2个香蕉品种在广西产区的氮磷钾养分累积与分配特点

2022-08-09秦献泉何海旺莫天利

南方农业学报 2022年5期

秦献泉，武鹏，邹瑜，赵明，龙芳，何海旺，莫天利，黄相

（广西农业科学院生物技术研究所，广西南宁 530007）

0 引言

【研究意义】香蕉（spp.）是全球鲜果产量及消费量最大的水果之一（邓梁虹，2017）。香蕉产业对广西地方经济和农村社会发展起到支柱作用（李小红，2016）。宝岛蕉因具有抗香蕉枯萎病、丰产稳产、品质优良、耐贮性好等优点，已成为我国农业农村部在枯萎病疫区主推的香蕉品种，正逐步替代原有易感枯萎病的桂蕉6号等常规品种，成为目前国内香蕉生产中的新主栽品种（张欣，2014；李华平，2019）。然而在宝岛蕉的养分管理措施与施肥实践中，盲目参考常规品种的施肥方案，显然不具备科学性，存在施肥比例不平衡、施肥量不合理等问题，宝岛蕉产量、品质优势特性不能充分体现（郭玉婷等，2013；闻禄，2013）。因此，对抗枯萎病香蕉品种宝岛蕉与常规种的养分吸收累积规律进行比较研究，对广西香蕉产业高效栽培具有重要的现实意义。【前人研究进展】香蕉植株高大，需肥量大，有关香蕉的营养特性等方面研究已经取得了较大研究进展（谢江辉，2019）。国际上有关香蕉矿质营养与施肥的研究起步远比我国早，研究覆盖了施肥种类、数量对土壤、植株养分和果实品质的影响（Doran et al.，2003；Rajput et al.，2017），以及种植系统与土壤养分、植株营养分配等诸多方面（Ndabamenye et al.，2013；Barbosa et al.，2016；Torres-Bazurto et al.，2021）。我国香蕉营养特性的研究起步虽较晚，但关于香蕉生长发育规律、养分吸收利用规律的研究逐年丰富（樊小林，2007；谭宏伟，2010）。但从香蕉全生长周期氮磷钾养分吸收规律研究来看，不同的地区、栽培品种及施肥措施对香蕉营养特性及养分吸收规律的影响均存在差异。广东产区研究结果表明，不同生育阶段香蕉对氮磷钾的吸收特性基本相同，氮磷钾吸收累积量大小顺序为钾>氮>磷，N、PO、KO吸收累积量比例为1.00∶0.19∶3.72（周修冲等，1993）；海南香蕉产区研究结果表明，从种植至收获全生育期N、PO和KO养分吸收累积量巴西蕉分别为109.10、11.10 和311.90 g/株，而粉蕉分别为167.00、19.30和521.70 g/株，巴西蕉植株N、PO、KO吸收累积量的比例为1.00∶（0.07~0.13）∶（1.80~3.90）（杨苞梅等，2009）；福建产区巴西蕉N、PO和KO养分吸收累积量平均值分别为117.82、12.20和330.82 g/株，比例为1.0∶0.1∶2.8（郑文法，2012）；广西产区滴灌条件下，桂蕉6号香蕉养分N、PO和KO累积吸收量分别为146.70、17.80和421.50 g/株，比例为1.00∶0.12∶2.87（张江周等，2016），且不同生长发育时期氮磷钾比例不同。【本研究切入点】前人研究仅针对常规品种整个生育期的养分累积或含量，而对全生育期各发育阶段不同器官氮磷钾吸收、分布规律的研究尚缺乏，对实际生产的指导意义有限。【拟解决的关键问题】在足量施肥条件下，采用整株肢解法，对广西产区桂蕉6号和宝岛蕉的根系、球茎、假茎、叶片、果和果轴6个营养体器官不同生长阶段氮磷钾养分累积吸收量进行测定分析，并利用Logistic模型对氮磷钾吸收规律变化进行拟合，为科学制定各生长阶段的氮磷钾施肥方案提供理论依据，实现香蕉高效、轻简化栽培。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2020年在国家香蕉产业技术体系南宁综合试验站试验基地进行，位于广西南宁市隆安县（东经107°6′，北纬23º17′）。供试土壤为砖红壤，基本理化性状：pH 5.64，有机质含量0.76%，碱解氮含量62 mg/kg，有效磷含量13.38 mg/kg，速效钾含量75.44 mg/kg。供试材料为桂蕉6号和宝岛蕉2个香蕉品种，苗龄为9~10张叶。于2019年10月组培营养杯苗移栽大田，种植密度为1995株/ha，株行距2.0 m×2.5 m。在基地管理条件下，田间栽培的前3个月为大田苗期（累积叶片数为10~20张），3个月之后植株逐渐进入旺盛生长期（累积叶片数为20~39张）。桂蕉6号和宝岛蕉分别在大田栽培第8和9个月陆续抽蕾（累积叶片数为39~42张），果实断蕾反梳时（抽蕾后7 d）定为幼果期；大田栽培第10和11个月，果实逐渐膨大成熟度（饱满度）为6.5~7.5时，分别为桂蕉6号和宝岛蕉的果实成熟期。

1.2 施肥方法

试验基地采用常规统一足量施肥，定植前每株施商品有机肥料（鸡粪）10.0 kg作为基肥，有机肥pH 7.0，有机质（以干基计）30%，总养分（N+PO+KO）4.0%，水分（游离水）20%。大田栽培2个月内施用规格为20-10-10的复合肥，2~5个月施用规格为10-10-20的复合肥，5~8个月施用规格为20-10-10、10-10-20的复合肥和硫酸钾，8个月以后施用规格为10-10-20的复合肥和硫酸钾。试验基地每个月氮磷钾的施用量如表1所示。

表1 供试材料氮磷钾施肥方案（g/株）Table 1 Application scheme of NPK fertilizer for tested mate‐rials（g/plant）

1.3 采样方法

定植1个月后，每月采集小区中心长势基本一致的健康植株样品，挖取整株香蕉，单株小区，重复3次，每株分成根系、球茎、假茎（含真茎）、叶片（含叶柄）、果和果轴6个营养体器官。在植株较大时（各部位鲜样大于2.5 kg），就地称取各部位总鲜重，采用四分法（杨苞梅等，2007）采样分析。

1.4 养分测定方法

样品先后用自来水和去离子水清洗，称其鲜重，于烘箱105 ℃杀青20 min，温度下降后保持80 ℃烘干至恒重，电子天平称量干重，计算含水量，结合采样时的分取倍数换算植株各部位总干重。将上述干物质测定用样品粉碎并过60目筛，经浓硫酸消煮后，采用Foss-2300凯氏定氮法测定含氮量，钼睇抗比色法测定磷含量，火焰分光光度法测定钾含量（鲍士旦，2000）。各营养器官的养分累积量=器官干物质量×养分含量。

1.5 统计分析

使用Excel 2007对试验数据进行单因素方差分析，Duncan’s新复极差法进行多重比较；采用SPSS 11.01回归分析程序及Logistic模型，对2个香蕉品种氮磷钾吸收累积进行拟合。

2 结果与分析

2.1 桂蕉6号和宝岛蕉各器官的氮吸收与累积特点

从2个香蕉品种各生长阶段根系、球茎、假茎、叶片、果和果轴6个器官的累积吸氮量测定结果（图1）可看出，在移栽大田的前3个月，植株生物量相对较小，各器官累积吸氮量均较少（<10.00 g/株）；移栽3个月后植株进入旺盛生长期，植株大量吸收矿物质元素，随着植株的生长氮累积吸收量迅速增加，各器官的氮累积量依次表现为叶片>假茎>球茎>根系，器官间氮养分累积量差异显著（<0.05，下同），桂蕉6号和宝岛蕉叶片氮累积量分别占植株氮累积量的45.18%~51.78%和48.08%~54.77%，而叶片和假茎氮累积量合计分别占植株氮累积量的80.53%~86.17%和82.77%~86.41%。由此，营养生长期叶片和假茎是香蕉吸收累积氮素最主要的器官，该阶段充足的氮素营养供应，对香蕉苗的健壮生长尤为重要。从移栽3个月至抽蕾桂蕉6号和宝岛蕉氮素累积量的变化情况看，宝岛蕉的氮素累积增加量（153.58 g/株）比桂蕉6号（114.25 g/株）高34.42%，其中原因与宝岛蕉植株生长迅速生物量累积量大有关，同时也说明在该时期宝岛蕉对氮素营养的需求量较桂蕉6号更大。抽蕾至采收期，各器官氮累积量的分配发生变化，叶片氮累积量随着果实的发育明显下降；从幼果期到成熟期，桂蕉6号叶片氮累积量下降35.67%，宝岛蕉叶片氮累积量下降21.08%，同期果实不断膨大并吸收和累积大量的氮素，在果实生长发育期氮累积量均呈上升趋势，果实成熟后达最大值，桂蕉6号果实氮累积量增长79.85%，宝岛蕉果实氮累积量增长23.55%。

图1 桂蕉6号（A）和宝岛蕉（B）各生长阶段各器官累积吸氮量变化Fig.1 Accumulation changes of N content absorption in different organs of Guijiao 6（A）and Baodao banana（B）in each growth period

2.2 桂蕉6号和宝岛蕉各器官的磷吸收与累积特点

由图2可看出，移栽3个月至抽蕾前，2个品种香蕉各器官磷累积量随着植株的生长呈明显上升趋势，各器官吸磷量依次表现为假茎>叶片>球茎>根系，假茎中磷的累积量显著大于其他各部位，桂蕉6号和宝岛蕉的假茎磷累积量分别占植株磷累积量的44.68%~51.78%和42.99%~46.86%，假茎和叶片磷累积量合计分别占植株磷累积量的84.05%~89.35%和82.18%~89.43%。可见，营养生长期假茎和叶片是香蕉吸收累积磷素的主要器官；同时，宝岛蕉的磷累积增加量（20.09 g/株）明显比桂蕉6号磷累积增加量（10.51 g/株）高，说明宝岛蕉在此时期对磷素营养的需求量比桂蕉6号更大。抽蕾至采收期，各器官磷累积量的分配发生变化，叶片磷累积量随着果实的发育明显下降，桂蕉6号叶片磷累积量下降77.56%，宝岛蕉叶片磷累积量下降72.73%；果实磷累积量呈先上升后下降的趋势，可能与果实的迅速生长产生的稀释效应有关；果实膨大后期，各器官及整株的磷累积量均随着果实的膨大而下降，因此，在生长发育过程中尤其是果实发育期需特别增加磷肥的施用。

图2 桂蕉6号（A）和宝岛蕉（B）各生长阶段各器官累积吸磷量变化Fig.2 Accumulation changes of P content absorption in different organs of Guijiao 6（A）and Baodao banana（B）in each growth period

2.3 桂蕉6号和宝岛蕉各器官的钾吸收与累积特点

各器官累积吸钾量的测定结果如图3所示，移栽3个月至抽蕾前，2个品种香蕉各器官钾的累积量随着植株的生长呈明显的上升趋势，各器官钾累积量依次表现为：假茎>叶片>球茎>根系，假茎中钾的累积量显著大于其他各部位，桂蕉6号和宝岛蕉的假茎钾累积量分别占植株钾累积量的51.18%~64.69%和43.02%~57.37%，假茎和叶片钾累积量合计占植株钾累积量的83.92%~90.38%和74.99%~87.80%，营养生长期假茎和叶片是香蕉吸收累积钾的主要器官。从移栽3个月至抽蕾桂蕉6号和宝岛蕉钾累积量的变化情况看，宝岛蕉钾累积增加量（375.95 g/株）明显比桂蕉6号钾累积增加量（304.13 g/株）增长23.61%，说明宝岛蕉在此时期对钾营养的需求量比桂蕉6号更大。抽蕾至采收期，各器官钾累积量的分配发生变化，叶片、假茎钾累积量随着果实的发育明显下降，桂蕉6号和宝岛蕉的叶片钾累积量分别下降46.27%和49.75%，假茎钾累积量分别下降43.83%和61.49%，而果实在生长发育期钾累积量则呈上升的趋势，果实成熟期达到最大，分别增长15.60%和18.25%，表明在果实生长发育期，假茎和叶片的钾重新分配，并运往果实。收获期果轴仍占有一定比例钾含量，桂蕉6号和宝岛蕉的果轴钾累积量占整株钾累积量的比例分别为12.53%和8.82%。

图3 桂蕉6号（A）和宝岛蕉（B）各生长阶段各器官累积吸钾量变化Fig.3 Accumulation changes of K absorption accumulation in different organs of Guijiao 6（A）and Baodao banana（B）in each growth period

2.4 桂蕉6号和宝岛蕉各生长阶段氮磷钾的吸收与累积特点

图4为各生长阶段整株累积吸收氮磷钾量的动态变化，桂蕉6号和宝岛蕉的营养特征较一致，移栽前3个月，氮磷钾的累积量均较少，进入旺盛生长期后，各器官氮磷钾养分累积量随着生长发育呈上升趋势，至抽蕾期达最高值，且养分累积量由高到低表现为钾>氮>磷，钾是香蕉整株累积量最大的矿质元素，桂蕉6号整株N、PO和KO养分累积量分别为125.10、12.27、314.99 g/株，宝岛蕉整株养分累积量分别为165.96、21.77、391.96 g/株，说明宝岛蕉对氮磷钾养分的需求量均较桂蕉6号更大。移栽3个月至抽蕾，宝岛蕉整株氮磷钾养分累积增加量为549.62 g/株，而此时期桂蕉6号整株氮磷钾养分累积增加量为428.88 g/株，宝岛蕉的养分累积增加量比桂蕉6号增长28.15%，说明宝岛蕉整株氮磷钾养分吸收量大于桂蕉6号。抽蕾至采收期，香蕉植株高度和叶片数不再增加，植株干物质累积量下降，养分累积量略有下降。

从表2可知，氮磷钾养分累积量随着各生长阶段发生动态变化，桂蕉6号各生长阶段氮磷钾养分的比例（N∶PO∶KO）为1.00∶（0.06~0.28）∶（1.01~2.83），宝岛蕉的比例为1.00∶（0.08~0.26）∶（1.29~2.48），变化趋势并无明显规律。因此，需要根据桂蕉6号和宝岛蕉各生育期的养分需求进一步确定氮磷钾三要素的合理配比。

表2 各生长阶段氮磷钾的吸收与累积Table 2 Absorption and accumulation of N，P，K in each growth stage

2.5 桂蕉6号和宝岛蕉氮磷钾养分吸收规律的Lo‐gistic曲线方程

根据桂蕉6号和宝岛蕉各生长阶段整株氮磷钾累积特点（图4）可知，2个香蕉品种整株累积氮磷钾的曲线均呈S形，为了更加精准地判断和指导整株香蕉的施肥，本研究运用生物数学方法和Logistic曲线方程来描述氮磷钾养分吸收规律，建立养分累积量的数学模型，拟合优度均大于0.99。方程（1）~（3）分别为桂蕉6号整株吸收累积氮（N）、磷（PO）、钾（KO）的Logistic方程。

图4 桂蕉6号（A）和宝岛蕉（B）各生长阶段整株氮磷钾累积量变化Fig.4 Changes of N，P，K absorption accumulation of Guijiao 6（A）and Baodao banana（B）in each growth period

式中，、和单位为g/株；为移栽后时间（月）。

方程（4）~（6）分别为宝岛蕉整株吸收累积氮（N）、磷（PO）、钾（KO）的Logistic方程。

式中，'、'和'单位为g/株；为移栽后时间（月）。由上述方程可计算香蕉各生长时间的氮磷钾吸收累积量，结合肥料利用率便可较好地预测各生长时间氮肥、磷肥、钾肥的施肥量，对生产过程中的化肥使用量做出科学合理的评估预测。

3 讨论

香蕉是典型的大生物量、高矿质元素累积量作物。氮磷钾是香蕉生长必需的三大矿质元素，了解和掌握香蕉各器官在不同生长阶段的氮磷钾养分吸收含量差别，有利于正确认识香蕉各生长阶段的氮磷钾养分吸收累积规律特性，对提高香蕉产量和肥料利用效率有重要意义。桂蕉6号和宝岛蕉的根、球茎、假茎、叶、果轴、果实6 个器官中氮磷钾营养吸收规律基本相同，氮磷钾的分配随着生长阶段不同表现出明显的差异，营养生长期假茎和叶片是香蕉吸收累积氮磷钾素的主要器官。开始抽蕾后，各器官氮磷钾累积量的分配发生变化，果实中氮、钾累积量明显上升，磷累积量先上升后下降。氮磷钾含量分布与臧小平等（2009）、黄丽娜等（2017）的研究结果一致，不同的是以上研究皆针对整个生育期的养分累积或含量，未涉及到各生长阶段养分在不同器官中的分配，本研究在各生长阶段均采样分析，最终得到的是2个香蕉品种各生长阶段的氮磷钾养分吸收及分布特点，对2个香蕉品种在各生长阶段追肥提供理论指导，避免抗病品种宝岛蕉种植施肥方案盲目参照常规品种，有助于宝岛蕉的健康发展。

不同香蕉品种在氮磷钾吸收量上存在差异（张江周等，2016），本研究2个香蕉品种各器官氮磷钾的含量及累积量不同，旺盛生长期到抽蕾期香蕉由营养生长到生殖生长转变，植株吸收累积矿物质元素量增大，宝岛蕉的养分吸收量和干生物量均大于桂蕉6号。植株氮磷钾养分累积量的比例随着生长期的不同而变化，桂蕉6号每吸收1份氮，需吸收0.06~0.28份磷及1.01~2.83份钾，宝岛蕉每吸收1份氮，需吸收0.08~0.26份磷及1.29~2.48份钾。2个香蕉品种各生育期对氮磷钾的养分吸收量呈动态变化，因此，在实际生产过程中，要根据不同阶段的养分需求确定香蕉氮磷钾三要素的合理配比进行肥料施用。所有矿质元素中，钾是香蕉整株累积量最大的元素，2个香蕉品种整个生育期中钾的累积量均大于氮和磷。张爱华等（2015）在海南省对巴西蕉整株氮磷钾累积量比例的研究结果为1.00∶0.12∶2.85，本研究结果与此存在一定差异，即桂蕉6号整株氮磷钾累积量比为1.00∶0.06∶1.50，宝岛蕉的氮磷钾累积量比例为1.00∶0.08∶1.70，其中原因可能与试验地的基础地力、施肥量、气候及品种等因素有关。

刘芳等（2011）研究表明，氮磷钾在香蕉各营养体器官中累积量存在不同的稀释效应。本研究中桂蕉6号和宝岛蕉的叶片磷累积量随着果实的发育明显下降，而果实磷累积量则呈先上升后下降的趋势。果实膨大前期2个香蕉品种磷累积量上升，果实膨大后期至成熟期磷素累积量反而随果实的膨大而被稀释，可能是挂果过程果轴的弯曲造成磷素运输通道受阻，与稀释效应共同导致果实含磷量的下降，其他器官磷累积量及整株磷累积量均随着果实的膨大而下降，说明香蕉植株及各器官吸收累积磷素的能力不如氮和钾，而随着香蕉的生长，需磷量持续增加，因此，在生长发育过程中尤其是果实发育期需特别增加磷肥的施用，对于保证香蕉体内一定的含磷量至关重要。

关于收获期果实及果轴中累积的氮磷钾总量，桂蕉6号分别占整个植株的40.27%、42.34%和39.60%，宝岛蕉分别为34.93%、39.42%和35.33%。由此可见，香蕉吸收的氮磷钾素大约有一半随果实收获而携带出生产地，一半仍保留在香蕉残体中，对其进行还田和再利用，将有助于充分利用残体中养分资源，避免养分过量造成生态环境污染等问题（周建斌，2017）。科学合理的施肥是提高香蕉产量、质量的关键措施之一。但迄今香蕉栽培中仍大多沿用大水大肥和经验施肥，造成大量肥料的浪费，危害环境健康。此外，不同的香蕉品种养分累积规律往往存在差异，决定了其对肥料输入的响应存在差异。本研究中2个香蕉品种整株累积氮磷钾的曲线并非直线，而是遵循S形的慢—快—慢规律，运用生物数学的方法与Logistic方程进行拟合，可建立养分累积量的数学模型。