香蕉園化肥施用現狀、面源污染風險及其養分綜合管理措施

趙鳳亮　鄒剛華　單穎　丁哲利　吳佩聰　張鵬　朱治強

摘 ?要：肥料在農業生產中具有重要作用，但過量施用化肥不僅影響作物產量，而且會造成一定環境污染。本文分析世界主要生產國香蕉生產、施肥現狀和存在問題，對香蕉園過量施肥帶來的面源污染進行總結，并提出減少環境風險的蕉園養分綜合管理技術，包括施肥原則、酸性土壤改良、測土配方平衡施肥、新型肥料與灌溉施肥技術，為我國香蕉園科學施肥和面源污染防控提供參考。

關鍵詞：香蕉;施肥;化肥;面源污染;養分綜合管理措施

中圖分類號：S668.1 ? ? ?文獻標識碼：A

Current Status of Chemical Fertilizer Application in Banana

Plantation， Environmental Risks and Integrated Nutrient

Management Practices

ZHAO Fengliang1， ZOU Ganghua1， SHAN Ying1， DING Zheli2， WU Peicong1， 3， ZHANG Peng1，4，

ZHU Zhiqiang3*

1. National Agricultural Experimental Station for Agricultural Environment / Environment and Plant Protection Institute， Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences， Haikou， Hainan 571101， China; 2. Haikou Experimental Station， Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences， Haikou， Hainan 571101， China; 3. College of Tropical Crops， Hainan University， Haikou， Hainan 570228， China; 4. Heilongjiang August First Land Reclamation University， Daqing， Heilongjiang 163319， China

Abstract： Although fertilizer application has been important for increasing agricultural productivity， excessive application can negatively impact crop production and lead to environmental pollution. This review analyzed the current status of banana production and fertilization application in major banana-producing countries as well as problems associated with banana fertilization. This paper also summarized non-point source pollution caused by excessive fertilization in banana plantations， and proposed countermeasures to reduce environmental risks integrated nutrient management practices in banana plantations， including fertilization principles， soil acidity remediation， soil testing-based fertilization， and emerging fertilizers and technologies. The aim of the review is to provide useful references for scientific fertilization and non-point source pollution prevention and control in banana plantations.

Keywords： banana; fertilizer application; chemical fertilizer; non-point pollution; integrated nutrient management practices

DOI： 10.3969/j.issn.1000-2561.2020.11.028

熱帶地區約占全球陸地面積的36%[1]，主要分布于亞太地區、中南美洲及非洲地區。熱帶農業面臨的最大挑戰是土地退化，包括土壤酸化侵蝕、肥料不合理施用等[2]。因土地不合理利用，農業生態系統支持、供應、調節和文化服務功能正逐步變弱[3]。香蕉在熱帶和亞熱帶地區種植面積超過1000萬hm2，總產量約1.38億t[4];是僅次于水稻、小麥和玉米的發展中國家第四大作物[5]。據2017年世界糧農組織（FAO）統計結果，香蕉生產前六位的國家分別是印度、中國、印度尼西亞、巴西、厄瓜多爾和菲律賓（圖1）。我國是僅次于印度的第二大香蕉生產國，種植面積從1961年的1.3萬hm2增長至2017年的40萬hm2;單產由13.5 t/hm2增至30 t/hm2，總產量占世界總產量的10%左右。然而，由于受高溫、強降雨等氣候條件和肥料不合理施用等因素的影響，土壤有機質含量低、礦化快，土壤質量下降，養分容易發生流失，嚴重影響了香蕉產業的可持續發展，迫切需要加強香蕉園養分管理[2，6]。

1 ?香蕉園化肥施用狀況

1.1 ?世界各國香蕉園化肥施用量

世界范圍內香蕉園施肥差異很大，拉丁美洲有些地區氮肥施用量高達N 500～1300 t/hm2[7];然而，在非洲肥料投入很低，存在土壤養分礦化比較嚴重，有些地區氮肥施用量低至N 150 kg/hm2，磷肥僅為P2O5 40 kg/hm2[5， 8]。根據文獻統計與分析結果[9-21]，化肥平均施用量為N （473±242）kg/hm2、P2O5 （120±89.7）kg/hm2、K2O （887±670）kg/hm2，產量為（47.8±20.7）t/hm2。印度、巴西、巴基斯坦和澳大利亞等國家的氮肥推薦用量在N 250～ 500 kg/hm2、磷肥為P2O5 50～250 kg/hm2（表1），我國香蕉園施肥量高于世界平均水平。

1.2 ?我國香蕉主產區化肥施用量

2017年我國香蕉總產量為1335萬t，按照產量由大到小的順序依次是廣東、廣西、海南、云南和福建。香蕉是典型的“大水大肥”作物，生長迅速，產量高，根淺不耐干旱，實際生產中蕉園施肥量低則500～750 kg/hm2，高則900～ 1016 kg/hm2[11， 22]，甚至高達1300 kg/hm2[4]。根據實地調查和文獻統計（圖2），我國香蕉園化肥平均施用量分別為N （755±271）kg/hm2、P2O5 （399± 443）kg/hm2、K2O （1442±649）kg/hm2，海南省蕉園氮肥、磷肥和鉀肥施用量均高于其他省份。肥料以尿素、復合肥、氯化鉀/硫酸鉀為主，施肥方式多為地表撒施和噴帶噴施;施肥量差異較大，主要依靠種植戶的經驗。有機肥施用嚴重不足，僅為化肥氮的10%～20%，有些種植戶甚至不施用有機肥。

2 ?香蕉園施肥存在問題

由于受香蕉品種、地力條件和氣候等多種因素的影響，香蕉園推薦施肥量差異很大。可以確定的是超過合理的肥料施用量，會對香蕉生產造成不利影響。Torres等[23]通過田間試驗研究了施氮量與香蕉植株氮含量之間的關系，發現施氮量為483 kg/hm2處理植株氮含量最高。Pttison等[12]研究結果顯示，350 kg/hm2施氮處理與減施處理（180 kg/hm2）相比，每串香蕉重量差異不顯著，然而前者氮肥利用率卻只有后者的一半。在非洲坦桑尼亞的研究表明，在相同的施氮量條件下，通過牛糞代替50%的尿素，香蕉獲得最高的產量[5]。何應對等[24]通過在海南澄邁縣的研究發現，氮肥減施30%～40%的處理在香蕉營養生長期植株株高、莖圍及青葉數分別優于對照14.2%、16%和19.8%，而且土壤銨態氮積累量低。

大量未被香蕉吸收的養分通過徑流、淋溶等途徑損失至周邊環境中，造成土壤酸化、水體富營養化、全球變暖等一系列環境問題[25]。Armour等[26]通過在澳大利亞連續2 a的研究指出，在氮肥投入為N 710 kg/hm2和1065 kg/hm2條件下，淋溶損失量分別為N 246 kg/hm2和641 kg/hm2。Munoz-Carpena等[27]的研究結果表明，香蕉整個生長期內土壤淋溶液硝態氮濃度50～120 mg/L;淋溶損失量為N 202～218 kg/hm2，占氮投入量的48%～52%。Zhu等[4]研究了海南香蕉園N2O排放通量為6.39～12.80 kg/hm2，并且與尿素施用量、溫度和土壤銨根離子含量顯著正相關。Veldkamp等[28]通過對香蕉園氮氣態損失的研究結果表明，氮氧化物的排放對肥料施用的時間和地點有強烈的時空依賴性，火山灰土Andisol比始成土Inceptisol多，N2O和NO排放量總和分別占施氮量（N 360 kg/hm2）的1.26%～2.91%和5.09%～ 5.66%。Prasertsak等[29]研究發現，氨揮發、淋失或反硝化占施氮量的25%。因此，香蕉過量施肥也會帶來嚴重的環境污染風險。

中微量元素、有機肥施用不足等施肥措施（表2），不但影響香蕉產量和品質[5]，而且與土壤質量和微生物生態環境密切相關[30]，會間接地影響香蕉對枯萎病等病蟲害的抗性[31]。因此，在保證香蕉產量和品質的前提下，為了減少環境污染，促進香蕉產業可持續發展，進行蕉園養分綜合管理十分必要和緊迫[32]。

3 ?蕉園養分綜合管理措施

3.1 ?概要

蕉園養分綜合管理措施通過合理地施用無機肥料、有機物料（包括糞肥、生物有機肥、秸稈等），既滿足作物生長的需要，又能夠提高肥料利用效率、降低環境風險[33]。將傳統方法與現代友好的養分施用技術相結合，以提高土壤肥力和滿足香蕉全生育期養分需求為核心，保持作物?土壤系統大量元素和微量元素的輸入與輸出平衡，使養分循環與養分需求及其在土壤中的施用之間保持緊密同步，從而由徑流、淋溶、揮發和固定化造成的養分流失，提高了肥料的使用效率。蕉園養分綜合管理關鍵原則是：（1）使輸入數量與作物需求匹配;（2）施肥時間與作物生長需求保持同步[32， 34]。

香蕉對礦質營養元素的吸收量順序為鉀>氮>鈣≥鎂>硫>磷>錳>鐵>硼>鋅>銅[5， 8]。土壤肥力低是限制香蕉生長和產量的主要制約因素之一，可以通過土壤改良和施肥來改善，但必須把土壤?作物作為整體來考慮。建議多次、少量施肥，而不是少次、多量施肥。借助土壤測試和葉片營養診斷，以便做出有關施肥的種類和比例的正確決定。

3.2 ?有機物料土壤改良技術

香蕉喜歡深厚的土壤，酸性至中性pH，富含有機物質，質地中等，排水良好。當土壤呈酸性時，建議施用有機物料和石灰調節土壤pH，提高土壤緩沖能力。Zhang等[30]研究發現在pH 3.7的鐵鋁土上施用2.7 t/hm2的石灰可以增加土壤的pH和養分利用率，并提高香蕉產量。然而，施用石灰是提高土壤pH的常用方法，但是長期施用石灰會產生一些負面影響，比如降低了土壤中可交換的Mg2+濃度[35-36]。有機改良劑，如有機肥料、堆肥和生物炭，也可有效改善土壤酸度并提高土壤質量[37-38]，降低可交換的Al3+濃度[36]，并增加了酸性土壤中的養分（Ca2+和Mg2+）濃度[39]。此外，有機改良劑可改變土壤微生物組的結構[40]。因此，蕉園應重視有機肥的施用。

3.3 ?測土配方平衡施肥

蕉園施用的化肥種類包括：尿素、硫酸銨、單過磷酸鈣，磷酸一銨、磷酸二銨、氯化鉀、硫酸鉀鹽、硝酸鈣、硫酸鎂、硫酸鋅、硼砂等。另外，施用控釋尿素可以降低施用率和施用頻率，并提高香蕉的產量以及氮的利用效率。每種肥料可以單獨使用，并且大多數可以不同比例混合或配制成香蕉專用復合肥料。然而，有證據表明，苗期硝酸鹽比銨態氮更好，NO3∶NH4+的最佳比例為9∶1[41]。

蕉園種植土壤差異較大，有的是連續種植，有的是由林地改種香蕉;土壤類型也有砂土、黏土等差異。因此，香蕉種植前進行測土配方施肥十分必要。根據土壤樣品的養分含量測定分析結果，結合區域蕉園土壤養分診斷指標以及不同香蕉品種各生產期的營養特性，科學確定蔬菜對各種養分的需求量，合理施用各種肥料。

（1）氮肥用量的確定。香蕉的營養需求隨作物品種、位置（氣候）和產量目標而變化。肥料的施用量通常會隨著的降雨和溫度升高而增加。在香蕉移植前按照采集0～20 cm耕作層的土壤測定其堿解氮含量，結合香蕉目標產量，確定氮肥推薦數量（表3）。按照香蕉60 t/hm2的產量目標，每生產1 t香蕉N、P、K、Ca和Mg需要分別為4.6、0.41、15、2.5和1.2 kg[42]。化肥氮應按照少施、多次的原則分6～10次施用;從整個生長期的分配來看，營養生長期施肥量占45%～50%，花芽分化期施肥量占20%～25%[43]。化肥氮實際施用量應當用推薦用量減去有機肥氮投入量。與化肥提高土壤有效氮、磷和鉀含量相比，通過有機肥提高0～40 cm耕作層有機質含量更有利于香蕉產量的提高[30]。葉片營養診斷也是判斷香蕉營養豐缺重要工具，尤其是在花芽分化和果實膨大初期[44]。

（2）磷肥用量的確定。由于我國華南地區香蕉種植區土壤以紅壤、磚紅壤為主，對磷的固定能力強，磷肥利用率較低，磷肥用量比其吸收量大得多。通常認為土壤速效磷含量>20 mg/kg為適量，<20 mg/kg為低量，<10 mg/kg為嚴重缺乏。凡屬香蕉豐產，穩產園的土壤養分多在上列各項指標的較高水平，處于緩坡低丘陵的香蕉園，應重視土壤培肥，以獲取香蕉優質豐產穩產。

（3）鉀肥用量的確定。鉀肥的施用量既要考慮香蕉果實帶走的鉀，又要考慮土壤供鉀水平（表3）。鉀肥一般分6～10次施用。香蕉植物中鉀的積累也隨著生長期的變化而變化，營養生長期、花芽分化期和抽蕾后分別占16.5%、52.6%、30.9%[11]，花芽分化期是鉀素關鍵營養期[45]。

（4）中、微量元素用量的確定。香蕉生產中除了重視氮、磷、鉀肥外，還應適當補充中、微量元素，特別是鈣、鎂等肥料的施用。在不良的環境條件下，缺乏中、微量元素，往往會出現生理病害而影響產量和品質;例如缺鎂會導致葉綠素含量降低，從而影響植物的生長[46]。華南地區酸性土壤上施用過磷酸鈣和石灰可以為香蕉提供足夠的鈣，但是也必須添加鎂肥。如果可用，在鈣和鎂缺乏的條件下，白云石、石灰是碳酸鈣的更好替代品[45]。

3.4 ?新型肥料與灌溉施肥技術

緩控釋肥料是采用先進的包膜材料與包膜技術生產的一種新型化學肥料，養分釋放速率與作物吸收規律能更好地相吻合。由于香蕉施肥量大、生長期長、施肥次數多，農民習慣施用的肥料利用率低，施用緩控釋可以提高肥效、降低化肥使用量、減少施肥次數[47]。

灌溉施肥是指將液體肥或固體肥料溶解后通過加壓灌溉系統，可以同時為作物提供養分和水分的施肥方式[48]，可以優化水分和養分在時間（高頻）和空間（精確地放置到根系活動區中的分布）的匹配，較好地滿足香蕉生長的需要[49]。蕉園灌溉施肥一般將氮肥（尿素、硝酸銨等）和鉀肥（氯化鉀、硫酸鉀等）溶解后，通過噴帶或滴灌系統將養分輸送至香蕉植株附近。相關研究表明，灌溉施肥可以使香蕉植株早開花、提高產量和品質[50]，節水40%～70%，肥料施用減少20%～30%[51]，進而提供肥料利用效率。相關研究表明，灌溉施肥因淋溶損失的肥料量低至10%，傳統的耕作體系則為50%[6]。

4 ?結論

我國香蕉園化肥施用量遠大于其他國家推薦用量，不僅造成香蕉生產成本的增加，而且造成一定的農業面源污染。因此，應按照農業農村部“一控、兩減、三基本”治理農業面源污染的原則，建立適用于我國的蕉園養分綜合管理體系，包括施肥總體原則、有機物料土壤改良、測土配方平衡施肥、新型肥料與灌溉施肥技術等。另外，為了減少香蕉園化肥用量、減少面源污染，除了注意技術層面的問題，還應當改變我國香蕉種植零散、規模小的現狀，大力培育香蕉產業新型經營主體，提升產業化發展水平。

致 ?謝 ?感謝巴西圣保羅州立大學Thiago Assis Rodrigues Nogueira教授對本文英語部分所作的潤色與修訂。

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收稿日期 ?2020-07-06;修回日期 ?2020-07-19

基金項目 ?國家重點研發計劃項目（No. 2017YFD0202100）;公益性行業（農業）科研專項（No. 201503106）;中國熱帶農業科學院基本科研業務費專項資金（No. 1630042017004）。

作者簡介 ?趙鳳亮（1980—），男，博士，副研究員，研究方向：土壤改良、肥料高效利用與農業面源污染防控。*通信作者（Corresponding author）：朱治強（ZHU Zhiqiang），E-mail：zhuzhiq8@163.com。