目前我国是世界上最大的苹果生产和消费国，据国家统计局统计，2019 年苹果种植面积为197.81 万hm2，产量达4242.54 万t[1]，已成为主产区农民经济增收的支柱产业。近年来，由于盲目追求高产而引发的不合理施肥现象普遍存在，严重制约着苹果产业的可持续发展。据调查，我国苹果园单位面积投入纯氮用量是发达国家的2.45～3.27 倍[2]，而化肥施用过量，不仅造成肥料浪费、利用率降低、土壤板结等问题，还引起果树养分失调，导致果实品质下降，直接影响经济和生态效益[3-4]。因此，为提高园区产量，改善果实品质，在肥料中添加增效物质是实现园区减肥增效的重要途径。
海藻酸是以海洋藻类为原料经过一定工艺提取的多糖，为植物提供主要的能量代谢，具有强化细胞壁、提高作物生长速率、增强植物抗逆的功能[5]。同时，海藻酸本身有一定黏性，能改善土壤团粒结构，提高土壤通气性，增加微生物群落多样性、活化土壤养分、提高肥料利用率[6]。在草莓[7]、西瓜[8]、梨[9]、葡萄[10-11]和桃[12]上的研究结果表明，海藻肥能够提高坐果率，增加果实单果质量和产量，提高果实品质和养分吸收，改善葡萄色泽和风味，提高桃和葡萄香气物质种类和相对含量，降低氮磷钾养分的投入，在农业生产中具有重要意义和巨大的潜在应用价值。但关于含海藻酸水溶肥在苹果生产上减肥提质的应用效果鲜有报道，是否可以连续2 a（年）减少氮磷钾用量还不清楚。
笔者在本研究中以含海藻酸水溶肥为试验材料，选用新红星苹果为试材，分别以常规施肥和传统水溶肥为对照，初步研究含海藻酸水溶肥对苹果长势、果实品质、养分吸收和根域土壤养分等方面的影响，探讨含海藻酸水溶肥在苹果上化肥减施增效的潜力，以期为推进当地苹果产业绿色高效发展提供理论依据与技术支撑。
1 材料和方法
1.1 试验材料
于2017 年和2018 年在河南省新乡市原阳县盐店庄苹果园进行。该地区属暖温带大陆性季风气候区，年平均气温14 ℃，湿度68%，降雨量656.3 mm，日照时数1928.5 h，无霜期220 d。土壤为砂壤土，基本性状：有机质含量（w，后同）4.9 g·kg-1，全氮含量4.26 mg·g-1，有效磷含量75.79 mg·kg-1，速效钾含量293.87 mg·kg-1，pH 7.50。
供试材料：品种为苹果新红星，树龄8 年，株行距为2 m×4 m。
供试肥料：常规施肥的氮、磷、钾分别采用尿素（含N 46%）、普通过磷酸钙（含P2O5 12%）和氯化钾（含K2O 62%）。传统水溶肥中，所用氮肥为尿素（N含量46.0%）和硝酸钾（N 含量13.5%，K2O 含量46%），磷肥和钾肥为KH2PO4（P2O5含量52%，K2O含量34%），其中钾肥不足用硝酸钾补充。含海藻酸水溶肥中海藻酸为3%，其为海藻提取物（海藻提取物含量为60%，海藻酸含量为6.5%）与传统水溶肥原料氮磷钾复配而成。同一施肥时期，两种水溶肥氮磷钾用量和配比一致（表1）。
表1 施肥方法
Table 1 Fertilization methods
处理Treatment NPK（C）NPK（F）NPK（HF）3/4NPK（HF）1/2NPK（HF）施肥量Fertilization amount（N-P2O5-K2O）/（kg·hm-2）萌芽期Bud break stage 112.50-56.25-112.50112.50-56.25-112.50112.50-56.25-112.5084.38-42.19-84.3856.25-28.13-56.25第一次膨大期First expansion stage 112.50-56.25-112.50112.50-56.25-112.50112.50-56.25-112.5084.38-42.19-84.3856.25-28.13-56.25第二次膨大期Second expansion stage 75.00-37.50-75.0075.00-37.50-75.0075.00-37.50-75.0056.25-28.13-56.2537.50-18.75-37.50采果前期Early fruit picking stage 75.00-37.50-75.0075.00-37.50-75.0075.00-37.50-75.0056.25-28.13-56.2537.50-18.75-37.50
1.2 试验设计
设置5 个处理，3 次重复，单株小区，随机排列。处理分别为：常规施肥、传统水溶肥、含海藻酸水溶肥、减施25%的含海藻酸水溶肥、减施50%的含海藻酸水溶肥，为了方便描述将其分别简化为NPK（C）、NPK（F）、NPK（HF）、3/4NPK（HF）和1/2NPK（HF），减施25%和50%是氮磷钾纯养分施入量减施25%和50%。分别于萌芽期（30%）、第一次膨大期（30%）、第二次膨大期（20%）和采果前期（20%）4 个时期施入，其他田间管理措施与当地传统管理保持一致。具体试验处理及氮磷钾施用量见表1。
1.3 施肥方法
常规施肥采用开沟施肥，水溶肥处理均采用简易装置的水肥一体化施肥技术，即每次施肥前均在树冠周围滴入一定体积的水，再将肥料溶于一定体积的纯水中，搅拌均匀，使其完全溶解，然后以相同流速缓慢滴入根冠四周土壤，最后再滴入一定体积的水，全程模拟水肥一体化施肥过程。
1.4 测定指标与方法
1.4.1 取样方法 2017 年和2018 年8 月果实成熟时，随机采集新梢中上部叶片，每株树采集20 枚功能叶，并在树体东、西、南、北4个方向随机采集15个果实，组成混合样带回实验室。一部分用于果实养分含量测定，另一部分用于果实品质分析。2018年9 月，在离树干2/3 树冠投影处采集0～20 cm 和20～40 cm土壤样品，用于土壤理化性质测定。
1.4.2 指标测定 产量和果实品质测定：实测单株果实数量和单果质量，计算产量。果实硬度采用GY-1型硬度仪测定；可溶性固形物含量（SSC）采用手持数字折射仪（PR-101，Atago，日本）测定；可滴定酸含量采用NaOH 滴定法测定[13]。L、a 和b 值均采用便携式色差仪（CR-400，Konica Minolta，日本）测定，再根据以上数值计算色泽饱和度C 值和色度角h°值。C=（a2+b2）1/2；h°=arctan（b/a）/6.2823×360°（a≥0 且b≥0）；h°=arctan（b/a）/6.2823×360°+180°（a＜0且b＞0）[14-15]。
养分含量测定：采用H2SO4-H2O2消煮[13]，全自动间断化学分析仪（Clever Chem 380，德国）测定叶片和果实N 含量和P 含量，火焰光度计测定叶片和果实K含量。有机质采用重铬酸钾氧化-外加热法，硝态氮用酚二磺酸比色法，铵态氮用2 mol·L-1 KCl浸提-靛酚蓝比色法，有效磷采用0.5 mol·L-1 NaHCO3浸提法，速效钾采用NH4OAc浸提-火焰光度法[16]。
1.5 数据分析
采用Microsoft Excel 2010 进行数据处理与作图；SPSS 17.0 进行单因素方差分析与综合得分分析，以p＜0.05作为显著性的标准。
2 结果与分析
2.1 苹果生长参数和产量
不同处理苹果生长参数和产量见表2。与NPK（C）相比，连续2 a 含海藻酸水溶肥处理均增加百叶鲜质量和叶面积，且除2017年叶面积外，1/2NPK（HF）处理均达显著差异。同时，含海藻酸水溶肥减施（3/4NPK（HF）、1/2NPK（HF））处理百叶鲜质量和叶面积均高于NPK（HF）处理，其中2018 年1/2NPK（HF）处理差异显著，而减施处理间差异不显著。与NPK（C）和NPK（F）处理相比，2017 年含海藻酸水溶肥处理增加苹果单果质量，2018年单果质量反而降低，且连续2 a含海藻酸水溶肥减施处理单果质量均高于NPK（HF）处理，但差异不显著。连续2 a 含海藻酸水溶肥减施处理产量与NPK（C）和NPK（F）无显著差异（由于2018年倒春寒，导致苹果产量大幅减产），且3/4NPK（HF）处理产量均最高。由此可知，与NPK（C）和NPK（F）处理相比，3/4NPK（HF）处理能增加百叶鲜质量、叶面积和产量，促进树体生长。
表2 不同处理对苹果生长和产量的影响
Table 2 The impact of different treatments on growth and yield of apple
注：不同小写字母表示相同试验园区处理间达5%显著性差异。下同。
Note：Different small letters indicate significant differences among treatments at 5% level under the same experimental orchard.The same below.
年份Year处理Treatment产量Yield/（kg·667 m-2）2370.40 a 2690.70 a 2202.62 a 2861.99 a 2167.52 a 792.21 bc 1020.85 b 644.17 c 1593.91 a 802.85 bc 20172018 NPK（C）NPK（F）NPK（HF）3/4NPK（HF）1/2NPK（HF）NPK（C）NPK（F）NPK（HF）3/4NPK（HF）1/2NPK（HF）百叶鲜质量Hundred leaf fresh mass/g 62.08 b 73.52 a 69.82 ab 73.50 ab 80.77 a 65.23 b 69.32 b 66.00 b 78.03 a 79.67 a叶面积Leaf area/cm2 26.74 a 26.42 a 26.98 a 28.44 a 27.86 a 23.82 bc 22.93 c 24.23 bc 26.66 ab 27.58 a单果质量Fruit weight/g 225.11 b 242.44 ab 243.74 ab 259.56 a 247.78 ab 246.53 ab 252.67 a 231.40 b 239.40 ab 243.17 ab
2.2 苹果果实品质
不同处理苹果果实品质见图1。与NPK（C）相比，2017 年含海藻酸水溶肥处理增加可溶性固形物含量，其中，3/4NPK（HF）处理可溶性固形物含量最高，较NPK（C）显著增加10.43%；而2018 年含海藻酸水溶肥减施处理可溶性固形物含量低于其他处理，其中，1/2NPK（HF）处理可溶性固形物含量最低，显著低于NPK（F）和NPK（HF）。除2018年1/2NPK（HF）处理外，含海藻酸水溶肥处理较NPK（F）降低了可滴定酸含量，增加了固酸比，其中，2017年3/4NPK（HF）处理固酸比最高，较NPK（F）显著增加40.91%；同时，2017 年含海藻酸水溶肥减施处理固酸比较NPK（HF）增加，但差异不显著；2018 年减施处理固酸比较NPK（HF）降低，且1/2NPK（HF）差异显著。此外，2017年1/2NPK（HF）硬度最高，且显著高于其他处理，与NPK（F）相比，2018年含海藻酸水溶肥处理显著增加果实硬度，其中，3/4NPK（HF）处理硬度最高，但与NPK（HF）和1/2NPK（HF）差异不显著。综上所述，与NPK（C）相比，2017 年含海藻酸水溶肥减施均能提高可溶性固形物含量和固酸比，改善果实品质；到2018 年3/4NPK（HF）仍能保证果实品质，但1/2NPK（HF）显著增加苹果酸度，降低固酸比，不利于果实品质提升。
图1 不同处理对苹果果实品质的影响
Fig.1 Effects of different treatments on the quality of apple
不同处理苹果果皮色泽见表3。连续2 a 含海藻酸水溶肥处理色泽饱和度均高于NPK（C）处理，其中，2017 年含海藻酸水溶肥处理色泽饱和度显著增加。除色泽饱和度外，连续2 a 含海藻酸水溶肥减施处理果皮亮度和色度角均低于其他处理，其中，2018 年1/2NPK（HF）处理果皮亮度和色度角最低，显著低于其他处理。在含海藻酸水溶肥处理中，3/4NPK（HF）处理和1/2NPK（HF）处理均能降低果实色度角，增加果皮红色覆盖面积，由此可见，含海藻酸水溶肥减施能促进果皮着色。
表3 不同处理对果皮色泽的影响
Table 3 Effect of different treatments on fruit color of apple
年份Year 20172018处理Treatment NPK（C）NPK（F）NPK（HF）3/4NPK（HF）1/2NPK（HF）NPK（C）NPK（F）NPK（HF）3/4NPK（HF）1/2NPK（HF）亮度L 49.52 a 48.97 a 48.94 a 47.04 a 47.69 a 58.83 a 57.94 a 62.39 a 56.67 a 49.91 b色泽饱和度C 32.39 c 32.90 bc 35.17 a 34.38 ab 34.68 a 29.68 a 31.26 a 31.82 a 30.88 a 31.81 a色度角h°45.13 a 45.76 a 45.36 a 40.19 a 40.05 a 52.32 b 61.07 ab 65.70 a 52.23 b 40.30 c
2.3 叶片和果实氮磷钾含量
不同处理叶片养分含量见图2。与NPK（C）处理相比，连续2 a 含海藻酸水溶肥处理均能增加叶片氮含量，但差异不显著。2017 年各施肥处理叶片磷含量无显著差异，但2018 年含海藻酸水溶肥处理叶片磷含量显著增加，其中，3/4NPK（HF）处理叶片磷含量最高，较NPK（C）处理和NPK（F）处理分别显著增加29.02%和31.46%，且含海藻酸水溶肥处理间差异不显著。同时，与NPK（C）和NPK（F）处理相比，2017 年含海藻酸水溶肥降低了叶片钾含量，其中，3/4NPK（HF）处理叶片钾含量最低，且显著低于NPK（C）和NPK（F）处理；2018 年含海藻酸水溶肥处理增加了叶片钾含量，其中3/4NPK（HF）处理叶片钾含量最高，较NPK（F）处理显著提高2.86%。由此说明，2017 年含海藻酸水溶肥减施不影响叶片氮磷含量，到2018 年含海藻酸水溶肥减施增加叶片磷钾含量，且以3/4NPK（HF）处理效果最佳。
图2 不同处理对苹果叶片氮磷钾含量的影响
Fig.2 Effects of different treatments on nutrient contents in the leaves of apple in 2017 and 2018
不同处理果实养分含量见图3。连续2 a NPK（HF）处理果实氮含量高于NPK（C）和NPK（F）处理，其中2018年NPK（HF）处理较NPK（C）处理显著增加33.97%；2017年含海藻酸水溶肥减施处理降低果实氮含量，到2018年果实氮含量反而增加，其中，2017 年1/2NPK（HF）处理果实氮含量最低，显著低于NPK（F）和NPK（HF）处理；2018 年3/4NPK（HF）处理果实氮含量最高，显著高于其他处理。除2017年3/4NPK（HF）处理果实磷含量较NPK（C）和NPK（F）显著降低外，其他处理果实磷含量无显著差异。同时，2017年3/4NPK（HF）处理果实钾含量最高，且除NPK（F）外，显著高于其他处理，2018年各处理间果实钾含量差异不显著。
图3 不同处理对苹果果实氮磷钾养分含量的影响
Fig.3 Effects of different treatments on nutrient contents in the fruits of apple in 2017 and 2018
2.4 苹果根域土壤养分含量
不同处理土壤养分含量见表4。含海藻酸水溶肥降低了土层＞20～40 cm 有机质含量，其中NPK（HF）处理有机质最低，较NPK（C）显著降低60%。与NPK（C）处理相比，含海藻酸水溶肥能增加土层0～20 cm 和＞20～40 cm 硝态氮含量，其中NPK（HF）和1/2NPK（HF）处理土层＞20～40 cm硝态氮含量增加显著；且在含海藻酸水溶肥处理中，20～40 cm 土层3/4NPK（HF）处理硝态氮含量最低，较NPK（HF）和1/2NPK（HF）处理分别显著降低28.31%和32.46%。除NPK（HF）处理外，含海藻酸水溶肥处理土层0～20 cm 和＞20～40 cm 铵态氮含量均高于NPK（C）和NPK（F）处理，且含海藻酸水溶肥减施处理铵态氮含量较NPK（F）处理显著增加，但减施处理间无显著差异。含海藻酸水溶肥减施处理土层0～20 cm有效磷和速效钾含量均高于NPK（C）处理，其中速效钾含量达显著差异水平；同时，减施处理土层0～20 cm 有效磷含量与NPK（HF）处理间无显著差异。可见，含海藻酸水溶肥减施处理均能增加土层0～20 cm 硝态氮、铵态氮、有效磷和速效钾含量，增加了土壤有效成分。
表4 2018 年不同处理对根域土壤养分的影响
Table 4 Effect of different treatments on nutrients in the root zone in 2018
土层Soil layer/cm 0～20＞20～40处理Treatment NPK（C）NPK（F）NPK（HF）3/4NPK（HF）1/2NPK（HF）NPK（C）NPK（F）NPK（HF）3/4NPK（HF）1/2NPK（HF）w（有机质）Organic matter/%1.01 a 0.83 a 0.94 a 1.00 a 1.08 a 0.70 a 0.51 ab 0.28 b 0.44 ab 0.59 ab w（硝态氮）NO3-N/（mg·kg-1）7.56 a 8.49 a 7.80 a 8.06 a 7.72 a 4.50 c 6.74 bc 8.62 ab 6.18 c 9.15 a w（氨态氮）NH4-N/（mg·kg-1)28.04 a 14.75 b 15.80 b 32.38 a 33.04 a 18.71 b 19.47 b 25.93 ab 33.50 a 34.31 a w（有效磷）Available P/（mg·kg-1）26.12 a 18.59 b 30.70 a 30.19 a 31.69 a 11.75 a 3.08 b 16.19 a 3.31 b 5.32 b w（速效钾）Available K/（mg·kg-1）198.38 d 316.83 bc 392.53 a 251.07 cd 323.03 b 223.67 a 165.93 ab 155.69 b 162.02 ab 205.91 ab
2.5 主成分分析
对苹果生长参数、产量、果实品质和色泽以及叶片和果实养分进行主成分分析，所得特征值、方差贡献率、累计方差贡献率如表5所示。结果表明，连续2 a，前4 个主成分的累计方差贡献率均为100%，说明分析结果基本包含了所测指标的全部信息。根据隶属函数平均值的大小对5个处理进行排序（表6），结果表明，连续2 a，3/4NPK（HF）处理的综合得分均最高，分别为2.03 和1.64，综合排名均第一，说明连续2 a含海藻酸水溶肥减施25%的综合效果最好。
表5 指标总方差分解
Table 5 Total variance of indicators
年份Year主成分Principal component 20172018 F1 F2 F3 F4 F1 F2 F3 F4特征值及贡献率Eigenvalue and contribution rate特征值Eigenvalues 8.094.233.311.378.424.292.611.68贡献率Contributor rate/%47.5624.9119.478.0549.5425.2215.359.90累计贡献率Cumulative contribution rate/%47.5672.4791.95100.0049.5474.7690.10100.00
表6 不同处理主成分分析
Table 6 Principal component analysis for different treatments
年份Year 2017排名Rank 2018处理Treatment NPK（C）NPK（F）NPK（HF）3/4NPK（HF）1/2NPK（HF）NPK（C）NPK（F）NPK（HF）3/4NPK（HF）1/2NPK（HF）主成分1得分Principal component score 1-3.29-2.280.323.721.54-2.11-2.09-1.891.884.22主成分2得分Principal component score 2-0.391.71-0.212.02-3.12-0.76-2.202.242.15-1.43主成分3得分Principal component score 3-1.02-0.313.21-0.99-0.90-1.401.79-1.061.74-1.06主成分4得分Principal component score 4-1.441.59-0.28-0.570.70-1.730.741.40-0.960.55综合得分Comprehensive score-1.98-0.590.702.03-0.16-1.62-1.25-0.391.641.625421354312
3 讨论
3.1 不同处理对苹果生长和产量的影响
本试验条件下，与常规施肥相比，含海藻酸水溶肥能增加百叶鲜质量和叶面积，促进树体的生长，这与贾文红[17]研究结果类似，即海藻酸水溶肥能增加设施小果型西瓜的叶长，增强植株长势。分析其原因，可能是含海藻酸水溶肥中海藻类含有大量活性物质，可以促进植物茎部维管束细胞生长，并促进其对无机养分、水分和光合产物的运输，刺激植物体内非特异性活性因子的产生以及调节内源激素的平衡，从而促进植物生长发育[18-19]。同时，笔者在本研究中还发现，连续2 a 含海藻酸水溶肥减施25%和50%处理均能保证苹果产量，且在第2 年呈增加趋势，这与笔者在黄金梨[9]和葡萄[20]的研究结果类似，可能因为海藻酸活化土壤养分，增强树体从土壤中摄取养分能力，促进叶片对磷、钾养分吸收，进而达到增产的效果[7]。
3.2 不同处理对果实品质和色泽的影响
诸多研究表明，施用海藻类物质肥料能提高果实品质[7-12]。笔者在本研究中也得到了类似结论，即连续2 a 施用含海藻酸水溶肥能增加果实可溶性固形物含量，降低可滴定酸含量，提高苹果果实品质。可能因为海藻类物质提高了果树体内酶的活性，加快果树新陈代谢，促进果实中干物质和糖的积累，从而改善果实品质[10]。同时研究发现，与含海藻酸水溶肥相比，2017 年含海藻酸水溶肥减施25%和50%处理的果实品质指标差异不显著，而在2018 年含海藻酸水溶肥减施50%处理显著降低了可溶性固形物含量和固酸比，导致果实品质下降，可能由于在2017 年含海藻酸水溶肥减施50%处理下，果树生长主要依赖于果园当年土壤肥力，到2018 年该处理下果树对外源性化肥投入的依赖性强，所以施肥量减少50%对果实品质有不利影响。此外，笔者还发现，连续2 a 含海藻酸水溶肥减施处理较常规施肥均增加了果实色泽饱和度，降低了果皮色度角，这与袁璐[21]和于会丽等[10，12]使用海藻肥或海藻提取物复合制剂在葡萄和桃上的研究结果一致。可能与海藻酸中富含单糖和多糖物质有关，糖类物质作为一种信号分子，激活花色苷合成的启动因子，从而达到调控花色苷合成的目的，促进着色[22]。
3.3 不同处理对土壤和苹果养分的影响
海藻酸是寡糖类物质，可活化土壤养分，促进作物对氮、磷、钾养分的吸收[23-24]。笔者发现，与常规处理相比，2018年含海藻酸水溶肥处理显著增加了果实氮、叶片磷以及土壤0～20 cm 有效磷和速效钾含量，分析其原因，一方面可能是海藻酸能提高土壤Ca2-P 和Al-P 含量，降低土壤磷的固定，从而提高土壤中磷的有效性[25-27]；另一方面，海藻酸进入土壤后降低了土壤的pH值，促进土壤中难溶性磷酸盐的溶解，提高了土壤的供磷水平，进而促进叶片对磷元素的吸收[28-29]。同时，海藻酸能降低钾离子与其他阳离子的比值，释放出钾离子，进而增加土壤速效钾含量[30]。本研究还表明，与含海藻酸水溶肥相比，含海藻酸水溶肥减施处理在2017 年显著降低了果实氮含量，到2018 年反而增加，可能与土壤硝态氮含量有关，即2017年含海藻酸水溶肥减施25%和50%处理土壤硝态氮含量分别为3.44 mg·kg-1和2.13 mg·kg-1，低于2018年土壤硝态氮含量，从而影响果实氮养分吸收。
4 结论
（1）连续2 a含海藻酸水溶肥减施25%和50%均能增加百叶鲜质量和叶面积，促进植株生长发育，稳定苹果产量。
（2）第1 年含海藻酸水溶肥减施25%和50%均能提升果实品质，促进果皮着色；到第2年含海藻酸水溶肥减施25%仍能保证果实品质，但减施50%不利于果实品质的形成。
（3）连续2 a 含海藻酸水溶肥减施25%和50%均能增加果实钾含量，促进果实对钾元素的吸收。同时，含海藻酸水溶肥减施25%和50%增加了根域土壤0～20 cm 铵态氮、硝态氮、有效磷和速效钾含量，提高了土壤有效养分含量。
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