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2022 Volume 44 Issue 1
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ZHANG Xiuzhi, GUO Tianli, JIAO Xueyi, et al. Effects of Combined Application of Commercial Organic Fertilizer on Soil Fertility and Fruit Quality of'Honeycrisp' Apple[J]. Journal of Southwest University Natural Science Edition, 2022, 44(1): 65-74. doi: 10.13718/j.cnki.xdzk.2022.01.007
Citation: ZHANG Xiuzhi, GUO Tianli, JIAO Xueyi, et al. Effects of Combined Application of Commercial Organic Fertilizer on Soil Fertility and Fruit Quality of'Honeycrisp' Apple[J]. Journal of Southwest University Natural Science Edition, 2022, 44(1): 65-74. doi: 10.13718/j.cnki.xdzk.2022.01.007
shu

Effects of Combined Application of Commercial Organic Fertilizer on Soil Fertility and Fruit Quality of'Honeycrisp' Apple

  • State Key Laboratory of Crop Stress Biology for Arid Areas/Shaanxi Key Laboratory of Apple/College of Horticulture, Northwest A&F University, Yangling Shaanxi 712100, China

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  • Corresponding author: LI Cuiying
  • Received Date: 18/06/2021
    Available Online: 20/01/2022

  • MSC: S661.1

  • Excessive application of chemical fertilizer and insufficient input of organic fertilizer commonly exist in apple production, which leads to poor quality and low fertility of soil in apple orchards. It results in insufficient nutrient supply to apple trees and affects the yield and quality of fruit. Therefore, it is of great significance to study the technology of reducing and increasing the efficiency of chemical fertilizer application, fulvic acid and silicon fertilizer, and soil improvement, in order to promote the green, safe and high-quality development of apple production. In this study, the changes of pH value, organic matter and nutrients contents of soil, the growth of leaf and the fruit quality of 'Honeycrisp' apple under different fertilization treatments were analyzed. The results showed that after applying commercial organic fertilizer combined with microbial fertilizer, fulvic acid and silicon fertilizer, and soil conditioners, the pH value of soil was decreased, the organic matter content of soil and the contents of available nitrogen, phosphorus and potassium were increased, resulting in the increased fertility of soil. The effect of commercial organic fertilizer + fulvic acid + 1/2 chemical fertilizer, had a bettr effect on soil amendment. The SPAD value of leaves of 'Honeycrisp' apple was increased, and the accumulation of N, P, K, Ca and Mg were increased, which promoted the growth of leaves. At the same time, the contents of soluble solids, Ca and Mg were increased, while the titratable acid content was decreased, resulting in the increased ratio of solid to acid. Overall, there were no significant differences among the three treatments on growth and nutrient level of leaves and fruit quality. Based on the analysis of two years, the treatment of commericial organic fertilizer + fulvic acid + 1/2 chemical fertilizer had a better overall effect.
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通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

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Effects of Combined Application of Commercial Organic Fertilizer on Soil Fertility and Fruit Quality of'Honeycrisp' Apple

    Corresponding author: LI Cuiying
  • Received Date: 18/06/2021
  • Available Online: 20/01/2022

Abstract: Excessive application of chemical fertilizer and insufficient input of organic fertilizer commonly exist in apple production, which leads to poor quality and low fertility of soil in apple orchards. It results in insufficient nutrient supply to apple trees and affects the yield and quality of fruit. Therefore, it is of great significance to study the technology of reducing and increasing the efficiency of chemical fertilizer application, fulvic acid and silicon fertilizer, and soil improvement, in order to promote the green, safe and high-quality development of apple production. In this study, the changes of pH value, organic matter and nutrients contents of soil, the growth of leaf and the fruit quality of 'Honeycrisp' apple under different fertilization treatments were analyzed. The results showed that after applying commercial organic fertilizer combined with microbial fertilizer, fulvic acid and silicon fertilizer, and soil conditioners, the pH value of soil was decreased, the organic matter content of soil and the contents of available nitrogen, phosphorus and potassium were increased, resulting in the increased fertility of soil. The effect of commercial organic fertilizer + fulvic acid + 1/2 chemical fertilizer, had a bettr effect on soil amendment. The SPAD value of leaves of 'Honeycrisp' apple was increased, and the accumulation of N, P, K, Ca and Mg were increased, which promoted the growth of leaves. At the same time, the contents of soluble solids, Ca and Mg were increased, while the titratable acid content was decreased, resulting in the increased ratio of solid to acid. Overall, there were no significant differences among the three treatments on growth and nutrient level of leaves and fruit quality. Based on the analysis of two years, the treatment of commericial organic fertilizer + fulvic acid + 1/2 chemical fertilizer had a better overall effect.

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  • 开放科学(资源服务)标识码(OSID):

  • 苹果是我国重要的水果，但苹果园普遍不科学施用氮肥，磷肥施用过量，钾肥和有机肥投入不足[1-2]，导致果园有机质含量下降，土壤板结，影响树体生长和果实的品质及产量[3]. 土壤肥力是土壤各方面特性的整体反映，对于果树至关重要，所以如何通过提高土壤肥力来提高产量显得尤为重要. 研究表明，有机肥中含有丰富的有机质和微量元素，通过添加有机肥，能够促进土壤修复和保育，提高土壤的肥力[4]. 菌肥含有微生物菌群、活性酶、有机质和多种微量元素，主要通过微生物菌群的活动，间接或直接分解、合成等方式来改善植物生长环境及营养条件，促进植物生长，提高农产品的产量和品质[5]. 黄腐酸能够溶于酸、碱和水中，在植物生长发育及生理生化等方面发挥作用，促进根系发育，提高作物的抗旱能力[6]; 同时，也可以促进植物的光合作用，从而提高作物品质和产量[7]. 硅肥“融地美”是一种土壤改良剂，能够改良土壤理化性质和促进农作物生长，还可以缓解重金属毒害[8].

    有机肥配施不仅能够节约成本，还能通过改善土壤结构，提高土壤的持水能力，为果树的生长提供更多的土壤水分[9]，从而增强树体吸收来促进果树的生长，提高果实品质[10]. 研究有机肥不同配施方案的效应，对于研发苹果化肥减施增效技术、促进苹果产业高效绿色安全发展具有重要的意义. 因此，本试验研究商品有机肥与菌肥、黄腐酸、硅肥配施对果园土壤肥力和“蜜脆”苹果果实品质的影响，以期为苹果化肥减施增效和土壤改良提供依据.

1.   材料与方法

    1.1.   试验材料

  • 试验地位于陕西省咸阳市武功县代家乡金果子合作社，地处东经108°20′，北纬34°27′，海拔500~600 m，年均气温9.1 ℃，日均温差10.5 ℃，年温差29 ℃，年降水量550 mm. 土壤为黄墡土. 以“蜜脆”苹果为材料，基砧为八棱海棠，中间砧为M26. 于2016年春季定植，株行距为1.5 m×4 m，树形为高纺锤形.

    • 1.2.   试验方法

  • 试验共设计4个处理(表 1)，施肥方式为基肥沟施. 每组处理20株树，4个重复(5株树为一个重复).

    • 1.3.   测定内容及方法

    1.3.1.   叶片相关指标测定

  • 2019年和2020年的6-10月上旬，使用SPAD 502叶绿素仪测量成熟期叶片SPAD值(叶绿素相对含量)，每株树测定2片成熟叶，5株的叶片为一个重复，测定百叶厚、百叶鲜质量、百叶干质量. 2019年和2020年8月叶片烘干后测定叶片N，P，K，Ca，Mg的质量分数.

    采用H2SO4加H2O2方法消煮叶片干样，用高分辨自动化学分析仪(AA303040487，德国SEAL)测定N，P质量分数; 用火焰光度计(M410 blue notes，深圳市伟峰仪器仪表有限公司，英国)测定K含量. 采用HNO3加H2O2方法消煮叶片干样，用原子吸收分析仪(PinAAcle500，珀金埃尔默仪器有限公司，美国)测定Ca，Mg质量分数.

    • 1.3.2.   果实品质指标测定

  • 2019年、2020年果实成熟期采集果实，每个处理随机选择30个果实，测定单果质量、果实纵径和横径. 采用便携数显折光仪(AL-1，ATAGO中国分公司，日本)测定可溶性固形物(TSS)比例; 将果汁稀释50倍后，采用便携式酸度计(GMK-855，G-WON，Korea)测定可滴定酸比例，计算糖酸比; 采用手持色差仪(CR-400，东莞承泰电子仪器有限公司，日本)，测定果实4个不同点的果面L*，a*，b*值，以4次测定的平均值作为该果实相应着色指标的值，并计算CI值，CI=1 000 a*/(L*b*).

    • 1.3.3.   土壤相关指标测定

  • 于2019年、2020年在距离树干50~60 cm范围内选择取样点，用土钻取0~20 cm，20~40 cm，40~60 cm的土样，每个处理取5个点，分层混匀土样. 取一部分土样用pH计(奥豪斯ST2100，奥豪斯仪器有限公司，美国)测定pH值，另一部分风干后过目筛，测定土壤的速效氮、磷、钾以及有机质质量分数. 用总有机碳分析仪(TOC-L，岛津制作所，日本)测定土壤有机质; 用高分辨自动化学分析仪(AA303040487，SEAL，德国)测定速效氮和速效磷; 用火焰光度计(M410 blue notes，深圳市伟峰仪器仪表有限公司，英国)测定速效钾.

    • 1.4.   数据分析

  • 用Excel 2010和SPSS 20.0软件进行数据统计分析，并运用one-way ANOVA方法对每个变量进行Tukey检验(p < 0.05).

2.   结果与分析

    2.1.   商品有机肥配施对果园土壤的影响

    2.1.1.   土壤pH值

  • 3个处理中，2020年各土层土壤pH值整体上较2019年有所下降，并且，商品有机肥配施后，各土层土壤pH值比对照有不同程度的降低. 两年间，T1，T2处理后20~40 cm土层的pH值均低于对照且差异有统计学意义，而0~20 cm降低与对照相比差异无统计学意义; T3处理各土层pH值均低于对照且差异有统计学意义，降低幅度1.91%~4.38%(表 2). 可见，商品有机肥配施能够整体上降低土壤pH值，以20~40 cm土层变化较明显，且T3(商品有机肥+黄腐酸+1/2化肥)处理后各土层pH值降低幅度较大; 这可能是因为黄腐酸呈强酸性，降低土壤pH值的能力更强.

    • 2.1.2.   土壤有机质

  • 3个处理对0~40 cm土层中有机质的质量分数影响不同，而对40~60 cm土层影响不大. 与对照相比，T1，T2，T3处理两年间20~40 cm土层的有机质质量分数均明显增加，且2019年3个处理0~20 cm土层有机质质量分数也都高于对照且差异有统计学意义，3个处理间整体差异无统计学意义(表 3). 总体来看，商品有机肥配施能够改善浅层(0~20 cm和20~40 cm)土壤中有机质质量分数.

    • 2.1.3.   土壤速效氮、磷、钾质量分数

  • 两年间，3个处理土壤速效氮质量分数均不同程度高于对照，且与2019年相比，2020年0~40 cm土层中土壤速效氮质量分数有所增加，而40~60 cm土层中两年间差异不明显. 2019年3个处理各土层速效氮质量分数均高于对照且差异有统计学意义，增加幅度8.63%~25.91%，且T3显著高于T1和T2. 2020年，T3处理各土层速效氮质量分数均高于对照且差异有统计学意义，增加幅度6.37%~44.00%，并且也显著高于T1和T2处理(表 4). 说明商品有机肥配施可以明显提高土壤速效氮水平，以T3处理效果较好.

    两年间，3个处理的土壤速效磷质量分数均高于对照，各处理间整体差异无统计学意义. 2019年，与对照相比，T1，T2，T3处理0~20 cm土层中速效磷质量分数增加了40.48%，9.75%和30.05%; T1处理20~40 cm、T2处理40~60 cm土层也高于对照且差异有统计学意义. 2020年，T1，T3处理各土层速效磷质量分数均高于对照，增加幅度分别为21.81%~34.06%，16.26%~57.58%; 而T2处理20~40 cm和40~60 cm土层也高于对照且差异有统计学意义(表 5). 说明商品有机肥配施也能提高土壤速效磷质量分数，不同配施处理间差异无统计学意义.

    两年间，3个处理土壤速效钾质量分数不同程度高于对照，T1处理在0~20 cm，40~60 cm土层中速效钾质量分数均高于对照，T2处理20~40 cm土层也高于对照，T3处理在两年间各土层中速效钾质量分数均高于对照，增加幅度6.24%~30.87%，差异有统计学意义(表 6). 说明商品有机肥配施提高了土壤速效钾质量分数，T3处理效果更好.

    综上，商品有机肥配施能够增加土壤中的速效氮、磷、钾质量分数，以T3(商品有机肥+黄腐酸+1/2化肥)处理综合效果更好.

    • 2.2.   商品有机肥配施对“蜜脆”苹果叶片的影响

    2.2.1.   叶片SPAD值

  • 在3个处理间，两年的叶片SPAD值在整体上差异不明显. T1处理在2019年7-8月、2020年7月时叶片SPAD值高于对照，T2处理在2019年7-9月、2020年7月时叶片SPAD值高于对照，且差异均有统计学意义; 而T3处理除2020年9月叶片SPAD值略高于对照外，两年间其余时间叶片SPAD值均高于对照，且差异有统计学意义，增加幅度2.61%~8.69%(图 1). 说明商品有机肥配施有助于提高叶片SPAD值，整体上以T3处理表现更好.

    • 2.2.2.   叶片生长

  • 2019年，与对照相比，6月和9月时3个处理的百叶厚均高于对照且差异有统计学意义，增加幅度4.41%~26.70%. 2020年，除T1处理8月时百叶厚略高于对照外，其余时间各处理均高于对照且差异有统计学意义，增加幅度7.12%~18.91%. 3个处理间百叶厚整体差异不大，但以T3处理整体增加幅度稍高(表 7).

    两年间，3个处理百叶鲜质量、百叶干质量较之对照均有不同程度的增加，且2020年增加幅度整体高于2019年. 两年间T3处理百叶鲜质量和百叶干质量始终高于对照(百叶鲜质量增加7.76%~22.22%，百叶干质量增加12.63%~32.38%)，且差异有统计学意义; T1处理百叶鲜质量除2019年8月、百叶干质量除2019年9月外，其余时间均与对照差异有统计学意义; T2处理除在2019年6-8月百叶鲜质量、2019年7-8月百叶干质量外，其余时间均与对照差异有统计学意义. 3个处理间整体差异无统计学意义(表 8).

    • 2.2.3.   叶片营养元素质量分数

  • 3个处理中，两年间叶片N，P，K，Ca，Mg元素质量分数与对照相比均有不同程度的增加. 2019年，T3处理叶片N，P质量分数都高于其他处理，且差异有统计学意义，分别比对照高5.26%，9.14%，但其他处理与对照差异无统计学意义; T1，T2和T3处理叶片K，Mg质量分数均高于对照，且差异有统计学意义; 3个处理Ca质量分数均有所增加，但仅T1处理与对照差异有统计学意义. 2020年，3个处理叶片N，P，Ca，Mg质量分数均高于对照，且差异有统计学意义; K质量分数除T1处理外，其余处理与对照差异均无统计学意义. 整体而言，3个处理间大量元素质量分数差异无统计学意义，T1处理微量元素质量分数增加更明显(表 9).

    • 2.3.   商品有机肥配施对“蜜脆”苹果果实的影响

    2.3.1.   果实外观品质

  • 与对照相比，3个处理对苹果外观品质产生了一定影响，表现为单果质量增加，横径增大，颜色指数(CI)更高，并且处理对果实大小的影响相对较为明显，而对果形指数无明显影响，且整体而言两年间以T2处理对苹果果实外观的影响较明显. 2019年，T2处理单果质量、横径均高于对照且差异有统计学意义，分别增加了12.94%，9.16%和5.16%，且单果质量和横径高于T1，T3处理且差异有统计学意义; T2，T3处理各指标比对照虽略有增加，但与对照之间差异无统计学意义. 2020年，3个处理对果实外观品质的影响较2019年更明显，其中T2处理果实大小、着色均优于对照，单果质量、横径、颜色指数分别增加了12.63%，8.93%，6.62%和40.04%，T1和T3处理对果实部分指标也产生了明显的影响(表 10). 说明商品有机肥配施能够促进果实增大和果实着色.

    • 2.3.2.   果实内在品质

  • 两年间，3个处理均一定程度上影响了苹果果实的内在品质，与对照相比，整体表现为可溶性固形物比例增加，可滴定酸比例下降，固酸比增大，果实脆度增加，但处理间整体差异不明显. 2019年，3个处理可溶性固性物比例与对照差异无统计学意义，但可滴定酸显著降低(变化幅度27.08%~47.92%，T1处理含量最低)，因此固酸比显著增大; 硬度无显著变化，但脆度有所增加，且T2处理高于对照，差异有统计学意义. 2020年，T3处理可溶性固形物比例比对照提高，且差异有统计学意义，但可滴定酸略增加; T1，T2处理可滴定酸比例低于对照，而固酸比高于对照，且差异有统计学意义; 各处理脆度略有增加，硬度变化不明显(表 11). 综上，商品有机肥配施能够改善苹果果实内在品质，主要表现为降低可滴定酸从而增大固酸比.

    • 2.3.3.   果实Ca和Mg质量分数

  • 两年间，3个处理苹果果实果皮和果肉中Ca，Mg质量分数均有不同程度增加. T1处理苹果果肉中Ca质量分数高于对照且差异有统计学意义，果皮和果肉Mg质量分数也有增加趋势; T2处理在2019年果皮、果肉中的Ca和Mg质量分数均高于对照，且差异有统计学意义，2020年虽有增加但与对照差异无统计学意义; T3处理2019年果肉Ca、果皮Mg质量分数高于对照且差异有统计学意义(表 12). 说明商品有机肥配施有助于提高果实Ca，Mg质量分数.

3.   讨论

    3.1.   商品有机肥配施对果园土壤肥力的影响

  • 目前果园以施用化肥为主，导致土壤肥力严重下降. 长期施用有机肥在增加有机质含量的同时，可降低土壤次生盐渍化状况的发生[11]和促进土壤微生物增加及土壤的酶活性的提高[12]，也可提高土壤养分的有效性[13]. 有机肥与氮、磷、钾肥配施是较好的施肥模式，有机肥中的有机酸可以增加土壤中的有机成分，从而增加土壤的养分含量[14]. 土壤改良剂能够在一定程度上改变土壤的理化性质，提高土壤保肥力，促进土壤营养均衡[15-16]. 因此，施用有机肥和土壤改良剂来改良土壤对苹果的生产特别重要. 本研究也证明，施加有机肥和菌肥、黄腐酸或硅肥，降低了各土层中的土壤pH值，增加了土壤有机质质量分数，提高了土壤速效氮、磷和钾质量分数.

    • 3.2.   商品有机肥配施对“蜜脆”苹果植株叶片生长和营养元素的影响

  • 植物叶片的SPAD值是评价植物长势的有效手段[17-18]. 研究发现施加黄腐酸水溶肥和有机肥配施能够提高叶片SPAD值、叶面积、百叶干质量和百叶鲜质量[19]; 施加有机肥、有机肥与化肥配施能显著增加梨树叶片的叶绿素含量以及大量元素和微量元素的含量[20]. 在本研究中发现，有机肥与菌肥、黄腐酸或硅肥配施后，叶绿素含量有所增加，同时也促进了叶片生长，这与赵佐平等[21]研究结果一致. 本研究也发现，有机肥配施能够增加叶片的营养元素含量，这可能由于土壤中的有机肥、菌肥、黄腐酸或硅肥促进了土壤中营养元素的释放和树体的吸收，从而促进了叶片中元素的增加.

    • 3.3.   商品有机肥配施对“蜜脆”苹果果实品质的影响

  • 有研究发现，通过增加土壤有机质含量可以促进果实的可溶性固形物含量，改善果实的品质，从而提高产量[22-24]; 本研究在配施有机肥并减施化肥后发现果实的品质有所提高. 果实中钙含量的高低直接影响果实的硬度和果实品质，缺钙可能会出现苦痘病、水心病等生理病害[25]. 有研究发现，生物有机肥可以提高富士苹果果实的商品率，而且合理的氮、磷、钾配比也能够平衡苹果的矿质元素含量[26]. 本研究表明，通过施加有机肥和菌肥、黄腐酸或硅肥，苹果果肉和果皮中的钙元素有所增加，这有益于降低“蜜脆”苹果果实苦痘病的发生，提高果实品质.

4.   结论

  • 本研究通过分析不同施肥处理后苹果园土壤肥力、苹果叶片生长与养分、果实品质相关指标的变化，研究了有机肥配施的效应. 结果表明，增施商品有机肥并配施菌肥、黄腐酸或硅肥，各处理明显降低了土壤pH值，增加了有机质和土壤营养元素的质量分数，从而提高了土壤肥力. 并且，各处理促进了“蜜脆”苹果叶片的生长与营养元素的积累，增加了果实可溶性固形物比例，降低了可滴定酸比例，增大了固酸比，且果实Ca，Mg质量分数增加，从而提高了果实品质. 两年研究结果显示，T3处理“商品有机肥+黄腐酸+1/2化肥”综合效果更好.

Figure (1)  Table (12) Reference (26)

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