不同施肥处理对核桃产量品质及土壤肥力的影响

张 倩 翟梅枝 杜天宇 问 宏 贺海耘 计雅男 庞俊倩

（1. 西北农林科技大学林学院，陕西省核桃工程技术研究中心，陕西 杨陵 712100；2. 西北农林科技大学资源与环境学院，陕西 杨陵 712100）

核桃（Juglans regia）为胡桃科胡桃属植物，核桃产业是全国优先规划重点扶持的优势特色经济林产业之一[1]。我国是核桃生产大国，栽培面积和总产量均居世界第一。近年来，由于价格不稳定且总体偏低，以及农村劳动力转移等原因，导致我国核桃园土肥水管理不到位，土壤肥力不高、核桃产量低、质量参差不齐，严重制约了核桃产业的发展[2-3]。施肥是影响土壤养分供应，核桃产量品质的关键因素之一[4]，但由于管理粗放、不施肥或仅施用化肥，严重影响了核桃产量和品质，降低了核桃园土壤肥力。同时，不施肥导致土壤养分失衡、产量品质下降；长期不合理施用化肥则影响土壤细菌生长，打破微生物生态平衡[5]，引发区域环境污染等一系列问题。因此，科学有效施肥对核桃产业可持续发展具有重要意义。

有机肥养分全面，在改善土壤孔隙度、土壤有机碳矿化作用的同时，促进了土壤微生物代谢繁殖，优化土壤根系环境；生物有机肥除具有普通有机肥的优点，其所含有益菌还可调节土壤微生物结构，进而维持土壤微生态平衡[6]，而化肥分别与普通有机肥、生物有机肥的组合配施在促进植物养分吸收积累，提高肥料利用率，改善果实品质等方面具有重要作用[7-9]。王峰等[10]研究商品有机肥配施化肥对甘肃高寒阴湿地区核桃生长和坚果品质的影响，结果表明有机无机肥配合施用对核桃叶片中氮、磷、钾、钙、镁等5种矿质营养元素，以及核桃坚果重量和大小等均具有显著的促进作用。杨文忠等[11]研究发现配施有机肥是提高核桃种仁蛋白质、脂肪和氨基酸含量的重要技术措施，同时还可有效改善核桃园内土壤有机质、速效养分的含量。李鸣[12]、张婷婷[13]研究表明，同常规施化肥的核桃园相比，配施生物有机肥在调控核桃仁营养品质等方面作用显著，与此同时可提高核桃产量，改善核桃叶片养分积累。

陕西省是我国核桃主要产区之一，地处北亚热带向暖温带、温带过渡的气候区。该主产区核桃施肥多为单施化肥或者基本不施肥，针对长期施肥及多种肥料配施对核桃产量、品质及土壤肥力影响的相关研究较少。本研究以陕西主栽核桃品种‘香玲’为试材，研究不同施肥处理对核桃产量、品质及土壤肥力的影响，以期筛选出适宜配肥方案，为核桃园合理施肥、提高产量品质和土壤肥力提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于陕西省山阳县西农大核桃试验基地（109.91°E，33.55°N）内。山阳县属亚热带季风性半湿润山地气候，年均气温13.1℃，平均日照2 134 h，无霜期207 d，年降水量709 mm。试验区土壤为红黏土，地势平坦，肥力中等偏下，2013年测定土壤pH 7.25，有机质10.34 g/kg，速效氮8.66 mg/kg，有效磷6.96 mg/kg，速效钾118.05 mg/kg。

1.2 供试肥料

生物有机肥：有效活菌数0.2亿/g，有机质含量为40%，水分含量30%，pH 6.0～7.5；有机肥，有机质含量30%、蛋白质含量30%、氨基酸含量12%、钙含量10%；复合肥N∶P2O5∶K2O质量比为18∶18∶18。

1.3 试验设计及试验过程

供试核桃树为8年生早实核桃‘香玲’，株行距为5 m×6 m，核桃南北行向定植，树势均匀。研究共设置5个处理：不施肥（CK）；单施化肥（F）；化肥+有机肥配施（F+M）；化肥+生物有机配施（F+B）；化肥+有机肥+生物有机肥配施（F+M+B）。重复3次，处理小区面积296 m2。该施肥试验从2014年开始，每年在核桃采收后，10月底前1次性施入，施用前将不同配比的肥料混匀施入条形沟内（1.5 m×0.3 m×0.4 m），并与表土混合均匀后覆土。其他肥水管理和农事管理相同。具体施肥试验设计见表1。

表 1 施肥试验方案Table 1 Fertilization test program kg/(hm2·a)

1.4 测量指标及方法

1.4.1 核桃单株产量的测定

核桃成熟后，从不同处理的试验树上分别采果，进行结果数、总质量、平均单果质量、干果质量、仁质量以及出仁率的测定计算，分析不同施肥处理对香玲核桃树产量的影响。

1.4.2 核桃坚果经济性状的测定

核桃坚果样品于2019年9月10日采集，选取长势一致、无病虫害的单株，在每株树冠上、中、下3层的内膛和外围，分别随机选取5个果实，共计30个样果。待果实离皮时去青皮，自然晾干后备用[14]。

以电子天平（精确到0.001 g）称单果质量和单个核仁质量，计算平均单果质量和核仁质量；以游标卡尺测量每个坚果的纵径、横径和缝合线径，计算坚果三径平均值。

1.4.3 核仁营养成分的测定

含油量采用索氏提取法测定；脂肪酸含量采用气相色谱分析法测定[15]；蛋白质用凯氏定氮法[16]测定；氨基酸含量用氨基酸分析仪测定，参照GB 5009.124—2016[17]方法进行；矿质元素磷、钾、铁、锌、锰采用原子吸收分光光度计法测定。

1.4.4 土壤化学性质及土壤微生物数量的测定

2019年9月核桃采收后，在每个处理区采集（0～20 cm）土壤，除去包括石砾在内可见碎片后，过筛用于土壤基本理化性质测定。土壤有机质、碱解氮、速效磷、速效钾等土壤基本理化性质测定参照《土壤农化分析》[18]进行。土壤微生物数量采用稀释平板涂抹培养计数法分析。细菌采用牛肉膏蛋白胨培养基、放线菌采用改良高氏一号培养基、真菌采用PDA培养基[19]培养。

1.5 数据处理

采用Microsoft Excel 2010、SPSS 25.0软件进行数据分析，用Origin 27.0绘图。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对核桃坚果经济性状的影响

由表2可知，4种施肥处理对核桃单果质量的增加有不同程度的促进作用，其中F+B和F+M+B单果质量与CK、F差异显著（P＜0.05），F+M+B与CK、F、F+M、F+B相比，单果质量分别增加1.32、1.03、0.63、0.21 g。F+M+B核 仁 质 量最大；CK核仁质量最小，仅为F+M+B的87.10%；化肥配施有机肥或生物有机肥，处理间核仁质量差异不显著（P＜0.05）。从出仁率来看，也以F+M+B最大，且与其他施肥处理差异显著（P＜0.05），分别较F和CK高出7.32%、9.24%。F+M出仁率＞ F+B的出仁率，这可能是与F+B的核桃壳厚有关。就三径均值而言，F+M+B与CK、F、F+M、F+B差异显著（P＜0.05）；其中F+M+B三径均值最大，较CK、F、F+M、F+B分别增加2.50、1.95、1.35、1.00 mm。说明施肥处理的核桃树，坚果均大于不施肥的；同为施肥处理，肥料种类不同也影响核桃坚果大小。

表 2 不同施肥处理对核桃坚果经济性状的影响Table 2 Effects of different fertilization treatments on economic characters of walnut

2.2 不同施肥处理对核桃产量的影响

由表3可知，2015年核桃单株产量处理间差异显著（P＜0.05）。F、F+M、F+B、F+M+B与CK相比，分别增加86.36%、90.91%、50.00%和113.64%。随施肥年限的增加，2017年核桃产量不断提高，F、F+M、F+B、F+M+B均显著高于CK （P＜0.05），分别增产104.35%、100.00%、143.48%、143.50%。与2015年、2017年相比，2019年核桃产量出现大幅度上升。就施化肥而言，产量分别是2015年和2017年的2.48倍、2.15倍。3种肥料配施，2019年较2015年和2017年产量分别提高645、555 kg/hm2。这可能是树体进入盛果期，加之2018年倒春寒树体积蓄营养多使其出现大幅度增产。

表 3 不同施肥处理对核桃产量的影响Table 3 Effects of different fertilization treatments on walnut yield

随化肥分别配施有机肥、生物有机肥以及3种肥料混合配施，核桃单株产量呈增长趋势。与CK相比，2019年各处理的增产幅度依次为F+M+B＞ F+M＞ F+B＞ F，F+M+B增产率最高，为增产率最低F的1.22倍。与仅施化肥的F相比，其他施肥处理的增产幅度依次为F+M+B＞ F+M＞ F+B，其中F+M+B增产率最高，为增产率最低F+B的9.45倍。由此说明，F+M+B对提升核桃产量而言，是适宜的施肥处理。

2.3 不同施肥处理对核仁营养品质的影响

2.3.1 对含油量和脂肪酸含量的影响

由表4可知，不同施肥处理对核桃含油量和不饱和脂肪酸含量均有不同程度的影响。两者的含量均以F+M+B最高，其次为F+BM，它们分别比CK增加了3.52%、1.58%和2.93%、1.48%。从油酸、亚油酸和亚麻酸含量来看，施肥处理有利于降低单不饱和脂肪酸中油酸含量，有利于增加多不饱和脂肪酸亚油酸和亚麻酸的含量。

表 4 不同施肥处理对核桃含油量和脂肪酸的影响Table 4 Effects of different fertilization treatments on oil content and fatty acid in walnut %

2.3.2 对蛋白质和氨基酸含量的影响

由表5可知，不同施肥处理对蛋白质及氨基酸的含量均有不同程度的影响，其中F+M+B蛋白质最高，与CK和F差异显著（P＜0.05），F+M蛋白质含量仅次于F+M+B。其中F蛋白质含量最低，这可能是长期施化肥导致土壤氮、磷元素含量积累过多、土壤养分失衡，抑制核桃根系对营养元素的吸收利用，从而降低核桃产量。配施生物有机肥可显著提高核桃氨基酸含量（P＜0.05）；F+M+B氨基酸总量仍为最高，且与其他施肥处理差异显著（P＜0.05），较不施肥相比，增加了0.60%。就蛋白质和氨基酸含量而言，F+M+B是最适宜的施肥处理。

表 5 不同施肥处理对核仁蛋白质和氨基酸的影响Table 5 Effects of different fertilization treatments on nucleolar protein and amino acids %

亮氨酸、缬氨酸、苯丙氨酸等都是人体必需氨基酸，对亮氨酸来说，4种施肥处理含量依次为F+M+B＞F+B＞F+M＞F；F+M+B亮氨酸含量为不施肥的1.05倍，是单施化肥的1.04倍。F+M+B谷氨酸含量最高，与CK、F、F+M、F+B、F+M+B相比分别增加2.53%、2.82%、1.11%和0.83%。F+M和F+M+B缬氨酸含量较高，分别为不施肥的1.36倍和1.04倍，且与其他施肥处理间差异显著（P＜0.05）。

2.3.3 对核仁微量元素含量的影响

由图1可知，不同施肥处理核仁微量元素含量差异显著（P＜0.05）。不同施肥处理微量元素含量大小为P＞K＞Mn＞Fe＞Zn，其中人体必需微量元素Zn、Fe含 量 分 别 为21.28～25.17、29.51～34.94 mg/kg。与CK相比，F+M、F+M+B可显著提高核仁Mn、P、Zn的含量（P＜0.05），且F+M的Mn、Zn含量最高。与F相比，F+M+B核仁K、Fe元素含量最高，分别为4 070、34.90 mg/kg，增幅为4.63%、18.30%。

图 1 不同施肥处理核仁微量元素含量Fig. 1 Nucleolus trace element content in different fertilization treatments

2.4 不同施肥处理对土壤养分和微生物量的影响

从表6可知，不同施肥处理中，土壤含水率仅CK和其他处理间存在显著差异（P＜0.05）。与CK相比，F、F+M、F+B、F+M+B土壤含水率增加了6.42%、8.45%、9.39%、13.66%，有机质含量增加了39.46%、63.25%、87.04%、90.02%。CK速效氮含量最小，仅为F+M+B的74.52%。土壤有效磷含量F+M+B最大，与CK、F、F+M差异显著（P＜0.05）。对于土壤速效钾而言，F+M+B含量是F的1.22倍。

表 6 不同施肥处理对土壤养分的影响Table 6 Effects of different fertilization treatments on soil nutrients

由表7可知，不同施肥处理的土壤微生物群落结构差异显著（P＜0.05），细菌、放线菌、真菌数量均呈现F+M+B＞F+B＞F+M＞F＞CK。土壤细菌数量F+M+B为CK的2.81倍。F+M+B土壤放线菌分别是CK、F、F+M、F+B、F+M+B的1.60倍、1.35倍、1.28倍和1.10倍，且与F差异显著（P＜0.05）。此外，真菌较细菌和放线菌而言，数量最少，F+M+B真菌数量分别是CK、F、F+M、F+B的2.40倍、2.23倍、1.88倍和1.03倍。就细菌/真菌（B/F）值而言，各处理依次为F+M＞F+M+B＞F＞F+B＞CK，F+M的B/F值最高，这可能是有机肥的施入缓解了土壤酸化，加快土壤酶促反应进程，促使土壤微生物对空间和营养产生有益竞争，进而抑制了部分致病真菌的生长。

表 7 不同施肥处理对土壤微生物数量的影响Table 7 Effects of different fertilization treatments on the number of soil microorganisms

2.5 核桃产量与品质、土壤养分的相关性分析

由图2可知，产量与单果质量、仁质量、三径均值和氨基酸总量等物理及营养指标间均存在正相关，且相关系数均大于0.80。核仁油酸与产量及其构成因子间存在显著负相关关系（P＜0.05）。各微量元素与产量及其物理指标间相关关系较弱，相对于其他微量元素而言，微量元素Fe的含量与产量及各物理、营养指标间显著相关（P＜0.05）。

由图3可知，产量与土壤养分（除真菌外）间均存在显著相关关系（P＜0.05），其中与土壤速效养分以及可培养微生物数量（细菌和放线菌）呈极显著相关（P＜0.01），相关系数高于0.96。土壤速效养分（氮磷钾）与细菌和放线菌间相关关系均达到0.90以上，与真菌间相关关系较弱，且真菌与产量以及其他土壤养分指标间相关关系为0.84～0.90。

图 2 产量与品质的相关性分析Fig. 2 Correlation analysis of yield and quality

图 3 产量与土壤指标的相关性分析Fig. 3 Correlation analysis of yield and soil indicators

3 结论与讨论

科学合理施肥能显著改善土壤的肥力状况，有利于果树产量品质的提质增效。本研究结果表明：与CK相比，F+M、F+B和F+B+M可显著提高核桃产量，且产量依次为F+B+M＞F+M＞F+B，分别较CK增加了100.1%、86.5%、84.7%。且各施肥处理随时间的延长核桃产量逐年增加。这与Zheng等[20]的研究结果相似。增产的原因可能是，一方面施入生物有机肥后土壤微生物的活跃度增加，促进了土壤有机质的分解和养分的转化，给果树生长提供大量所需营养元素，同时又通过调节土壤中的微生态环境，满足了果树各个生育期对矿质养分的吸收利用，从而提高核桃产量；另一方面，随土壤有机质含量的增加，土壤中固氮、硫化、氧化等作用进程加快，使土壤中部分难溶性养分得以分解释放，增加了土壤中矿质养分含量的积累，为核桃生长发育提供充足的矿质元素从而提高产量。杨瑞平等[21]也有类似研究，结果表明，羊厩肥与化肥混合配施，可显著改善马铃薯地上茎叶和地下块茎的干物质积累量，增产效果明显。李鸣[12]研究发现，养分含量高的土壤可显著改善叶片氮磷钾含量、光合速率和气孔导度，增加碳的积累，稳定果实干物质，从而提高核桃产量。本研究相关性分析也表明，土壤有效养分含量（氮、磷、钾）与核桃产量呈极显著相关。除氮、磷、钾等大量营养元素外，中微量元素（Ca、Mg、Fe、Zn）对果树产量品质也有至关重要的影响，平衡好土壤供肥与果树需肥的供需关系，能促进土壤中大量元素与中微量元素结合，满足果树整个生育期对各种养分的需求，从而达到高产优质的目的[22]。本研究也显示，F+B+M和F+M改善果实品质的效果较其他施肥处理显著。与CK 相比，F+B+M核仁中K、Fe元素含量最高，增幅为4.63%、18.30%；F+M的Mn、Zn含量最高，这与Mao等[23]研究结果一致。此外，核仁中的不饱和脂肪酸及各种氨基酸是衡量核仁营养价值的重要指标。不饱和脂肪酸和人体自身不能合成且必需的氨基酸含量越高，核仁营养品质越好[24]。本研究中，F+M、F+B和F+B+M能显著提高核仁不饱和脂肪酸含量，降低单不饱和脂肪酸油酸含量，增加多不饱和脂肪酸亚油酸和亚麻酸的含量，这与Verardo等[25]研究结果类似。可能是由于受土壤因素（养分利用率、土壤结构及微生物）和环境因素相互作用的影响所致。综上认为，配比施入化肥、有机肥和生物有机肥为不同生育期核桃树体提供均衡营养，从而提高核桃产量、改善核仁品质。

土壤氮、磷、钾元素的吸收利用率是果树生长发育过程中最重要的增长限制因素，同时也是评价土壤肥力的主要养分指标[26]，其含量的大小主要受土壤有机质和微生物活性的影响。土壤有机质是土壤肥力最重要的基础物质，也是植物营养的主要来源之一，对植物生长发育和土壤物理性质的改善具有重要作用。生物有机肥中不仅含有可供土壤转化吸收的大量有机质，还含有丰富的有益微生物菌群，其肥效持久，能促进土壤微生物生长繁殖，加快土壤中有机养分的矿化过程，从而提高土壤肥力。大量施肥研究结果显示，无论施化肥还是有机肥对土壤肥力均有一定的提升作用，但化肥与有机肥混合配施对土壤肥力的提升作用更为显著。本研究结果与前人研究结果[27]一致。F+M、F+B、F+B+M土壤有机质含量均显著增加，其中F+B+M和F+B对土壤有机质含量的改善效果最优，分别提高了90.02%、87.04%；而F+M仅提高了63.25%，其他处理土壤有机质未发生明显变化。分析原因可能是，一方面施入生物有机肥能直接补充土壤所需有效养分，增加了土壤有机质；另一方面，混合施肥通过促进土壤大团聚体内微团聚体的形成及微生物的繁殖，调节土壤与肥料养分的释放强度和速率，增加了土壤有机质。施河丽等[28]通过研究不同肥料配施发现，施入有机无机肥料后土壤有机质及其他基本理化性质均显著增加，同时有提高土壤细菌多样性的趋势；通过相关性分析表明，土壤pH、碱解氮、速效钾是影响土壤细菌群落结构的重要因子。本研究结果表明，土壤细菌、真菌、放线菌数量均呈现F+M+B＞F+B＞F+M，F+M+B，土壤细菌、真菌数量分别是CK的2.81倍和2.40倍；说明土壤微生物群落组成受土壤养分的影响较大，且微生物种群数量随土壤有机质含量的增加而增加。通过相关性分析来看，不同施肥处理间微生物种群的数量与土壤速效氮、速效磷、速效钾呈显著正相关。这是由于有机无机肥料混合配施直接提供土壤有效养分，增加土壤有机质，使土壤微生物群落活性逐渐增强，这就为土壤养分循环提供了更多腐殖质和有机物，使土壤中可被植物吸收的有效养分逐渐趋于稳定，从而提高核桃的产量品质。这与张迎春等[29]的研究结果一致。

有机肥与化肥混合施入对8年生核桃的产量品质和土壤肥力以及微生物群落的组成有较大的影响。随施入土壤有机质含量的增加，核桃仁养分、单果质量、三径均值增加，土壤速效养分含量及微生物数量显著增加，在F+B+M表现最佳。综合分析认为，F+B+M配施下，核桃增产效果显著，品质最佳，核桃土壤养分、微生物数量最高。