滴灌施磷對香蕉產(chǎn)量、磷肥利用效率及經(jīng)濟(jì)效益的影響

臧小平 ，井 濤 ，王安邦 ，王甲水 ，王 尉， 李敬陽 ，許 奕 ，馬蔚紅 *，謝江輝

（1.中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院 海口實(shí)驗(yàn)站，?？?571101；2.海南省香蕉遺傳改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， ?？?71101；3.中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院 熱帶生物技術(shù)研究所，?？?571101）

0 引 言

【研究意義】磷肥利用率低的主要原因是土壤對磷的固定，即能被作物吸收利用的有效態(tài)磷在土壤中被轉(zhuǎn)化為不能被作物利用的無效態(tài)磷。施入磷肥，大量的磷被土壤固定，而這些固定的磷基本不能提供作物養(yǎng)分，一方面造成作物生長缺磷，另一方面由于磷肥的連年施用，土壤中累積大量的無效態(tài)磷。有研究報(bào)道目前作物的當(dāng)季磷肥利用率僅為10%～25%，而蕉園的磷肥利用率更低，僅為5%～10%[1]。不僅造成經(jīng)濟(jì)損失，更對生態(tài)環(huán)境和可持續(xù)農(nóng)業(yè)造成了威脅[1-2]。香蕉是大水大肥作物[3]，一個(gè)生長季內(nèi)要施肥多次，灌溉也非常頻繁。香蕉由于生育期長，植株高大，對磷的需求比較多，每百克香蕉果肉含磷200 mg?！狙芯窟M(jìn)展】水肥一體化滴灌施肥是優(yōu)化調(diào)控作物根系微區(qū)土壤適宜水分和養(yǎng)分的有效方法。近年研究[4-6]表明，通過水肥一體化隨水分次滴施磷肥，可顯著減少磷在土壤中的固定，提高磷的移動性、有效性。【切入點(diǎn)】但是調(diào)查發(fā)現(xiàn)，香蕉種植戶出于成本考慮多選擇廉價(jià)的磷肥，而常用固體磷肥由于溶解度不足無法滿足滴灌要求。由于肥料與滴灌系統(tǒng)不配套，實(shí)際生產(chǎn)中超過80%磷作基肥以撒干肥形式一次性施入土壤，導(dǎo)致香蕉生育后期不能獲得充足的營養(yǎng)供應(yīng)，水肥互作效應(yīng)未充分發(fā)揮。當(dāng)前在香蕉水肥一體化增效肥料研究中主要側(cè)重于氮、鉀肥的養(yǎng)分效應(yīng)，對于灌溉施肥系統(tǒng)中磷的研究相對不足。目前我國農(nóng)業(yè)面源污染和化肥減量增效等問題凸顯，尤其對于高產(chǎn)出高投入的設(shè)施水肥條件下果園栽培，土壤酸化、增效困難問題已成為制約農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸，因此探索磷素在南方果園的利用效率及增產(chǎn)增效作用顯得尤為重要。【擬解決的關(guān)鍵問題】在目前節(jié)水農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，選用合適的磷肥配合滴灌系統(tǒng)進(jìn)行香蕉施肥是重點(diǎn)關(guān)注的問題之一。本研究選用磷酸一銨、聚磷酸銨2 種水溶性磷肥，在養(yǎng)分等量投入前提下研究滴灌施磷對香蕉的農(nóng)藝性狀、養(yǎng)分利用效率及經(jīng)濟(jì)效益影響的差異，旨在探索水肥一體化條件下水溶性磷肥在集約化香蕉種植模式下的應(yīng)用效果，為香蕉科學(xué)合理施肥提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)時(shí)間、地點(diǎn)

田間試驗(yàn)于2018 年9 月—2019 年7 月在海南省臨高縣波蓮鎮(zhèn)美靈村華遠(yuǎn)農(nóng)場香蕉基地（19°77' N，109°62' E）進(jìn)行。該地區(qū)屬于熱帶季風(fēng)氣候型，全年無霜，氣候溫和，年平均氣溫24.0 ℃，年平均降水量在1 400 mm 以上，5—10 月為雨季，雨量占全年的82%，年平均風(fēng)速2.8 m/s。

1.2 試驗(yàn)材料

供試土壤為玄武巖發(fā)育的磚紅壤，質(zhì)地為砂黏土，試驗(yàn)開始前耕層土壤（0～20 cm）化學(xué)性質(zhì)為：pH 值6.0，有機(jī)質(zhì)2.15%，堿解氮96.6 mg/kg，有效磷31.6 mg/kg，速效鉀113.5 mg/kg。按全國第2 次土壤普查推薦的土壤肥力分級標(biāo)準(zhǔn)，該試驗(yàn)土壤地力屬于中等肥力土壤。試驗(yàn)香蕉品種為南天黃（Musa aaa cavendish cv Nan Tian Huang）。雙行淺溝種植，滴灌區(qū)按每種植行鋪設(shè)2 條滴灌管，滴頭流量為2.0 L/h，滴頭間距為40 cm。香蕉種植密度為2.0 m×2.2 m。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)設(shè)3 個(gè)處理：不施磷肥（對照，CK）、磷酸一銨（T1）、聚磷酸銨（T2）。CK 小區(qū)面積500 m2，T1、T2 處理小區(qū)面積均為1 400 m2，3 次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。供試氮肥為尿素（N≥46%），氯化鉀（K2O≥60%），硫酸鎂（Mg≥8.9%），復(fù)合微量元素（Fe+B+Zn+Cu+Mn+Mg+Mo≥10%）。以磷酸一銨（MAP，N≥12%，P2O5≥61%）和水溶性低聚磷酸銨（APP，N≥11%，P2O5≥37%）作為2 種磷肥。香蕉整個(gè)生育期施用純氮量為552 kg/hm2，K2O 量為1 089 kg/hm2，2 個(gè)施磷處理投入P2O5量為226 kg/hm2。全部化肥作為追肥通過滴灌隨水施加，其他管理措施同一般大田。具體施肥方案見表1。試驗(yàn)區(qū)有機(jī)肥投入量為9 088 kg/hm2羊糞有機(jī)肥（有機(jī)質(zhì)≥45%，氮磷鉀≥5%）+2 272 kg/hm2微生物液體肥（有效活菌≥0.5 億/L，有機(jī)質(zhì)≥100 g/L，氮磷鉀≥60 g/L）。2018 年9 月初定芽清園，綠葉數(shù)6～8張。根據(jù)南天黃品種生長特性和海南植蕉區(qū)特點(diǎn)，確定香蕉生長季中的總灌水量為9 000 m3/hm2，2018 年9 月12 日開始滴水灌溉，除陰雨天氣外，每隔2～3 d灌水1 次，每次滴灌時(shí)間為1.5～2 h；根據(jù)葉片數(shù)確定施肥時(shí)間[7]，小區(qū)施肥時(shí)每次滴肥水0.5 h。2019年5 月1 日抽蕾，2019 年6 月29 日收獲。

表1 各處理滴灌追肥方案 Table 1 Distribution scheme of fertilizers during banana growth period kg/hm2

1.4 測定項(xiàng)目及測試方法

每小區(qū)選定長勢一致，健康無病蟲害香蕉5 株，在孕蕾期測定香蕉的葉片數(shù)、株高（從地面至頂部2片葉葉柄交叉點(diǎn)的距離）、假莖粗（近地面處的假莖周長）、青葉數(shù)、倒三葉葉長和寬，并于收獲時(shí)記錄每株香蕉產(chǎn)量并取果穗樣進(jìn)行果實(shí)農(nóng)藝性狀調(diào)查。然后沿地面采集整株香蕉，測定假莖、葉（葉柄和葉片）、果穗鮮質(zhì)量，然后均勻分取，進(jìn)行分析測定。葉片樣品采集：四分法取樣。假莖：縱切4 份，取對角2 份。果：取不同果梳上的果指各3 個(gè)為混合樣品。試驗(yàn)開始前取混合土壤樣本進(jìn)行基本性狀分析。各項(xiàng)測試指標(biāo)參考土壤農(nóng)化分析相關(guān)方法[8]。所有數(shù)據(jù)采用Microsoft excel 2003 和SPSS17.0 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析處理。肥料吸收利用及經(jīng)濟(jì)效益相關(guān)計(jì)算式[9-10]為：

1）磷素累積量（kg/hm2）=植株各部分全磷量×干物質(zhì)量×種植密度

2）肥料對產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率（YCR，%）=（施肥區(qū)產(chǎn)量-空白區(qū)產(chǎn)量）/施肥區(qū)產(chǎn)量×100%

3）磷肥利用率（REP，%）=（施磷區(qū)作物地上部含磷量-空白區(qū)作物地上部含磷量）/施磷量×100%

4）磷肥生理利用率（PEP，kg/kg）=（施磷區(qū)產(chǎn)量-空白區(qū)產(chǎn)量）/（施磷區(qū)作物地上部含磷量-空白區(qū)作物地上部含磷量）

5）磷肥農(nóng)學(xué)效率（AEP，kg/kg）=（施磷區(qū)作物產(chǎn)量-不施磷區(qū)作物產(chǎn)量）/施磷量

6）磷肥偏生產(chǎn)力（PFPP，kg/kg）=施磷區(qū)產(chǎn)量/施磷量

7）Vario-cost ratio（VCR）=（施磷區(qū)純收益-空白區(qū)純收益）/磷肥成本

香蕉價(jià)格按海南2019 年6－7 月收購價(jià)格計(jì)算，肥料價(jià)格按市場價(jià)計(jì)算，香蕉4 000 元/t，磷酸一銨3 800 元/t，聚磷酸銨8 800 元/t。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施磷處理對香蕉生長性狀的影響

滴灌條件下施用不同磷肥對香蕉生長性狀有顯著影響，磷肥隨水滴施顯著提高了香蕉植株假莖粗、青葉數(shù)、葉長（P＜0.05）（表2）。

表2 抽蕾期不同處理的香蕉長勢 Table 2 Growth of banana plant of various treatments during floral emergence

在抽蕾期，T1、T2 處理的假莖圍較CK 分別增加10.9%、10.1%；T1、T2 處理的青葉數(shù)較CK 分別增加14.4%、9.9%；T1、T2 處理的葉長較CK 分別增加9.7%、6.8%。在滴灌條件下追施磷肥有利于植株的營養(yǎng)生長，在假莖圍、葉長指標(biāo)上得到體現(xiàn)，更多的青葉數(shù)能使植株保持旺盛的光合效能，為高產(chǎn)提供充足的物質(zhì)保障。

2.2 不同施磷處理對香蕉產(chǎn)量的影響

由表3 可知，在滴灌條件下施用不同磷肥對香蕉果指數(shù)及產(chǎn)量有顯著影響。T1 處理的單株產(chǎn)量為24.61 kg（不含果軸）。受抽蕾后期因枯萎病等因素影響，實(shí)際收獲株數(shù)按2 100 株/hm2計(jì)，T1 處理折合產(chǎn)量51 681 kg/hm2，較CK 和T2 處理的產(chǎn)量分別增加13.6%、4.5%。T1、T2 處理果指數(shù)比CK 分別增加15、12 個(gè)/株。T1 處理中磷肥的產(chǎn)量貢獻(xiàn)率較T2 處理增加50%。綜合而言，3 種不同施磷處理的產(chǎn)量表現(xiàn)為：T1 處理>T2 處理>CK。滴灌條件下磷肥滴施可增加果指數(shù)，從而促進(jìn)香蕉高產(chǎn)。

表3 不同處理的香蕉產(chǎn)量和磷肥的產(chǎn)量貢獻(xiàn)率 Table 3 Variation of banana yield and yield contribution rate

2.3 不同施磷處理對香蕉磷素利用效率的影響

由表4 可以看出，施磷促進(jìn)了植株對磷的吸收，T1、T2 處理收獲期植株磷積累量較CK 分別增加76.4%、67.2%。T1 處理的磷肥利用率較T2 處理提高13.5%，磷肥生理利用率較T2 處理提高38.0%。從農(nóng)學(xué)角度分析，每單位P2O5所形成的香蕉產(chǎn)量（PFPP）及香蕉產(chǎn)量的增量（AEP）均表現(xiàn)為T1 處理＞T2 處理，T1 處理的磷肥農(nóng)學(xué)效率、磷肥偏生產(chǎn)力較T2 處理分別提高56.6%和4.6%。滴灌條件不同磷源的肥效差異明顯，磷酸一銨的肥效大于聚磷酸銨。

表4 不同處理下磷肥利用效率參數(shù) Table 4 P utilization efficiency parameters in different treatments

表5 不同處理下香蕉的經(jīng)濟(jì)效益 Table 5 The benefit in different treatments

2.4 不同施磷處理對香蕉經(jīng)濟(jì)效益的影響

表5 為不同施磷條件下的香蕉經(jīng)濟(jì)效益分析結(jié)果。由表5 可知，T1 處理的邊際收益為109.65 元/kg，比T2 處理提高了56.9%。T1 處理純收益較T2 處理提高了13.7%。種植香蕉的產(chǎn)投比也由T2 處理的1.96∶1 上升到T1 處理的2.14∶1。聯(lián)合國糧農(nóng)組織認(rèn)為VCR＞2 就具有經(jīng)濟(jì)合理性[10]。T1 處理VCR 值為16.1，經(jīng)濟(jì)效益較高。

3 討 論

養(yǎng)分有效性低是酸性土壤一個(gè)嚴(yán)重的問題。酸性土壤中鐵、鋁活性高，與磷形成難溶性的鐵磷和鋁磷，甚至有效性更低的閉蓄態(tài)磷，使土壤磷和施入土壤中的肥料磷絕大部分轉(zhuǎn)化為固定態(tài)磷，致使大多數(shù)酸性土壤都嚴(yán)重缺磷。通常認(rèn)為，土壤有效磷在10～20 mg/kg 適于香蕉生長，據(jù)調(diào)查，廣西蕉園53.3%的土樣有效磷量低于5.0 mg/kg[11]，海南蕉園38.5%的土樣有效磷量低于10 mg/kg[12]。由此可見，我國香蕉主產(chǎn)區(qū)約50%果園土壤表現(xiàn)缺磷。本研究中蕉園土壤含磷量本底值雖然未達(dá)臨界狀態(tài)，但在等磷量條件下施用2 種水溶性磷肥，仍然可顯著提高香蕉的假莖粗、青葉數(shù)、葉長（P<0.05），香蕉產(chǎn)量較CK 顯著提高。表明在蕉園酸性土壤上施磷是有效的。施磷可增加香蕉的果指數(shù)，從而促進(jìn)香蕉高產(chǎn)。

磷肥養(yǎng)分利用效率與磷肥品種及施肥方式相關(guān)。在馬鈴薯上施用磷酸一銨的增產(chǎn)幅度最大，磷肥吸收利用效率較過磷酸鈣、磷酸二銨顯著提高；鈣鎂磷肥在玉米上的增產(chǎn)效果顯著大于過磷酸鈣和磷酸二銨；在小麥上磷酸二銨的增產(chǎn)效果優(yōu)于普鈣和沉淀磷肥[13-15]。本試驗(yàn)中磷酸一銨在香蕉上的應(yīng)用效果要優(yōu)于聚磷酸銨，其中前者較后者果指數(shù)增加3 個(gè)/株，產(chǎn)量增加4.5%，磷肥的產(chǎn)量貢獻(xiàn)率增加50%。該結(jié)果與文獻(xiàn)[13]中馬鈴薯微灌條件下施用磷酸一銨獲得最佳增產(chǎn)效果的結(jié)果一致。從香蕉各生育期對磷的需求來看，從苗期到收獲期，整個(gè)生育期香蕉全株磷累積量不斷增加，特別是從幼果期到收獲期，磷累積速度最快，累積量占收獲時(shí)全株磷累積量的近50%，此時(shí)期對植株磷的需求尤為旺盛[16]。聚磷酸銨在土壤中的有效性與其水解有關(guān)，土壤pH 值和聚合度（聚合態(tài)組成）是影響聚磷酸銨水解的主要因素[17-18]。在酸性土壤上施用以低聚為主的聚磷酸銨，前期磷的有效性較高，但隨后其有效性降低，土壤對磷的固定增強(qiáng)[19]。這可能是導(dǎo)致2 種磷肥肥效差異的原因。

滴灌條件下施肥頻率的增加有助于提高作物的水肥利用效率[20-21]。與傳統(tǒng)施肥相比，滴灌施肥顯著降低根際土壤溶液中Cl－、SO42－、NO3－等陰離子量，增加香蕉根系表面吸附位點(diǎn)對磷酸根的吸附，提高中等活性有機(jī)磷和Fe-P 的量，降低土壤磷吸附指數(shù)，增加磷的生物有效性，促進(jìn)香蕉對磷的吸收[22]。磷吸收主要集中在幼果期至收獲期[16]。本試驗(yàn)T1、T2 處理香蕉收獲期植株吸磷量較CK 分別提高76.4%、67.2%，說明磷肥隨水追施可顯著改善香蕉磷素營養(yǎng)。T1 處理4 個(gè)磷肥利用效率參數(shù)均為最高，這一結(jié)果與文獻(xiàn)[23-26]中芒果、紅毛丹、香蕉微灌條件下磷肥偏生產(chǎn)力和農(nóng)學(xué)效率得到顯著提高的結(jié)果一致。

滴灌施2 種磷肥處理的經(jīng)濟(jì)效益有所不同。與T2處理相比，T1 處理的邊際收益增加56.9%，純收益增加13.7%。滴施磷酸一銨處理經(jīng)濟(jì)效益表現(xiàn)突出。聚磷酸銨是一種低氮高磷復(fù)合肥，有易溶性、分散性好等優(yōu)點(diǎn)，是水溶肥料發(fā)展的重要核心原料，價(jià)格較高，為磷酸一銨的2 倍以上。因此，T1、T2 處理雖然在香蕉產(chǎn)量上相近，但邊際收益、純收益和VCR 值因2 種肥料成本差距而導(dǎo)致二者產(chǎn)生明顯差異。2 處理的產(chǎn)投比相近，是由于磷肥投入成本在生產(chǎn)總成本投入中占比較少（1.4%～5.3%）。

4 結(jié) 論

1）滴灌條件下，隨水分次追施磷酸一銨較聚磷酸銨追施可增加香蕉的果指數(shù)，提高產(chǎn)量4.5%。

2）磷酸一銨隨水分次滴施可促進(jìn)滴灌香蕉的磷素積累，磷肥利用率可達(dá)19.3%，較聚磷酸銨追施處理增加13.5%。磷肥生理利用率、磷肥農(nóng)學(xué)效率、磷肥偏生產(chǎn)力較聚磷酸銨追施處理分別提高38.0%、56.6%和4.6%。

3）滴施磷酸一銨較聚磷酸銨追施純收益增加13 261 元/hm2，提高13.7%。種植香蕉的產(chǎn)投比由1.96∶1 上升到2.14∶1，VCR 值為16.1。