果園土壤酸化、鹽漬化等問題。

2.3 有機肥部分替代化肥對土壤全氮、全磷、全鉀含量的影響

有機肥部分替代化肥對土壤全氮、全磷、全鉀含量的影響見圖3。

圖3 有機肥部分替代化肥對土壤全氮、全磷和全鉀含量的影響

由圖3可以看出，有機肥部分替代化肥項目實施后，諸城市果園土壤平均全氮、全磷和全鉀含量分別為1.02 g/kg、0.62 g/kg和21.44 g/kg（最小值分別為0.27 g/kg、0.23 g/kg和15.70 g/kg，最大值分別為2.18 g/kg、0.98 g/kg和28.50 g/kg）。整體上看，果園土壤全氮和全磷含量與項目實施前差異不大，有機廢棄物堆肥模式的果園土壤全氮含量減少、全磷含量增加，商品有機肥模式的果園土壤全氮含量增加、全磷含量減少；果園土壤全鉀含量較項目實施前顯著降低，降幅為41.91%，有機廢棄物堆肥模式的果園土壤降低40.22%，商品有機肥模式的果園土壤降低46.16%。

2.4 有機肥部分替代化肥對土壤堿解氮、有效磷、速效鉀和緩效鉀含量的影響

有機肥部分替代化肥對土壤堿解氮、有效磷、速效鉀和緩效鉀含量的影響見圖4。

圖4 有機肥部分替代化肥對土壤堿解氮、有效磷、速效鉀和緩效鉀含量的影響

由圖4可以看出，有機肥部分替代化肥項目實施后，諸城市果園土壤平均堿解氮、有效磷、速效鉀和緩效鉀含量分別為99.59 mg/kg、49.81 mg/kg、150.26 mg/kg和499.50 mg/kg（最小分別為35.35 mg/kg、9.68 mg/kg、39.00 mg/kg和218.00 mg/kg，最大分別為208.57 mg/kg、130.32 mg/kg、289.00 mg/kg和896.00 mg/kg）。整體上看，果園土壤緩效鉀含量與項目實施前差異不大，土壤堿解氮和速效鉀含量顯著增加（增幅分別為15.21%和47.80%），土壤有效磷含量降低9.56%。有機肥部分替代化肥對土壤緩效鉀含量的影響較大，有機廢棄物堆肥模式的果園土壤緩效鉀含量降低了4.48%，商品有機肥模式的果園土壤緩效鉀含量提高了29.30%。

2.5 有機肥部分替代化肥前后土壤質(zhì)量分級評價

有機肥部分替代化肥前后土壤質(zhì)量分級評價見表1。

表1 有機肥部分替代化肥前后土壤質(zhì)量分級評價

根據(jù)全國第二次土壤普查養(yǎng)分分級標準對參與調(diào)查的果園進行土壤質(zhì)量分級評價。由表1可知，諸城市果園為非鹽漬化土壤，呈微酸性，有機質(zhì)含量屬中等（四級）水平；除土壤全磷含量屬貧瘠（五級）水平外，其他養(yǎng)分含量較高；有效磷含量屬極豐富（一級）水平；速效鉀和緩效鉀含量屬豐富（二級）水平；全氮、全鉀和和堿解氮含量屬較豐富（三級）水平。有機肥部分替代化肥項目實施后，土壤由微酸性變?yōu)橹行?，土壤速效鉀和緩效鉀含量提升了一個等級。此外，土壤質(zhì)量指標在項目實施前后均存在較大變異，變異系數(shù)為11.19～64.55，說明各指標在諸城市果園空間分布不均。

3 討論

科學的施肥制度是實現(xiàn)果園土壤質(zhì)量提升和果樹優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的保障[12]。施用有機肥能改善土壤理化性狀，提高土壤保肥、供肥能力，促進植物根系生長發(fā)育，提高養(yǎng)分吸收能力。

3.1 有機肥部分替代化肥對土壤有機質(zhì)含量的影響

土壤有機質(zhì)是土壤養(yǎng)分的重要組成部分，具有肥沃土壤、提高肥效、增強植株抗逆性等功能，是衡量土壤質(zhì)量的關鍵指標[13]，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中施用有機肥能保持土壤有機質(zhì)含量的平衡[14]。相關研究表明，土壤有機質(zhì)含量的提高能顯著增加果樹基礎產(chǎn)量及增強產(chǎn)量穩(wěn)定性[4]，提高果實品質(zhì)，是果樹獲得優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的基本條件與保障[15]。本次調(diào)查分析表明，諸城市果園土壤有機質(zhì)含量整體處于中等水平，主要原因是諸城市果農(nóng)習慣大量使用化肥，有機肥施用少，加上當?shù)匾郧甯耘酁橹?，土壤有機質(zhì)得不到及時補充，果園土壤有機質(zhì)含量不足1%的占12.50%，1%～2%的占58.33%。采用有機肥部分替代化肥措施后，諸城市果園土壤有機質(zhì)含量得到一定程度的提升，平均增幅為5.43%，土壤有機質(zhì)含量不足1%的果園占比下降到10.00%（不排除受到有機肥種類、果園類型和調(diào)研區(qū)域基礎養(yǎng)分含量等因素的綜合影響）。由此可見，果園應繼續(xù)增加有機物料的投放量，促進土壤有機質(zhì)有效積累，提高土壤的保水保肥和緩沖能力，以改善土壤理化性狀，創(chuàng)造有利于養(yǎng)分礦化和果樹根系伸展的良好環(huán)境。

3.2 有機肥部分替代化肥對土壤酸堿度的影響

適宜的土壤pH值是果樹正常生長發(fā)育的必要條件，土壤過酸或過堿均會影響作物對養(yǎng)分的吸收和利用。研究表明，過量施用氮肥會導致土壤酸化[16-17]。李慶軍等[8]指出，連年無機養(yǎng)分投入過高，會導致果園土壤呈逐漸酸化的趨勢，進而造成土壤養(yǎng)分離子的流失[18]。本次調(diào)查結果表明，諸城市果園平均土壤pH值為6.25，呈微酸性，變化范圍為5.02～8.07，部分果園存在土壤酸化問題；在保證果品產(chǎn)量和品質(zhì)的前提下，適當減少化肥用量，增加有機肥的施用比例，可提高土壤pH值。有機肥部分替代化肥能有效緩解果園土壤酸化問題，有效預防果園土壤鹽漬化。

4 結論

調(diào)查分析結果表明，諸城市果園土壤非鹽漬化，土壤有機質(zhì)含量處于中等水平，土壤呈微酸性，平均pH值為6.25，除全磷含量屬貧瘠水平外，土壤其他養(yǎng)分含量較豐富，但分布不均衡。果園有機廢棄物堆肥還田和施用商品有機肥兩種有機肥部分替代化肥模式，可在減少化肥施用量的同時提升耕地質(zhì)量，果園土壤酸化與鹽漬化等問題得到初步改善，有利于果品產(chǎn)量和質(zhì)量的提高，對諸城市果園土壤質(zhì)量提升以及農(nóng)業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展具有重要的意義。