连续五年氮、磷减量施用对琯溪蜜柚产量和品质的影响

李江鹤，胡承孝*，刘怀伟，位高生，庄木来，李潇彬

（1 园艺植物生物学教育部重点实验室，湖北武汉 430070；2 新型肥料湖北省工程实验室/华中农业大学微量元素研究中心，湖北武汉 430070；3 福建省平和县农业局，福建平和 363700；4 菏泽市定陶区农业农村局，山东菏泽 274000）

目前，当地化肥减施、增效受到政府、种植户、学者的高度重视。王建涛等[5]报道，化肥减量25%使花生产量增加10.23%；仇美华等[6]研究表明，化肥减施30%可使桃树果实产量提高9.1%，且降低土壤速效磷、钾而增加有机质；吴愉萍等[7]研究发现，氮肥减少23.5%、磷肥减少80.0%，可以提高草莓果实可溶性固形物和固酸比；对红富士苹果等果树的研究也有类似报道[8]。说明过量施肥条件下减量施肥，不仅不会降低产量，反而会增加产量，尤其是提升产品品质。位高生等[9]于2016年在福建省平和县长芦林场石角段山琯溪蜜柚综合试验站试验基地(N24°24′16.7′′，E117°14′51.4′′)建立琯溪蜜柚氮磷减量施肥试验，第1年试验结果表明，减少氮磷用量不会导致琯溪蜜柚减产，反而具有增产和明显改善果实品质的效果，提出以氮肥减量30%、磷肥减量35%时果实产量、品质俱佳。但是，连续多年氮磷减量施用是否会导致琯溪蜜柚果实产量、品质下降，既是果农担心的现实问题，更是当地琯溪蜜柚产业亟需解决的技术问题。因此，利用已建立的田间试验，分析连续5年氮磷减量施用对琯溪蜜柚果实产量、品质的影响，为当地琯溪蜜柚化肥减施、提质增效及绿色发展提供依据和技术。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验位于平和县琯溪蜜柚综合实验站试验基地(N24°24′16.7′′，E117°14′51.4′′)，该试验基地始于2016年3月[9]。试验材料为白肉琯溪蜜柚，酸柚砧木，树龄为25年。供试果园土壤：pH 4.05、有机质 28.8 g/kg、碱解氮 83.5 mg/kg、速效磷 756.4 mg/kg、速效钾 208 .3 mg/kg、交换性钙 497.2 mg/kg、交换性镁 126.4 mg/kg。

1.2 试验设计

本试验以梁珊珊[4]问卷调查的平均施肥量为基数，根据成年丰产琯溪蜜柚的需肥特性和土壤肥力测定结果，将氮肥施用量以30%梯度递减，分别为氮未减量 (N3)、氮减量30% (N2)、氮减量 60%(N1)；磷肥施用量以35%梯度递减，分别为磷未减量 (P3)、磷减量 35% (P2)、磷减量 70% (P1)，采用双因素交互设计试验，设置果农习惯施肥(N3P3)、N2P3、N2P2、N2P1、N1P3、N1P2、N1P1 共 7 个处理(表1)，每个处理4次重复，每个重复3棵树且长势基本一致。

表1 各处理具体施肥量(kg/plant)Table 1 Nitrogen and phosphorus application rates in different treatments

氮磷钾肥全年分4次施用，其中促花肥(2月下旬或3月上中旬)分别占全年总量的30%、15%、25%；保果肥(5月上中旬)分别占30%、15%、25%；壮果肥(7月下旬或8月上旬)分别占15%、50%、20%；越冬肥(11月中下旬)分别占25%、20%、30%。各肥料按照不同比例分装混匀，以穴施的方式施入10—20 cm深度土壤并覆土。

1.3 样品采集及测定

1.3.1 果实样品的采集与预处理 果实样品于果实成熟期(11月上旬)采集，在每株果树外围东、南、西、北4个方向上各采集1个大小中等无病害的果实，每个重复采集4～6个果实作为1个混合样品。将果实样品带回实验室后立刻用去离子水清洗，按要求记录单果重和果实物理性状；逐个将果实果皮剥下，按要求记录果皮、果肉重量；逐个将果实果肉均分，一半用于果实品质测定，另一半果肉、果皮称取重量后分别装入牛皮纸袋，放入105℃烘箱杀青30 min，然后于65℃下烘至恒重，取出稍冷却、称重，用不锈钢磨样机磨成粉末，放入自封袋置于干燥阴凉处保存，用于养分测定。

1.3.2 测定项目与方法 果实挂果数采用计数器计量每株树果实数量，单果重采用百分之一天平测定，果实纵径、横径采用30 cm直尺测量果实纵径、赤道部横径，果皮厚采用游标卡尺测量距果皮顶端1/3处厚度，可溶性固形物(TSS)采用手持数显糖量计(日本，PAL-1)测定，可滴定酸(TA，用柠檬酸表示)采用氢氧化钠中和滴定法测定，维生素C(Vc)采用2,6-二氯靛酚氧化还原滴定法测定。产量=挂果数×单果重；固酸比(R)=可溶性固形物(TSS)/可滴定酸(TA)；出汁率=(果汁重/果肉重)×100%；可食率=(果肉重/果实重)×100%；果实含水率=(1–果实烘干后重/果实烘干前重)×100%。

1.3.3 综合评价因子分析方法 根据降维原理，把原来较多的评价指标用较少的综合指标替代，但可以保留原来绝大多数信息，把问题简单化[9–10]。对琯溪蜜柚各个品质指标做因子分析，得到主成分特征值、贡献率、累计贡献率及特征向量，提取累积贡献率80%～85%以上，特征值大于1的主成分，计算得到函数表达式如下：Yi=a1X1+a2X2+a3X3+......+anXn，其中，i=1、2、3...n代表主成分个数，a1、a2、a3...代表不同指标的特征向量，X1、X2、X3......Xn代表不同的品质指标。用i个主成分对应的方差贡献率作为权重，结合方程Yi(i=1、2、3)对几个主成分得分加权求和，构建琯溪蜜柚果实品质综合评价模型：Y=b1Y1+b2Y2+b3Y3+......+bnYn，其中b1、b2、b3...为各主成分对应的方差贡献率，Y为各主成分的综合得分。

1.3.4 数据分析 试验数据利用 Microsoft Excel 2016做数据处理，用SPSS 20进行方差分析、主成分分析；采用LSD法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 连续5年氮磷减量对琯溪蜜柚产量的影响

表2显示，2016和2017年各处理果实平均产量分别为73.89、130.06 t/hm2，氮磷减量施肥的所有处理与习惯施肥对照N3P3处理没有显著差异；2018年(第3年)，各处理果实产量平均为46.48 t/hm2，低氮处理(N1P1、N1P2、N1P3)的果实产量低于或显著低于N3P3，而中氮处理(N2P1、N2P2、N2P3)的果实产量均显著高于N3P3，且N2P2的果实产量还显著高于N2P3处理；2019和2020年，6个减肥处理的果实产量之间，及其与N3P3之间均无显著差异。整体来看，氮减量30%处理产量在2016—2019年均比习惯施肥有所增加，增幅为4.96%～47.58%，但2020年减少6.31%；氮减量60%处理产量除2016年比习惯施肥增加42.12%外，2017—2019年均有下降，降幅为2.36%～23.42%。

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方差分析结果表明，除2018年氮、磷对产量的作用达到显著水平外，其余年份均未达到显著水平(表2)。

表2 各处理琯溪蜜柚不同年份的产量(t/hm2)Table 2 Guanxi pomelo fruit yield in each treatment across the years

2.2 连续5年氮磷减量对琯溪蜜柚果实品质的影响

2.2.1 单果重 表3表明，2016年，氮磷减量施肥对单果重的影响不显著，氮、磷对果实单果重的交互效应达到极显著水平。2017年，减肥处理的平均单果重与N3P3相比也未显著降低，且氮、磷及其交互作用均不显著。2018年，N3P3处理的单果重最高，N2P2、N2P1、N1P3处理的单果重显著低于N3P3。氮、磷对果实单果重的交互效应显著。2019年，单果重依然以N3P3最高，N2P2的单果重与N3P3没有显著差异，而N2P1、N1P3依然显著低于N3P3。氮对果实单果重的效应达到显著水平，氮减量可使果实单果重显著下降。2020年，磷对果实单果重的效应显著，中磷P2处理果实单果重显著低于高磷(P3)、低磷 (P1)处理，低氮、中磷(N1P2)单果重最低而中氮、低磷(N2P1)单果重最高。总之，多数年份氮磷交互效应对单果重影响显著，磷减量35%有降低果实单果重趋势，降低幅度为0.52%～10.99%，且在第五年 (2020年) 磷效应显著。

表3 各处理琯溪蜜柚不同年份果实单果重(kg)Table 3 Single fruit weight of Guanxi pomelo in each treatment across the years

2.2.2 果皮厚度 氮磷减量施肥对果皮厚有显著影响(表4)。2016年，各处理果皮厚平均为14.04 mm，氮、磷对果皮厚的交互效应显著，N2P3及习惯施肥处理果皮较厚，N2P2、N2P1、N1P3处理果皮较薄，分别较N3P3、N2P3处理显著下降。2017年，各处理果皮厚平均为14.48 mm；氮及氮、磷交互效应达到极显著水平，减氮30%及减磷显著降低果皮厚度，N2P2、N2P1处理果皮厚显著低于其他处理，习惯施肥处理果皮最厚。2018年，各处理果皮厚平均为14.73 mm，氮磷减量不同程度降低了果实果皮厚，以习惯施肥和N2P1处理果皮最厚，而N2P2处理果皮较薄且显著低于习惯施肥和N2P1处理。2019年，各处理果皮厚平均为13.38 mm；氮、磷及其交互效应均极显著，减施氮肥60%显著增加果皮厚而减施磷肥35%则显著降低果皮厚，以N2P2处理果皮最薄，显著低于其他处理，以N1P3处理果皮最厚，显著高于其它处理。2020年，各处理果皮厚平均为14.65 mm；N1P2处理果皮最薄，显著低于N3P3处理，习惯施肥处理果皮最厚。因此，氮减量30%降低了果皮厚，5年的下降幅度为6.42%～18.95%；磷减量35%显著降低了果皮厚，5年的下降幅度为7.24%～15.14%。

表4 各处理琯溪蜜柚不同年份果皮厚度 (mm)Table 4 Guanxi pomelo peel thickness in each treatment across the years

2.2.3 可溶性固形物 表5表明，2016年，各处理果实可溶性固形物含量平均为8.85%，氮磷减量施肥的所有处理均增加了果实可溶性固形物含量，增加幅度为3.06%～15.77%；氮及氮、磷交互效应均达到极显著水平，中氮水平各处理果实可溶性固形物含量均高于高氮、低氮处理，其中N2P2处理可溶性固形物含量最高。2017年，各处理果实可溶性固形物含量平均为9.65%；氮对果实可溶性固形物的效应达到显著水平，氮磷减量施肥的所有处理均不同程度增加了果实可溶性固形物含量，增加幅度为0.54%～8.58%，同样以N2P2处理可溶性固形物含量最高。2018年，各处理果实可溶性固形物含量平均为10.09%，除N1P2外，其他各处理较习惯施肥可溶性固形物含量均有不同程度增加，氮及氮、磷交互效应分别达到极显著、显著水平，氮肥减施30%显著增加可溶性固形物含量，N2P2处理可溶性固形物含量最高。2019年，各处理果实可溶性固形物含量平均为9.48%；氮对可溶性固形物的效应显著，氮减量处理可溶性固形物均高于习惯施肥，磷及氮、磷交互效应为极显著，P2处理显著增加可溶性固形物含量，N2P2处理可溶性固形物含量最高。2020年，各处理果实可溶性固形物含量平均为9.03%；氮对果实可溶性固形物的效应显著，N1水平显著增加可溶性固形物含量，N1P2和N1P1处理可溶性固形物含量较高。总之，连续4年氮减量30%使果实可溶性固形物含量增加，增加幅度为5.36%～16.95%；连续5年氮减量60%均使果实可溶性固形物含量增加，幅度为2.04%～10.31%；第3～5年(2018—2020年) 磷减量35%和70%均增加果实可溶性固形物含量，最大增幅为13.07%；连续5年氮对果实可溶性固形物的效应达极显著或显著水平，氮磷交互效应大多显著，说明果实可溶性固形物含量明显受氮及氮磷交互作用调节。

表5 各处理琯溪蜜柚不同年份可溶性固形物含量(%)Table 5 Total soluble solids content of Guanxi pomelo fruit in each treatment across the years

2.2.4 可滴定酸含量 表6表明，2016年，各处理果实可滴定酸含量平均为0.41%，各处理可滴定酸含量在0.39%～0.43%，除N2P1处理和N1P2处理，其他处理较习惯施肥果实可滴定酸含量均小幅增加。2017年，各处理果实可滴定酸含量平均为0.41%，氮磷减量施肥各处理果实可滴定酸含量均有不同程度降低，磷对可滴定酸含量的效应显著，磷减量35%显著降低果实可滴定酸含量。2018年，各处理果实可滴定酸含量平均为0.49%，中氮水平3个处理果实可滴定酸含量均高于低氮水平处理，其中以N2P3处理可滴定酸含量最高。2019年，各处理果实可滴定酸含量平均为0.71%，氮、磷对果实可滴定酸的效应均极显著，氮减量和磷减量35%均降低果实可滴定酸含量，习惯施肥处理可滴定酸含量最高。2020年，各处理果实可滴定酸含量平均为0.65%，氮磷减量施肥各处理可滴定酸含量均有不同程度增加，其中N1P2和N1P1处理可滴定酸含量较高。总之，氮减量及磷减量35%使第2～4年 (2017—2019年)可滴定酸降低，降低幅度为7.84%～12.05%，适宜的磷水平可以明显降低果实可滴定酸含量。

表6 各处理琯溪蜜柚不同年份可滴定酸含量(%)Table 6 Titratable acid content in Guanxi pomelo fruit of each treatment in different years

2.2.5 固/酸 表7表明，2016年，各处理果实固/酸平均为22.02，氮磷减量施肥的所有处理均不同程度提高了果实固/酸，尤以N2P1处理果实固/酸最高。2017年，各处理果实固/酸平均为23.66，磷对果实固酸的效应显著，磷减量35%显著提高果实固/酸，以N2P2处理果实固/酸最高。2018年，各处理果实固/酸平均为20.73，氮磷减量施肥的所有处理均提高了果实固/酸，磷及氮、磷交互效应分别达到显著和极显著水平，中磷处理果实固/酸高于高磷、低磷处理，以N2P2处理果实固/酸最高。2019年，各处理果实固/酸平均为13.74，较前几年明显降低，氮磷减量施肥的所有处理均不同程度提高了果实固/酸，氮、磷对果实固/酸效应分别达显著、极显著，磷减量35%显著提高果实固/酸，N2P2和N1P2处理果实固/酸较高并高于其它处理。2020年，各处理果实固/酸平均为14.09，氮磷减量施肥的所有处理均不同程度降低了果实固/酸。总体而言，氮减量30%、磷减量35%连续4年提高了果实固/酸，幅度分别为5.12%～24.10%、0.82%～22.21%，尤其是适宜的磷用量如磷减量35%对提高果实固/酸效应显著。

表7 各处理琯溪蜜柚不同年份固/酸Table 7 Solid acid ratio of Guanxi pomelo fruit in each treatment across the years

2.2.6 维生素C含量 表8表明，试验第1年(2016年)，各处理果实维生素C含量平均为19.89 mg/100 g，除N1P2处理外，其他处理果实维生素C含量均比习惯施肥处理有不同程度增加，尤其是N2P2处理果实维生素C含量最高，比习惯施肥处理增加8.19%。2017年，各处理果实维生素C含量平均为18.40 mg/100 g，氮磷减量施肥所有处理均增加果实维生素C含量，增加幅度为5.89%～24.46%；氮、磷对果实维生素C含量的效应显著，表现为果实维生素C含量随着氮减量而增加，中磷(P2)处理降低，N1P1处理显著高于其他处理。2018年，各处理果实维生素C含量平均为16.77 mg/100 g，氮磷减量施肥所有处理均使果实维生素C含量增加，氮、磷及其交互效应分别达到显著和极显著，表现为果实维生素C含量随着氮减量而增加，N2P2处理高于其他处理。2019年，各处理果实维生素C含量平均为17.43 mg/100 g，除N1P1处理外，其他处理果实维生素C含量均比习惯施肥处理有不同程度增加；氮对果实维生素C含量的效应显著，氮减量30%增加果实维生素C含量，中氮(N2)处理均高于低氮(N1)处理，中磷(P2)处理均高于高磷(P3)、低磷(P1)处理，N2P3和N2P2处理果实维生素C含量较高。2020年，各处理果实维生素C含量平均为19.41 mg/100 g，除N2P2处理外，其他氮磷减施处理果实维生素C含量均比习惯施肥有不同程度增加，氮对果实维生素C含量的效应显著，低氮处理均高于高氮、中磷处理，其中N1P2处理果实维生素C含量最高。总之，氮减量尤其是减量30%可增加果实维生素C含量，增幅为2.18%～14.18%，且第2～5年(2017—2020年)氮效应显著，说明果实维生素C含量明显受氮肥水平调节。

表8 各处理琯溪蜜柚不同年份维生素C含量(mg/100 g)Table 8 Vitamin C content in Guanxi pomelo fruit in each treatment across the years

2.3 连续5年氮磷减量影响琯溪蜜柚果实品质的综合评价

对琯溪蜜柚果实单果重、果皮厚、可溶性固形物、可滴定酸、固酸比和维生素C共6个品质指标进行主成分分析，计算得到各年份不同处理果实品质的综合得分(表9)，氮减量30%、磷减量35%(N2P2)处理果实连续4年得分排名第一，氮减量60%、磷减量35% (N1P2)处理果实第5年得分排名第一，而习惯施肥 (N3P3)处理果实品质连续5年均较差。因此，总体而言，氮、磷肥减量施用能够提升果实的综合品质，其中以氮减量30%和磷减量35%为最佳。

表9 各处理不同年份果实品质综合得分Table 9 Fruit quality comprehensive score of each treatment across the years

3 讨论

柑橘是我国南方地区栽培面积最广、经济地位最重要的果树[11]，近年来发展迅速。本研究团队[4,12]调查表明，我国各省市柑橘主产区氮、磷、钾肥年均用量分别为383～913、258～695和303～724 kg/hm2，氮、磷、钾肥过量施用面积占比分别为57.30%、76.60%和69.10%，其中以琯溪蜜柚为主的福建产区氮、磷、钾年均用量分别为1110、871、936 kg/hm2，更是远远超过树体实际需肥量，说明我国柑橘园过量施肥问题既严重又普遍。过量施肥不仅加剧果园土壤酸化、树体养分失调，还会引发水体富营养化、地下水硝酸盐污染等问题[13–14]，尤其是过量施肥诱发树体养分失调而导致果实品质和产量下降[15]。平和县琯溪蜜柚果园氮、磷肥过量施用的种植户分别有34.56%和66.65%[16]，土壤磷素高风险果园达50.5%、中风险果园达12.2%[17]。调查结果显示，平和县琯溪蜜柚年平均施用N 1.60 kg/plant、P2O51.25 kg/plant，参考标准上限 N 1.1 kg/(plant·a)、P2O50.6 kg/(plant·a)，氮、磷肥减量施用的潜力分别达31.2%和52.0%。因此，氮、磷肥减量施用，既是柑橘产业提质增效又是生态环境安全急需解决的问题。

本研究始于2016年，第1年的结果说明，减少氮、磷用量甚至分别减少60%、70%，都没有导致琯溪蜜柚减产，反而具有增产和明显改善果实品质的效果[9]。本研究综合分析连续5年试验结果，连续5年氮减量30%和磷减量35%或减量70%均未导致果实产量显著下降，氮减量60%的果实产量自第2年(2017年)开始有所下降，氮减量同时磷减量70%反而增加果实产量。王志超[18]报道氮减量22.5%使蜜桃得到最高产量，杨莉莉等[8]报道氮减量25%使红富士苹果产量增加，张洋等[19]报道氮减量30%丝瓜可以增产10.09%。由此说明，针对过量施肥，氮、磷适度减少用量和调节比例都具有“减肥增产”的效果，特别是过量施肥严重的琯溪蜜柚果园，连续多年氮、磷适度减少用量和调节比例依然具有“减肥增产”的效果。

过量施肥还导致果实品质下降，如氮肥过量导致椪柑果实粗皮大果[20–21]，磷肥过量诱发植物缺素症而引起果实皱皮[22]。本研究结果表明，连续5年氮减量30%、磷减量35%均显著降低了果皮厚；连续4年氮减量30%、连续5年氮减量60%以及第3～5年(2018—2020年)磷减量35%和70%均显著增加果实可溶性固形物含量，且氮、磷协同效应显著；氮减量及磷减量35%使第2～4年(2017—2019年)可滴定酸含量降低，意味着氮减量和磷适宜可以显著降低果实可滴定酸含量；氮减量尤其是减量30%还提高果实维生素C含量；氮减量30%、磷减量35% (N2P2)处理果实品质连续4年综合得分最高，氮减量60%、磷减量35% (N1P2)处理果实品质第5年综合得分最高，而习惯(N3P3)施肥果实品质连续5年综合得分较低。减量施肥，提高了果实可溶性糖、维生素C等含量，改善了蕉柑[23]、番茄[24]、蜜柚[25]、香蕉[26]等果实品质。氮减量使椪柑果实可溶性固形物含量增加、固酸比提高[27]，南丰蜜橘果实维生素C含量随着氮用量提高先增加后减少[28]，氮素与果实有机酸含量呈负相关[29]；磷减量20%～40%显著增加苹果果实可溶性固形物含量和固酸比[14]，柑桔[30]、梨[31]等有类似结果。因此，针对柑橘氮、磷过量施用普遍，尤其是琯溪蜜柚果园过量施用严重，连续多年氮、磷适度减少用量和调节比例更具有“减肥提质”的效果。

4 结论

连续4年减施氮量30%，果实产量增加且果皮厚度降低，可溶性固形物和维生素C含量、固/酸增加，连续5年减施磷量35%～70%，不会引起果实产量下降。因此，连续5年氮、磷适度减少用量和调节比例，既能够“减肥增产”，又能够“减肥提质”。其中，氮减量30%、磷减量35%，即N 1.12 kg/(plant·a)、P2O50.85 kg/(plant·a)，配合施 K2O 1.40 kg/(plant·a)，连续5年果实产量、品质俱佳。但长期适宜的氮、磷投入量还需要进一步研究。