不同施肥處理下菠蘿生長及經(jīng)濟(jì)效益分析

楊婷婷，金 鑫，王禹童，韓忠鈺，楊勁明，鄧 燕，孟 磊

（海南大學(xué)熱帶作物學(xué)院，海南 海口 570100）

菠蘿［Ananas comrosus（L.）Mer.］又名鳳梨，屬鳳梨科（Bromeliaceae）鳳梨屬（Ananas），為第三大熱帶水果［1-2］。我國菠蘿主要分布于廣東、海南、臺灣、廣西和福建等?。?］，其中海南省菠蘿種植面積僅次于廣東省，位居第二［4］。海南地處熱帶，有著得天獨厚的熱量條件，適合菠蘿的生長。但海南菠蘿大多種植于坡地上，土壤貧瘠且含有大量石礫，立地條件差，充足的降雨易導(dǎo)致養(yǎng)分的流失。果農(nóng)為追求高產(chǎn)并減少施肥成本，以施用化肥為主，很少甚至不用有機(jī)肥，不合理的施肥現(xiàn)象較為普遍［5-6］。調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，我國菠蘿園的氮磷鉀施肥量為849.1～3397.5 kg·hm-2，施肥量大［7］，且利用率不高。長期過量施用化肥加劇了土壤酸化、板結(jié)及養(yǎng)分的不平衡，導(dǎo)致菠蘿產(chǎn)量及品質(zhì)的下降［8-11］，造成肥料利用率低，產(chǎn)生嚴(yán)重的環(huán)境問題。

針對化學(xué)肥料過量施用產(chǎn)生的嚴(yán)重環(huán)境問題，農(nóng)業(yè)部于2015年出臺了《到2020年化肥農(nóng)藥施用量零增長行動方案》［12］。不同作物上研究表明，減量增效、有機(jī)替代是有效的措施，不僅能有效減少化肥用量，還能在穩(wěn)產(chǎn)甚至增產(chǎn)前提下提高作物品質(zhì)，從而實現(xiàn)作物經(jīng)濟(jì)收益的增加。趙偉等［13］和潘可可［14］在農(nóng)民常規(guī)施肥基礎(chǔ)上，適當(dāng)減少化肥用量不但不會導(dǎo)致蕃茄減產(chǎn)，反而能提高蕃茄品質(zhì)；梁敬等［15］和Nava等［16］研究結(jié)果表明，減施化肥提高了蘋果產(chǎn)量；位高生等［17］研究表明，減施化肥能夠同時提高琯溪蜜柚的產(chǎn)量和品質(zhì)。化肥減量根據(jù)施肥推薦而定，肥料效應(yīng)函數(shù)、目標(biāo)產(chǎn)量和養(yǎng)分需求等方法都可獲得推薦量，其中“3414”試驗是一種農(nóng)業(yè)部推薦的可以進(jìn)行一元、二元、三元肥料效應(yīng)函數(shù)確定施肥量的高效方法，已經(jīng)在三七［18］、香蕉［19］等多種作物上運用。有機(jī)肥含有大量有機(jī)、無機(jī)物質(zhì)和有益微生物，施入土壤能夠改善土壤理化性質(zhì)，增加土壤肥力，為作物提供生長所需的營養(yǎng)［20］。在西瓜［21］、黃瓜［22］、春甘藍(lán)［23］和辣椒［24］等果蔬上的應(yīng)用研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)無機(jī)配施有助于提高產(chǎn)量和品質(zhì)。當(dāng)前，一般有3種有機(jī)替代模式：有機(jī)肥等磷量替代［25］、有機(jī)肥等氮量替代和有機(jī)肥替代氮磷鉀［26］。

菠蘿是一種單季生長周期較長的水果，在其生長周期內(nèi)需要充足的養(yǎng)分供應(yīng)。當(dāng)前海南菠蘿生產(chǎn)中施肥管理粗放，肥料用量大而利用率低，不利于實現(xiàn)菠蘿生產(chǎn)綠色可持續(xù)發(fā)展，迫切需要合理的施肥指導(dǎo)。本研究采用田間試驗，設(shè)置不同的施肥處理，比較分析其對菠蘿生物量、產(chǎn)量、品質(zhì)和經(jīng)濟(jì)效益的影響，為海南菠蘿種植的科學(xué)施肥管理提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試驗地概況

試驗地位于海南省樂東黎族自治縣尖峰鎮(zhèn)海南大學(xué)熱帶作物學(xué)院基地，其地理坐標(biāo)為東經(jīng)108°46′22″，北緯18°39′6″，海拔 66.80 m?；啬昶骄鶜鉁貫?4～25℃，年平均降水量為1279.10 mm，年蒸發(fā)量約為年降水量的2.0～2.5倍，屬熱帶季風(fēng)氣候。土壤類型為燥紅土，基礎(chǔ)理化性質(zhì)為：pH 6.05，有機(jī)質(zhì) 0.63%，堿解氮14.70 mg·kg-1，有效磷80.17 mg·kg-1，速效鉀92.84 mg·kg-1。

1.1.2 試驗材料

供試菠蘿品種為澳洲卡因，種苗大小基本一致，由海南萬鐘實業(yè)有限公司提供。供試肥料分別為15-15-15復(fù)合肥、17-17-17復(fù)合肥、尿素（N 46.40%）、氯化鉀（K2O 60%）、七水硫酸鎂（化學(xué)試劑，分析純）、石灰和商品有機(jī)肥（羊糞，養(yǎng)分含量1.0-4.0-1.8）。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設(shè)計

試驗設(shè)4個處理，具體如下：處理1為不施肥對照（CK）；處理2為農(nóng)戶常規(guī)施肥（FP），根據(jù)農(nóng)戶調(diào)研施肥量的平均量確定；處理3為化肥減量（OPT1），采用在前期開展的“3414”試驗基礎(chǔ)上確定的施肥量，與農(nóng)戶常規(guī)施肥（FP）相比，氮減少42%，磷減少75%，鉀減少45%，鈣減少60%，鎂增加19%，全部養(yǎng)分皆以化肥方式投入；處理4（OPT2）采用等氮量有機(jī)替代方式，與處理3（OPT1）總氮投入量相等，其中20%的氮由有機(jī)肥提供，與農(nóng)戶常規(guī)施肥（FP）相比，減磷8%，減鉀34%，減鈣60%，增鎂19%。各處理施肥總量和不同生育時期施肥比例見表1。

表1 不同施肥處理施肥量及不同時期施肥百分比

試驗采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，每個處理3次重復(fù)，每個小區(qū)面積為97.5 m2（15 m×6.5 m），共有15個小區(qū)。石灰在種植前15 d撒施于地表，結(jié)合翻地混入土壤；種植前2 d施基肥。處理OPT2的有機(jī)肥作為基肥一次性施入，然后起壟，覆膜。每壟種植兩行菠蘿，種植規(guī)格為株距40 cm、小行距50 cm、大行距140 cm，種植密度約為160株·hm-2。后期追肥采用施水肥的方式。菠蘿于2017年12月23日種植，2018年10月5日催花，2019年3月21日收獲。

1.2.2 測試項目和方法

生物量測定：分別在苗期（定植后0 d ）、緩慢生長中期（定植后127 d）、快速生長初期（定植后191 d）、催花期（定植后273 d）、現(xiàn)紅期（定植后330 d）、膨果期（定植后381 d）和收獲期（定植后448 d）采集菠蘿植株，將其按葉、莖根、果柄、果及冠芽分開，清洗干凈后在105℃殺青30 min，再于80℃下烘干至恒重，測定干重。

產(chǎn)量測定：2019年3月21日收獲測產(chǎn)，每個小區(qū)連續(xù)采摘10個果稱重，計算其平均值，再根據(jù)種植密度計算每公頃理論產(chǎn)量。

品質(zhì)測定：游標(biāo)卡尺測量果實縱橫徑；蒽酮比色法測定可溶性總糖含量；手持折光儀測定可溶性固形物含量；滴定法測定可滴定酸和維生素C［27］。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2007進(jìn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)處理；用SPSS 19.0進(jìn)行方差分析；用LSD法進(jìn)行處理間差異顯著性檢驗。

植物干物質(zhì)累積速率=干物質(zhì)累積量/累積時間經(jīng)濟(jì)效益=總產(chǎn)出-總投入。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對菠蘿植株干物質(zhì)量的影響

各處理植株干物質(zhì)量隨著定植后天數(shù)的增加大體上呈“S”型累積（圖1a）。定植后200 d累積較慢，此階段FP、OPT1、OPT2的干物質(zhì)量均高于CK，但3個施肥處理間差異不明顯；定植200 d后，OPT1和OPT2的干物質(zhì)量逐漸高于FP；進(jìn)入果實發(fā)育期后（定植330 d后），各處理的干物質(zhì)量明顯表現(xiàn)為OPT2>OPT1>FP>CK。收獲時，OPT2較CK、FP、OPT1分別增加120.05%、10.17%、4.03%，OPT1較CK和FP分別增加113.53%和5.90%，F(xiàn)P較CK增加99.74%。

圖1 不同施肥處理下植株干物質(zhì)量累積和累積速率

從定植到快速生長初期（0～191 d），F(xiàn)P、OPT1、OPT2的干物質(zhì)累積速率顯著高于CK，但3個處理之間無顯著性差異（圖1b）。在快速生長初期至催花期（191～273 d），OPT1、OPT2的干物質(zhì)累積速率無差異，顯著高于FP、CK。催花至現(xiàn)紅期（273～330 d），F(xiàn)P干物質(zhì)累積速率明顯加快，高于其他3個處理。在果實發(fā)育前期（330～381 d，現(xiàn)紅期至膨果期），OPT2干物質(zhì)累積速率高于其他3個處理；到果實發(fā)育后期（381～448 d，膨果期至收獲期），F(xiàn)P、OPT1干物質(zhì)累積速率加快，與 OPT2之間無顯著性差異，三者顯著高于CK。整個生育期內(nèi)，CK、OPT1、OPT2的最快干物質(zhì)累積速率發(fā)生在快速生長初期至催花期（191～273 d），而FP的最快干物質(zhì)累積速率發(fā)生在催花至現(xiàn)紅期（273～330 d）。

從定植到催花這段時期，OPT1和OPT2間干物質(zhì)累積量無差異，但都顯著高于FP和CK（表2）；OPT1比FP高30.22%，比CK高161.37%；OPT2比FP高35.67%，比CK高172.31%。從催花到收獲這個時間段，OPT1和OPT2之間干物質(zhì)積累量無差異，OPT2和FP間干物質(zhì)累積量無差異，OPT1顯著低于FP；FP、OPT1和OPT2顯著高于CK，F(xiàn)P、OPT1和OPT2比CK分別高123.95%、91.75%和100.10%。OPT1和OPT2的干物質(zhì)累積主要發(fā)生在花前，OPT1和OPT2的累積比例接近57%。CK在花前與花后兩個時間段的干物質(zhì)累積比例相當(dāng)。FP干物質(zhì)累積在花后比花前多。

表2 不同施肥處理下花前與花后植株干物質(zhì)累積

收獲期時，菠蘿植株各部位干物質(zhì)所占比例表現(xiàn)為葉>果實>莖根>冠芽>果柄（表3）。OPT2莖根干物質(zhì)所占比例顯著高于CK，而施肥處理間無顯著性差異。葉片干物質(zhì)所占比例呈下降趨勢；FP處理較CK和OPT1顯著降低了果柄干物質(zhì)占比；與CK相比，OPT1處理顯著增加了果實干物質(zhì)占比，而其他處理間無顯著性差異；3個施肥處理都顯著降低了冠芽干物質(zhì)的占比。

表3 收獲期各部位干物質(zhì)所占比例 （%）

2.2 不同施肥處理對菠蘿產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

與CK相比，F(xiàn)P、OPT1和OPT2產(chǎn)量均顯著提高（表4）。OPT2產(chǎn)量為82.30 t·hm-2，比CK和FP分別增產(chǎn)95.38%和6.66%；OPT1產(chǎn)量為82.20 t·hm-2，比CK和FP分別增產(chǎn)95.16%和6.53%；FP產(chǎn)量為77.17 t·hm-2，比CK增產(chǎn)83.19%；CK產(chǎn)量為42.12 t·hm-2。單果鮮重、縱徑、橫徑與縱橫比在FP、OPT1和OPT2之間無顯著性差異，都顯著高于CK；可滴定酸CK顯著高于施肥處理，施肥處理間沒有差異。可溶性固形物以CK處理最高，OPT2處理最低，但處理間差異未達(dá)顯著水平。維生素C含量CK處理顯著高于FP、OPT1和OPT2，后三者之間無顯著性差異。可溶性糖含量處理間無顯著性差異。糖酸比FP顯著高于CK，F(xiàn)P、OPT1和OPT2間無差異。可滴定酸、可溶性固形物、維生素C、可溶性糖和糖酸比都是評價菠蘿內(nèi)在品質(zhì)的指標(biāo)。綜合5個指標(biāo)，可以看出施肥可以提高菠蘿果實品質(zhì)，而減量施肥并不會降低菠蘿果實品質(zhì)。

2.3 不同施肥處理的經(jīng)濟(jì)效益分析

CK模式無需購買肥料，投入成本最低，凈收益為6.14萬元·hm-2（表5）。FP模式肥料投入成本最多，產(chǎn)出低于OPT1和OPT2，凈收益僅高于CK。OPT1模式肥料投入成本最少，僅為FP模式肥料投入的48.40%，產(chǎn)出與OPT2相當(dāng)，凈收益最高，分別比CK、FP、OPT2高111.27%、21.33%、5.21%。OPT2模式產(chǎn)出最高，但肥料成本只比FP低24.59%，凈收益略低于OPT1，分別 比CK、FP高100.81%、15.33%。CK、FP、OPT1和OPT2的產(chǎn)投比分別是3.69∶1、3.26∶1、4.74∶1和3.98∶1。

表4 不同施肥處理對菠蘿果實產(chǎn)量與品質(zhì)的影響

表5 不同施肥處理經(jīng)濟(jì)效益 （萬元·hm-2）

3 討論

3.1 不同施肥處理對菠蘿生物量和產(chǎn)量的影響

作物產(chǎn)量的本質(zhì)是植物干物質(zhì)合成、積累和轉(zhuǎn)運分配的過程［28］，因此提高作物干物質(zhì)積累量是提高作物產(chǎn)量的一種重要手段。在水稻［29-31］、玉米［32-33］、棉花［34］和咖啡果［35］的研究中均表明，較高的干物質(zhì)累積量能夠保證作物獲得高產(chǎn)。本試驗結(jié)果表明，施肥能夠促進(jìn)菠蘿生長。FP施肥量過高，與OPT1和OPT2相比在進(jìn)入快速生長中期后的干物質(zhì)累積量下降（圖1a），產(chǎn)量也有所減少，表明過高施肥量并不能獲得最高生物量和產(chǎn)量，化肥養(yǎng)分的投入表現(xiàn)出報酬遞減的規(guī)律。其原因可能是FP施肥量高，導(dǎo)致菠蘿在快速生長初期生物量累積速率快于OPT1和OPT2，葉片生長快而大，但葉片之間相互重疊，影響了植株中下層光照強度和CO2流通，不利于光合作用進(jìn)行。相比之下，OPT1單施化肥，相比FP大幅度減少了NPK的投入量，一定程度上促進(jìn)了植株生長。OPT2植株干物質(zhì)量增加最多，較CK、FP、OPT1分別增加120.05%、10.17%、4.03%。這可能是因為一方面降低了施肥量，減少過高NPK投入帶來的抑制效應(yīng)，另一方面有機(jī)肥加入對土壤理化條件有一定的改善，促進(jìn)了微生物活動，增加了菠蘿植株養(yǎng)分吸收，有利于植株生長。前人研究表明，有機(jī)無機(jī)配施能夠提高花生［36］和玉米［37-38］的生物量。劉亞男等［39］研究也發(fā)現(xiàn)施用有機(jī)肥能夠提高菠蘿生物量，與本研究結(jié)果相符。與FP處理相比，OPT1和OPT2處理都有不同程度的增產(chǎn)，這說明化肥減量、化肥減量+有機(jī)肥替代具有提高產(chǎn)量的潛力。

不同的施肥方式也影響著菠蘿的產(chǎn)量。馬海洋等［40］通過“3414”試驗常規(guī)施肥方式得到卡因目標(biāo)產(chǎn)量105 t·hm-2，其優(yōu)化施肥量為N：281.27～436.48 kg·hm-2、P2O5：64.03～121.69 kg·hm-2、K2O：428.59～628.55 kg·hm-2。嚴(yán)程明等［41］通過滴灌施肥獲得產(chǎn)量較常規(guī)施肥高，其施肥量為N：550.44 kg·hm-2、P2O5：368.45 kg·hm-2、K2O：819.20 kg·hm-2。本試驗追肥采用水肥一體化，OPT1施 肥 量 為N：607 kg·hm-2、P2O5：119 kg·hm-2、K2O：680 kg·hm-2。與前人最佳施肥量有所不同，其原因可能是土壤類型、基礎(chǔ)肥力和施肥方式不同。盧明等［42］在海南省尖峰鎮(zhèn)的試驗地較本試驗地有效磷和速效鉀含量偏高。其施肥量為N：772.95 kg·hm-2、P2O5：497.26 kg·hm-2、K2O：927.50 kg·hm-2。在同樣的氣候條件和土壤類型上，盧明等［42］用的施肥量較高，是因為菠蘿品種不同。而郭繼陽等［5］對海南省菠蘿主產(chǎn)區(qū)萬寧市和瓊海市土壤采樣調(diào)研結(jié)果與本試驗地相比，其堿解氮含量比本試驗地高，而有效磷和速效鉀含量比本試驗地低，其最佳施肥量可根據(jù)土壤基礎(chǔ)肥力適當(dāng)調(diào)整。

3.2 不同施肥處理對菠蘿品質(zhì)的影響

合理的施肥能夠提高菠蘿果實品質(zhì)。Bhugaloo等［43］研究維多利亞菠蘿發(fā)現(xiàn)，當(dāng)施氮量在0 ～420 kg·hm-2時，果實縱徑和單果重隨施肥量增大而增大。隨著施肥量的增加，巴厘菠蘿果實縱徑、橫徑和單果重也增加［44］。合理施氮也能增加香水菠蘿果實的縱徑和單果重［45］。本試驗中3個施肥處理顯著提高了菠蘿果實外觀品質(zhì)，OPT1和OPT2相較于FP減少了氮磷鉀投入量，但菠蘿單果鮮重、縱橫徑和縱橫比之間無顯著性差異，說明適當(dāng)減少施肥量不會降低菠蘿果實的外觀品質(zhì)。

研究發(fā)現(xiàn)，過量施肥會降低芒果［46］、臍橙［47］、橄欖［48］等果實品質(zhì)，適量施肥能提高蕃茄［13］和蘋果［15］的品質(zhì)，有機(jī)無機(jī)配施能夠提高葡萄品質(zhì)［49-50］。本試驗結(jié)果表明，與CK相比，施肥降低了菠蘿果實維生素C和可滴定酸的含量，與馬海洋等［40］對菠蘿研究結(jié)果一致，這可能是施肥促進(jìn)果實生長產(chǎn)生的稀釋效應(yīng)。嚴(yán)程明等［41］研究發(fā)現(xiàn)，滴灌施肥比常規(guī)施肥大幅度降低了氮磷施用量，巴厘菠蘿可溶性固形物含量也隨之下降。本試驗中3個施肥處理的施肥量有顯著差異，但對澳洲卡因菠蘿可溶性固形物無顯著影響，一方面可能是因為菠蘿品種差異，另一方面可能是3個施肥處理的果實大小無顯著差異，產(chǎn)生的稀釋效應(yīng)基本一致。馬海洋等［51］研究發(fā)現(xiàn)，施肥能提高菠蘿果實可溶性糖含量和糖酸比。本試驗中3個施肥處理比不施肥CK都提高了果實糖酸比，但各處理間的可溶性糖含量差異不顯著。鉀是植物體內(nèi)多種酶的活化劑，參與糖類的合成、運輸和轉(zhuǎn)運，促進(jìn)糖分的累積［52］。本試驗中基礎(chǔ)地力中鉀含量較高，可能是CK與施肥處理可溶性糖含量差異不明顯的原因。OPT2與OPT1相比，果實品質(zhì)無差異，可能是有機(jī)肥替代方式、比例和氣候?qū)τ袡C(jī)肥礦化速率的影響對2個處理的植株養(yǎng)分吸收并未產(chǎn)生明顯差異。本試驗的不足之處是在等氮量有機(jī)替代的基礎(chǔ)上沒有考慮等量的磷和鉀，需要進(jìn)一步試驗驗證有機(jī)替代的方式和比例。

3.3 不同施肥處理對經(jīng)濟(jì)效益的影響

已有研究表明，減量施肥不僅不會減產(chǎn)，而且節(jié)約肥料成本，使種植戶的純收入增多。臧小平等［53］對香蕉研究表明，減量施肥產(chǎn)值較常規(guī)施肥提高22.50%，純收入增加2.09萬元·hm-2。有機(jī)無機(jī)配施較常規(guī)施肥能夠使獼猴桃［54］果農(nóng)純收益增加1.07 ～1.84萬元·hm-2；在蘋果［15］研究上，有機(jī)無機(jī)配施較化肥單施純收益增加14.96%。本試驗結(jié)果表明，施肥能夠增加果農(nóng)收入，OPT1凈收入最高，分別比CK、FP和OPT2增加6.83、2.28和0.64萬元·hm-2；OPT2較FP凈收入增加1.64萬元·hm-2。FP產(chǎn)投比最小，OPT1產(chǎn)投比最高。與其它研究相比，收益增幅和產(chǎn)投比都相一致。

4 結(jié)論

施肥能夠促進(jìn)菠蘿植株干物質(zhì)量累積，OPT2處理干物質(zhì)積累量最高，OPT1次之。相較于FP處理，2個優(yōu)化施肥處理均能保證產(chǎn)量且不降低果實品質(zhì)。FP處理肥料投入成本最高，而OPT1處理肥料投入成本最低且凈收益最高。綜合產(chǎn)量、品質(zhì)和經(jīng)濟(jì)收益3方面考慮，OPT1是本試驗條件下理想的菠蘿施肥處理。