果樹“5416”測土配方施肥技術的研究與應用*

王海波，王孝娣，李 莉，史祥賓，王小龍，宣景宏，王瑩瑩，劉鳳之

（1 中國農業科學院果樹研究所，農業農村部園藝作物種質資源利用重點實驗室，遼寧省落葉果樹礦質營養與肥料高效利用重點實驗室，遼寧興城125100）（2 全國農業技術推廣服務中心）（3 遼寧省綠色農業技術中心）

中國農業科學院果樹研究所借助樹體解剖試驗，歷經10 多年研究，發現鮮食葡萄和桃等果樹植株的氮、磷、鉀、鈣和鎂含量分別為0.67%～0.92%和0.60%～0.69%、0.28%～0.36%和0.28%～0.30%、0.67%～0.96%和0.32%～0.40%、0.83%～0.96%和0.85%～0.86%、0.14%～0.18%和0.14%～0.16%。植物營養學中將植物體內含量大于0.5%的營養元素定義為大量元素，含量介于0.1%～0.5%的為中量元素，含量低于0.1%的為微量元素[1]。按照上述劃分標準，針對鮮食葡萄和桃等果樹而言，氮、鈣和鉀為大量元素，磷和鎂為中量元素，因此，傳統上將氮、磷、鉀3種營養元素定義為大量元素的做法與果樹的實際情況不符，同時考慮到營養元素磷和鎂[2-5]的重要性，今后在果樹的營養與施肥研究中應將氮、磷、鉀、鈣和鎂5種營養元素全部納入考慮，但“3414”測土配方施肥研究方案不能滿足實際需要。鑒于此，中國農業科學院果樹研究所研究提出了果樹“5416”測土配方施肥研究方案并獲發明專利（ZL201710052213.2）[6]，為果樹養分的精準供應和果樹專用配方肥的研發提供了有力工具，為果樹按需和精準施肥的實施提供了技術支撐。

1 果樹“5416”測土配方施肥技術的概念和創新點

1.1 概念

果樹“5416”測土配方施肥技術吸收了非完全實施正交試驗的回歸處理少、效率高的優點，是指基于果樹營養元素的年需求規律，開展氮、磷、鉀、鈣和鎂五因素，全年施肥量四水平的“5416”非完全實施正交田間試驗，固定產量以獲得優質果品（產品）為目標，首先借助相關分析等統計方法，明確果樹植株營養診斷的最佳取樣時期和取樣部位以及土壤營養診斷的最佳取樣時期和取樣位置，然后借助CND 等方法，制定出果樹植株及土壤的營養診斷標準和施肥建議，進而實現在果樹的各關鍵生育階段，將準確種類和數量的氮、磷、鉀、鈣和鎂等肥料施入正確的位置，為按需施肥和精準施肥提供技術支撐。為確保數據的可靠性和實用性，本田間試驗至少需開展3 年以上。結合樹體解剖，通過該技術可確定試驗果園土壤的供養分量和肥料利用率等關鍵的基礎數據。

1.2 創新點

（1）基于系統思維，充分考慮了各關鍵生育階段之間以及各營養元素之間的互作，克服了過去多年生果樹施肥研究方案只能針對單一生育階段或單一營養元素而無法全面考慮的缺點。

（2）基于滿足人民對美好生活的需要，明確了品質指數為評價標準。以生產優質果品（產品）為目標，將果品（產品）的品質指數作為評價標準，解決了過去基于產量不考慮果實（產品）品質的缺陷，為果業的供給側改革提供了技術支撐。

（3）基于市場導向，建立了消費者參與式的品質評價指標體系?；谙M者和銷售商的調查問卷，確定了果品（產品）的品質指數。對于果品的品質評價而言，經調查問卷分析，消費者和銷售商對果品的好看、好吃、好運等3 類指標關注度最高，其中好看主要包括果皮亮度或色澤和單果（粒）重2 個指標，好吃主要包括可溶性固形物含量和特征香氣（若品種沒有典型香味則不予考慮）2 個指標，好運主要包括帶皮硬度指標，上述指標按照一定權重（以消費者和銷售商的調查問卷計算得出最佳）即可計算得出相應果品的品質指數。而對于產品如葡萄酒等品質的評價而言，主要通過代表性消費者的品鑒打分計算得出相應產品的品質指數。

（4）基于根域管理理念，建立了土壤樣品的取樣標準。根據果樹植株吸收根的分布情況，確定土壤樣品采集的取樣位置［距中心干的水平位置和垂直位置（深度）］和不同位置土樣的混合比例。例如，施肥位置土壤的取樣數量由施肥位置吸收根占整個根域吸收根的比率確定，即施肥位置土壤樣品占土壤總樣品的比率與施肥位置吸收根占整個根域吸收根的比率相同。

2 果樹“5416”測土配方施肥技術的實施

2.1 關鍵參數基礎數據的確定

2.1.1 果樹營養元素年需求規律圖的繪制

以生長健壯且處于盛果期的果樹為試材，萌芽前至少選取21 株長勢一致的果樹并做好編號，于萌芽、始花、末花、種子發育/果實緩慢生長、果實轉色/軟化、果實采收和落葉休眠7 個關鍵時期各選取至少3 株植株進行刨樹，并將其解剖為根系、主干、主枝（蔓）、枝條、葉片、葉柄、花或果實等部位，測定各部位的氮、磷、鉀、鈣和鎂等營養元素的含量，并計算萌芽期至始花期、始花期至末花期、末花期至種子發育/果實緩慢生長期、種子發育/果實緩慢生長期至果實轉色/軟化期、果實轉色/軟化期至成熟采收期、果實采收期至落葉休眠期等關鍵生育階段植株對氮、磷、鉀、鈣和鎂等營養元素的需求量，然后根據公式（1）～（3）計算得出各關鍵生育階段植株對氮、磷、鉀、鈣和鎂等營養元素的需求量占整個年生育周期需求量的比率，最終繪制出果樹對營養元素的年需求規律圖（圖1）。為消除年際間差異，試驗至少需要3 年。

圖1 果樹營養元素年需求規律（以露地栽培巨峰為例）

2.1.2 果樹營養元素年需求量的確定

結合果樹營養元素年需求規律圖的繪制，按照公式（4）計算出生產單位產量（100 kg）果實所需的氮、磷、鉀、鈣和鎂等營養元素的年需求量，單位為kg 或g。為消除年際間差異，試驗至少需要3 年。

2.1.3 果園土壤年供養分量的測定

在代表性地塊上進行不施肥的田間小區（每小區4 株樹以上供試果樹）試驗，該試驗小區果樹的年養分吸收量就是該類型土壤的年供養分量，單位為kg 或g/667 m2。一般通過公式法和樹體解剖法計算得出，其中公式法簡單易行，但準確性不如樹體解剖法。

（1）公式法。按照公式（5）計算得出該類型土壤代表性地塊的年供養分量。

（2）樹體解剖法。第1 步萌芽前至少選取8株長勢一致且生長健壯的盛果期果樹，做好編號作為供試材料，將其中半數果樹于萌芽前刨樹、解剖并測定各部位的養分含量，計算出單株果樹植株所含的總養分量；第2 步于果實成熟期采收剩余半數果樹的果實測定其養分含量，計算出單株果樹果實所含的總養分量；第3 步于落葉期收集所有落葉，同時刨樹解剖并測定各部位的養分含量，計算出單株果樹植株所含的總養分量；第4 步按照公式（6）計算出該類型土壤代表性地塊的年供養分量。

各地應按土壤類型，分品種和栽培模式進行多點試驗，取得可靠數據后，方可估算土壤的年供養分量。

2.1.4 肥料養分含量的測定

化肥和商品有機肥的養分含量按出廠包裝袋上標明的含量或測定值，農家肥的養分含量按測定值。

2.1.5 肥料養分利用率的測定

肥料的養分利用率受土壤肥力、施肥量、灌溉、施肥方式和土壤條件等影響，化學肥料利用率低是一個全球性問題，在我國尤其突出。一般情況下，常見肥料的當季利用率如下：碳酸氫銨氮元素的利用率為30%～35%、過磷酸鈣磷元素的利用率為25%、鈣鎂磷肥磷元素的利用率為20%、尿素氮元素的利用率為45%～50%、磷酸二銨磷元素和氮元素的利用率分別為30%和50%、硝酸銨氮元素的利用率為50%～55%、硫酸鉀鉀元素的利用率為50%、硫酸銨氮元素的利用率為55%～60%、有機肥中氮磷鉀三元素的利用率為20%～30%、復合肥中氮磷鉀三元素的利用率略高于同類單質肥或相當、人糞尿氮元素的利用率為55%～60%。肥料養分利用率的準確數值需要通過田間施肥試驗按照公式（7）計算獲得。

2.2 “5416”正交施肥田間試驗

“5416”正交施肥田間試驗即氮、磷、鉀、鈣和鎂五因素，0、1（0.5 倍）、2（1.0 倍）和3（1.5倍）施肥量四水平，16 個處理的非完全實施的正交試驗（表1）。

表1 “5416”正交施肥試驗處理

試驗中氮、磷、鉀、鈣和鎂5種元素的施用量為全年施肥量，其中二（1.0 倍）水平施肥量根據公式（8）～公式（10）計算得出。試驗過程中，不同生育階段5種元素的施用量基于果樹礦質營養年需求規律圖根據公式（11）計算得出。果實成熟時測定果實的產量和品質，并進行統計分析，以固定產量生產出優質果品為目標，首先得出氮、磷、鉀、鈣和鎂等營養元素全年的最優施肥配比和施肥量，然后基于果樹礦質營養年需求規律圖計算得出不同生育階段的氮、磷、鉀、鈣、鎂等元素的最優施肥配比和施肥量，實現按需施肥。

我國幅員遼闊，各地施肥的具體條件差異很大，目標產量的需養分量、土壤的供養分量、肥料的養分利用率等關鍵參數也不盡相同，對施肥量的估算應因地制宜。

試驗表明，每次“5416”田間試驗得出的最優施肥配比和施肥量，最多可用3 年，3 年后需重新開展“5416”田間試驗，以確定最優施肥配比和施肥量。

2.3 果樹植株及果園土壤營養診斷標準的制定

基于“5416”測土配方施肥田間試驗，于萌芽、始花、末花、果實種子發育/果實緩慢生長、果實轉色/軟化、果實成熟采收和落葉休眠7 個關鍵生育期采集16 個施肥處理的果樹植株不同部位的植物樣品（葉片、葉柄、花或果實）和不同位置、不同深度的土壤樣品［根據果樹植株吸收根的分布情況，確定土壤樣品采集的取樣位置（距中心干的水平位置和垂直位置）和不同位置土樣的混合比例］，然后測定植株樣品的營養元素總含量和土壤樣品營養元素的有效含量。為減少年際間差異，試驗要求至少連續開展3 年。數據全部測完后，首先對不同部位的植株樣品礦質元素的總含量和土壤樣品礦質元素的有效含量與果實品質進行相關性分析，以顯著相關為判斷標準，確定植株營養診斷的最佳取樣時期、取樣部位，以及土壤營養診斷的最佳取樣時期和取樣位置；然后，采用CND 等方法，以固定產量獲得優質果品為目標，制定出植株及土壤的營養診斷標準和相應施肥建議，進而實現基于測土配方的精準施肥。

3 “5416”測土配方施肥技術的應用

3.1 果樹同步全營養配方肥的概念

果樹同步全營養配方肥是指基于果樹的營養年需求規律和土壤的供養分量、肥料的養分利用率、肥料的養分含量等基礎數據，借助果樹“5416”測土配方施肥技術，確定果樹各關鍵生育階段氮、磷、鉀、鈣和鎂等養分的配比和相應肥料種類，進而由化學方法或物理方法制成的肥料。果樹同步全營養配方肥中的同步是指肥料中各養分的配比與果樹的營養年需求規律同步；全營養是指肥料中各養分的種類根據土壤的養分釋放特性和果樹的營養需求特性確定，滿足了優質果品生產對必需營養元素的需求。

3.2 果樹同步全營養配方肥配方的確定

基于制定的果園土壤營養診斷標準，根據測土配方數據，確定果樹同步全營養配方肥的配方。第1 步，首先確定全年施肥的肥料配方；第2 步，根據果樹的營養年需求規律，確定各關鍵生育階段施肥的肥料配方。

3.2.1 果樹同步全營養配方肥全年配方的確定

（1）土壤養分有效含量介于土壤營養診斷標準的下限和上限之間。當待施肥果園的土壤中某營養元素的有效含量介于土壤營養診斷標準的下限和上限之間時，該果園該營養元素的667 m2全年施用量由公式（12）計算得出。

式中，b 為某營養元素的667 m2全年施用量；x 為待施肥果園土壤某營養元素的有效含量；x1為土壤營養診斷標準的下限，當土壤中某營養元素有效含量與土壤營養診斷標準的下限相同時，該營養元素的施用量為a；x2為土壤營養診斷標準的上限，當土壤中某營養元素有效含量與土壤營養診斷標準的上限相同時，該營養元素的施用量為0。

（2）土壤養分有效含量低于土壤營養診斷標準的下限。當待施肥果園的土壤中某營養元素的有效含量低于土壤營養診斷標準的下限時，該果園該營養元素的667 m2全年施用量由公式（13）計算得出。

式中，b 為某營養元素的667 m2全年施用量；x 為待施肥果園土壤某營養元素的有效含量；x1為土壤營養診斷標準的下限，當土壤中某營養元素有效含量與土壤營養診斷標準的下限相同時，該營養元素的施用量為a；Pb 為土壤容重[7]；s 為根域面積（根系的集中分布面積，受樹種、品種、砧木和栽培模式等影響，一般情況下，葡萄等為葉幕面積的1/5～1/4，矮化密植栽培的桃、蘋果和梨等為行距的1/5～1/4）；h 為根域深度（根系的集中分布深度，受樹種、品種、砧木和栽培模式等影響，一般情況下，葡萄和桃等果樹為40 cm、蘋果和梨等果樹為60 cm）。

（3）土壤養分有效含量高于土壤營養診斷標準的上限。當待施肥果園的土壤中某營養元素的有效含量高于土壤營養診斷標準的上限，表明該果園土壤中該營養元素過量，施用量為0。

3.2.2 果樹同步全營養配方肥各關鍵生育階段配方的確定

待施肥果園某關鍵生育階段營養元素的667 m2施用量由公式（14）計算得出。

式中，c 為待施肥果園某關鍵生育階段某營養元素的667 m2施用量；b 為該果園該營養元素的667 m2全年施用量；d 為該生育階段該營養元素的分配比率，由公式（3）計算得出。

3.3 果樹同步全營養配方肥的應用效果

借助果樹“5416”測土配方施肥技術，中國農業科學院果樹研究所與石河子市郁蘢生物肥料有限公司等聯合，研發出國內首款果樹同步全營養配方肥（登記號：WLSRXJ2021-00038、ZLSRXJ2021-00031、DLSRXJ2021-00054），經中試表明，在葡萄和桃等果樹上應用效果良好。

3.3.1 葡萄

（1）鮮食葡萄。在新疆生產建設兵團第八師中試園，與常規施肥相比，施用果樹同步全營養配方肥不僅使化肥減施20%～60%，而且使果實品質指數增加32.6%～106.0%，果實品質顯著提升。

（2）釀酒葡萄。在山東省君頂酒莊中試園，①與常規施肥對照相比，施用果樹同步全營養配方肥在保證產量的基礎上，不僅使化肥總量減施60%以上、氮肥和磷肥減施70%以上、鉀肥減施80%以上，而且葡萄酒品質顯著提升，利用霞多麗、梅樂和赤霞珠等原料釀造的葡萄酒品鑒綜合評分增加3.7%以上（表2）。②常規施肥對照的貴人香葡萄果實不能正常成熟，收獲時果實可溶性固形物含量僅為14%～15%；而施用果樹同步全營養配方肥后，貴人香葡萄收獲時果實的可溶性固形物含量為18%～19%。

表2 2018—2021 年君頂酒莊中試園化肥總量減施情況

3.3.2 桃

在遼寧省葫蘆島市連山區塔山鄉龍興水果專業合作社桃中試園，與常規施肥對照相比，施用果樹同步全營養配方肥不僅使化肥減施40%以上，而且果實品質指數增加30%以上，果實品質顯著提升。