有机肥替代化肥对玉露香梨生长及果实品质的影响

罗园园 陈萍 尹志荣 杨洋 马玲芳

摘要  为筛选出适宜玉露香梨生长及提质的最优施肥处理，采用主成分分析的评价函数确定常规测土配方施肥处理（T1）、有机肥替代25%（T2）、50%（T3）、75%（T4）的化肥氮和单施有机肥（T5）5 个处理对玉露香梨生长及品质指标的影响。结果表明，前 2 个主成分的累计贡献率达90.946%。第一主成分占70.492%的累计贡献率，可溶性糖、可溶性固形物是改善果實品质的主要指标；第二主成分（F2）占 20.454%的累计贡献率，其中果实纵径占比最高。结合 PCA 综合评价，有机肥替代化肥氮50%处理果实品质综合得分最高。可见，T3处理是促进玉露香梨生长及提质的最佳处理。

关键词  有机肥替代化肥；玉露香梨；主成分分析；果实品质

中图分类号  S661.2  文献标识码  A  文章编号  0517-6611（2024）01-0155-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.01.034

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Effect of Organic Fertilizer Replacing Chemical Fertilizer on the Growth and Fruit  Quality of Yuluxiangli

LUO Yuan-yuan1，  CHEN Ping1， YIN Zhi-rong2  et al

（1. Agricultural Technology Extension and Service Center of Ningxia Agricultural Reclamation， Yinchuan， Ningxia  750004；2. Institute of Agricultural Resources and Environment，Ningxia Academy of Agriculture and Forestry，Yinchuan，Ningxia  750004）

Abstract  In order to screen the best fertilization treatment for the growth and quality improvement of Yuluxiangli. In this experiment， the evaluation function of principal component analysis was used to determine the effects of conventional soil testing formula fertilization treatment （T1）， organic fertilizer replacement of 25% （T2）， 50% （T3）， 75% （T4） of chemical fertilizer nitrogen and single application of organic fertilizer （T5） on the growth and quality of Yuluxiangli. The results showed that the cumulative contribution rate of the first two principal components reached 90.946%. The first principal component reached 70.492% of the cumulative contribution rate. Soluble sugar and soluble solids were the main indicators to improve fruit quality; The second principal component （F2） accounted for 20.454% of the cumulative contribution， and the vertical diameter of the fruit accounted for the highest proportion. Combined with the comprehensive evaluation of PCA， the treatment of organic fertilizer replacing 50% of chemical fertilizer nitrogen had the highest comprehensive score of fruit quality. It can be seen that T3 treatment is the best treatment to promote the growth and quality of Yuluxiangli.

Key words  Organic fertilizer replacing chemical fertilize;Yuluxiangli;Principal component analysis;Fruit quality

基金项目  宁夏回族自治区农业科技自主创新资金（NGSB-2021-11-02）。

作者简介  罗园园（1994—），女，陕西榆林人，农艺师，硕士，从事测土配方与化肥减量研究。

*通信作者，高级农艺师，硕士，从事养分高效利用与土壤培肥研究。

收稿日期  2023-02-01

梨树是我国第三大果树栽培树种，仅次于苹果和柑橘，种植面积和产量占世界梨树总面积和总产量的70%左右，且每年呈动态增长趋势［1］。玉露香梨以其皮薄肉细、酥脆甘甜、香气浓郁、易储存的特点，在众多梨树品种中脱颖而出，备受广大消费者青睐［2-3］。近年来因其优质的果实品质受到了国内外的认可，已经出口到美国等国家，成为国际市场的新宠［4-6］。在国内多地广大果农也积极引种，连年获得高产，成为农民主要经济收入来源之一［7］。

在玉露香梨生产中，多数果农为追求高产，凭借经验随意施用以尿素为主的氮肥，造成树体和土壤营养不均衡［8］，影响果园的土壤肥力，制约梨果的产量与品质。研究表明，增施有机肥，可以提高土壤有机质，改善果实品质［9］。宋金龙［10］在库尔勒香梨上研究发现，与常规施肥处理相比，采用部分有机肥替代化肥技术能够显著提高单株产量、改善其果实品质。肖时运等［11］指出，减少氮肥施用量，不仅不会对农作物产量带来影响，还可提高维生素 C、可溶性糖等品质指标。杜春燕［12］研究表明，有机肥部分替代化肥可提高苹果与樱桃中的可溶性固形物、可溶性糖和维生素Ｃ含量。卢精林等［13］研究表明，与单施有机肥或化肥相比，有机肥与化肥配施能有效提高苹果梨的产量和果实品质。因此，采用有机肥替代化肥技术对改善土壤肥力、提高果实产量、优化果实品质方面具有重要意义。

研究表明，有机肥部分替代化肥是提高果实品质的重要措施。但有机肥替代化肥的比例仍是目前存在的科学问题，也是阻碍该技术在果园生产中大量推广的技术瓶颈。为了提高肥料利用率，降低化肥过量投入，减少面源污染。笔者开展有机肥部分替代化肥的施肥试验，采用主成分分析法，旨在为果园生产探索出适宜的施肥处理，为宁夏地区果农合理施肥提供理论依据。

1  材料与方法

1.1  试验地概况

试验于2021年4月中旬在宁夏农垦平吉堡生态庄园玉露香梨园进行（坐落在银川市西夏区平吉堡现代农业示范园区内，106°02′E，38°25′N）。果园平均海拔1 100 m，年均气温8.4 ℃，年均降水量198 mm，年日照时数2 969 h。试验区内地条平整，排灌通畅，具有生产优质经济林果实的生态资源优势。试验前采集0～20、20～40、40～60 cm土层土壤样品，测定土壤基本理化性状见表1。

1.2  试验材料

品种为3年生“玉露香梨”幼树，第一年挂果，树形为疏散分层形。试验选择长势一致、无病虫害、正常结果、健壮的梨树挂牌标记，作为研究对象，株行距为3 m×4 m，东西行向。

供试有机肥（液体鸡粪肥）：全氮含量38.5 g/kg，有机质含量95.2 g/kg；供试无机肥料为尿素（N 46%）、磷酸一铵（N 12%，P2O5 61%）、硫酸钾（K2O 50%）。

1.3  试验设计

在保持氮、磷、钾施肥量一致的情况下，梨树从萌芽至成熟期所需养分N 80.96 kg/hm2、P2O5 37.48 kg/hm2、K2O 77.96 kg/hm2，试验共设5个处理，

T1为常规测土配方施肥；T2为有机肥替代化肥25%处理；T3为有机肥替代化肥50%处理；T4为有机肥替代化肥75%处理；T5为纯施有机肥处理。

每个处理重复3次，随机区组排列，每个小区6株树，小区面积45 m2，共计15个小区，90棵果树。具体施肥处理见表2。

氮磷钾肥料分4次施用。氮肥为基肥30%-萌芽期25%-果实膨大期20%-壮果期25%；磷肥为基肥50%-萌芽期20%-果实膨大期30%；钾肥为基肥20%-萌芽期20%-果实膨大期30%-壮果期30%。采用滴灌水肥一体化在3月中下旬对试验地进行灌水施肥，9月上旬采摘玉露香梨果实计产，并调查果实着色状况，测定果实糖分、有机酸、可溶性固形物含量及硬度等。梨园的除草、修剪、打药等其他田间管理措施与农民习惯保持一致，且未做疏花疏果处理。

1.4  测定项目与方法

株高增长量采用塔尺定期测量；新梢生长采用钢卷尺定期测量；干周增长量采用游标卡尺测量；果实横径和纵经采用游标卡尺测量；果心大小采用果心半径/果实半径；单果重采用电子天平称重；可溶性糖采用蒽酮比色法测量；有机酸采用高效液相色谱法测量；果肉的硬度采用果实硬度计测定；果肉可溶性固形物采用PAL-BX/ACIDF5 型糖酸一体机测定。

1.5  数据分析

用 Excel 2010进行数据整理制表，用DPS软件进行数据统计和主成分分析，SigmaPlot 12.5软件制图。

2  结果与分析

2.1  不同施肥方式对玉露香梨生长指标的影响

由图1可知，不同处理全生育期株高平均增长量为T3>T2>T4>T1>T5，其中T3处理与T1、T5处理间差异显著（P<0.05），T2、T3与T4处理间差异不显著（P>0.05）。全生育期T3处理株高增长量最大为88.7 cm，T5处理株高增长量最小为51.0 cm，T3处理较T5处理显著提高了73.9%。可见，不同施肥处理对株高的生长影响显著，且T3处理株高增长最大。

不同处理全生育期干周的增长量表现为T3>T2>T1>T5>T4，不同处理的干周增长量为6.1～8.2 cm，且T3与T4、T5处理组间均差异显著（P<0.05），与T1、T2处理组间差异不显著（P>0.05）。表明不同施肥處理对树干的生长影响显著，且T3处理干周增长最大。

不同处理全生育期新梢平均增长量为T3>T2>T1>T4>T5，其中T3处理与T1、T4和T5处理间均差异显著（P<0.05），与T2处理间差异不显著（P>0.05）。全生育期T3处理新梢平均增长量为7.00 cm，T1处理为5.17 cm，T3较T1处理增加了35.4%。表明不同施肥处理对新梢平均增长量的影响显著，且T3处理下新梢平均增长量最大。

2.2  不同施肥方式对玉露香梨果实指标的影响

果实横、纵径变化影响果实形态，果形指数决定着果实整齐度与美观度［14］。从表3可以看出，T3处理的果实横径、纵径和单果重均显著高于其他4个处理（P<0.05），较T1处理果实横径增加了7.03%，果实纵径增加了3.44%，单果重增加了12.20%。不同处理果心大小为T5>T1>T4>T3>T2，且各处理间差异显著（P<0.05），其中T1处理果心大小为37.25%，T3处理果心大小为35.15%，T3较T1处理果心大小显著降低了5.64%。

2.3  不同施肥方式对玉露香梨果实品质的影响

从表4可以看出，不同用量的有机肥替代化肥氮对玉露香梨的果实品质具有增益效果。T3处理可溶性糖和可溶性固形物含量最高，分别为7.94% 和13.35%，比T1处理分别提高了17.80%和9.52%。有机酸含量则表现为T4>T2>T3>T5>T1，且T2、T3、T4处理间差异不显著（P>0.05），与T1、T5处理间差异显著（P<0.05）。硬度则表现为T4>T3>T2>T5>T1，且T3、T4处理间差异不显著（P>0.05），与T1、T2、T5处理间差异显著（P<0.05）。

2.4  玉露香梨果实品质各指标相关性分析

由表5可知，横径与单果重、可溶性糖和硬度的相关系数分别为0.944、0.912和0.909，均呈显著正相关；可溶性糖与有机酸和硬度呈显著正相关，与可溶性固形物呈极显著正相关，相关系数分别为0.892、0.920和0.972；有机酸与可溶性固形物呈显著正相关，相关系数为0.927。由于果实各品质指标之间存在不同程度的相关性，通过某一个指标评定果实品质的优劣不客观，因此通过主成分分析来评價不同果实的品质。

2.5  不同施肥方式下玉露香梨果实品质性状主成分分析

选取香梨8个品质性状数据（横径、纵径、果心大小、单果重、可溶性糖、有机酸、硬度和可溶性固形物）进行主成分分析，以评价不同施肥处理对香梨果实品质的影响效果。在对不同果实品质进行评价时，不能仅考虑一个特性和几个特性的优劣，而应考虑到所有指标对其进行全面、科学、系统的综合评价。

结合表6可提取出2 个主成分，累计方差贡献率达90.946％，前2个主成分的特征值均大于１，综合了香梨品质指标的大部分信息，因此可以用这2个主成分代替上述的8 个品质指标对不同施肥处理下香梨果实品质进行评价和判断。2个主成分分别定义为F1、F2，以成分矩阵中的数据除以主成分相对应的特征值开平方根得到2个主成分中每个指标所对应系数，其各主成分对应特征向量：

F1=0.396ZX1+0.120ZX2-0.302ZX3+0.356ZX4+0.417ZX5+0.351ZX6+0.390ZX7+0.401ZX8

F2=0.225ZX1+0.736ZX2+0.146ZX3+0.404ZX4-0.081ZX5-0.411ZX6-0.031ZX7-0.217ZX8

各指标对各主成分的影响程度见表7，第1主成分的方差贡献率为70.492%，其中载荷较高且为正的指标为横径、可溶性糖、可溶性固形物、硬度、有机酸和单果重，这些指标对第１主成分产生正面影响；载荷较高且为负的指标为果心大小，该指标对第１主成分产生负面影响。第2主成分的方差贡献率为20.454%，其中载荷较高且为正的指标为果实纵径，该指标对第２主成分产生正面影响；载荷为负的指标为有机酸、可溶性固形物和可溶性糖，这些指标对第2主成分产生负面影响。

2.6  不同施肥方式下玉露香梨品质性状综合排名

通过不同施肥方式下主成分分析获得2个主成分得分（表8）。第一、第二主成分得分高的处理均为有机肥替代化肥50%，以2个主成分的特征值比所提取主成分总特征值之和作为权重计算得出主成分综合模型，其公式为

F=0.775F1+0.225F2，通过主成分综合模型可得出综合主成分值。

综合得分越高的玉露香梨果实品质性状越好，不同施肥处理综合评价由高到低为有机肥替代化肥50%处理>有机肥替代化肥75%处理＞有机肥替代化肥25%处理>纯施有机肥处理>常规施肥处理。因此，有机肥替代化肥50%处理玉露香梨品质性状综合排名最高，品质性状表现最好。

3  结论与讨论

有机肥部分替代化肥不仅改善土壤结构，降低土壤紧实度，提高土壤有机质含量，而且为树体的根系发育和树干生长补充营养，促进其生长发育，明显提升果实品质。该研究以有机肥替代化肥50%处理效果最为明显。杜春燕［12］在果园试验中也指出，有机肥替代化肥25%和有机肥替代化肥50%，并不会对果树生长发育造成负面影响，反而会在一定程度上促进果树的生长发育。史昊［15 ］在梨园研究中也表明，有机肥替代部分化肥显著提高了梨树枝条长度，有效地促进其生长发育。施梦馨等［16］研究表明，施用有机肥显著降低了根冠比，使作物倾向于地上部分的生长。有机肥替代化肥处理可显著提高果实品质，其中有机肥替代化肥氮50%处理下玉露香梨的果实横径、纵径、单果重、可溶性糖和可溶性固形物含量最大，较常规测土配方施肥处理分别提高了7.03%、4.30%、12.20%、17.80%和9.52%。杜春燕［12］在苹果树上研究发现有机肥替代化肥50%处理可溶性糖和可溶性固形物分别显著高于常规施肥8.75%和3.88%；在“雷尼”樱桃上研究发现有机肥替代化肥50%处理的各品质指标均高于其他处理。谢军等［17］通过研究玉米上有机肥（鸡粪）替代化肥氮的最优配比，结果显示有机肥氮替代50%化肥氮显著提高了玉米品质。肖时运等［11］研究发现，减少氮肥施用量，不仅不会对农作物产量带来影响，还可使维生素 C、可溶性糖等品质指标含量提高。研究表明，有机肥能提高果实可溶性固形物和可溶性糖含量［18-20］，该研究中也得出了相同的结论。按照主成分分析原理，若前m个主成分的累计贡献率达85％以上，则这m个主成分即能反映此次分析足够的信息［21］。郝国伟等［22］对梨的8个果实品质指标进行主成分分析，结果表明可溶性糖、石细胞、硬度和可溶性固形物是关系梨果实品质的重要指标。聂继云等［23］对白梨的品质指标进行聚类分析，得出可溶性固形物含量、可滴定酸含量、全糖含量、果肉硬度和单果重是评价白梨品质的主要指标。宋金龙［10］在“库尔勒香梨”上采用主成分分析法，得出可溶性固形物、可溶性糖、维生素Ｃ含量是影响果实品质的重要指标，主成分综合分析结果表明，有机肥替代化肥30%加施生物肥处理“库尔勒香梨”果实品质最佳。为了进一步评价不同施肥处理对“玉露香梨”果实品质的影响，该研究对玉露香梨的8个果实品质指标进行主成分分析，依据累计贡献率大小归纳为2个主成分，包含原有数据90.946％的信息量，得出可溶性糖、可溶性固形物是评价香梨果实品质的最主要指标，主成分综合分析结果表明，有机肥替代化肥50%处理玉露香梨果实品质最佳。因此，通过该研究，推荐以有机肥替代化肥50%果实产量及品质均最佳，同时为宁夏地区玉露香梨施肥生产提供一定的理论依据。

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