不同滴灌施肥配比对香蕉产量、养分利用及经济效益的影响

2021-07-01臧小平陈宇丰王甲水马蔚红谢江辉

灌溉排水学报 2021年6期

臧小平，井涛，陈宇丰，王尉，王甲水，马蔚红*，谢江辉

（1.中国热带农业科学院海口实验站/海南省香蕉遗传改良重点实验室，海口 571101；2.中国热带农业科学院热带生物技术研究所，海口 571101）

0 引言

【研究意义】我国是第二大香蕉生产国，海南是我国香蕉发展的优势产区。根据国家香蕉产业技术体系经济岗位和综合试验站抽样调查，2018年海南省香蕉种植面积34 390 hm2，总产量121.6 万t，产值35.64 亿元，产值居全省种植业第三位、单位面积产值效益居第二位，是海南热带特色高效农业的优势产业和支柱性产业[1]。根据水利部、农业农村部等五部委联合印发《“十三五”新增1 亿亩高效节水灌溉面积实施方案》，明确提出到2020年，全国高效节水灌溉面积达到2.4×107hm2左右，占灌溉面积的比例提高到32%以上。热区六省（区）（海南、广东、广西、云南、福建、贵州）“十三五”期间新增高效节水灌溉面积8.00×105hm2，其中微灌面积2.25×105hm2。实现节水50%，节肥30%，经济作物节本增收9 000 元/hm2以上。目前，水肥一体化技术在海南香蕉施肥上的应用处于发展阶段，滴灌水肥耦合技术的应用尚不成熟，与之配套的施肥参数成为研究重点。【研究进展】臧小平等[2]研究发现，在滴灌水肥一体化条件下，与常规施肥比较，采用氮、磷、钾减量施肥（氮减量47%，磷减量37%，钾减量65%），香蕉产量增加13%，植株对氮、磷、钾的吸收量和吸收强度均有显著的提升。邓兰生等[3]研究发现，在等量养分投入条件下，滴灌施肥与常规灌溉施肥相比，植株总干重、一级根数量与直径及抽蕾率等生长指标均表现为全面提升，香蕉产量可提高29.37%。臧小平等[4]研究表明，氮、钾较常规施肥量减少70%前提下增施液体肥，可节约肥料成本26.5%，增产2.5%，经济效益显著提升。综上所述，香蕉施肥采用水肥一体化技术，除水利设置配套外，合理的滴灌用肥配比也非常重要。因此，合理、高效的水溶肥配方，既能减少香蕉施肥的浪费及环境问题，又能保证香蕉生长需求，同时降低生产成本。【切入点】但是调查发现，香蕉种植户在施肥管理中仍存在盲目性，肥料施用大多基于往年经验。且由于肥料与滴灌系统不配套，实际生产中超过30%化肥以撒干肥形式施入土壤的不科学施肥方式，导致香蕉生育后期不能获得充足的营养供应，水肥互作效应未充分发挥。当前在香蕉水肥一体化增效肥料研究中主要侧重于喷水带灌溉条件下肥料的养分效应，对于滴灌施肥系统中各养分配比的研究相对不足。目前我国农业面源污染和化肥减量增效等问题凸显，尤其对于高产出高投入的设施水肥条件下果园栽培，土壤酸化、增效困难问题已成为制约农业可持续发展的瓶颈，因此探索肥料在蕉园的利用效率及增产增效作用显得尤为重要。【拟解决的关键问题】在目前节水农业生产中，选用合适的水溶性单质肥料配合滴灌系统进行香蕉施肥是重点关注的问题之一。本研究选用尿素、聚磷酸铵、氯化钾、硫酸钾等生产上常用的水溶性肥料，在氮磷钾不同配比下研究滴灌香蕉植株生长性状对肥料的响应及其与产量、养分利用及经济效益间的关系，从而为香蕉水肥一体化技术提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试土壤为玄武岩发育的砖红壤，质地为砂黏土，试验开始前耕层土壤（0～20 cm）化学性质为：pH 值6.0，有机质2.15%，碱解氮量96.6 mg/kg，有效磷量31.6 mg/kg，速效钾量113.5 mg/kg。按全国第2 次土壤普查推荐的土壤肥力分级标准，该试验土壤地力属于中等肥力土壤。试验香蕉品种为宿根6 代的南天黄（Musa aaa cavendish cv Nan Tian Huang），双行浅沟种植，滴灌区按每种植行铺设2 条滴灌管，滴头流量为2.0 L/h，滴头间距为40 cm。香蕉定植株行距为2.0 m×2.2 m。

1.2 试验区概况

田间试验于2018年9月—2019年7月在海南省临高县波莲镇美灵村华远农场香蕉基地（19°77' N，109°62' E）进行。该地区属于热带季风气候型，全年无霜，气候温和，年平均气温24.0 ℃，年平均降水量在1 400 mm 以上，5—10月为雨季，降水量占全年的82%，年平均风速2.8 m/s。

1.3 试验方法

试验共设4 个处理：A 处理（N、P2O5、K2O 质量比为1.00∶0 .37∶2.61）、B 处理（N、P2O5、K2O质量比为1.00∶0.37∶1.76）、C 处理（N、P2O5、K2O 质量比为1.00∶0.37∶1.76，复合微量元素）。设不施化肥、清水滴灌为对照（CK），每个处理设3次重复。CK 小区面积900 m2，A、B、C 处理小区面积均为1 400 m2，随机区组设计。供试化肥为尿素（N 46%），聚磷酸铵（N 11%，P2O537%），硫酸钾（K2O 52%），氯化钾（K2O 60%），硫酸镁（Mg 8.9%），复合微量元素（Fe+B+Zn+Cu+Mn+Mg+Mo 10%）。香蕉整个生育期通过化肥投入养分量：A 处理：纯N 309.7 kg/hm2，P2O5113.2 kg/hm2，K2O 807.0 kg/hm2；B、C 处理：纯N 619.3 kg/hm2，P2O5226.4 kg/hm2，K2O 1 089.0 kg/hm2。全部化肥作为追肥通过滴灌随水施加，其他管理措施同一般大田。具体施肥方案见表1。试验区有机肥投入为9 088 kg/hm2羊粪（有机质45%，氮磷钾5%）+1 818 kg/hm2微生物液体肥（有效活菌0.5 亿/L，有机质100 g/L，氮磷钾60 g/L）。2018年9月初定芽清园，绿叶数6～8 张。各处理配比氮、磷、钾比例参考杨苞梅等[5]、朱治强等[6]试验，B、C 处理和A 处理分别参照其中氮钾比例下限值和中间值。氮投入量参考章明清等[7]的试验，以B 处理作为常规施肥对照。根据南天黄品种生长特性和海南植蕉区特点，确定香蕉生长季中的总灌水量为9 000 m3/hm2，2018年9月12日开始滴水灌溉，除阴雨天气外，每隔2～3 d 灌水1 次，每次滴灌时间1.5～2 h；根据叶片数确定施肥时间[8]，小区施肥时每次滴肥水0.5 h。2019年5月1日抽蕾，2019年6月29日收获。

表1 各处理施肥方案Table 1 Distribution scheme of fertilizers during banana growth period kg/hm2

1.4 测定项目及方法

每小区选定长势一致，健康无病虫害香蕉5 株，在孕蕾期测定香蕉的叶片数、株高（从地面至顶部两片叶叶柄交叉点的距离）、假茎围（近地面处的假茎周长）、青叶数、倒三叶叶长和宽，并于收获时记录每株香蕉产量并取果穗样进行果实农艺性状调查。试验开始前取混合土壤样本进行基本性状分析。各项测试指标参考土壤农化分析相关方法[9]。肥料吸收利用及经济效益相关计算式为[10-11]：

香蕉价格按海南2019年6—7月收购价格计算，肥料价格按市场价计算，香蕉4 000元/t，尿素2 700元/t，聚磷酸铵8 800元/t。硫酸钾4 900元/t，氯化钾3 000元/t，硫酸镁1 100元/t，复合微量元素20 000元/t。

1.5 数据处理

所有数据采用Microsoft Excel 2003和SPSS17.0统计软件进行处理分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理对香蕉生长性状的影响

表2 为不同水溶肥配比处理的香蕉假茎粗、青叶数及叶长等形态生长指标。3 个化肥配比处理的株高均高于CK。说明仅含氮磷钾的配方或在氮磷钾的基础上加入微量元素有利于香蕉株高的增加。青叶数、叶长趋势和株高一致，A、B、C 处理的青叶数及叶长均显著高于CK。其中A 处理的青叶数较B、C 处理分别增加11.3%、8.2%，且A 处理与B、C 处理之间差异显著。可以看出，在滴灌条件下追施配方肥有利于植株的营养生长，在假茎围、青叶数、叶长指标上得到体现，能产生更多的光合产物供香蕉生长，为高产提供充足的物质保障。

表2 抽蕾期不同处理的香蕉长势Table 2 Growth of banana plant of various treatments during floral emergence

2.2 不同处理对香蕉产量和养分利用效率的影响

表3 为不同水溶肥配比处理的香蕉产量和养分利用参数。A 处理的单株产量为25.61 kg（不含果轴）。因香蕉多代宿根影响，实际收获株数按2 100 株/hm2计，A 处理折合产量53 781 kg/hm2，较B、C 处理的产量分别增加9.7%、8.8%，A 处理与B、C 处理之间差异显著。A 处理果指数比B、C 处理分别增加14、11 个/株，分别提高10.1%、7.8%。A 处理中肥料的产量贡献率较B、C 处理分别提高6.9%、6.3%。滴灌条件下不同配比肥料滴施可增加果指数，从而促进香蕉高产。3 种不同配比处理的表现为：A 处理＞C处理＞B 处理＞CK。添加微量元素的C 处理对香蕉树势和树体营养的提升有一定的积极作用，但与未添加的B 处理比较，未表现显著性差异，二者在产量上也无显著差异。

表3 不同处理的香蕉产量和肥料利用参数Table 3 Banana yield and fertilizer utilization efficiency in different treatments

从养分吸收利用效率来看（表3），肥料农学效率（AE）和肥料偏生产力（PFP）亦表现为A 处理＞C 处理＞B 处理，A 处理的肥料农学效率较B、C 处理分别提高125.6%和117.5%、肥料偏生产力分别提高72.6%和71.2%。可以看出，滴灌条件不同配比的肥效产生明显差异，A 处理优于其他处理，说明合理的氮磷钾配比即可满足香蕉植株的生长发育。

2.3 不同处理对香蕉经济效益的影响

表4 是施用不同配比肥料处理的香蕉经济效益分析。A 处理的边际收益为51.16 元/kg，比B、C 处理分别增加28.50、27.63 元/kg，分别提高了125.8%、117.4%。A 处理与B、C 处理比较增产显著，且因化肥投入减少导致生产成本总投入减少，其综合生产效益明显提高。从纯收益比较，A 处理较B、C 处理分别净增21 221、19 901 元/hm2，分别提高了22.2%、20.6%。种植香蕉的产投比也由B 处理的1.95∶1 上升到A 处理的2.18∶1。联合国粮农组织认为可变成本比例（vario-cost ratio，指施肥后增加农产品所得价值与施肥开支的比值）＞2 就具有经济合理性[11]。A 处理VCR值为4.0，从经济效益方面衡量也是合算的。通过对上述3 种肥料配比处理经济效益指标的比较，表明A 处理可明显提高香蕉的经济效益。

表4 不同处理下香蕉的经济效益Table 4 The benefit in different treatments

3 讨论

香蕉各项指标以A 处理效果最佳，且大部分指标显著高于B、C 处理，说明使用氮磷钾合理配比即可满足香蕉植株生长发育。B、C 处理间差异不显著，微量元素的添加效果并不理想。这可能是试验土壤中微量元素本底值较高，也可能是由于微量元素添加比例不合理造成的。目前关于香蕉施肥研究多集中于氮磷钾肥料的配比，对于微量元素添加比例、种类等研究较少。杨苞梅等[12]、李瑞民等[13]对香蕉氮的研究发现，氮对香蕉抽蕾具有决定性的作用，比钾和磷的影响更显著。钾的主要作用是促进植株茎的生长发育，而植株茎又是与贮存与运输养分有关的器官。故植株的生长速度、花芽分化以及产量的高低与植株器官内营养的积累密切相关[14]。试验表明不同化肥配比处理香蕉产量的增加源于香蕉果指数增加（表3），香蕉果指数在花芽分化时就已确定，而花芽分化、成花数与钾营养及钾氮比例有关[15]。朱治强等[6]提出花芽分化期适宜的钾氮比（K2O/N）为1.5，肖焱波等[16]提出花芽分化期适宜的K2O/N 为2.4。本试验花芽分化期A 处理的K2O/N 为2.0，B、C 处理花芽分化期的K2O/N 为1.3。李丰年等[17]综合广东、广西、福建和台湾地区近年的香蕉配方施肥经验，提出氮磷钾配比的范围是1∶0.2～0.5∶1.1～2。杨宇等[18]提出海南巴西蕉、宝岛蕉三要素总累积量比分别为1∶0.15∶3.2、1∶0.13∶1.55。章明清等[6]提出高产蕉园钾氮比为1.67，中低产蕉园钾氮比为1.39。赖达德[19]认为香蕉氮、磷、钾施用比例以1∶0.5∶2～3.5 为适宜，且在这一比例下，适当增加钾肥的施用量，能够使香蕉生长速度加快，营养生长期缩短；增加雌花段数，缩短抽蕾开花期；促进果实发育，提早成熟；增强植株整体抗逆性能以及提高植株产量和品质。滴灌施肥技术是将灌溉技术与配方施肥技术融为一体的新型高效灌溉技术，施肥能够达到按需供给。滴灌条件下施肥频率的增加有助于提高作物的水肥利用效率。研究表明，肥料随水分次滴施有利于作物对养分的吸收[11,20-21]。大量研究发现，氮磷钾肥施用量为1/2 甚至1/3 时，产量不减少反而增加[2,4,22-23]。氮、磷、钾肥有很强的时效互补性和功能互补性，合理配施能显著增产，达到高产、稳产和提高水分利用效率的目的[24]。在肥料结构调整和优化养分配比条件下，A 处理虽然部分生长指标不如B、C 处理，但合理的养分配比不仅增强了根系对水分和养分的吸收能力（AE和PFP均为最高），而且对植株光合产生促进作用。较高的光合能力有利于同化物的积累和向果实的转移，提高了香蕉营养器官对果实的转运贡献率。合理的氮、磷、钾配比组合对产量形成产生了补偿效应，从而达到既降低养分消耗又保证高额产量的形成。本试验与前人研究所用氮、磷、钾配比基本一致[19]，说明氮磷钾配比合理的情况下，减少施用量可满足香蕉生长。此研究时间仅为一年，而基于不同减氮额度条件下完整设置的养分配比（包括微量元素）对香蕉生长、产量、品质及土壤肥力的影响将使研究更具系统性，尚需要进一步完善和验证。