化肥减施条件下配施保水剂对滴灌香蕉相关性状的影响

臧小平，云天艳，马蔚红，井涛，李凯，王尉，谢江辉

化肥减施条件下配施保水剂对滴灌香蕉相关性状的影响

臧小平1，云天艳1，马蔚红1，井涛1*，李凯2，王尉2，谢江辉2

（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）

【】探索保水剂在滴灌香蕉集约化种植模式下的应用效果，为蕉园资源高效利用提供科学依据。采用田间试验，设置传统施肥处理（CK：N 596.8 kg/hm2，P2O5312.8 kg/hm2，K2O 1 850.3 kg/hm2）、化肥减量（T1处理：N、P2O5各减量 55%，K2O减量50%）、化肥减量+保水剂（T2处理：N、P2O5各减量55%，K2O减量50%+SAP 219.2 kg/hm2）共3个处理，每个处理重复3次，研究滴灌减量施肥条件下配施保水剂对香蕉产量、肥料利用效率及经济效益的影响。滴灌减施化肥条件下，施保水剂可显著提高香蕉的假茎围、青叶数（<0.05），T2处理香蕉产量达54 242 kg/hm2，较CK提高18.3%；化肥偏生产力较CK提高144.7%。T2处理纯收益为61 700元/hm2，较CK增加137.4%，产出投入比由1.22∶1上升到1.58∶1。综合考虑香蕉产量、化肥减施和经济效益，滴灌减量施肥+保水剂（N 268.6 kg/hm2, P2O5140.5 kg/hm2, K2O 925.2 kg/hm2+SAP 219.2 kg/hm2）在香蕉上的应用效果较好。

化肥减施；滴灌；香蕉；保水剂；产量

0 引言

【研究意义】长期以来，我国农业生产已形成了高化肥投入模式，生产者过量和盲目施用化肥的问题突出[1]。然而化学肥料的大量投入严重威胁影响农产品质量、生态环境和农业可持续发展，且化肥的过量施用也导致农业生产中肥料的利用率降低、土壤硝态氮积累、土壤板结及酸化、土传病害严重等问题[2-3]。农业部于2015年制定了《到2020年化肥使用量零增长行动方案》，要求通过改进施肥方式，提高肥料利用率，减少不合理投入等方式，保障粮食等主要农产品有效供给，促进农业可持续发展。近年来，许多研究表明，农业生产中采用多种技术提高肥料利用率和降低化学肥料投入量，减少农业面源污染，并提高作物产量和品质，主要包括：化肥减施[4]、平衡施肥[2]、有机肥和无机肥配施[5-6]、水肥耦合[7]、肥料增效剂使用[8-9]等。上述措施能有效提高肥料利用率，但是各种措施发挥调节作用的机理和方式存在差异。其中，优化施肥用量是提高肥料利用率的直接有效策略[10]。基于作物需求的优化施肥管理能够在降低肥料投入的基础上，显著减少化肥损失而不影响作物产量[11]。保水剂是一种高分子交联聚合物，能改善土壤持水能力，增强土壤微生物活性，促进作物生长发育和光合作用，从而提高作物产量。此外，保水剂还具有肥料增效的作用[12-14]。

香蕉（spp.）属大型多年生草本果树，是国内外水果市场上经济效益最显著的水果之一。我国是世界第二大香蕉生产国，香蕉产业已成为我国热带特色高效农业的优势产业和支柱性产业[15]。目前，平衡施肥、水肥一体化、化肥有机替代等养分管理技术在香蕉施肥上的应用还处于发展阶段，在滴灌节水条件下土壤调理剂、肥料增效剂等的使用较少报道，香蕉化肥减施综合增效技术体系中相关研究内容有待完善。【研究进展】在等施肥量条件下，滴灌施肥的香蕉产量较对照提高29.37%，并提高植株总干质量、一级根数量与直径及抽蕾率等生长指标[16]。滴灌施肥条件下，氮减量47%～50%，磷减量37%～50%，钾减量26%～65%，香蕉产量增加9.7%～13.0%，肥料农学效率和肥料偏生产力分别提高125.6%、72.6%[17-18]。目前，集约化香蕉生产均采用微灌水肥一体化技术，其中滴灌施肥有较好的节水节肥效果[19]。施用保水剂可提高土壤保肥能力，减少养分损失，提高肥料利用率[20]。刘伟等[21]研究发现，施用保水剂80 g/株，并减少20%～40%灌水量，可以获得最佳芒果果实品质及产量。因此，在滴灌水肥耦合条件下如果再加上保水剂的保水效能及肥料增效作用，有望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】目前，保水剂的效果评价大多集中于园林育苗及部分北方园艺作物，且重点关注其在不同区域、不同植物体系中对土壤理化性状、植物生长及产量、水分利用效率的影响[12-14]，而结合养分利用效率、经济效益等方面的综合评价较少，特别是在香蕉等热带经济作物上保水剂与设施灌溉组合效应的研究较为缺乏。当前，我国热带农业面临面源污染等问题，香蕉产业上传统的高产出高投入管理模式，导致土壤肥力下降、行业增效困难，产业可持续发展陷入瓶颈。因此，探索香蕉集约化生产模式下如何进一步提高水肥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，选用合适的微灌系统及配合功能用途制剂进行香蕉施肥是重点关注的问题之一。本研究在课题组前期研究工作基础上，选用生产上常用的水溶性化肥，在氮、磷、钾减量施肥下研究滴灌香蕉植株生长性状对保水剂的响应及其与产量、养分利用及经济效益间的关系，为香蕉水肥高效管理与绿色生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

2020年6月—2021年7月在海南省儋州市两院试验农场六队香蕉基地（19°51' N，109°49' E）进行田间试验。该地区属于热带岛屿季风气候，全年无霜，气候温和，年平均气温23.2 ℃。全年降雨受到季风影响，分布不均，旱季雨季明显，雨季为5—10月，旱季为11—次年4月，年平均降水量1 815.6 mm。土壤类型为花岗岩发育形成的砖红壤，土层较浅薄，底层有砾石。试验开始前耕层0～20 cm土壤基本性质为：pH值5.1，有机质量11.6 g/kg，碱解氮量86.3 mg/kg，有效磷量16.9 mg/kg，速效钾量86.7 mg/kg。

1.2 试验设计与管理

采用田间小区试验，共设3个处理，每个处理设3次重复，采用随机区组排列。试验处理包括：传统施肥（CK）、化肥减量（T1）、化肥减量+保水剂（T2）。基于当地农户调研结果，CK中氮、磷和钾投入量分别为纯N：596.8 kg/hm2、纯P：312.8 kg/hm2和纯K：1 850.3 kg/hm2；基于香蕉生长发育规律和土壤养分供应状况的根层养分管理策略，化肥减施处理较CK中N、P2O5各减量55%、K2O减量50%，T1、T2处理养分投入量为N 268.6 kg/hm2、P2O5140.5 kg/hm2和K2O 925.2 kg/hm2[17]。保水剂用量参考文献[21]，按217.5 kg/hm2施用，各处理不同时期养分投入量如表1所示。供试硫基复合肥（N-P2O5-K2O，16-16-16）、硝基复合肥（N-P2O5-K2O，26-8-0）、硝酸铵钙（N≥15.5%）、硫酸钾（K2O≥52%）、钙镁磷肥（P2O5≥12%）、硫酸镁（Mg>8.9%）。保水剂为甘肃海瑞达生态环境科技有限公司生产的农林用长效型抗旱保水剂。全部化肥除钙镁磷肥土施外，其余均作为追肥通过滴灌随水施加。试验区有机肥投入为CK：10 875 kg/hm2羊粪（有机质45%，氮磷钾5%）；T1、T2：10 875 kg/hm2羊粪+2 610 kg/hm2微生物液体肥（解淀粉芽孢杆菌+甲基营养型芽孢杆菌+贝莱斯芽孢杆菌约6 亿/mL，有机质90.5 g/L，氮磷钾7.96%）。保水剂施用：在种植前施底肥时，将保水剂与羊粪有机肥混合均匀，一起施入种植穴，深度25～30 cm。其他管理措施同常规大田。

表1 各处理养分投入状况

每个试验小区面积460 m2，试验香蕉品种为新植的宝岛蕉（L. AAA Cavendish cv. Formosana），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×2.3 m。香蕉生产周期为 2020年6月2日—2021年7月20日。根据宝岛蕉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，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；根据叶片数确定滴灌施肥时间[22]。

1.3 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，在孕蕾期对香蕉主要田间农艺性状（株高、假茎围、青叶数）进行无损测定。其中株高为从地面至顶部2片叶叶柄交叉点的距离，假茎围为近地面处的假茎周长。在香蕉收获期调查统计各处理商品蕉实际收获产量（不包括果轴）和采收率，每个处理选择9株测定其单株产量和果实农艺性状。果指数为1香蕉果穗的果指总数。果指质量：用电子秤（0.1 g）称每把梳蕉的质量，果指质量＝果质量/果指数。头梳、尾梳分别为整个果穗的第一顶梳、倒数第一梳。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[23]。肥料吸收利用及经济效益相关计算式为[24-25]：

采收率（%）=采收株数/处理总株数×100%，（1）

化肥偏生产力（, kg/kg）=施化肥区产量/施化肥量， （2）

可变成本比例()=（优化管理措施区纯收益-空白区纯收益）/优化管理措施投入成本， （3）

香蕉价格按海南2021年6—7月收购价格计算，保水剂价格按20元/kg，其他生产成本按市场价计算。

1.4 数据处理

所有数据采用Microsoft Excel 2003和SPSS 20.0统计软件进行处理分析，采用LSD法进行多重比较，显著水平为<0.05。

2 结果与分析

2.1 不同处理对香蕉生长性状的影响

表2为不同处理的香蕉假茎围、青叶数及株高等形态生长指标。3个指标均表现一致趋势，即：T2处理>T1处理>CK。T1、T2处理在假茎围、青叶数2项指标上均显著高于CK（<0.05）。其中T2处理的假茎围、青叶数较T1处理分别增加8.8%、13.1%，且2个处理之间差异显著（<0.05）。

表2 抽蕾期不同处理的香蕉长势

注 同列数据后不同字母表示处理间差异达到5%显著水平，下同。

2.2 不同处理对香蕉产量和养分利用效率的影响

表3为不同处理的香蕉产量和肥料利用参数。从采收率和产量指标来看，T2处理最高，T1处理次之，CK最后。T2处理的单株产量为25.17 kg（不含果轴），折合产量54 242 kg/hm2，较T1处理、CK的产量分别增加9.0%、18.3%，T2处理与T1处理、CK之间差异显著（<0.05）。香蕉果指性状6项指标均表现出一致趋势（表4），即：T2处理>T1处理>CK。T2处理头梳果指数、头梳果指质量、尾梳果指质量及平均果指质量4项指标上均显著高于T1处理、CK（<0.05）。其中T2处理头梳果指质量较T1处理、CK分别增加38.7%、47.5%，尾梳果指质量、平均果指质量分别增加31.8%、68.8%和5.9%、12.8%；头梳果指数较T1处理、CK分别增加4.2%、8.3%。

从肥料吸收利用效率来看（表3），3个处理化肥偏生产力（）表现为：T2处理＞T1处理＞CK，T2处理的化肥偏生产力较CK、T1处理分别提高144.7%和9.0%，T2处理与T1处理、CK之间差异显著（<0.05）。

表3 不同处理的香蕉产量和肥料利用参数

表4 不同处理的香蕉果指性状

2.3 不同处理对香蕉经济效益的影响

表5为不同处理下香蕉的经济效益核算，从纯收益来看，T2处理最高，较T1处理、CK分别净增9 541、35 709元/hm2，相对提高18.3%、137.4%。从生产成本来看，T2处理虽然增加了保水剂投入，但化肥农药投入明显减少，生产成本较CK降低27.0%。因而总生产投入成本减少，T2处理总成本较CK减少8.4%；而T2处理与T1处理、CK相比增产显著，其总收益最高，综合生产效益明显提高。种植香蕉的产投比也由CK的1.22∶1上升到T2处理的1.58∶1。联合国粮农组织认为可变成本比例（vario-cost ratio（VCR），指优化管理措施后增加农产品所得价值与优化管理措施投入成本的比值）＞2就具有经济合理性[25]。T2处理值为2.2，从经济效益方面衡量，在滴灌水肥一体化减量施肥基础上，配施保水剂在生产上也是合理的。

表5 不同处理下香蕉的经济效益

注 成本中其他包括种苗、设备、地租、电费、车辆农机费、固定及低耗费用（绑绳、抹花套袋、竹竿等）。

3 讨论

本试验表明，与传统施肥处理比较，滴灌减量施肥T1、T2处理香蕉各项指标均得到提升，表明滴灌水肥一体化条件下通过优化施肥方案以减少化肥用量可获得良好的增产效果。王丽霞等[26]提出香蕉全株吸收氮、磷、钾的比例约为1∶0.2∶（2.5～4.0）。赖达德[27]提出高产蕉园氮、磷、钾推荐施肥比例为1∶0.5∶（2.0～3.5）。根据品种特性和蕉园土壤状况，在上述比例范围内适当增加钾肥的施用量，能够促进香蕉生长，缩短营养生长期；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。钾是香蕉生长周期中需求量最大的养分元素，干物质、氮、钾量对香蕉产量有显著的影响[28]。钾对植株茎的生长发育起主要作用，而香蕉植株茎在整体生物量中占比最大，其主要功能是贮存与运输养分。与植株的光合作用、花芽分化以及产量形成与植株器官内营养的积累密切相关[29]。本试验中T1、T2处理氮、磷、钾养分总投入量为1 334.3 kg/hm2，较CK减少52%；其中N、P2O5、K2O减量分别为55%、55%、50%。CK中氮、磷、钾施用比例为1∶0.52∶3.10，T1、T2处理中氮、磷、钾施用比例为1∶0.52∶3.44，T1、T2处理较CK提高了钾的施用比例。化肥减施条件下通过调整养分配比，合理的氮、磷、钾配比组合对产量形成产生了补偿效应，香蕉产量的增加主要得益于平均果指质量、头梳果指数的增加及整体采收率提高；同时在保证高额产量形成的前提下，减少了养分消耗，提高养分利用效率，这与前人研究结果一致[17,30]。保水剂由于具有独特的三维聚合物网络结构和亲水官能团，表现出较强的吸水特性和保水能力。在保持旱作农田及果园土壤水分、促进作物生长和增加产量上具有明显效果[21,31]。保水剂对肥料具有缓释作用，具有对氨氮肥料亲和力高和抗盐化反应性强的特殊性，可以吸收和保存水肥，使植物以最佳的给水条件作为基础，有效减少肥料的淋溶损失，从而增强植物水肥能量[20]。保水剂和土壤混合物底施，可以有效防止硝态氮的下移，起到显著的水分养分截流作用[32]。张富仓等[33]通过保水剂在不同盐和肥料溶液中的吸水率及水分特征曲线测定的研究表明，保水剂能促进土壤保肥能力的提升。目前市场上保水剂大多为聚丙烯酸（钠）和聚丙烯酰胺类产品，价格较高，为普通肥料增效剂和土壤调理剂的1.5～2.0倍以上。由于其功能相对单一，单独施用会增加农业生产成本，存在投入高和利用率低的问题[34]。因此，为了进一步提高水肥料利用率，充分发挥水肥的协同效应，通过物理或化学方法将肥料、菌剂等与保水剂复合一体化，成为新型功能保水剂。如微生物保水剂可以减少肥料用量，促进植株养分吸收和有机物积累[35-36]；防病型保水剂中的铜制剂能够防治细菌性溃疡病，从而恢复树势，极大地提高产量[37]。本试验中，采用滴灌这一节水效果较佳的微灌方式，在化肥减施、优化养分配比的基础上增施保水剂。化肥减施后增加了有机肥投入，其中微生物菌肥投入量为1.2 kg/株。T2处理产量较T1处理、CK分别增加9.0%、18.3%，肥料偏生产力较T1处理、CK分别提高9.0%、144.7%。因为在T1处理氮、磷、钾合理配比基础上，保水剂可以贮存生育前期土壤中的水分，给微生物菌肥进入土壤的适应环境和菌种繁殖提供了良好的水分条件，同时微生物菌肥通过菌种繁殖及肥力发挥作用，其含有的功能微生物产生大量的代谢产物，可以分解土壤中的大分子营养物质，使土壤结构变松散，从而到改善土壤结构，而良好的土壤结构又为保水剂的长效发挥提供了基础，二者发挥出协同增效作用[36]。保水剂在储存水分的同时也可以锁住养分，在砂性土壤上表现出水分和养分间较好的协同效应，为作物生长提供高效水肥耦合环境，满足作物需求。节水的同时起到节肥的作用，提高水肥利用效率，从而促进作物的生长发育，提高作物增产增收。

本研究中，化肥减施条件下配施保水剂效益最佳，T2处理纯收益较T1处理、CK增加18.3%、137.4%。产投比也由CK的1.22∶1上升到T2处理的1.58∶1。T2处理虽然较T1处理增加了占生产成本约4%的保水剂投入，但由于其较T1处理表现出显著的增产效果，纯收益明显增加，值达到2.2。T2、T1处理的产投比相近，是由于试验为新植蕉，第一季生产成本投入较大，与总收入比较占比较高（63.3%～66.2%）。香蕉为多年生果树，集约化种植下在宿根第二、第三季中生产成本投入一般会下降至总收入的50%～55%，因而后续效益会持续提升。本研究主要关注减施化肥下配施保水剂对香蕉生长、产量和经济效益的影响，但是对于减肥配施保水剂处理对香蕉品质的影响及养分减施的环境效应未开展进一步探究。对于保水剂的持续作用，基于网络结构在肥料养分离子和土壤盐分影响下的保水性能变化，尚需要进一步完善和验证，以全面评价减施化肥配施保水剂策略对我国香蕉系统农学效应、环境效应和品质效应的影响。

4 结论

1）在滴灌减施化肥条件下，氮磷钾肥随水分次追施+保水剂的T2处理（N 268.6 kg/hm2、P2O5140.5 kg/hm2、K2O 925.2 kg/hm2；SAP 219.2 kg/hm2）较CK（传统施肥）可增加香蕉的平均果指质量及头梳果指数，提高产量18.3%。

2）滴灌优化施肥配施保水剂条件下，T2处理的化肥偏生产力较CK提高144.7%。

3）T2处理较CK纯收益增加35 709元/hm2，提高137.4%。种植香蕉的产投比由1.22∶1上升到1.58∶1。

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Amending Soil with Absorbent Polymers to Avert Banana Yield Decline after Reducing Chemical Fertilizations

ZANG Xiaoping1, YUN Tianyan1, MA Weihong1, JING Tao1*, LI Kai2, WANG Wei2, XIE Jianghui2

(1.Haikou Experimental Station, Chinese Academy of Tropical Agriculture Sciences/Hainan Provincial Key Laboratory of Banana Gentic Improvement, Haikou 571101, China; 2.Institute of Tropical Bioscience and Biotechnology, Chinese Academy of Tropical Agriculture Sciences, Haikou 571101, China)

【】Excessive fertilization is often used by farmers as an insurance in crop production. It not only wastes resources but also risks environmental pollution and soil degradation. Reducing agrochemical fertilization has hence been mandated in China in developing sustainable agriculture. The purpose of this paper is to investigate the efficacy of amending soil with a water adsorbent to avert banana yield reduction after reducing chemical fertilization.【】The experiment was conducted at an acidic soil in Hainan province; it consisted of three treatments: ①conventional fertilization by applying 596.8 kg/hm2of N, 312.8 kg/hm2of P2O5and 1 850.3 kg/hm2of K2O (CK); ②reducing 55% of N and P2O5respectively, and 50% of K2O (T1); ③reducing 55% of N and P2O5respectively, and 50% of K2O combined with soil amendment with 219.2 kg/hm2of a water-absorbing polymer (T2).【】Compared with CK, amending the soil with the adsorbent increased girth and leaf numbers of the plant (<0.05); it also increased the yield by 18.3% to 54 242 kg/hm2, in addition to the 144.7% increase in partial factor productivity. Thenet income of after the soil amendment was 61 700 yuan/hm2, 137.4% higher than that of the CK. Its output-input ratio increased from 1.22∶1 in the CK to 1.58∶1. 【】Top-dressing 268.6 kg/hm2of N, 140.5 kg/hm2of P2O5and 925.2 kg/hm2of K2O, coupled with amending the soil with 219.2 kg/hm2of absorbent polymer annually, not only improved fruit yield after reducing the fertilization but also improved fruit yield and boosted the income of farmers.

reducing chemical fertilization; drip irrigation; banana; water absorbent polymer; fruit yield

1672 – 3317（2022）03 - 0040 - 07

S482.99；S668.1

A

10.13522/j.cnki.ggps.2021443

臧小平, 云天艳, 马蔚红, 等. 化肥减施条件下配施保水剂对滴灌香蕉相关性状的影响[J]. 灌溉排水学报, 2022, 41(3): 40-46.

ZANG Xiaoping, YUN Tianyan, MA Weihong, et al. Amending Soil with Absorbent Polymers to Avert Banana Yield Decline after Reducing Chemical Fertilizations[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2022, 41(3): 40-46.

2021-09-14

海南省自然科学基金项目（320RC68，321QN0913）；国家现代农业产业技术体系建设专项（CARS-31-5）

臧小平（1969-），男。副研究员，主要从事果树营养与施肥研究。E-mail: xpzang@163.com

井涛（1982-），男。副研究员，主要从事果树栽培与生理研究。E-mail: sjs1227@163.com

责任编辑：白芳芳