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柑橘是世界上栽培面积最大、总产最高的水果作物。近20年来，我国柑橘产业发展迅速，栽培面积和产量已跃居世界第一。但是与国外相比，我国柑橘单产较低、肥料施用过量、肥料利用率低等问题严重，导致了果品质量下降，橘园土壤酸化严重、温室气体排放加剧等一系列环境风险问题，阻碍了我国柑橘产业绿色可持续发展。氮素是柑橘生长发育的重要营养元素，目前对于酸性柑橘园中的土壤氮素转化过程研究不足，影响了酸性柑橘园氮素优化管理。基于此，本文以中国30个柑橘主产县之一的四川省丹棱县为例，首先对柑橘园农户调研，了解目前该区域柑橘园养分投入现状，并利用生命周期评价(Life cycle assessment, LCA)的方法对柑橘生产过程中的环境影响(温室气体排放、环境酸化和富营养化)进行评价，以期定量化主要环节的影响因子及优化潜力。然后，通过不同氮素形态配比和不同土壤改良剂的室内模拟实验和田间试验，研究氮素投入形态和土壤改良剂对酸性柑橘园土壤的氮素转化和柑橘产量品质的影响，阐明酸化柑橘园土壤氮素矿化特征，明确土壤改良、氮素形态调控对酸性土壤硝化过程的影响程度，为酸性柑橘园氮素优化管理提供依据。本文主要研究结果如下：
(1)丹棱县柑橘种植系统具有土壤酸化严重、养分投入高、产量低等特征。调研结果表明该区域柑橘平均产量为24.4tha-1，氮素投入严重过量(平均847kgNha-1)，氮肥偏生产力低(平均34.0kgkg-1)，且氮肥的施用量与土壤有效氮含量无显著相关，表明氮素损失严重。同时，该区域酸性土壤占比高，66.1%的土壤pH值低于4.8。另外，该区域柑橘品质波动大，柑橘单果重、Vc、总糖、可滴定酸和固酸比的变异系数分别达18%、15%、16%、24%和23%。
(2)丹棱县柑橘生产导致的土壤酸化、温室气体排放、水体富营养化等环境代价高，氮肥过量是主要因素。无论是单位面积还是单位产量上，肥料是环境影响最重要的贡献因子，分别占温室气体排放、环境酸化和富营养化潜力的92.4-95.1%，89.4-89.8%和97.8-97.9%，其中，氮肥的生产和施用占肥料对环境影响的95%以上。因此，该县环境影响程度的空间分布与氮素投入的空间分布基本一致。与全部调研农户的结果相比，高产高效组柑橘园的温室气体排放、环境酸化和富营养化潜力在单位面积上分别降低了12.0%、14.8%和15.2%，单位产量上分别降低了55.5%、56.6%和56.6%，拥有更年轻、受教育程度更高农户(HH区组)的果园在柑橘产量和PFP-N上更高，而肥料投入更少，环境代价更低。与调研结果相比，氮肥形态调控和土壤改良的产量分别提高了56.0%和21.6%，氮肥偏生产力提高了149%和169%，使得环境代价显著降低，温室气体排放、环境酸化和富营养化潜值分别降低了32.5-67.7%、43.7-73.4%和46.0-74.7%。
(3)不同氮素形态配比试验结果表明，室内培养条件下，土壤pH值越低，土壤氮素矿化量和硝化作用越低，土壤净硝化速率与土壤pH值呈现显著正相关。强酸性土壤上，不同形态氮肥的氮素硝化速率都受到抑制，抑制程度为：硝酸铵＞硫酸铵＞尿素，尿素的硝化速率最高；此外，酸性土壤上尿素的水解也受到抑制。在强酸性土壤上，田间硝态氮施用量高于铵态氮时有利于柑橘春梢生长、降低落果和品质提升；与其它处理相比，硝铵比7：3时果实单果重增加4.8%-12.4%；在氮素吸收上，施用尿素可以显著提高果实氮含量，尿素和尿素配施硝化抑制剂保证了对叶片氮素的持续供应。
(4)酸性土壤改良试验表明，酸性土壤上施用生物炭、石灰、有机肥等土壤改良剂显著增加了土壤pH，从而促进了氮素的矿化量和净硝化速率，其中施用生物炭的氮素转化效果最好；与对照相比，土壤改良后柑橘产量提高了36.1%-67.6%，施用生物炭处理增产效果最好。通过土壤改良措施还可显著提高柑橘新根的生长和根系活力，不同处理的当年新根生长量为有机肥>石灰~生物炭>对照，根系活力大小顺序为有机肥>石灰>生物炭>对照。
(5)优化施肥试验结果表明，在常规施肥的基础上，减施化肥用量、提高春季硝态氮比例、增施中微量元素和有机肥后柑橘产量增加了55.6%-68.1%，总糖含量增加13.6%-24.5%，环境效应降低53.1-67.1%，酸性柑橘园的农学效率、经济收益和环境效应均显著提高。
综上，氮肥过量加剧了柑橘园土壤酸化过程并反作用于酸性柑橘园土壤氮素转化，氮肥减施并结合氮素形态优化和酸性土壤改良是酸性柑橘园协同实现稳产、优质和降低环境代价的重要途径。
(1)丹棱县柑橘种植系统具有土壤酸化严重、养分投入高、产量低等特征。调研结果表明该区域柑橘平均产量为24.4tha-1，氮素投入严重过量(平均847kgNha-1)，氮肥偏生产力低(平均34.0kgkg-1)，且氮肥的施用量与土壤有效氮含量无显著相关，表明氮素损失严重。同时，该区域酸性土壤占比高，66.1%的土壤pH值低于4.8。另外，该区域柑橘品质波动大，柑橘单果重、Vc、总糖、可滴定酸和固酸比的变异系数分别达18%、15%、16%、24%和23%。
(2)丹棱县柑橘生产导致的土壤酸化、温室气体排放、水体富营养化等环境代价高，氮肥过量是主要因素。无论是单位面积还是单位产量上，肥料是环境影响最重要的贡献因子，分别占温室气体排放、环境酸化和富营养化潜力的92.4-95.1%，89.4-89.8%和97.8-97.9%，其中，氮肥的生产和施用占肥料对环境影响的95%以上。因此，该县环境影响程度的空间分布与氮素投入的空间分布基本一致。与全部调研农户的结果相比，高产高效组柑橘园的温室气体排放、环境酸化和富营养化潜力在单位面积上分别降低了12.0%、14.8%和15.2%，单位产量上分别降低了55.5%、56.6%和56.6%，拥有更年轻、受教育程度更高农户(HH区组)的果园在柑橘产量和PFP-N上更高，而肥料投入更少，环境代价更低。与调研结果相比，氮肥形态调控和土壤改良的产量分别提高了56.0%和21.6%，氮肥偏生产力提高了149%和169%，使得环境代价显著降低，温室气体排放、环境酸化和富营养化潜值分别降低了32.5-67.7%、43.7-73.4%和46.0-74.7%。
(3)不同氮素形态配比试验结果表明，室内培养条件下，土壤pH值越低，土壤氮素矿化量和硝化作用越低，土壤净硝化速率与土壤pH值呈现显著正相关。强酸性土壤上，不同形态氮肥的氮素硝化速率都受到抑制，抑制程度为：硝酸铵＞硫酸铵＞尿素，尿素的硝化速率最高；此外，酸性土壤上尿素的水解也受到抑制。在强酸性土壤上，田间硝态氮施用量高于铵态氮时有利于柑橘春梢生长、降低落果和品质提升；与其它处理相比，硝铵比7：3时果实单果重增加4.8%-12.4%；在氮素吸收上，施用尿素可以显著提高果实氮含量，尿素和尿素配施硝化抑制剂保证了对叶片氮素的持续供应。
(4)酸性土壤改良试验表明，酸性土壤上施用生物炭、石灰、有机肥等土壤改良剂显著增加了土壤pH，从而促进了氮素的矿化量和净硝化速率，其中施用生物炭的氮素转化效果最好；与对照相比，土壤改良后柑橘产量提高了36.1%-67.6%，施用生物炭处理增产效果最好。通过土壤改良措施还可显著提高柑橘新根的生长和根系活力，不同处理的当年新根生长量为有机肥>石灰~生物炭>对照，根系活力大小顺序为有机肥>石灰>生物炭>对照。
(5)优化施肥试验结果表明，在常规施肥的基础上，减施化肥用量、提高春季硝态氮比例、增施中微量元素和有机肥后柑橘产量增加了55.6%-68.1%，总糖含量增加13.6%-24.5%，环境效应降低53.1-67.1%，酸性柑橘园的农学效率、经济收益和环境效应均显著提高。
综上，氮肥过量加剧了柑橘园土壤酸化过程并反作用于酸性柑橘园土壤氮素转化，氮肥减施并结合氮素形态优化和酸性土壤改良是酸性柑橘园协同实现稳产、优质和降低环境代价的重要途径。