不同施肥模式对热带地区菠萝生长发育及产量品质的影响

梁正灏，张汉英，金 鑫，翟鹏飞，赵 艳，李长江,3*，阮云泽，王朝弼，王汀忠

不同施肥模式对热带地区菠萝生长发育及产量品质的影响

梁正灏1,2，张汉英1,2，金 鑫1,2，翟鹏飞1,2，赵 艳1,2，李长江1,2,3*，阮云泽1，王朝弼4，王汀忠4

1. 海南大学热带作物学院，海南海口 570228；2. 海南省热带生物资源可持续利用重点实验室，海南海口 570228；3. 国际镁营养研究所，福建福州 350002；4. 海南省土壤肥料总站，海南海口 570203

本研究探究了不同施肥模式对菠萝（）生长发育、养分吸收及产量品质的影响，旨在筛选出高产优质高效的施肥方案。以‘台农17号’菠萝为材料，采用田间小区试验，设置不施肥（CK）、农户常规施肥（NPK）、减量施肥（INF）、有机无机肥配施（INF+M）和有机无机缓控释肥配施（INF+M+S）5组处理，每组3次重复，比较不同施肥模式下菠萝叶片数、干物质量、产量品质和氮、磷、钾积累与分配的差异。结果表明：快速生长期后，NPK处理叶片数高于其他处理，约为84片。INF+M和INF+M+S处理收获期干物质积累量分别提高20.28%和23.16%，而INF与NPK处理间无显著差异。INF+M+S处理氮、磷积累量分别较NPK处理提高8.33%、2.77%，钾积累量无显著差异，而INF和INF+M处理对氮积累量无显著影响，但降低了磷、钾积累量。此外，INF+M+S处理显著提高了氮、磷、钾转运量，增幅依次为62.32%、189.83%和30.79%，INF+M处理氮、磷、钾转运量也有不同程度提高，而INF处理则降低了磷、钾转运量。相较于CK处理，施肥处理显著降低了冠芽养分分配率，3种减量施肥处理较NPK均提高了收获期菠萝果实养分分配率，减少了叶片等营养器官养分分配率，其中INF+M+S处理果实氮、磷、钾分配率分别较NPK处理提高131.43%、66.60%和147.33%。INF、INF+M和INF+M+S处理产量较NPK处理分别提高1.64%、19.35%和37.09%，且INF+M+S显著高于其他处理；施肥处理较CK显著提高可溶性糖的含量，降低可滴定酸和维生素C含量。但施肥处理间可溶性糖、可滴定酸和维生素C含量之间无显著差异。综上所述，INF+M+S处理下菠萝产量最高，且能提高养分积累量、养分转运量和果实养分分配率，为菠萝最优施肥模式。

养分积累；有机肥；缓控释肥；菠萝

菠萝（）属于凤梨科凤梨属，是一种重要的热带水果，被广泛用于鲜食、制糖、酿酒等方面[1]。中国是菠萝生产和消费大国，菠萝消费量年均以7.5%速度增长[2]。为满足市场需求，农户在菠萝种植中经常投入大量化肥，调查显示，中国菠萝园仅氮（N）的投入量就超过了800 kg/hm2[3]。长期过量施用化肥会造成作物叶片和根系徒长，过多消耗营养物质和能量，降低物质向生殖器官分配的比例，导致作物产量品质下降[4]。加之热带地区土壤保水保肥能力较差，施用化肥虽然能快速提高土壤速效养分，但维持时间短，容易导致作物后期生长乏力及土壤板结等环境问题[5-6]。因此，科学适量施肥、提高肥料利用率是热带地区菠萝产业绿色、可持续发展的关键所在。

施肥是作物营养调控的主要方式，肥料施用量和种类会对作物体内养分分布、转运及其他生理指标产生显著影响[7]。氮（N）、磷（P）、钾（K）是作物生长发育不可或缺的三大营养元素，直接作用于作物的新陈代谢及干物质形成，也是生产中主要补充的大量元素[8]。因此，如何通过优化施肥改善3种元素在作物体内的积累、分配及转运状况，进而实现提高产量、减少化肥消耗的目的成为了研究热点；大量试验结果表明减量施用氮、磷肥能有效提高作物产量和肥料利用效率[9-10]；同时也有学者指出使用有机肥替代部分化肥能显著提高作物收获期氮、磷、钾积累量[11-12]。近年来，随着高效环保肥料的发展，缓控施肥已在小麦、玉米、高粱等一系列农作物上实现成功应用[13]，结果显示缓释肥替代部分普通化肥并配施有机肥可显著提高作物干物质积累量[14-15]。然而，现阶段相关研究主要集中于温带地区，有关热带地区菠萝园合理施肥的研究较少。本试验在减量施肥的基础上利用有机肥和缓控释肥进一步替代部分普通化学氮肥，系统地探究不同施肥处理对菠萝养分吸收、产量品质及土壤肥力的影响。旨在为建立热带地区菠萝田高产、优质、绿色施肥体系提供科学依据与实践指导。

1 材料与方法

1.1 试验地点

田间试验位于海南大学热带作物学院乐东试验基地，地理坐标18°39′6″N，108°46′22″E，海拔66.8 m，年均降雨量1297 mm，年蒸发量2400～ 2600 mm，属热带季风气候。试验田土壤类型为燥红土，土壤（0～20 cm）基础理化指标为：pH 6.01，有机质6.05 g/kg，速效磷80.17 mg/kg，速效钾92.84 mg/kg，铵态氮0.34 mg/kg，硝态氮0.76 mg/kg，土壤容重1.66 g/cm3。试验期间气温和降水量由田间自动气象站（HX-3000）每0.5 h记录1次（图1）。

图1 菠萝生长季月平均温度和累积降水量

1.2 方法

1.2.1 试验设计 本试验采用随机区组设计，共设置5个处理，每个处理3次重复。即：空白对照（CK），农户常规施肥（NPK），减量施肥（INF），有机无机肥配施（INF+M，在INF的基础上，使用有机肥替代20%的无机氮肥），有机无机缓控配施（INF+M+S，在INF基础上，有机肥替代20%无机氮肥、缓控释肥替代15%无机氮肥）。施用的化肥包括复合肥（N∶P2O5∶K2O=15∶15∶15）、尿素（N 46.40%）、氯化钾（K2O 60%）和过磷酸钙（P2O517%）。有机肥为羊粪商品有机肥（有机质24%、N 0.8%、P2O50.6%、K2O 0.5%），缓控释肥为包膜尿素（N 44%），控释期为6个月。具体施肥量见表1（以纯养分计算）。

供试菠萝品种为‘台农17号’（当地常规种植品种），田间小区面积为97.5 m2（15 m×6.5 m）。菠萝采用起垄覆膜栽培，每个小区4条垄，垄高20 cm，宽90 cm，沟宽50 cm；垄上菠萝行距50 cm，种植密度为33 600株/hm2。基肥占总施肥量的36%，有机肥和缓控释肥全部作为基肥撒施旋耕入土中，后续进行5次追肥，使用铺设于地膜下的水肥一体化喷带追肥。追肥量分别占总施肥量的24%、19%、5%、7%和9%。菠萝于2019年12月8日栽种，2021年4月14日收获，其余田间管理与当地一致。

表1 菠萝施肥方案

注：–表示未施肥；括号内为有机肥（羊粪）和缓控释肥（包膜尿素）提供的养分量比例。

Note: – indicates no fertilization; the brackets indicate proportion of nutrients provided by organic. fertilizer(goat manure)and controlled release fertilizer (coated urea).

1.2.2 样品采集 于缓慢生长期（2020-04-30）、快速生长期（2020-08-05）、现红期（2020-12-19）、果实膨大期（2021-01-30）、收获期（2021-04-14）5个时期在每个小区采集5株菠萝作为植物样品用于测定氮、磷、钾含量。收获期每个小区采集20个果实榨汁、混合用于测定果实品质。

1.2.3 样品测定 植物样品根、茎、叶、冠芽、果柄、果实分离，于实验室清洗，采集各部位亚样本在105℃烘箱杀青30 min后，再以80℃烘干至恒重称量，得到各处理各部位干物质质量。再经过充分粉碎、过筛备用。植株氮、磷、钾含量的测定计算单位以干重表示，采用H2SO4-H2O2消煮，待测液中的氮、磷、钾分别采用凯氏定氮法、钼锑抗比色法和火焰光度计法测定[16]。可滴定酸含量用酸碱中和滴定法，维生素C含量用2, 6-二氯靛酚法，可溶性糖含量用蒽酮比色法测定[17]。收获期，每个小区所有菠萝果实全部采摘，手动称重，以计算每公顷的菠萝总产量。相关的计算公式如下[18]：

养分积累量（kg/hm2）=干物质重×养分含量×种植密度 （1）

养分转运量（kg/hm2）=果实膨大期茎叶养分积累量-收获期茎叶养分积累量 （2）

养分转运率=养分转运量/果实膨大期茎叶养分积累量×100% （3）

养分转运对果实的贡献率=养分转运量/收获期果实养分积累量×100% （4）

1.3 数据处理

采用EXCEL 2019软件进行数据整理，数据方差分析（ANOVA）利用SPSS 22.0软件进行，处理间的差异显著性（<0.05）利用最小显著差异法（LSD）检验，采用ORIGIN 2021软件作图。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对菠萝叶片数的影响

由图2可得，CK处理菠萝叶片数显著低于施肥处理（<0.05）。4种施肥处理菠萝叶片数呈现相似的变化规律，即从缓慢生长期至现红期期间，菠萝叶片数呈上升趋势，现红期至收获期期间，叶片数量不再增加。快速生长期前，4种施肥处理间菠萝叶片数无显著性差异，而从现红期至收获期期间，NPK处理菠萝叶片数显著高于其他处理，平均为84片，其中收获期叶片数分别比INF、INF+M和INF+M+S处理高11.2%、13.2%和8.5%。INF、INF+M和INF+M+S处理间菠萝叶片数无显著性差异。

图2 不同施肥处理下的菠萝叶片数

2.2 不同施肥处理对菠萝干物质积累量的影响

不同施肥处理显著影响了菠萝干物质积累量（图3）。4种施肥处理菠萝干物质积累量呈现相似变化规律；缓慢生长期到果实膨大期干物质积累量迅速提高，果实膨大期至收获期干物质增长趋于平缓。快速生长期到现红期期间，NPK处理菠萝干物质积累量显著高于其他处理（<0.05），分别为14 622.94、21 531.06 kg/hm2。现红期至果实膨大期间，INF+M和INF+M+S处理干物质量大幅增加，超过NPK处理。进入收获期，INF+M和INF+M+S处理下干物质积累量分别为30 400.15、31 128.31 kg/hm2，较NPK处理（25 273.98 kg/hm2）显著提高20.28%和23.16%（<0.05）。INF处理菠萝各生育期干物质积累量均低于NPK处理，但大部分时间二者差异不显著。综上所述，INF、INF+M和INF+M+S三种减量施肥处理能够满足菠萝干物质积累对养分的需求。

图3 不同施肥处理下的菠萝干物质积累量

2.3 不同施肥处理对菠萝氮、磷、钾积累量的影响

随着生育期的延长，菠萝氮积累量呈现先增加后持平的变化规律（图4A）。NPK处理氮积累量在快速生长期至现红期高于其他处理，进入收获期后，INF+M和INF+M+S处理氮积累量分别为307.81、325.42 kg/hm2，相较于NPK处理分别提高了2.33%和8.33%，INF处理氮积累量低于NPK处理，但差异不显著。磷积累量随生育期延长呈上升趋势（图4B），收获期INF+M+S处理磷积累量为74.59 kg/hm2，相较于NPK处理（72.68 kg/hm2）提高了2.77%，而INF和INF+M处理磷积累量分别为58.81、63.81 kg/hm2，均显著低于NPK处理（<0.05）。钾积累量的变化规律与氮相似（图4C），除缓慢生长期外，其余4个生育期NPK处理钾积累量均为各处理最高，但与其他3种施肥处理差异不显著。这说明相较于NPK处理，INF+M+S处理促进了菠萝对氮、磷的吸收，且未对钾的吸收造成显著影响，而INF和INF+M处理对菠萝氮、钾积累量无显著影响，但降低了对磷的吸收。

图4 不同施肥处理下的菠萝氮（A）、磷（B）、钾（C）积累量

2.4 不同施肥处理对菠萝收获期各器官氮、磷、钾分配率的影响

菠萝不同器官氮、磷、钾分配率差异很大，3种营养元素分配率最高的器官均为叶片，其次为果实或茎部，根、果柄和冠芽分配率较低（图5）。不同施肥处理显著影响了菠萝不同器官养分分配率，CK处理下菠萝冠芽和根系养分分配率显著高于施肥处理，NPK处理下叶片养分分配率显著高于其他处理。

CK处理冠芽和茎部氮素分配率分别为6.76%和19.32%（图5A），显著高于施肥处理（<0.05）。NPK处理叶片氮素分配率为83.00%，显著高于其他处理（<0.05）。相比于NPK处理，INF、INF+M和INF+M+S处理均显著提高了果实氮素分配率（<0.05），增幅依次为95.36%、125.31%和131.43%，其中INF+M+S处理果实氮素分配率最高，为12.97%。此外INF+M和INF+M+S处理显著提高了茎部氮分配率（< 0.05），增幅为104.95%和123.21%，INF处理茎部氮分配率也高于NPK处理，但差异不显著。

CK处理冠芽磷分配率为6.70%，显著高于施肥处理（<0.05）。INF处理叶片磷分配率为60.67%，与NPK处理无显著性差异，但显著高于CK、INF+M和INF+M+S处理（<0.05）。相较于NPK，INF+M和INF+M+S处理显著提高了果实磷分配率（<0.05），增幅分别为79.97%和66.6%，其中INF+M处理果实和茎部磷分配率均最高，分别为27.41%和24.50%（图5B），INF处理果实磷分配率也高于NPK处理，但差异不显著。

图5 不同施肥处理下的菠萝收获期不同器官氮（A）、磷（B）、钾（C）分配率

CK处理冠芽钾分配率为8.63%，显著高于施肥处理（<0.05）。NPK处理叶片钾分配率为76.49%，显著高于其他处理（<0.05）。相比于NPK处理，INF、INF+M和INF+M+S处理均显著提高了果实钾分配率（<0.05），增幅分别为78.14%、87.95%和147.33%，其中，INF+M+S处理果实钾分配率最高，为14.37%（图5C）。综上所述，相比于NPK处理，INF+M和INF+M+S处理显著提高了菠萝收获期果实氮、磷、钾分配率（<0.05），同时显著降低了叶片养分分配率（<0.05）。而INF处理显著提高了果实氮、钾分配率（<0.05），对磷分配率无显著影响。

2.5 不同施肥处理对菠萝体内养分转运量、转运率及对果实贡献率的影响

由表2可得，相较于NPK处理，INF处理显著提高了氮转运量，增幅为42.22%，但降低了磷、钾转运量。INF+M处理显著提高了氮、磷转运量，增幅分别为43.60%和191.31%，对钾转运量无显著影响。INF+M+S处理显著提高了菠萝氮、磷、钾转运量（<0.05），增幅分别为62.32%、189.83%和29.63%。从养分转运率来看：相较于NPK处理，INF+M和INF+M+S处理显著提高了氮、磷钾转运率（<0.05）；钾转运率也均高于NPK处理，但差异不显著。INF处理显著提高了氮转运率（<0.05）；磷、钾转运量低于NPK处理，但差异不显著。养分转运量对果实贡献率方面，相比于NPK处理，INF处理氮转运量对果实贡献率显著增加了42.17%，而INF+M和INF+M+S处理无显著性差异。INF+M和INF+M+S处理磷转运量对果实贡献率分别显著提升了85.71%和78.57%，而INF处理与NPK处理无显著性差异。NPK处理钾转运量对果实贡献率显著高于其他3种施肥处理（<0.05）。

2.6 不同施肥处理对菠萝产量、品质的影响

从图7A可得，各处理菠萝产量由高到低依次为：INF+M+S>INF+M>INK>NPK>CK。其中，INF+M+S处理菠萝产量为85.42 t/hm2，显著高于其他处理（<0.05）。相较于NPK处理，INF、INF+M和INF+M+S处理产量分别提高了1.64%、19.35%和37.09%。品质方面，相较于CK处理，4种施肥处理均显著提高了可溶性糖含量（图6B），降低了可滴定酸和维生素C含量（图6C；图6D）。4种施肥处理间果实品质无显著差异，这说明INF、INF+M和INF+M+S处理在增加产量的同时未降低菠萝品质。

3 讨论

氮、磷、钾三大营养元素是作物干物质积累的基础，在一定范围内施肥能增加作物氮、磷、钾积累量，但施肥量超过一定程度后，氮、磷、钾积累量则出现下降[19]。本研究NPK处理菠萝叶片数高于其他处理，但收获期干物质积累量低于INF+M和INF+M+S处理，且与INF处理无显著性差异。这可能是由于过量施用化肥减少了菠萝营养元素积累量所致，说明作物营养生长过于旺盛并不一定有利于干物质积累，同时也有研究指出过量施肥会造成叶绿素含量及关键酶活性下降，进而抑制干物质合成[20]。不同生育时期的菠萝氮、磷、钾积累量均表现为氮>钾>磷。其中INF+M+S处理菠萝氮、磷积累量高于NPK处理，且钾积累量无显著性差异，说明在减量施肥的基础上配施有机肥和缓控释肥能促进菠萝对养分的吸收，这与裴宇等[21]的研究结果一致。其原因可能是有机肥能提高土壤微生物活性，促进土壤养分的矿化分解、释放，提高了土壤肥力水平[22]。而缓控释肥则能降低氮元素在土壤中的释放速率，使养分释放与作物吸收同步[23]，满足菠萝生长中后期对氮肥的需求，同时合理的氮浓度也能促进植物对磷、钾的吸收[24]。本研究中INF和INF+M处理菠萝磷积累量显著低于NPK处理，这可能是由于热带土壤呈酸性，磷极易与金属离子、黏土等发生吸附沉淀反应，难以被植物有效吸收利用所致[25]。

表2 不同施肥处理下的菠萝体内养分转运量、转运率及对果实贡献率

注：不同小写字母代表处理间存在显著性差异（<0.05）。

Note: Different lowercase letters indicate significant difference among the different treatments (<0.05).

不同小写字母代表处理间存在显著性差异（P<0.05）。

本研究中菠萝体内氮、磷、钾主要集中积累在叶片上，这与刘庆倩等[26]的研究结果一致。可能是因为菠萝营养生长周期较长，而叶片是营养生长的中心所致[27]。果实养分积累除了来源于根系吸收，还来源于营养器官的养分转运[28]，高俊杰等[29]指出在化肥施用过量的情况下，养分会更多地转移到营养器官中，造成植株营养生长过盛，抑制了果实生长，LU等[30]研究指出叶片氮浓度过高会造成叶片早衰，增加养分向生殖器官转运的难度。因此本研究中NPK处理菠萝叶片养分分配率显著高于其他处理，而果实养分分配率较低。相较于NPK处理，3种减量施肥处理均在不同程度上增加了果实养分分配率，其中INF+M+S处理效果最为显著，这可能是因为INF+M+S处理中有机肥和缓控释肥的施用不仅减少了化肥投入，避免营养生长过剩，而且促进了植株体内养分向果实等生殖器官转运，这与徐一兰等[31]的研究结果一致。

使用有机肥或缓控释肥替代部分化肥能有效提高作物产量品质，雷菲等[32]发现使用生物有机肥替代60%化肥能有效提高樱桃番茄产量和可溶性糖含量，丁文[33]发现使用缓控释肥替代部分化肥能显著提高香蕉产量和肥料利用率。相较NPK处理，3种减量施肥处理均提高了菠萝产量，且果实品质无显著差异。证明过量施肥并不能带来菠萝产量的增加，这可能是因为化肥施用过量会造成叶片密度过高，叶片相互遮挡使得光合作用下降，且不易透风，加速了低位叶的衰老死亡，影响群体的干物质积累和转化，导致产量下降[34]。INF+M+S处理产量显著高于其他处理，这可能因为有机肥营养成分更加丰富，能提供植物所需的多种微量元素[17]，而缓控释肥则能减少养分淋溶损失，增加养分被植物吸收利用的机率[23]。同时很多研究表明有机无机肥配施能促进养分向果实内转移和分配，为高产奠定最佳物质分配比例[35]，这与本研究中INF+M+S处理养分转运量及果实养分率显著高于NPK处理的研究结果相符。但本研究中3种减量施肥处理均未能显著提高果实品质，这可能与不同试验地点自然环境状况及有机、缓控释肥替代比例不同有关。

4 结论

综上所述，相比于农户传统施肥，在减量施肥的基础上使用有机肥、缓控释肥进一步替代部分化肥能得到最高的菠萝产量，同时菠萝养分积累量、养分转运量和果实养分分配率也有不同程度的提升。所以INF+M+S处理可视为本研究最优处理。本研究结果可为热带菠萝种植缓控释肥、有机肥合理替代化肥提供理论参考，但关于减施化肥量以及有机肥和缓控施肥最优替代比例还有待更深入的研究。

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Effect of Different Fertilizer Models on the Growth, Development, Yield and Quality of Pineapple in Tropics

LIANG Zhenghao1,2, ZHANG Hanying1,2, JIN Xin1,2, ZHAI Pengfei1,2, ZHAO Yan1,2, LI Changjiang1,2,3*,RUAN Yunze1, WANG Chaobi4, WANG Tingzhong4

1. College of Tropical Crops, Hainan University, Haikou, Hainan 570228, China; 2. Hainan Key Laboratory for Sustainable Utilization of Tropical Bioresources, Haikou, Hainan 570228, China; 3. International Magnesium Institute, Fuzhou, Fujian 350002, China; 4. Hainan Soil and Fertilizer Station, Haikou, Hainan 570203, China

This experiment investigated the effects of different fertilization patterns on the growth and development, nutrient uptake and yield quality of pineapple (), with the aim of screening out a high yield, high quality and efficient fertilization program. The variety ‘Tainong 17’ was subjected to a field plot experiment with five treatments: no fertilizer (CK), conventional fertilizer (NPK), reduced fertilizer (INF), organic and inorganic fertilizer (INF+M) and organic and inorganic slow-release fertilizer (INF+M+S). Each group was repeated three times, to compare the differences in leaf number, dry matter accumulation, yield quality and N, P and K accumulation and distribution of pineapples under different fertilization patterns. After the rapid growth period, the number of leaves in NPK treatment was higher than that in other treatments, about 84 leaves. INF+M and INF+M+S treatments increased dry matter accumulation at harvest by 20.28% and 23.16%, while there was no significant difference between INF and NPK treatments. The INF+M+S treatment increased N and P accumulation by 8.33% and 2.77% respectively compared to the NPK treatment, with no significant difference in K accumulation, while the INF and INF+M treatments had no significant effect on N accumulation, but reduced P and K accumulation. In addition, the INF+M+S treatment significantly increased N, P and K transport by 62.32%, 189.83% and 30.79%, respectively. The transport volume of N, P and K also increased in the INF+M treatment, while the INF treatment reduced P and K transport. Compared with the CK treatment, the fertilization treatment significantly reduced the nutrient distribution rate of the crown buds. Compared with the NPK treatment, the three reduced fertilization treatment increased the nutrient distribution rate of the pineapple fruit during the harvest period and reduced the nutrient distribution rate of the leaves and other nutrient organs. Among them, the distribution rate of N, P and K in the fruit under the INF+M+S treatment increased by 131.43%, 66.60% and 147.33%, respectively, compared with the NPK treatment. The INF, INF+M and INF+M+S treatments increased yield by 1.64%, 19.35% and 37.09%, respectively, compared to the NPK treatment, and INF+M+S was significantly higher than that of the other treatments. Compared with CK, fertilization treatment significantly increased the content of soluble sugar but reduced the content of titratable acid and vitamin C. However, there were no significant differences in soluble sugar, titratable acid and vitamin C content between fertilizer treatments. In summary, pineapple yield was the highest under INF+M+S treatment, and it increased nutrient accumulation, nutrient translocation and fruit nutrient distribution rate, making it the optimal fertilization mode for pineapple.

nutrient accumulation; organic fertilizer; slow-release fertilizer; pineapple

S59

A

10.3969/j.issn.1000-2561.2022.11.014

2022-01-05；

2022-03-29

海南省基础与应用基础研究计划（自然科学领域）高层次人才项目（No. 2019RC108）；海南大学科研启动基金项目[No. KYQD(ZR)1850]；全国镁营养研究协作网试验及示范项目（No. KD-KYT-2020092）。

梁正灏（1997—），男，硕士研究生，研究方向：作物栽培生理。*通信作者（Corresponding author）：李长江（LI Changjiang），E-mail：lichangjiang99@163.com。