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柑橘是目前我国和世界第一大类的水果[1]，我国柑橘产量占全球的28.2%，位居全球榜首. “爱媛28号”橘橙(Citrus reticulate Ehima 28)俗称“红美人”“果冻橙”，由于果皮颜色鲜艳，皮薄、果肉嫩、口感好，且具备早熟和丰产等特点，是近年来市场和生产上主推的优质杂柑品种之一.
目前，我国柑橘生产上普遍存在不合理甚至过量施用化肥、忽视施用有机肥的现象，一定程度上影响了我国柑橘优质生产与良性可持续发展. 据报道，我国主产区柑橘氮(N)、磷(P)、钾(K)等肥料投入分别过量36.2万t、42.5万t和35.5万t，而果园有机肥投入严重不足，仅占47.8%[2]. 柑橘氮肥利用率为20%~30%，远低于国外50%左右的水平[3-4]. 过量施用化肥不但影响了果实产量与品质，增加了果品生产成本，还对果园土壤板结、水体富营养化、温室气体排放等带来潜在风险. 当前我国有机肥替代化肥逐渐成为研究热点[5]，已经在苹果[6]、芒果[7]、荔枝[8]、柑橘[3, 9-11]等水果上开展了相关试验研究. 方林发[9]在一年生大雅柑幼苗的盆栽试验中发现，绿肥替代75%~100%的化学氮肥有利于促进幼苗对氮素吸收和干物质量的积累. 侯海军等[10]对椪柑的研究发现，有机肥替代无机氮肥增产了14%~21%，可滴定酸降低了15%~19%，维生素C提高了42.9%~59.3%. 此外，在塔罗科血橙[12]、柠檬[13-14]上的研究表明，减施化肥、配施有机肥有利于提高果实产量与品质，还对果园土壤养分和有机质有一定的提升效果. 目前，减施化肥、配施有机肥的相关研究主要集中在减施氮肥对农产品产量品质影响等方面，而未见等量N，P，K养分下减施化肥配施有机肥在柑橘养分吸收和产量品质等方面的研究报道，尤其对初结果树柑橘的研究鲜见报道. 本研究以“爱媛28号”初结果树为对象，研究等量N，P，K条件下，不同有机肥替代比例对其养分吸收利用和产量品质的影响，以期获得最佳有机肥替代比，为柑橘化肥科学减量和有机肥合理增施提供理论依据.
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试验于2020-2021年在四川省广安市武胜县壹志嘉树果业专业合作社生产园进行. 该果园地处北纬30°38′、东经106°17′，为亚热带季风气候型，年均气温18 ℃，年均日照时长1 181.1 h，年均降水量1 087 mm. 果园土壤为紫色土，由水稻田改建而成，其中土壤pH值为5.6，碱解氮含量96.58 mg/kg，有效磷含量82.36 mg/kg，速效钾含量79.85 mg/kg，有机质含量15.71 g/kg，土壤基础肥力中等略偏低. 供试柑橘品种为“爱媛28号”(Citrus reticulate “Ehima 28”)，砧木为红橘，3年生初结果树. 果园种植模式为起垄栽植，株行距为3 m×4 m.
供试肥料为尿素(四川天华股份有限公司，含N比例46.7%)、钙镁磷肥(湖北禹晖化工有限公司，含P2O5量比例为12%)、硫酸钾(国投新疆罗布泊钾盐有限公司，K2O含量51%)、生物有机肥(成都正富生物科技有限公司，其中N，P，K总养分≥5.0%，有机质≥40.0%，有效活菌数≥0.20亿/g，含有枯草芽孢杆菌、侧孢短芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌等菌种).
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试验设不施肥(CK)、单施化肥(FP)、生物有机肥替代化肥(S1，S2，S3，S4)等共6个处理，处理S1，S2，S3，S4的N，P和K养分均与FP相同，具体试验设计如表 1所示. 单行柑橘树为1个处理，选择生长健壮、长势相对一致的植株14株，头和尾各留一株作为保护树(采样时避开此树)，每3株为1个重复，共4个重复. 在3月、7月和10月分别进行3次施肥，其中有机肥在10月配合化肥一次性施入土壤，3月和7月追施化肥. N，P，K肥3次施用的比例分别为1∶1∶0.5，0.4∶0.6∶1，0.6∶1∶0.4. 施肥位置为树体行间两侧滴水线外侧各挖1个长×宽×深为1 m×0.2 m×0.3 m的条沟，将肥料与挖出的土拌匀后回填处理. 果园病虫害和其他田间管理按当地常规技术统一进行.
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分别于4月、7月和11月采集当年生花朵、春梢和秋梢，在树冠四周分上、中、下3层，每层4个方位各采集2个枝条和花朵，每3株树混合采集为一个样品，每个处理4次重复. 采集后的样品立即放入事先准备好的带有冰袋的保鲜盒中临时保存，迅速带回实验室进行枝叶分离，并用去离子水洗净并擦干样品，再将样品放置在恒温干燥鼓风箱中105 ℃杀青30 min，然后80 ℃烘干至恒质量并称量，后用H2SO4-H2O2法消煮制备成待测液，分别用半微量凯氏定氮法、钼锑抗比色法、火焰光度法测定N，P，K含量[15]. 7月在所有处理树的同一侧方向去除地表杂草等非土物质后，沿树冠滴水线朝内取长×宽×深为20 cm×20 cm×40 cm的土块，将土块中的根系取出并清洗干净，按照叶片类似的操作方法测定养分含量.
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于11月调查单株产量，沿树冠4个方位各采1个果，3株树为1个混合样品，每个果样共12个果，4次重复. 每个样品随机分成两份，一份用于烘干并按叶片和枝条相同方法进行果实N，P，K养分测定，另一份测定果实内外品质指标. 去离子水洗净果实后擦干，测定单果质量和果实纵横径等，然后采用CR-10手持色差计(日本柯尼卡美能达公司)测定果面色差(Lab色差模型)[16]. L表示亮度，值越大表示亮度越高；a表示红绿色度，值越大越红，反之越绿；b表黄蓝色度，值越大越黄，反之越蓝. 用游标卡尺测定果皮厚度，硬度用GY-4果实硬度计(浙江托普仪器有限公司研制)测定，榨汁后采用PAL-1数显糖度仪(日本ATAGO公司)测定可溶性固形物(TSS)，NaOH中和滴定法测定可滴定酸含量(TA)，2，6-二氯苯酚吲哚酚钠滴定法测定维生素C(Vc)含量.
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于采果前采集土壤样品，距树冠滴水线施肥穴同侧10 cm左右处采集土壤样品，每3株树的土壤样品混合为一份土壤样品，每个处理4次重复. 采集后的样品带回实验室，自然风干过筛后测定土壤有机质、土壤pH、碱解氮、有效磷、速效钾等含量[15].
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采用Microsoft Excel 2019，SPSS 25.0和GraphPad Prism 5对数据进行分析和绘图，采用Dancan新复极差法对数据进行统计学分析. 肥料贡献率(%)=(施肥处理产量-不施肥处理产量)/施肥处理产量×100%[17].
1.1. 试验材料
1.2. 试验设计
1.3. 采样与项目测定
1.3.1. 枝、叶、根样品采集与养分测定
1.3.2. 果实样品采集与产量、品质测定
1.3.3. 土壤样品采集与养分测定
1.4. 数据统计方法
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从试验结果可以看出，春梢叶片和枝条的养分含量高于秋梢，叶片和枝条均以N最大，其次为K，P相对最低，且随着有机肥替代比的增加，叶片和枝条的N，P和K质量分数均呈先升高后降低的趋势. 相比FP处理，4个有机肥替代处理春梢叶片N，P和K质量分数差异均无统计学意义；S2和S3处理的春梢枝条P含量分别增加了16.4%和19.1%，其较S1和S4差异也具有统计学意义；S3处理的春梢枝条K质量分数与提高了18.0%，且相比其他有机肥替代处理差异也有统计学意义. S3处理的秋梢叶片N和P质量分数比FP显著增加了9.2%和10.6%，各有机肥替代处理(除S1)的秋梢叶片K质量分数较FP均有明显提升；S3处理的秋梢枝条K质量分数较FP显著增加了13.2%，秋梢枝条各有机肥替代处理间的N，P和K质量分数差异均无统计学意义. 根和花的养分也均以N质量分数最大，其次为K，P相对最低，且随着有机肥替代比的增加，根和花中N，P和K质量分数均呈先增后降的趋势. 其中根S3和S4处理的N，P质量分数比FP处理分别提高了18.4%和9.9%，25.0%和13.4%，根S2和S3处理的K质量分数比FP处理分别增加了28.1%和32.8%，差异均有统计学意义；S2和S3处理的花中P质量分数较FP处理分别增加了45.2%和41.9%，但各施肥处理(FP和S1~S4)之间的N和K差异均无统计学意义(表 2).
此外，各施肥处理的果实养分含量较CK均有所提升，果实养分变化规律和根、花类似，均以N最高，其次为K，P相对最低，且随着有机肥替代比的增加，果实N，P和K质量分数均呈先增后降的趋势. 其中S3处理的果实中N质量分数比FP增加了7.6%，差异有统计学意义；而各施肥处理P和K之间差异无统计学意义. 由此可知，减施化肥并补施生物有机肥不仅不会影响“爱媛28号”橘橙各组织对养分的吸收利用，一定程度上还能改善和提升吸收利用的效果，以S2和S3处理对“爱媛28号”橘橙各器官组织的养分吸收效果较好(表 2).
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对土壤养分的分析可知，各有机肥替代处理的土壤理化性质较CK和FP均有提升，且总体上土壤pH值和土壤有机质随有机肥替代比的增加而增加，土壤碱解氮、有效磷和速效钾均随有机肥替代比的增加呈先升后降的趋势. 其中，各施肥处理的土壤pH值变化范围为5.56~6.48，基本都在最适宜土壤pH值(5.50~6.50)范围内，各有机肥替代处理的土壤pH值比FP增加了3.4%~16.5%，除S1外差异均有统计学意义；各有机肥替代处理的土壤有机质值变化范围为20.17~24.75 g/kg，基本都在适宜的土壤有机质范围内，各有机肥替代处理的土壤有机质比FP提高了5.8%~22.7%，但仅S4处理有明显提升；S3处理的土壤碱解氮和速效钾比FP分别增加了14.1%和12.55，差异有统计学意义；各有机肥替代处理的土壤有效磷比FP提高10.3%~19.0%，差异有统计学意义. 由此可知，有机肥替代化肥处理能改善和提升土壤的理化性质，以S3处理的效果相对较好(表 3).
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如表 4所示，相比CK处理，各施肥处理的产量、单果质量、横径和纵径均有明显增加，且随有机肥替代比的增大，各有机肥替代处理的产量、单果质量、横径、纵径和果形指数总体上均呈先升后降的趋势. 其中，相比FP处理，各有机肥替代处理的产量增加了7.4%~26.2%，但仅S2和S3处理较FP差异有统计学意义，且S3处理较S1和S4处理增产了17.4%和14.8%；各有机肥替代处理的单果质量增加了1.8%~30.3%，除S1外，差异均有统计学意义，且S2和S3处理较其他有机肥替代处理差异也有统计学意义；S2处理的横径增加了11.5%，但较S3处理差异无统计学意义；S3处理的纵径增加了10.8%，较其他处理差异也有统计学意义；而各处理的果形指数差异均无统计学意义. 以上结果说明，有机肥替代处理一定程度上能增加“爱媛28号”橘橙果实的横径和纵径，提高果实的单果质量和产量，以S2和S3处理的效果较好.
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从试验结果可以看出，各施肥处理对“爱媛28号”橘橙果实可食率和出汁率也有不同程度的影响，相较CK和FP，各有机肥替代处理的果实可食率和出汁率均有所提高，且随有机肥替代比的增大，总体上呈现先增后减的趋势. 其中，相比FP处理，各有机肥替代处理的果实可食率和出汁率分别增加了0.4%~2.2%和1.7%~3.5%，以S2和S3处理相对较高，但各施肥处理之间差异均无显著差异统计学意义(图 1).
试验对“爱媛28号”橘橙果皮特性和果实内在品质进行了测定，结果可知，各施肥处理对“爱媛28号”橘橙果皮亮度(L)、红色度(a)、黄色度(b)、着色度(a/b)、果皮硬度和果皮厚度等果皮特性均有不同程度的影响，增施有机肥处理的果皮特性较CK和FP均有改善，且随有机肥替代比的增加，各有机肥处理的各项果皮外观指标呈现先升后降的趋势，其果皮硬度和果皮厚度总体上呈现降低的趋势. 相比FP处理，各有机肥替代处理的a值增加了38.0%~104.9%，除S1外差异均有统计学意义，其他各有机肥处理间差异无统计学意义；各有机肥替代处理的b值增加了5.7%~12.3%，除S4外差异均有统计学意义，其他各有机肥处理间差异无统计学意义；S3处理的a/b值增加了41.2%，较其他有机肥处理差异无统计学意义. 各有机替代处理的L值、果皮硬度和果皮厚度均以S3处理相对较好，但各处理与FP相比差异无统计学意义. 进一步统计分析可知，各有机肥替代处理的可溶性固形物、可滴定酸、固酸比和维生素C等内在指标较CK和FP均有改善，且随有机肥替代比的增大，果实可溶性固形物和固酸比呈升高、可滴定酸呈降低、维生素C呈先升后降的趋势. 其中相比FP处理，S4处理的可溶性固形物和固酸比分别增加了8.5%和23.5%，差异有统计学意义；S4处理的可滴定酸降低了14.8%，但较其他有机肥替代处理差异均无统计学意义；各有机肥替代处理的维生素C增加了2.8%~18.6%，除S1外差异均有统计学意义，且S3处理相较S1和S2处理增加了15.4%和7.7%. 由此说明，有机肥替代处理一定程度上能改善“爱媛28号”橘橙果皮特性和果实内在品质，以S3处理相对较好(表 5).
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由图 2a可知，各有机肥替代处理的肥料贡献率为51.8%~59.3%，均高于FP处理的肥料贡献率，且随有机肥替代比的增大，各处理的肥料贡献率呈先增后减的趋势. 其中相比FP处理，各有机肥替代处理的肥料贡献率增加了6.3%~21.7%，但仅S3处理与FP差异有统计学意义，各有机肥替代处理之间差异无统计学意义. 由图 2b可知，进一步曲线拟合分析得出，果实产量(y)与有机肥替代比(x)的拟合方程为y=-1.932 4x2+99.277x+5 572.9，其中决定系数R2为0.79，拐点出现在S3附近，进一步分析可知有机肥替代比在S2和S3处理间产量相对最高. 由此可见，有机肥替代比并不是越高越好，适量的有机肥替代化肥才能有效地提高肥料贡献率和果实产量.
2.1. 有机肥替代化肥对树体养分的影响
2.2. 有机肥替代化肥对土壤养分的影响
2.3. 有机肥替代化肥对产量和品质的影响
2.3.1. 有机肥替代化肥对产量及其构成因素的影响
2.3.2. 有机肥替代化肥对果实品质的影响
2.4. 有机肥替代化肥对肥料贡献率的影响
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有机肥富含各种矿质元素，减施化肥并配施有机肥可有效促进养分的转化[18]. 据报道[19]，适量有机肥与化肥配施能促进柑橘幼苗的生长、降低根冠比以及促进树体对各养分的吸收. 本试验结果表明，各有机肥替代处理不同程度地改善和提高了叶片、枝条、根系、花和果等器官组织的氮、磷、钾的养分含量，且以S2和S3处理对“爱媛28号”橘橙各器官组织的养分吸收效果相对较好. 这与杜春燕[6]、司若彤等[7]分别在台农杧果和番茄上的研究结果规律一致. 有机肥同时含有多种活性物质，如氨基酸、微生物、有机碳等，在土壤上施用相当于给土壤“接种”，有利于培肥土壤地力. 研究表明，农田长期施用有机肥能提高有机质、土壤基础养分以及改善土壤结构，从而增强土壤保肥供应养分的能力[20-21]. 本试验结果表明，各有机肥替代处理的土壤pH值相比单施化肥处理提高了3.4%~16.5%，一定程度上减轻了土壤酸化，各有机肥替代处理的土壤有机质提高了5.8%~22.7%，且有机肥施用量越大，有机质含量也相应有所增加. 这与李司童[22]和Li等[23]的研究结果类似，可能与生物有机肥中富含多种有机物有关.
氮肥的利用及供应效率与有机肥的使用有关，且作物主要利用土壤中的NO3--N[24]，但其在土壤中易淋失损耗，而有机肥可以将其吸附固定，从而提高氮素利用效率. 本研究结果表明，有机肥替代处理的土壤碱解氮、有效磷和速效钾相较单施化肥均有一定程度的提升，这可能因为有机肥疏松多孔，且含有丰富有机碳等活性物质，可以有效吸附土壤中的氮、磷和钾[25]，从而提高了养分的吸收利用效率；但有机肥替代化肥比例过高，增长效果却并不显著，这可能与短期内有机肥矿化相对缓慢有关. 这与裴宇[3]和杜春燕[6]分别在椪柑和苹果上的研究结果一致.
研究表明，一定量的化肥减量配施有机肥有利于作物产量的提高[18, 26-27]. 本研究中各有机肥替代处理的单果质量、产量分别比单施化肥增加了1.8%~30.3%，7.4%~26.2%，且以有机肥替代处理S2和S3的增产效果较好，这可能与有机肥替代化肥处理的矿质养分丰富齐全且生物有机肥中含有多种有益活性物质促进了树体的生长发育有关. 有机肥替代化肥处理的果皮着色度，果实可溶性固形物、可滴定酸、固酸比和维生素C等品质指标比单施化肥(FP处理)均有不同程度的改善或提升；一方面可能与有机肥相比单施化肥处理提供了更为丰富的养分有关，另一方面可能是因为有机肥提高了柑橘叶片光合作用，促进了糖类等光合产物的合成. 这与杜玉霞等[28]、Hazarika等[14]和李国良等[29]在柠檬和贡柑上的研究结果一致. 其他果皮特性指标如果皮亮度值、果皮硬度和果皮厚度等，有机肥替代处理组和FP处理相比差异均无统计学意义，这可能与“爱媛28号”橘橙初结果树体自身的生长生理特性有关，相关研究还需进一步深入. 各有机肥替代处理的肥料贡献率相比FP处理提高了6.3%~21.7%，且曲线拟合结果分析表明，各有机肥替代处理中，S2与S3处理之间的产量相对较高. 各指标综合分析表明，有机肥替代处理中S2和S3处理的效果相对较好，可能与该处理能满足“爱媛28号”橘橙初结果树体对养分及时供应和生长生理的需求有关，有机肥替代量并不是越大越好，因为有机肥中的养分含量相对较低且大多为有机形态存在，短期内难以被微生物分解矿化，一定程度上会影响柑橘生长旺盛阶段对养分的大量需求，前人[3, 6, 9, 22, 30-31]也有类似的研究报道.
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在本研究条件下，与单施化肥相比，生物有机肥部分替代化肥一定程度上促进了“爱媛28号”初结果树各器官组织的养分吸收与利用；提高了“爱媛28号”橘橙初结果树的产量，改善了果实外观与内在品质，且一定范围内提高了果园土壤pH值、有机质含量以及土壤有效氮、磷、钾的质量分数；尤以S2和S3处理的综合效果相对较好，即生物有机肥替代20%~30%的氮肥、40%~60%的磷肥和30%~45%的钾肥效果最佳.