石灰和有机肥对芒果园酸性土壤的改良效果及对芒果品质的影响

罗 玲，潘宏兵，钟 奇，杜 邦，李贵利，刘 伟*

（1.四川省农业科学院园艺研究所，四川 成都 610066；2.攀枝花市农林科学研究院，四川 攀枝花 617061）

攀枝花是我国晚熟芒果的优势发展区域之一，芒果已成为攀枝花种植面积最大的特色水果，芒果适宜的土壤pH 为5.5～7.5［1-2］，而攀枝花20%以上果园土壤pH 低于5.5，呈强酸性［3］，土壤酸化严重会破坏土壤结构，造成土壤养分流失［4］，使铝、锰等金属离子活化［5-6］，不利于芒果树生长发育，影响了芒果产量和品质，因此寻求合适的酸性土壤改良方法对促进攀枝花芒果产业可持续发展具有重要意义。对酸性土壤的改良修复方法很多，目前最常见且成本最低的改良剂为石灰，李玉辉等［7］研究表明石灰施用一年，可使土壤pH 提高0.75 个单位，活化土壤磷，并增加土壤阳离子交换量和盐基饱和度，但会导致土壤容重降低及有机质、碱解氮、速效钾等养分含量减少；鲁艳红等［8］也发现石灰可使土壤中盐基离子含量增加，其中主要是交换性Ca2+含量增加；胡敏等［9］以生石灰、有机肥和钾硅肥为改良剂研究其对酸性土壤的改良效果及对大麦幼苗生长的影响时发现，生石灰处理下土壤酸度最低且大麦幼苗生长量最高，较对照提高71.5%。土壤有机质含量的增加可提高土壤对酸的缓冲性能，缓解土壤酸化［10］，石灰+绿肥可克服单施石灰造成的土壤板结及有机质含量减少［7，11］。目前已有较多关于酸性土壤技术的研究，但关于石灰、有机肥协同改良酸性芒果园土壤效果及对芒果生长与品质影响的研究少有报告。因此，本研究通过田间试验综合比较了单施石灰、单施有机肥、混施石灰+有机肥下攀枝花芒果园酸性土壤理化性质、生物性质及芒果生长情况与果实品质，以了解石灰和有机肥单施或混施对芒果园酸性土壤的改良效果及对芒果生长发育的影响，为攀枝花芒果园酸性土壤的改良提供理论和实践参考。

1 材料与方法

1.1 试验地点与材料

试验于2018 年10 月 至2019 年10 月进行，地点设在攀枝花市仁和区混撒拉村的芒果园（26°26′N，101°51′E）。试验区属南亚热带半干旱季风气候，平均海拔为1402 m，平均气温20.5℃，年平均降水量为800 mm，无霜期350 d 左右。试验地为台地，土壤为黄红壤，其土壤容重1.42 g/cm3，pH 5.53，有机质7.62 g/kg，碱解氮48.19 mg/kg，有效磷94.1 mg/kg，速效钾212.12 mg/kg。试验树为22 年生晚熟‘凯特’芒，中等管理水平，树形结构、树冠大小和枝梢生长势相近，株行距为4 m×5 m。石灰为当地市售；有机肥（有机质含量≥45.0%，氮、磷、钾总养分≥5%）由内蒙古沃丰农业发展有限公司提供。

1.2 试验设计

试验设置单施石灰（TS）、单施有机肥（TY）、混施石灰+有机肥（TSY）3 种处理，以常规栽培（CK，不施石灰和有机肥）为对照。5 株芒果树（平均25 m2）为一个试验小区，重复3 次，随机排列。于2018 年10 月施基肥时按各处理石灰和有机肥用量均匀撒施，并用旋耕机翻耕，其中石灰施用量为2.5 kg/株，有机肥施用量为30 kg/株，为保证各处理施氮量一致，TY、TSY 处理添加的有机肥中的氮含量通过减少基肥中复合肥施用量调节，磷、钾用量不进行调节。

1.3 样品采集

土样于2019 年10 月采集，每个小区按S 形布设5 个点，采集0～20 cm 土壤样品，混匀分成4份，一份烘干测土壤水分含量；一份放于-20℃冰箱内保存，用于测定土壤酶活性；一份置于4℃冰箱内保存，用于测定土壤微生物量碳；一份风干保存，用于测定土壤pH、有机质、有机碳、碱解氮、有效磷、速效钾、水解性酸、交换性酸、交换性氢、交换性铝、阳离子交换量、盐基离子总量，每份土壤样品在测定时设3 次重复。

芒果叶片于2019 年10 月采集，每小区选择30片末次梢健康的功能叶，其中10 片用于叶片叶绿素含量测定，20 片用于比叶重测定。9 月芒果成熟时，统计果树单株产量；每小区随机选取东南西北无病虫害、无霉烂的成熟果共10 个，常温下放置熟后，测定单果重及可溶性糖、可滴定酸、Vc、可溶性固形物、类胡萝卜素含量，并计算果实糖酸比。

1.4 测定方法

土壤水分含量采用烘干法测定［12］；pH 采用1∶2.5 土水比，酸度计测定（梅特勒S220-K-CN酸度计，上海）［12］；重铬酸钾容量法测定土壤有机质［12］，碱解扩散法测定碱解氮［12］，碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定有效磷［12］，乙酸铵浸提-火焰光度法测定速效钾［12］；NaAC 水解-中和滴定法测定水解性酸［13］，KCl-中和滴定法测定交换性酸、交换性H+和交换性Al3+［13］；醋酸铵法测定土壤阳离子交换量和交换性盐基离子总量，盐基饱和度（%）=交换性盐基离子总量/阳离子交换量×100［13］。

土壤酶活性的测定参照关松荫［14］的方法。蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水杨酸比色法；酸性磷酸酶活性采用磷酸苯二钠比色法；过氧化氢酶活性采用高锰酸钾滴定容量法；脲酶活性采用苯酚钠比色法。土壤总有机碳含量=土壤有机质含量/1.724［12］；土壤微生物量碳采用氯仿熏蒸-K2SO4提取法（FE）测定，转换系数为0.45［15］；微生物熵（%）=微生物量碳/有机碳×100［15］，其中有机碳按土壤含水量换算成湿土计。

叶片叶绿素含量测定采用乙醇丙酮混合液浸提法测定［16］；比叶重=叶干重/叶面积，叶面积的测定参照苑克俊等［17］的方法。单果重采用ACS 系列电子计价称称量，可溶性糖含量采用3，5-二硝基水杨酸比色法测定［18］，可滴定酸含量采用滴定法测定［19］，抗坏血酸（Vc）含量采用2，6-二氯靛酚滴定法测定［20］，可溶性固形物含量采用2812袖珍式数字折射计测定，类胡萝卜素含量测定参照赵家桔［21］的方法。

1.5 土壤化学性质及生物活性综合评价

对各处理土壤化学性质和生物活性进行综合评价，评价指标包括有机质、碱解氮、有效磷、速效钾、pH、水解性酸、交换性酸、阳离子交换量、盐基离子总量、脲酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶、过氧化氢酶、微生物量碳、微生物熵共15 个指标。

综合评价可分为3 个步骤：逆向指标正向化、指标无量纲化、Critic 法。

本次评价指标中仅水解性酸、交换性酸两个逆向指标，正向化公式如下：

式中：yij是逆向指标正向化后的值，xij是第i 个样品第j 个指标的原始测定值。

指标无量纲化计算公式如下，水解性酸和交换性酸依据公式2 计算，其余指标依据公式3 计算：

Critic 法是基于评价指标的对比强度和指标之间的冲突性来综合衡量指标的客观权重。对比强度是指同一指标的所有评价指数差别越大，即标准差越大，则所蕴含的信息量越大；冲突性是以指标之间的相关系数为基础，若两个指标之间具有较强的正相关，则说明两个指标冲突性较低。用Cj表示第j 个评价指标所包含的信息，值越大，说明其所包含的信息量越大，则其权重（wj）亦越大。具体计算步骤参照郭真等［22］。

1.6 数据处理

使用Excel 2010 对数据进行初步处理，采用SPSS 19.0 软件进行方差分析、Person 相关性分析，其中方差分析选用Duncan 多重比较确定数据间的差异，显著水平为α=0.05。

2 结果与分析

2.1 不同处理对土壤养分含量及酸碱特征的影响

2.1.1 土壤主要养分含量

如图1 所示，TS的土壤有机质和碱解氮含量与CK 差异不显著，而TY 和TSY的土壤有机质和碱解氮含量显著（P＜0.05）高于CK，有机质含量分别较CK 提高112.85%和77.48%，碱解氮含量分别较CK 提高44.81%和62.01%；就有效磷而言，TS、TY 和TSY 分别较CK 显著（P＜0.05）提高45.74%、29.49%、78.38%；就速效钾而言，TS、TY 和TSY 与CK 均无显著差异。上述结果表明，单施石灰可显著提高土壤有效磷含量，对其余指标无显著影响；有机肥单施或与石灰混施可显著提高土壤有机质、碱解氮和有效磷含量，对土壤速效钾含量无显著影响。

2.1.2 土壤酸碱特征

如表1 所示，就土壤pH 而言，TS 和TSY 较CK 显著上升0.58 和0.38 个单位，TY 和CK 差异不显著；就土壤酸度指标而言，TY的水解性酸、交换性酸、交换性氢及交换性铝含量均与CK 无显著差异，TS的水解性酸、交换性酸、交换性氢及交换性铝含量分别较CK 显著（P＜0.05）降低10.76%、57.58%、25.00%、68.00%，TSY的水解性酸和交换性铝含量较CK 显著（P＜0.05）降低15.89%、42.00%，而其交换性酸与交换性氢的含量与CK 无显著差异。表明单施石灰或石灰与有机肥混施可有效降低土壤酸度，而单施有机肥对土壤酸度的影响效果不显著。

从表1 还可以看出，土壤pH 较低的CK 和TY 处理，其交换性氢占交换性酸的比例也较低（CK 和TY 分别是24.24%、23.33%），而 交换性铝占交换性酸的比例较高（CK 和TY 分别是75.76%、76.67%）；土壤pH 较高的TS 和TSY 处理，其交换性氢占交换性酸的比例也较高（CK和TY 分别是42.86%、30.95%），而交换性铝占交换性酸的比例较低（CK 和TY 分别是57.14%、69.05%）。

表1 不同处理对土壤酸碱特征指标的影响

2.1.3 土壤阳离子交换量及交换性盐基离子数量

如图2 所示，TS、TY 和TSY的阳离子交换量均较CK 显著（P＜0.05）提高17.47%、11.86%和22.70%；TS、TY 和TSY的交换性盐基离子总量分别较CK 显著（P＜0.05）提高32.35%、22.96%和49.14%，盐基饱和度也分别较CK 显著（P＜0.05）增加7.83、6.20 和13.37 个百分点。上述结果表明，石灰、有机肥单施或混施均能显著提高土壤阳离子交换量、交换性盐基离子总量和盐基饱和度，其中石灰与有机肥混施效果最佳。

2.2 不同处理对土壤生物活性及有机碳含量的影响

2.2.1 土壤酶活性

如图3 所示，TS 土壤脲酶和过氧化氢酶活性与CK 差异不显著，而TY 和TSY 脲酶活性分别较CK 显 著（P＜0.05）提 高58.75%、53.73%，TY 和TSY 过氧化氢酶活性分别较CK 显著（P＜0.05）提高35.88%、54.20%；就土壤蔗糖酶而言，TS、TY 和TSY 分别较CK 显著（P＜0.05）提高16.66%、32.02%和41.15%；就土壤酸性磷酸酶而言，TS 和TSY 分别较CK 显著（P＜0.05）降低27.06%、12.34%，而TY 与CK 无显著差异。上述结果表明，单施石灰可显著提高土壤蔗糖酶活性，显著降低土壤酸性磷酸酶活性，但对土壤脲酶和过氧化氢酶活性无显著影响；单施有机肥或石灰与有机肥混施可显著提高土壤脲酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性，且两者差异不显著，单施有机肥对土壤酸性磷酸酶活性无显著影响，而石灰与有机肥混施可显著降低其活性。

2.2.2 土壤有机碳含量及微生物活性

如图4 所示，TS的土壤有机碳含量与CK 无显著差异，TY 和TSY的有机碳含量则分别较CK 显著（P＜0.05）增加112.79%、77.40%；就土壤微生物量碳而言，TS、TY 和TSY 分别较CK 显著（P＜0.05）增加60.37%、101.84%和163.85%；就土壤微生物熵而言，TS 和TSY 分别较CK 显 著（P＜0.05）提高43.15%、48.73%，TY 与CK 无显著差异。上述结果表明，石灰和有机肥单施或混施均可显著提高土壤微生物量碳含量，其中混施效果明显优于单施；单施石灰或与有机肥混施可显著提高土壤微生物熵，单施有机肥或混施可显著提高土壤有机碳含量。

2.3 不同处理对芒果树体生长发育的影响

2.3.1 芒果叶片叶绿素含量及比叶重

如表2 所示，TS、TY 和TSY的芒果叶片叶绿素含量和比叶重均显著（P＜0.05）高于CK，叶绿素含量分别较CK 提高12.31%、16.41%和14.87%，比叶重分别较CK 提高8.19%、10.08%和14.80%。上述结果表明，石灰和有机肥单施或混施均能明显促进芒果叶片生长，其中混施效果较佳。

表2 不同处理对芒果叶片叶绿素含量及比叶重的影响

2.3.2 芒果品质及产量

如表3 所示，TS、TY 和TSY的‘凯特’芒果单果重和产量均显著（P＜0.05）高于CK，其中单果重分别较CK 提高8.23%、52.38%和20.89%，产量分别较CK 提高13.55%、19.87%和54.71%；TS的可溶性固形物、可溶性糖和类胡萝卜素含量虽高于CK，但差异不显著，其Vc 含量及糖酸比分别较CK 显著（P＜0.05）提高8.63%、63.89%，可滴定酸含量较CK 显著（P＜0.05）降低35.56%；TY除可溶性糖含量与CK 差异不显著外，其可溶性固形物、Vc、类胡萝卜素含量及糖酸比分别较CK显 著（P＜0.05）提 高7.94%、10.72%、17.75%和56.38%，可滴定酸含量较CK 显著（P＜0.05）降低26.67%；TSY 除类胡萝卜素含量与CK 差异不显著外，其可溶性固形物、可溶性糖、Vc 含量及糖酸比分别较CK 显著（P＜0.05）提高14.40%、27.55%、6.69%和64.07%，可滴定酸含量较CK 显著（P＜0.05）降低22.22%。上述结果表明，石灰和有机肥单施或混施均能显著提高‘凯特’芒果单果重、产量及果实品质，其中有机肥单施或与石灰混施芒果果实内在品质无显著差异，均明显优于单施石灰，而混施石灰和有机肥芒果产量最高，单施有机肥芒果单果重最高。

表3 不同处理对芒果果实品质及产量的影响

2.4 各处理土壤化学性质及生物活性综合评价

如表4 和表5 所示，酸性磷酸酶、有效磷和交换性酸权重值较大，而盐基离子总量、蔗糖酶和微生物量碳权重值较小；土壤化学性质及生物活性综合得分排名为TSY＞TS＞TY＞CK。

表4 各指标权重

表5 不同处理土壤化学性质及生物活性综合得分

2.5 相关性分析

表6 为土壤化学和生物活性指标与芒果品质指标的相关性分析结果。如表6 所示，碱解氮和微生物量碳含量、蔗糖酶和过氧化氢酶活性均与芒果可溶性固形物和可溶性糖含量显著相关，其中过氧化氢酶与可溶性固形物极显著相关，微生物量碳含量还与芒果产量显著相关；脲酶和蔗糖酶活性与芒果类胡萝卜素含量显著相关，阳离子交换量与芒果糖酸比显著相关。

表6 土壤化学和生物活性指标与芒果品质指标的相关性

3 讨论

3.1 不同处理对土壤养分含量及酸碱特征的影响

前人研究发现，石灰可显著降低土壤酸度，一方面使土壤中活性铝、铁产生沉淀，减少土壤中磷酸铝和磷酸铁沉淀生成，从而减少土壤对P的吸附固定，提高土壤有效磷含量、缓解铝害［7，11］，另一方面土壤酸度降低可减少土壤盐基离子的淋溶损失，同时石灰富含Ca、Mg，施入土壤后可使土壤中交换性Ca2+、Mg2+含量迅速提高，从而增加土壤阳离子交换量，改善土壤吸附交换性［23-24］。本研究中也发现单施石灰可显著减少土壤交换性酸和水解性酸含量，使土壤pH 提高0.58 个单位，同时增加土壤有效磷含量、阳离子交换量及盐基饱和度，但对土壤有机质和碱解氮含量无显著作用。另外，前人研究还表明长期单施石灰易使土壤容重增加、孔隙度降低，造成土壤板结，使土壤肥力下降［9］，因此单施石灰不宜作为一种长期的酸性土壤改良方法。

施用有机肥可提高土壤有机质及速效养分含量，改善土壤结构，使土壤中形成更多有机胶体及有机无机复合胶体，增加土壤胶体表面阳离子吸附位点，从而提高土壤阳离子交换量，加强土壤保肥保水能力［25-26］。本研究也得到一致结果，单施有机肥可显著提高土壤中有机质、碱解氮、有效磷含量及土壤阳离子交换量、盐基饱和度，但其降酸效果不显著，Singh 等［27］、Chaiyarat 等［28］研究却发现农作物秸秆、牛粪和鸡粪均可提高土壤pH，该差异可能与有机肥种类及施用时间、土壤本底值有关。因此，有机肥和石灰混施可相互弥补各自的劣势，本研究中有机肥和石灰混施土壤pH 较对照提高0.38 个单位，土壤有机质、有效磷和碱解氮含量较对照提高62.01%～78.38%，土壤阳离子交换量、交换性盐基离子总量及盐基饱和度较单施石灰或有机肥显著提高4.45%～21.24%。

3.2 不同处理对土壤酶活性、微生物量碳含量和微生物熵的影响

本研究中土壤酶综合活性表现为单施有机肥＞石灰与有机肥混施＞单施石灰＞CK，其中单施石灰或有机肥与石灰混施均能不同程度地提高土壤脲酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性，但其土壤酸性磷酸酶活性分别较对照显著降低27.06%、12.34%，而单施有机肥可提高此4 种土壤酶活性，其酸性磷酸酶活性较对照提高4.55%，这可能是因为土壤酸性磷酸酶活性与pH 呈负相关［29］。另外，本研究还发现石灰和有机肥单施或混施均能显著提高土壤微生物量碳含量及微生物熵，促进土壤养分循环，其中石灰与有机肥混施微生物量碳含量较单施石灰提高64.53%，较单施有机肥提高30.72%，前人研究也表明土壤酸度提高或土壤有机质提升均能增加土壤微生物量，且主要是较不耐酸的细菌数量［30-31］。

3.3 不同处理对芒果树体生长发育的影响

Critic 分析法评价结果表明，在对土壤化学性质和生物活性的综合改良效果上，石灰和有机肥单施或混施均具有一定作用，其中混施效果最佳，单施石灰次之。土壤环境的改良促进了芒果生长发育，其中碱解氮和微生物量碳含量、蔗糖酶和过氧化氢酶活性均与芒果可溶性固形物和可溶性糖含量显著相关，而微生物量碳含量还与芒果产量显著相关，石灰和有机肥单施或混施均增加了‘凯特’芒叶片叶绿素含量及比叶重，提高了果实品质及产量，石灰和有机肥混施效果最佳。吕波等［32］研究表明在酸性黄棕壤和红壤上施用石灰均能促进白菜生长，提高白菜产量；孟庆英等［33］以石灰和有机肥改良弱酸性白浆土结果也表明石灰和有机肥单施或混施均能提高大豆产量。

4 结论

单施石灰和单施有机肥虽可一定程度上改良攀枝花‘凯特’芒果园酸性土壤，但都有弊端，长期单施石灰易造成土壤板结，而单施有机肥对土壤的降酸效果不显著。石灰与有机肥混施既能增加土壤有机质含量以改善土壤物理性状，降低土壤酸度，也能增加土壤速效养分含量，提高土壤保水保肥能力，且石灰与有机肥混施下芒果果实品质佳、产量高，因此，它是一种有效的酸性土壤改良措施。本研究结果可为指导芒果园酸性土壤改良提供一定思路，但关于长期施用石灰与有机肥改良酸性土壤的效果仍需进一步研究。