火龙果（Hylocereus undulatus Britt）,仙人掌科、量天尺属植物,果实营养丰富、功能独特,含有一般植物少有的植物性白蛋白以及花青素、丰富的维生素和水溶性膳食纤维。火龙果可适应多种土壤,但以含腐殖质多、保水保肥的中性土壤和弱酸性土壤为好。火龙果由于经济价值较高,农户种植中习惯盲目加大化肥用量,从而造成了化肥的极大浪费,而 2015年1月28日,农业部审议并通过了《化肥使用量零增长行动方案》,为响应此方案,作物生产中需研究对应的减肥增效措施。腐殖质是土壤中对植物生长有益的有机质,而腐殖酸是腐殖质中的主要成分。腐殖酸具有改善土壤的物理结构、化学性状、提高肥料的肥效和刺激植物酶活性、增加产量等多种作用[1,2,3,4,5],但也有研究表明腐殖酸的施用会导致土壤pH的降低[6,7,8]。同时,热区土壤普遍酸化严重、肥力低下[9,10,11]。本研究利用腐殖酸与其他改良材料复合造粒,制成腐殖酸类营养型改良剂进行试验,旨在减少热区化肥的施用水平和改善热区土壤养分不平衡状态及提升热区土壤肥力。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 植物材料 供试火龙果品种为‘蜜红’,2017年5月种植。
1.1.2 试验地概况 试验于2017年6月至2018年8月在中国热带农业科学院试验场5队火龙果基地,其经纬度坐标分别为109°29¢20²E和19° 29¢10²N。供试土壤为砖红壤,基本理化性质为：土壤有机质13.48 g/kg、pH 6.19、全氮6.50 g/kg、全磷0.62 g/kg、全钾14.52 g/kg、碱解氮61.44 mg/kg、速效磷180.36 mg/kg、速效钾28.46 mg/kg。
1.1.3 试验用肥 复合肥为海南富岛复合肥有限公司生产,其总养分≥45%,养分比例为W（N）:W（P2O5）:W（K2O）=26:9:16;改良剂为中国热带农业科学院橡胶所自制,养分比例为W（N）:W（P2O5）:W（K2O）=20:1:23;其中,改良剂生产中所用氮源、磷源和钾源分别为鲁西化工集团股份有限公司生产的尿素（总氮≥46.4%）、济南鑫硕化工有限公司生产的钙镁磷肥（有效磷含量≥12%）和乌拉尔钾肥股份公司生产的氯化钾（有效钾含量≥62%）。同时,改良剂中原材料还包括泥炭来源腐殖酸和生物炭、石灰、沸石、镁粉等,以上材料复合造粒形成营养型改良剂,营养型改良剂中化肥和泥炭来源腐殖酸所占比例最大,其所占质量百分比分别为9.22%和83.13%。具体各试验处理中肥料和改良剂用量见表1和表2。
表1 试验处理Tab. 1 Experimental treatments |
| 处理 Treatments | 化肥 Fertilization/(kg·hm-2) | 改良材料 Improved Material/ (kg·hm-2) | 营养型改良剂 Nutritional modifer/ (kg·hm-2) | 施肥次数 Fertilization times |
|---|---|---|---|---|
| CK | 2000 | 0 | 0 | 6 |
| T1 | 266 | 2640 | 2906 | 3 |
| T2 | 380 | 3720 | 4100 | 3 |
| T3 | 495 | 4920 | 5415 | 3 |
表2 处理中化肥纯量Tab. 2 Net weight of fertilizer in treatment |
| 处理 Treatments | 纯氮 N/(kg·hm-2) | 纯磷 P2O5/(kg·hm-2) | 纯钾 K2O/(kg·hm-2) |
|---|---|---|---|
| CK | 520.00 | 180.00 | 320.00 |
| T1 | 58.95 | 2.91 | 69.18 |
| T2 | 83.17 | 4.10 | 97.60 |
| T3 | 109.83 | 5.42 | 128.88 |
1.2 方法
1.2.1 试验设计 试验采用大田试验,随机区组设计,3次重复,每小区面积66 m2,种植规格为株行距0.2 m×2.6 m,每处理3行,每行有火龙果42株。具体试验处理包括：常规施肥处理（对照,CK）,其复合肥用量为2000 kg/hm2;营养型改良剂施用处理1~3（T1~T3）,其施用量分别为2906、4100、5415 kg/hm2。其中,常规施肥处理在2017年6—12月,分6次施用于施肥沟内,营养型改良剂处理在2017年8、10和12月,分3次施用于施肥沟内。
1.2.2 样品采集 2017年5月火龙果种植前用梅花形采样法采集15个点0~15 cm土层组成混合样品,2018年8月在试验小区内用梅花形采样法采集肥沟壁15个点0~15 cm土层组成肥沟土壤混合样品,同时,采集肥沟外15个点组成非肥沟土壤混合样品。幼茎样品采集于2018年8月,在试验小区内随机选取10株火龙果,采集幼茎组成混合样品。
1.3 数据处理
采用DPS数据处理系统及Microsoft Excel 2000软件对实验数据处理。
2 结果与分析
2.1 土壤改良剂对火龙果果园土壤理化特性的影响
2.1.1 土壤pH和有机质含量 图1A表明,同对照相比,腐殖酸类营养型改良剂的施用未影响肥沟和非肥沟内土壤pH,且肥沟和非肥沟内各处理之间差异不显著。
图1B表明,同对照相比,腐殖酸类营养型改良剂的施用未影响非肥沟内土壤有机质含量,但显著提升了T3处理肥沟内土壤有机质含量,且T3处理在肥沟内土壤有机质含量显著高于非肥沟,而其余处理中肥沟和非肥沟间土壤有机质含量差异不显著。
2.1.3 土壤速效养分 图3A表明,肥沟内、非肥沟内各处理之间土壤碱解氮含量差异不显著,同样,各处理在肥沟与非肥沟内土壤碱解氮含量差异不显著。
图3B表明,肥沟内、非肥沟内各处理之间土壤速效磷含量差异不显著,但除T1处理外,其余各处理在肥沟与非肥沟之间土壤速效磷含量差异显著。
图3C表明,肥沟内各处理之间土壤速效钾含量差异显著,但非肥沟内各处理之间土壤速效钾含量差异不显著,同时,各处理在肥沟与非肥沟之间土壤速效钾含量差异显著。
2.2 土壤改良剂对火龙果枝条养分含量的影响
表3表明,同常规施肥对照CK相比,腐殖酸类营养型改良剂的施用未对火龙果枝条氮、磷、钾、钙和镁等养分含量造成影响。同时,除T3氮含量显著低于T1外,各改良剂施用处理之间枝条养分含量差异不显著。
表3 营养型改良剂施用后火龙果枝条养分含量Tab. 3 Effect of HANM on nutrient content of pitaya fruit branches |
| 处理 Treatment | 氮 Nitrogen/(g·kg-1) | 磷 Phosphorus/(g·kg-1) | 钾 Potassium/(g·kg-1) | 钙 Calcium/(g·kg-1) | 镁 Magnesium/(g·kg-1) |
|---|---|---|---|---|---|
| CK | 20.06±2.71ab | 3.63±0.22a | 48.97±3.45a | 11.58±2.02a | 6.23±0.11a |
| T1 | 20.56±0.83a | 4.45±1.81a | 52.60±4.67a | 14.94±5.46a | 6.37±1.44a |
| T2 | 20.27±3.76ab | 3.03±0.87a | 49.21±6.07a | 10.88±3.10a | 5.08±0.81a |
| T3 | 16.25±1.13bc | 2.56±0.73a | 48.46±4.46a | 14.13±1.24a | 5.62±0.64a |
Note: Different lowercase letters in the table indicate significant difference between treatments (P<0.05). | |
注：表中不同小写字母表示处理之间差异显著（P<0.05）。 |
3 讨论
根据全国第2次土壤普查养分分级标准火龙果果园在施肥前土壤呈弱酸性,有机质、碱解氮、速效钾处于偏低、中等和偏低水平,而速效磷处于极高水平。由此可见,土壤养分不平衡问题突出。另外,为了提高化肥利用效率,化肥一般均集中施用于作物根系密集生长期范围内,而土壤理化性状指标的变化难易程度存在差异,例如,土壤速效养分指标比土壤全量养分指标变化快,同时,氮肥施入土壤后养分移动较快,而磷肥移动缓慢。因此,短期施肥措施可能仅影响施肥沟内土壤理化性状。与对照相比,T1~T3处理中N用量分别是对照的11.34%、15.99%和21.12%,P2O5用量分别是对照的1.61%、2.28%和3.01%,K2O用量分别是对照的21.62%、30.50%和40.28%。为此,在氮、磷和钾3要素均大幅度减少用量,而主要提升腐殖酸用量的情况下,本研究探讨了火龙果果园施肥沟内、非肥沟内土壤pH、有机质和氮磷钾养分指标的变化,以期在短期内确定腐殖酸类营养型改良剂对火龙果果园土壤肥力的改良效果。
3.1 腐殖酸类营养型改良剂对土壤pH和有机质含量的影响
结果表明,腐殖酸类营养型改良剂T1~T3处理均未改变火龙果果园肥沟和非肥沟土壤pH,T3处理显著提升了肥沟土壤有机质含量,同时,T3处理肥沟有机质含量显著高于非肥沟。其他研究结果表明,施用木本泥炭7500 kg/hm2或腐殖酸可降低pH[7, 13],而施用腐殖酸300、450 kg/hm2均对土壤pH影响不大[2]。同时,木本泥炭和腐殖酸均对土壤有机质含量影响不大[2, 10]。而本研究表明,虽然腐殖酸类营养型改良剂中腐殖酸含量为83.13%,但同试验前相比,其施用未降低土壤pH。同时,施用量最大的T3处理提升了肥沟内土壤有机质含量。以上研究结论互不相同,究其原因,可能来源于腐殖酸施用量的不同、腐殖酸施用前土壤pH、有机质含量的差异和土壤取样部位的差异等,同时,腐殖酸类土壤改良剂中还添加了其他土壤改良材料,从而在大量施用改良剂的情况下并未降低土壤pH。本研究中仅T3处理显著提升了肥沟土壤有机质的含量。由此可见,土壤有机质含量的全面提升不仅需要加大腐殖酸等有机质来源物质的施用,同时,仅靠沟施或穴施等方法也只能提升局部土壤有机质含量。
3.2 腐殖酸类营养型改良剂对土壤氮磷钾养分含量的影响
结果表明,在大幅度减少化肥用量的情况下,腐殖酸类营养型改良剂的施用未降低肥沟和非肥沟内土壤全氮、全磷和全钾养分的含量。另外,除T1处理速效磷含量显著降低外,腐殖酸类营养型改良剂的施用显著提升了肥沟内速效钾养分的含量,但未显著影响其他处理肥沟内碱解氮和速效磷的含量,且速效磷和速效钾的含量均是肥沟显著高于非肥沟,但碱解氮的含量在肥沟与非肥沟之间差异不显著。由此可见,腐殖酸类营养型改良剂的施用可提升速效钾含量,但其作用效果仅在肥沟内。田艳洪等[2]研究表明,施用腐殖酸显著提升了土壤全氮含量,但对土壤速效磷和速效钾提升效果不显著。李广才等[7]研究表明,施用腐殖酸降低了土壤速效氮含量,而提升了土壤速效磷含量。以上研究均是在常规施肥的基础上增施腐殖酸后的作用效果,其作用效果存在差异可能和土壤基础肥力的差异相关。本研究中常规施肥量较大且土壤速效磷含量较高,因此,结合火龙果苗期营养需求规律特点[14],在腐殖酸类营养型改良剂的配制中N用量仅为对照的11.33%~ 21.12%,P2O5用量为对照的1.62%~3.01%,K2O用量为对照的21.62%~40.28%。化肥用量的减少,并未造成肥沟和非肥沟内土壤氮磷钾养分含量的降低,相反,还显著提升了肥沟内速效钾养分的含量。鉴于火龙果果园未试验处理前土壤速效钾含量偏低、速效磷含量较高的特点,可见腐殖酸类营养型改良剂的施用有利于促进火龙果果园土壤磷、钾养分供给平衡。
3.3 腐殖酸类营养型改良剂对火龙果枝条养分含量的影响
以上分析表明,腐殖酸类营养型改良剂中虽然化肥用量较少,但施用量T1~T3的处理并未显著降低火龙果园中土壤养分含量,相反,施用量为5415 kg/hm2的T3处理显著提升了肥沟内土壤速效钾和有机质含量,另外,由于T2处理肥沟内土壤速效磷含量较对照有所降低,而速效钾含量显著高于对照,且火龙果枝条中T2和T3处理养分差异不显著,因此,T2为火龙果园中腐殖酸类营养型改良剂中较为合理的施用量,火龙果果园中可施用该种腐殖酸类营养型改良剂4100 kg/hm2,从而减少化肥的施用量,提高果园土壤肥力。