滴灌施磷对香蕉产量、磷肥利用效率及经济效益的影响

臧小平 ，井 涛 ，王安邦 ，王甲水 ，王 尉， 李敬阳 ，许 奕 ，马蔚红 *，谢江辉

（1.中国热带农业科学院 海口实验站，海口 571101；2.海南省香蕉遗传改良重点实验室， 海口571101；3.中国热带农业科学院 热带生物技术研究所，海口 571101）

0 引 言

【研究意义】磷肥利用率低的主要原因是土壤对磷的固定，即能被作物吸收利用的有效态磷在土壤中被转化为不能被作物利用的无效态磷。施入磷肥，大量的磷被土壤固定，而这些固定的磷基本不能提供作物养分，一方面造成作物生长缺磷，另一方面由于磷肥的连年施用，土壤中累积大量的无效态磷。有研究报道目前作物的当季磷肥利用率仅为10%～25%，而蕉园的磷肥利用率更低，仅为5%～10%[1]。不仅造成经济损失，更对生态环境和可持续农业造成了威胁[1-2]。香蕉是大水大肥作物[3]，一个生长季内要施肥多次，灌溉也非常频繁。香蕉由于生育期长，植株高大，对磷的需求比较多，每百克香蕉果肉含磷200 mg。【研究进展】水肥一体化滴灌施肥是优化调控作物根系微区土壤适宜水分和养分的有效方法。近年研究[4-6]表明，通过水肥一体化随水分次滴施磷肥，可显著减少磷在土壤中的固定，提高磷的移动性、有效性。【切入点】但是调查发现，香蕉种植户出于成本考虑多选择廉价的磷肥，而常用固体磷肥由于溶解度不足无法满足滴灌要求。由于肥料与滴灌系统不配套，实际生产中超过80%磷作基肥以撒干肥形式一次性施入土壤，导致香蕉生育后期不能获得充足的营养供应，水肥互作效应未充分发挥。当前在香蕉水肥一体化增效肥料研究中主要侧重于氮、钾肥的养分效应，对于灌溉施肥系统中磷的研究相对不足。目前我国农业面源污染和化肥减量增效等问题凸显，尤其对于高产出高投入的设施水肥条件下果园栽培，土壤酸化、增效困难问题已成为制约农业可持续发展的瓶颈，因此探索磷素在南方果园的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，选用合适的磷肥配合滴灌系统进行香蕉施肥是重点关注的问题之一。本研究选用磷酸一铵、聚磷酸铵2 种水溶性磷肥，在养分等量投入前提下研究滴灌施磷对香蕉的农艺性状、养分利用效率及经济效益影响的差异，旨在探索水肥一体化条件下水溶性磷肥在集约化香蕉种植模式下的应用效果，为香蕉科学合理施肥提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验时间、地点

田间试验于2018 年9 月—2019 年7 月在海南省临高县波莲镇美灵村华远农场香蕉基地（19°77' N，109°62' E）进行。该地区属于热带季风气候型，全年无霜，气候温和，年平均气温24.0 ℃，年平均降水量在1 400 mm 以上，5—10 月为雨季，雨量占全年的82%，年平均风速2.8 m/s。

1.2 试验材料

供试土壤为玄武岩发育的砖红壤，质地为砂黏土，试验开始前耕层土壤（0～20 cm）化学性质为：pH 值6.0，有机质2.15%，碱解氮96.6 mg/kg，有效磷31.6 mg/kg，速效钾113.5 mg/kg。按全国第2 次土壤普查推荐的土壤肥力分级标准，该试验土壤地力属于中等肥力土壤。试验香蕉品种为南天黄（Musa aaa cavendish cv Nan Tian Huang）。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。香蕉种植密度为2.0 m×2.2 m。

1.3 试验方法

试验设3 个处理：不施磷肥（对照，CK）、磷酸一铵（T1）、聚磷酸铵（T2）。CK 小区面积500 m2，T1、T2 处理小区面积均为1 400 m2，3 次重复，随机区组设计。供试氮肥为尿素（N≥46%），氯化钾（K2O≥60%），硫酸镁（Mg≥8.9%），复合微量元素（Fe+B+Zn+Cu+Mn+Mg+Mo≥10%）。以磷酸一铵（MAP，N≥12%，P2O5≥61%）和水溶性低聚磷酸铵（APP，N≥11%，P2O5≥37%）作为2 种磷肥。香蕉整个生育期施用纯氮量为552 kg/hm2，K2O 量为1 089 kg/hm2，2 个施磷处理投入P2O5量为226 kg/hm2。全部化肥作为追肥通过滴灌随水施加，其他管理措施同一般大田。具体施肥方案见表1。试验区有机肥投入量为9 088 kg/hm2羊粪有机肥（有机质≥45%，氮磷钾≥5%）+2 272 kg/hm2微生物液体肥（有效活菌≥0.5 亿/L，有机质≥100 g/L，氮磷钾≥60 g/L）。2018 年9 月初定芽清园，绿叶数6～8张。根据南天黄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/hm2，2018 年9 月12 日开始滴水灌溉，除阴雨天气外，每隔2～3 d灌水1 次，每次滴灌时间为1.5～2 h；根据叶片数确定施肥时间[7]，小区施肥时每次滴肥水0.5 h。2019年5 月1 日抽蕾，2019 年6 月29 日收获。

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

1.4 测定项目及测试方法

每小区选定长势一致，健康无病虫害香蕉5 株，在孕蕾期测定香蕉的叶片数、株高（从地面至顶部2片叶叶柄交叉点的距离）、假茎粗（近地面处的假茎周长）、青叶数、倒三叶叶长和宽，并于收获时记录每株香蕉产量并取果穗样进行果实农艺性状调查。然后沿地面采集整株香蕉，测定假茎、叶（叶柄和叶片）、果穗鲜质量，然后均匀分取，进行分析测定。叶片样品采集：四分法取样。假茎：纵切4 份，取对角2 份。果：取不同果梳上的果指各3 个为混合样品。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[8]。所有数据采用Microsoft excel 2003 和SPSS17.0 统计软件进行分析处理。肥料吸收利用及经济效益相关计算式[9-10]为：

1）磷素累积量（kg/hm2）=植株各部分全磷量×干物质量×种植密度

2）肥料对产量的贡献率（YCR，%）=（施肥区产量-空白区产量）/施肥区产量×100%

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

4）磷肥生理利用率（PEP，kg/kg）=（施磷区产量-空白区产量）/（施磷区作物地上部含磷量-空白区作物地上部含磷量）

5）磷肥农学效率（AEP，kg/kg）=（施磷区作物产量-不施磷区作物产量）/施磷量

6）磷肥偏生产力（PFPP，kg/kg）=施磷区产量/施磷量

7）Vario-cost ratio（VCR）=（施磷区纯收益-空白区纯收益）/磷肥成本

香蕉价格按海南2019 年6－7 月收购价格计算，肥料价格按市场价计算，香蕉4 000 元/t，磷酸一铵3 800 元/t，聚磷酸铵8 800 元/t。

2 结果与分析

2.1 不同施磷处理对香蕉生长性状的影响

滴灌条件下施用不同磷肥对香蕉生长性状有显著影响，磷肥随水滴施显著提高了香蕉植株假茎粗、青叶数、叶长（P＜0.05）（表2）。

表2 抽蕾期不同处理的香蕉长势 Table 2 Growth of banana plant of various treatments during floral emergence

在抽蕾期，T1、T2 处理的假茎围较CK 分别增加10.9%、10.1%；T1、T2 处理的青叶数较CK 分别增加14.4%、9.9%；T1、T2 处理的叶长较CK 分别增加9.7%、6.8%。在滴灌条件下追施磷肥有利于植株的营养生长，在假茎围、叶长指标上得到体现，更多的青叶数能使植株保持旺盛的光合效能，为高产提供充足的物质保障。

2.2 不同施磷处理对香蕉产量的影响

由表3 可知，在滴灌条件下施用不同磷肥对香蕉果指数及产量有显著影响。T1 处理的单株产量为24.61 kg（不含果轴）。受抽蕾后期因枯萎病等因素影响，实际收获株数按2 100 株/hm2计，T1 处理折合产量51 681 kg/hm2，较CK 和T2 处理的产量分别增加13.6%、4.5%。T1、T2 处理果指数比CK 分别增加15、12 个/株。T1 处理中磷肥的产量贡献率较T2 处理增加50%。综合而言，3 种不同施磷处理的产量表现为：T1 处理>T2 处理>CK。滴灌条件下磷肥滴施可增加果指数，从而促进香蕉高产。

表3 不同处理的香蕉产量和磷肥的产量贡献率 Table 3 Variation of banana yield and yield contribution rate

2.3 不同施磷处理对香蕉磷素利用效率的影响

由表4 可以看出，施磷促进了植株对磷的吸收，T1、T2 处理收获期植株磷积累量较CK 分别增加76.4%、67.2%。T1 处理的磷肥利用率较T2 处理提高13.5%，磷肥生理利用率较T2 处理提高38.0%。从农学角度分析，每单位P2O5所形成的香蕉产量（PFPP）及香蕉产量的增量（AEP）均表现为T1 处理＞T2 处理，T1 处理的磷肥农学效率、磷肥偏生产力较T2 处理分别提高56.6%和4.6%。滴灌条件不同磷源的肥效差异明显，磷酸一铵的肥效大于聚磷酸铵。

表4 不同处理下磷肥利用效率参数 Table 4 P utilization efficiency parameters in different treatments

表5 不同处理下香蕉的经济效益 Table 5 The benefit in different treatments

2.4 不同施磷处理对香蕉经济效益的影响

表5 为不同施磷条件下的香蕉经济效益分析结果。由表5 可知，T1 处理的边际收益为109.65 元/kg，比T2 处理提高了56.9%。T1 处理纯收益较T2 处理提高了13.7%。种植香蕉的产投比也由T2 处理的1.96∶1 上升到T1 处理的2.14∶1。联合国粮农组织认为VCR＞2 就具有经济合理性[10]。T1 处理VCR 值为16.1，经济效益较高。

3 讨 论

养分有效性低是酸性土壤一个严重的问题。酸性土壤中铁、铝活性高，与磷形成难溶性的铁磷和铝磷，甚至有效性更低的闭蓄态磷，使土壤磷和施入土壤中的肥料磷绝大部分转化为固定态磷，致使大多数酸性土壤都严重缺磷。通常认为，土壤有效磷在10～20 mg/kg 适于香蕉生长，据调查，广西蕉园53.3%的土样有效磷量低于5.0 mg/kg[11]，海南蕉园38.5%的土样有效磷量低于10 mg/kg[12]。由此可见，我国香蕉主产区约50%果园土壤表现缺磷。本研究中蕉园土壤含磷量本底值虽然未达临界状态，但在等磷量条件下施用2 种水溶性磷肥，仍然可显著提高香蕉的假茎粗、青叶数、叶长（P<0.05），香蕉产量较CK 显著提高。表明在蕉园酸性土壤上施磷是有效的。施磷可增加香蕉的果指数，从而促进香蕉高产。

磷肥养分利用效率与磷肥品种及施肥方式相关。在马铃薯上施用磷酸一铵的增产幅度最大，磷肥吸收利用效率较过磷酸钙、磷酸二铵显著提高；钙镁磷肥在玉米上的增产效果显著大于过磷酸钙和磷酸二铵；在小麦上磷酸二铵的增产效果优于普钙和沉淀磷肥[13-15]。本试验中磷酸一铵在香蕉上的应用效果要优于聚磷酸铵，其中前者较后者果指数增加3 个/株，产量增加4.5%，磷肥的产量贡献率增加50%。该结果与文献[13]中马铃薯微灌条件下施用磷酸一铵获得最佳增产效果的结果一致。从香蕉各生育期对磷的需求来看，从苗期到收获期，整个生育期香蕉全株磷累积量不断增加，特别是从幼果期到收获期，磷累积速度最快，累积量占收获时全株磷累积量的近50%，此时期对植株磷的需求尤为旺盛[16]。聚磷酸铵在土壤中的有效性与其水解有关，土壤pH 值和聚合度（聚合态组成）是影响聚磷酸铵水解的主要因素[17-18]。在酸性土壤上施用以低聚为主的聚磷酸铵，前期磷的有效性较高，但随后其有效性降低，土壤对磷的固定增强[19]。这可能是导致2 种磷肥肥效差异的原因。

滴灌条件下施肥频率的增加有助于提高作物的水肥利用效率[20-21]。与传统施肥相比，滴灌施肥显著降低根际土壤溶液中Cl－、SO42－、NO3－等阴离子量，增加香蕉根系表面吸附位点对磷酸根的吸附，提高中等活性有机磷和Fe-P 的量，降低土壤磷吸附指数，增加磷的生物有效性，促进香蕉对磷的吸收[22]。磷吸收主要集中在幼果期至收获期[16]。本试验T1、T2 处理香蕉收获期植株吸磷量较CK 分别提高76.4%、67.2%，说明磷肥随水追施可显著改善香蕉磷素营养。T1 处理4 个磷肥利用效率参数均为最高，这一结果与文献[23-26]中芒果、红毛丹、香蕉微灌条件下磷肥偏生产力和农学效率得到显著提高的结果一致。

滴灌施2 种磷肥处理的经济效益有所不同。与T2处理相比，T1 处理的边际收益增加56.9%，纯收益增加13.7%。滴施磷酸一铵处理经济效益表现突出。聚磷酸铵是一种低氮高磷复合肥，有易溶性、分散性好等优点，是水溶肥料发展的重要核心原料，价格较高，为磷酸一铵的2 倍以上。因此，T1、T2 处理虽然在香蕉产量上相近，但边际收益、纯收益和VCR 值因2 种肥料成本差距而导致二者产生明显差异。2 处理的产投比相近，是由于磷肥投入成本在生产总成本投入中占比较少（1.4%～5.3%）。

4 结 论

1）滴灌条件下，随水分次追施磷酸一铵较聚磷酸铵追施可增加香蕉的果指数，提高产量4.5%。

2）磷酸一铵随水分次滴施可促进滴灌香蕉的磷素积累，磷肥利用率可达19.3%，较聚磷酸铵追施处理增加13.5%。磷肥生理利用率、磷肥农学效率、磷肥偏生产力较聚磷酸铵追施处理分别提高38.0%、56.6%和4.6%。

3）滴施磷酸一铵较聚磷酸铵追施纯收益增加13 261 元/hm2，提高13.7%。种植香蕉的产投比由1.96∶1 上升到2.14∶1，VCR 值为16.1。