柑橘施肥養分推薦方法研究進展

李文濤 楊江波 余倩倩

摘要 綜述了國內外不同柑橘營養診斷技術與方法，分析了各技術方法的利弊，總結提出了柑橘營養診斷技術建議與思路，為今后進一步探索建立高效、實時營養診斷與精準施肥技術提供理論依據，創新養分高效利用新途徑。

關鍵詞 柑橘；營養診斷；施肥技術；養分推薦方法

中圖分類號 S-03 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2017）28-0007-04

Abstract We summarized the current studies of fertilizer recommendations at home and abroad and analyzed its shortages. According to that， citrus nutrition diagnosis technical advice and ideas were put forward，in order to provide reference information to establish high efficient light nutrition diagnosis technology， precision fertilization in citrus and innovate on the efficient utilization of nutrient.

Key words Citrus；Diagnosis methods；Fertilization technology；Recommended practices for nutrient recommendation

柑橘是世界上廣泛種植的果樹之一，我國柑橘栽培歷史悠久，2014年我國柑橘產量已達3.49×107 t，柑橘種植面積達2.52×107 hm2（中國農業統計資料數據）[1]。柑橘為多年生常綠木本植物，掛果時間長，無明顯的深休眠，科學合理的養分供給是柑橘高產優質的重要環節之一[2]。相關研究表明，我國大多數果園養分資源管理不合理，肥料利用率與農業發達國家相比較低，普遍認為氮肥的當季利用率為30%～40%，磷肥的當季利用率為10%～25%，鉀肥的當季利用率為50%～60%[3-4]，同時還造成肥料資源的浪費與環境污染，因此，尋找一種科學、輕簡、高效的營養診斷與推薦施肥方法與技術途徑將成為精準施肥的研究熱點。筆者通過總結柑橘不同的營養診斷養分推薦方法，提出了柑橘營養診斷技術建議，以期為我國今后進一步探索建立柑橘果樹先進的養分推薦方法、創新養分高效利用途徑與方法提供思路。

1 化學檢驗-臨界值法推薦施肥

1.1 植株營養診斷推薦施肥

1.1.1 葉片營養元素分析。

植株營養診斷推薦施肥可了解和快速監測植株營養狀況，是科學施肥管理的重要依據。探索高效、實時、輕簡的營養診斷技術對提高肥料利用率、合理利用資源、提高柑橘產量、改善果實品質以及保護生態環境均具有重要意義。近年來，通過分析植株不同器官（葉片、花、果汁）的養分含量，與已建立的營養診斷標準進行比對，進而提出推薦施肥量。

20世紀30年代相關學者提出，通過分析果樹葉片的礦質元素含量及比例關系，對果樹潛在的營養缺乏、適量或過量進行診斷，進而指導施肥。葉片是柑橘樹體儲存養分的主要器官，國內外學者已在葉片診斷分析方面做了大量研究。Thomas等[5]提出葉分析可以很好地掌握樹體養分狀況，是常用的一種營養診斷方式，且分析技術較為成熟以及方法多樣，通常采用化學檢驗-臨界值法推薦施肥，是目前采用較多的養分推薦施肥技術。葉片營養含量隨砧木、品種、樹齡、不同物候期的不同而存在差異，一般選用6月齡營養性春梢葉（從頂端數第3片葉）進行實驗室分析化驗，然后根據葉片營養最適含量范圍進行營養狀況判斷。Embleton等[6]、Hanlon等[7]提出了柑橘葉片診斷指標，并在佛羅里達州廣泛應用。我國學者也先后提出了椪柑、溫州蜜柑、錦橙、柳橙、伏令、改良橙、臍橙的營養診斷標準[8]。但葉片分析還存在一定的局限性，即采樣時間接近收獲期，無法指導當年柑橘生產的施肥管理。

1.1.2 花營養元素分析。

在柑橘葉分析中，葉片中的鐵含量代表的是全量鐵而不是活性鐵含量，與柑橘葉片缺鐵黃化程度沒有顯著相關性[9]。Pestana等[10]提出甜橙花中鐵元素含量與果實中梓檬酸含量呈極顯著負相關關系，與葉綠素含量呈正相關關系，表明柑橘花可以用來診斷石灰性土壤缺鐵黃化。貴會平[11]提出溫州蜜柑大年花中K、Ca、Fe、Mg、Cu、B和小年花中N、Mg、Fe、Mn、Zn、B的適宜濃度臨界值。在柑橘春季開花期，通過花營養分析對柑橘樹體營養進行早期診斷與按需施肥，對指導柑橘當年生產具有重要意義，但柑橘花期時間相對較短，給采樣分析帶來一定難度，尤其花營養診斷指標及其標準還有待進一步完善。

1.1.3 果汁營養元素診斷法。

Koo等[12]首次將果汁診斷應用于柑橘K素的營養診斷中，認為果汁中K素水平比葉片K含量更能反映樹體狀況。Gallasch等[13]將果汁分析應用于推薦施肥的研究，通過果汁與葉片養分含量的回歸分析制訂了果汁中礦質營養元素的適宜范圍。果汁診斷技術雖然樣品采集簡便，但缺乏樣品及診斷指標標準，且果汁診斷時間滯后，對指導翌年柑橘樹體施肥管理有參考價值。

1.1.4 葉片酶學診斷法。

1952年，Brown等[14]首次提出可用酶活性強弱來評估植株營養狀況的假設，認為當某種營養元素缺乏時，與該元素有關的酶活性就會發生變化，或由該種酶參與的酶促反應的代謝產物積累或減少，從而通過測定酶活性或代謝產物濃度變化可以判斷某種元素豐缺狀況。酶學診斷法雖能實現缺鋅的早期快速診斷，但酶活性也易受其他環境因素影響，在田間條件下各種因素難以控制，至今并未得到很好的發展和應用。隨著高通量測序技術、基因芯片技術的快速發展，可根據環境變化（礦質元素豐缺狀態）之下的基因表達水平，實現對缺素癥狀等及時診斷和提前預防[15-17]。

1.2 傳統的測土配方施肥技術

傳統的測土配方施肥技術是通過設計“3414”田間試驗來建立推薦施肥指標體系，進而指導合理施肥[18]。但針對立地條件復雜、土壤肥力差異大的柑橘作物而言，該方法存在一定的局限性，仍按大田糧食作物進行大尺度采樣，其樣品的代表性與針對性較差，難以表征不同果園地塊的土壤養分水平，同時微量元素的測定易受采集手段、工具的影響，且評價指標是基于20世紀80年代的生產力水平條件下建立的，相對經過幾十年土壤肥力水平、肥水資源投入以及耕作措施等的變化，指標體系顯然落后[19]。

2 診斷施肥綜合法推薦施肥

隨著葉片分析診斷技術的日益成熟，出現了一系列比較科學的營養診斷綜合推薦施肥方法，如營養診斷與施肥建議綜合法（DRIS）、M-DRIS法、標準適宜含量偏差百分數法（DOP）[20-22]。DRIS與M-DRIS法以高低產果樹葉片作為測試樣本，測定其礦質元素含量，計算DRIS指數，進行需肥順序判斷，指數越接近零表明該元素基本平衡，負指數越大，植物需此養分的強度越大，正指數越大，對此養分的需求度越小。DRIS指數相關表達式如下：

式中，IX表示M-DRIS營養指數；A/B…表示不同元素濃度之比；a/b表示標準樣品元素濃度之比；CV表示標準樣品礦質元素濃度的變異系數；n表示元素數量；DMindex表示干物質濃度指數；NIIM表示 M-DRIS指數絕對值之和即營養不平衡指數，該值越小表明植物體內該元素越平衡。DOP法是對M-DRIS法的簡化，但在反映元素間相互作用方面不如DRIS法，DOP指數公式為：DOPindex=[100C/cref]×100。其中，C為測定樣品某元素濃度，cref是該元素的適宜含量值，DOP指數值含義同M-DRIS指數。該綜合營養診斷法已在蘋果、梨、桃、柑橘等果樹上得到較好的研究結果，并應用于施肥推薦[23-25]。

3 肥料效應函數施肥

建立關于不同的肥料使用量與產量的函數模型，根據模型獲得最佳肥料使用量，可以確定最大施肥量和經濟施肥量以及可以評價肥料間的相互作用。通過氮、磷、鉀等元素平衡法，以其中一個元素肥料的量，計算其他元素肥料的用量，其表達式為：△W=a+bX+cX2。但其試驗周期長，年份間重復性差，容易出現“馬鞍型”曲線，且試驗工作量大，無法對果園管理造成的影響做出精確評估，預測施肥量誤差偏大[26-27]。故有學者在肥料效應函數的基礎上提出生態平衡施肥模型，其表達式為：△W=a+bX+cX2，Winput=-a+b1X-cX2+2.25×（Tn-Tmin），當△W 分別為最大施肥量特征參數、經濟施肥量特征參數和生態施肥量特征參數時，Winput 分別表現為最大、經濟和生態施肥量。△W易獲得，內容具體，變異小，提高了施肥模型的預測精準度[28]，該方法在小麥、玉米等作物上應用較多，柑橘等果樹方面的報道較少，有待研究。

4 目標產量法

目標產量法屬于平衡模型，其表達式如下[29]：

Winput=（Woutput-2.25×Ksoil×Tn）/ Kker

式中，Winput為施肥量（kg/hm2）；Woutput為作物產量帶走的養分量（kg/hm2）；Ksoil為土壤有效養分表觀利用率（%）；Tn為土壤有效養分測定值（mg/kg）；Kker為肥料養分當季利用率（%）；2.25為將土測值換算為kg/hm2的平均系數，即20 cm耕層按225萬kg/hm2土壤計算。Ksoil和Kker通過相應田間試驗計算獲得：Ksoil=（缺素或空白區作物吸收某養分總量/季前耕層土壤某有效養分總量）×100%；Kker=[（施肥區作物吸收某養分總量-缺素或空白區作物吸收某養分總量）/施肥區施入某養分總量]×100%。

雖然上述平衡模型在構造上無可爭議，但很多參數在實際應用上存在一定的問題，據研究土壤有效養分表觀利用率與肥料養分利用率互相影響，兩者皆非常數，且土壤有效養分的測定值與其利用率、當季肥料利用率呈顯著負相關。這2個參數是基于施肥區與缺素區吸收養分量而得，但施肥區通過肥料施入土壤后具有激發效應，導致土壤養分的有效供應量與缺素區有顯著差異，造成試驗誤差。

5 基于產量反應與農學效率推薦施肥

2012年何萍等[30]提出基于產量反應和農學效率的推薦施肥方法，在水稻、小麥上進行了大量試驗與驗證，其推薦施肥主要依據作物產量反應和農學效率（施氮量=施氮的產量反應/氮素農學效率，施氮的產量反應由施氮和不施氮小區的產量差求得），而對于磷、鉀養分推薦，主要基于產量反應和一定目標產量下作物的移走量給出施肥量（施磷或施鉀量=作物產量反應施磷或施鉀量+作物收獲物移走量），作物養分移走量主要依據QUEFTS模型求算的養分最佳吸收量，而中、微量元素通過土壤養分測試數據為依據作為補充。且根據已建立的推薦施肥模型與數據庫，針對水稻、小麥等糧食作物基于語義技術開發集合形成以電腦軟件形式面向科研人員和農業科技推廣人員的養分專家系統，該方法是一種簡便易行的增產增收、提高肥料利用率和保護環境的養分管理和推薦施肥方法，其推薦施肥系統已成為菲律賓和印度尼西亞農業部推薦施肥的官方推薦方法，在印度的水稻、小麥和玉米種植區已經開展相應的田間驗證工作，并已被一些種子公司和肥料企業推薦施肥所采納[31]，該方法不僅適合于以家庭為主要經營單元的小農戶生產體系，而且適合區域和大規模經營農業生產體系。但基于柑橘果樹產量反應的推薦施肥技術研究甚少，柑橘樹除特殊修剪處理外，果實是樹體養分攜出的唯一器官，因此通過確定果實中養分攜出量和相應農學效率進行補充施肥，即基于柑橘產量反應的養分推薦施肥方法（以果定肥法）可望成為今后一段時間內柑橘等果樹施肥養分推薦的重要方法手段。

6 快速營養診斷監測技術

6.1 葉綠素儀

20世紀60年代，日本發明了便攜式葉綠素儀[32]，可快速無損檢測植物葉片中葉綠素含量，非常適用于大田生產。氮素是葉綠素組成成分的重要部分，氮素的豐缺直接影響葉綠素代謝，近年來葉綠素儀廣泛應用于綠色植物葉綠素的測定與氮肥施肥推薦。

6.2 現代光譜技術

由于物體表面特性及其內部化學組成成分的不同，當電磁波照射到物體表面后會發生吸收、反射、漫反射、透射等一系列物理現象，物體表面對不同波長電磁波的吸收和反射也不相同，即物質的光譜特異性[33]。現代光譜技術就是利用礦質元素的光譜特性，借助冠層反射儀、多光譜成像儀、高光譜成像儀、可見-近紅外地物光譜儀、傅立葉變換紅外-近紅外光譜儀、紫外-可見光便攜式熒光儀等不同類型的光譜設備，采集土壤、植株冠層與不同器官組織（葉片、花朵、果實）的光譜信息，通過建立相關生理指標與光譜信息的關系模型，進而預測未知樣品的化學成分及含量水平實現營養監測診斷，以及現代光譜技術與低空遙感相結合，能夠實現靈活、快速、針對性獲取多尺度、多時相的地面多光譜數據，高時效，低成本[34-35]。

美國佛羅里達柑橘研究與教育中心（http：//www.crec.ifas.ufl.edu/）提出基于現代光譜技術的分區變量精準施肥，且取得了快速發展。分區變量精準施肥是實現因樹施肥、減量施肥和高效施肥的最重要技術和施肥技術發展趨勢。變量施肥處方圖和自動對靶讀圖變量施肥機是實現精準減量施肥的關鍵。實時土壤理化指標探測傳感器（地面數碼相機、多光譜相機、高光譜相機、激光或高分遙感快鳥影像數據、牽引式土壤理化指標探測儀或自動定位計量采收機械等），獲取每一單株的實時土壤理化信息或產量信息，通過差分定位系統（DGPS）對樣點精確定位，運用圖像分析技術通過冠層圖像顏色指標參數進行樹體營養狀況監測，冠層圖像歸一化植被指數（NDVI）、樹體冠層大小、樹冠單位面積果實像素分布建立產量監測模型，通過地理信息系統（GIS）技術形成營養或產量現狀分布圖，再通過樹體營養指標或產量信息與施肥量的函數關系建立精準變量施肥處方圖進行柑橘精準變量施肥。其中，幼樹施肥主要通過監測樹冠大小（寬度和高度），建立樹冠大小與施肥量之間的函數模型進行施肥；結果樹施肥結合樹冠大小與產量進行施肥函數模型的構建進行施肥；結合實時傳感信息獲取冠層營養水平指標，通過模型計算出需肥量，進行精準變量追肥或采用具有自動對靶、自動讀圖和變量拋撒功能的施肥機或分區變量滴灌系統，實現自動變量精準施肥，大大提高了施肥的針對性和肥效率，實現了減肥增產和環保增效。國外研究開發推廣應用的智能機械精準施肥技術體系主要適用于大范圍大面積、地形條件單一平整的規模化基地果園，而我國柑橘等果樹主要分布在南方丘陵山地，地形條件復雜、土壤肥力差異較大，且果園管理規模化、集約化程度較低，難以適應于發達國家大型果園機械化的施肥裝備。

我國果樹種植區域范圍廣闊，果樹大多種植于山地丘陵，土壤和肥力的空間變異巨大，加之果樹之間產量的較大差異，使得不同果園地塊、不同品種、同一品種不同單株之間的施肥需求存在較大差異，通過大尺度土壤與葉片營養分析診斷的果樹施肥針對性差、分析工作量大，也難以適應當前果樹規模化集約化發展的果園施肥。而基于不同生物傳感器的快速營養診斷法彌補了化學法檢測植株、土壤的部分局限性，降低了工作量，提高了檢測效率，且可達到實時無損監測，對推進快速營養診斷推薦施肥的發展具有重要意義。

7 問題與展望

近年來，葉片與土壤營養診斷進行的配方施肥應用較多，但其操作過程復雜、效率低且化學試劑使用污染嚴重，建立高效、簡便的推薦施肥技術是我們未來施肥主要的研究應用方向。而國內關于養分推薦與限量標準方法方面，尤其柑橘果樹的相關研究起步較晚，施肥標準不一，針對我國以農戶為主要經營單元的小農業生產體系，很難要求果農針對一家一戶進行土壤或葉片營養分析指導推薦施肥，如何根據果園地塊相關信息建立施肥決策支持系統，更快、更好、更高效地服務果農，同步提升果品質量與土壤肥力，實現化肥零增長甚至減量施肥，是當前相關科研與管理工作者迫切解決的重要課題。

筆者在柑橘養分推薦新技術方法、創新養分高效利用途徑等方面提出以下幾點建議：一是建立施肥與營養生理病癥查詢、柑橘種植知識體系完善等柑橘施肥決策支持系統的基礎數據庫，包括重要柑橘品種的生長階段養分需求規律、地形地貌與土壤類型的養分供應規律及其生理病害關系模型、不同肥料品種資源的供肥規律等基礎數據[36]。二是創新適合我國果樹生產體系特征的山地丘陵養分管理科學體系，建立輕簡高效、低成本的營養診斷與施肥技術體系，探索開發輕便、價廉、實用性強、精度可靠、性能穩定的土壤-植株營養聯合監測診斷與施肥的簡易設備，對實現我國柑橘園增產提質增收、提高肥料利用率、保護生態環境和促進柑橘產業健康可持續發展具有十分重要的現實價值和理論意義。

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