苹果园有机肥替代部分化肥的农学和环境效应研究

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苹果园生产中化学肥料的过量投入不仅会造成果树减产、苹果品质下降,降低果园的经济效益,还会加速土壤酸化、温室气体排放,从而加剧温室效应。有机肥替代部分化肥不仅可以减少化肥投入,起到缓解土壤酸化、提升土壤有机质的作用,同时还能改善果实品质,有利于实现绿色农业可持续发展。探究适宜的有机肥替代比例是有机无机配施的首要难题,为明确苹果园有机肥替代部分化肥的农学和环境效应,本研究在河北省邢台市浆水镇苹果园进行为期5年的田间定位试验,共设置4个处理:传统高氮处理(CT)、推荐施肥(OPT)、推荐施肥基础上有机肥替代25%化肥氮(OPT25)、推荐施肥基础上有机肥替代50%化肥氮(OPT50),监测指标为2017~2021年各年苹果产量、品质及收获期土壤pH值、有机质及重金属含量,同时监测试验第5年果园温室气体排放,以探究最佳的有机肥替代化肥比例,实现苹果生产的绿色、高效、可持续健康发展。本研究获得以下主要研究结果:(1)有机肥替代部分化肥后果园两年内可维持产量稳定且获得效益,在第三年至第五年有机肥替代化肥使得果园获得更高的产量与经济效益,相对果农传统施肥管理,施加有机肥后果园5年平均增产率为3.36%~8.43%,每公顷平均净收益增加8.07%~16.39%。(2)相对果农传统施肥,有机肥替代部分化肥5年内平均单果重提高了6.89%~7.61%,果实维生素C含量与含糖量分别增加了15.98%~20.48%、7.4%~13.50%,而酸度降低了 16.43%~57.46%。有机肥替代比例与施肥年限对果实横纵径、果形指数、果实硬度均无显著的影响。(3)试验进展至第5年有机肥替代25%、替代50%化肥0~20 cm 土层土壤pH值相较2016年均显著提高了 18.32%,年增率2.11%~3.70%;20~40 cm 土层分别提高了 7.71%、16.51%,年增率 0.41%~2.20%。OPT、OPT25、OPT50 处理0~40 cm 土壤有机质含量分别提高了 68.48%、73.04%、93.25%,随有机肥替代比例及年限增加,土壤有机质含量增加更为显著,年增幅达13.67%~18.64%。(4)传统施肥N2O累积排放量最高,有机肥替代25%化肥显著降低了 6.98%。有机肥替代化肥土壤CO2排放量增加了 1.37%~2.18%,但增温潜势无显著差异。推荐施肥及有机肥替代25%、50%化肥相较于传统施氮的温室气体强度分别降低了 12.65%、15.16%和 6.21%。(5)随着有机肥替代比例及施肥年限增加,部分重金属逐渐在土壤中累积,若按照有机肥替代50%继续施肥,土壤达到As、Zn、Cu、Cr、Cd限量标准分别为64年、17年、10年、5年、8年,Hg的累积时间超过100年,因此施加有机肥可能造成的土壤污染问题还需谨慎。果实重金属富集系数较小,有机肥替代25%、50%化肥 As、Zn、Cu、Cr、Cd 富集系数和分别为 0.12、0.10。综上所述,有机肥替代部分化肥可以提高苹果产量和果园收益,提高果实品质,同时会降低果园土壤N2O排放,但会增加土壤CO2排放,总体降低温室气体排放强度。随有机肥替代比例增加,土壤重金属累积较为明显,但均低于污染风险筛选值;果实未表现出明显重金属富集。在实际生产过程中,建议有机无机肥搭配使用,并在此基础上可利用有机肥替代25%化肥。
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