不同施肥處理下菠蘿生長及經濟效益分析

楊婷婷，金 鑫，王禹童，韓忠鈺，楊勁明，鄧 燕，孟 磊

（海南大學熱帶作物學院，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、廣西和福建等省［3］，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，充足的降雨易導致養分的流失。果農為追求高產并減少施肥成本，以施用化肥為主，很少甚至不用有機肥，不合理的施肥現象較為普遍［5-6］。調查數據顯示，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、板結及養分的不平衡，導致菠蘿產量及品質的下降［8-11］，造成肥料利用率低，產生嚴重的環境問題。

針對化學肥料過量施用產生的嚴重環境問題，農業部于2015年出臺了《到2020年化肥農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、有機替代是有效的措施，不僅能有效減少化肥用量，還能在穩產甚至增產前提下提高作物品質，從而實現作物經濟收益的增加。趙偉等［13］和潘可可［14］在農民常規施肥基礎上，適當減少化肥用量不但不會導致蕃茄減產，反而能提高蕃茄品質；梁敬等［15］和Nava等［16］研究結果表明，減施化肥提高了蘋果產量；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量和品質。化肥減量根據施肥推薦而定，肥料效應函數、目標產量和養分需求等方法都可獲得推薦量，其中“3414”試驗是一種農業部推薦的可以進行一元、二元、三元肥料效應函數確定施肥量的高效方法，已經在三七［18］、香蕉［19］等多種作物上運用。有機肥含有大量有機、無機物質和有益微生物，施入土壤能夠改善土壤理化性質，增加土壤肥力，為作物提供生長所需的營養［20］。在西瓜［21］、黃瓜［22］、春甘藍［23］和辣椒［24］等果蔬上的應用研究發現，有機無機配施有助于提高產量和品質。當前，一般有3種有機替代模式：有機肥等磷量替代［25］、有機肥等氮量替代和有機肥替代氮磷鉀［26］。

菠蘿是一種單季生長周期較長的水果，在其生長周期內需要充足的養分供應。當前海南菠蘿生產中施肥管理粗放，肥料用量大而利用率低，不利于實現菠蘿生產綠色可持續發展，迫切需要合理的施肥指導。本研究采用田間試驗，設置不同的施肥處理，比較分析其對菠蘿生物量、產量、品質和經濟效益的影響，為海南菠蘿種植的科學施肥管理提供參考。

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海南大學熱帶作物學院基地，其地理坐標為東經108°46′22″，北緯18°39′6″，海拔 66.80 m。基地年平均氣溫為24～25℃，年平均降水量為1279.10 mm，年蒸發量約為年降水量的2.0～2.5倍，屬熱帶季風氣候。土壤類型為燥紅土，基礎理化性質為：pH 6.05，有機質 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，由海南萬鐘實業有限公司提供。供試肥料分別為15-15-15復合肥、17-17-17復合肥、尿素（N 46.40%）、氯化鉀（K2O 60%）、七水硫酸鎂（化學試劑，分析純）、石灰和商品有機肥（羊糞，養分含量1.0-4.0-1.8）。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計

試驗設4個處理，具體如下：處理1為不施肥對照（CK）；處理2為農戶常規施肥（FP），根據農戶調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”試驗基礎上確定的施肥量，與農戶常規施肥（FP）相比，氮減少42%，磷減少75%，鉀減少45%，鈣減少60%，鎂增加19%，全部養分皆以化肥方式投入；處理4（OPT2）采用等氮量有機替代方式，與處理3（OPT1）總氮投入量相等，其中20%的氮由有機肥提供，與農戶常規施肥（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

試驗采用隨機區組設計，每個處理3次重復，每個小區面積為97.5 m2（15 m×6.5 m），共有15個小區。石灰在種植前15 d撒施于地表，結合翻地混入土壤；種植前2 d施基肥。處理OPT2的有機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。

產量測定：2019年3月21日收獲測產，每個小區連續采摘10個果稱重，計算其平均值，再根據種植密度計算每公頃理論產量。

品質測定：游標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 數據分析

采用Excel 2007進行基礎數據處理；用SPSS 19.0進行方差分析；用LSD法進行處理間差異顯著性檢驗。

植物干物質累積速率=干物質累積量/累積時間經濟效益=總產出-總投入。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理對菠蘿植株干物質量的影響

各處理植株干物質量隨著定植后天數的增加大體上呈“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的干物質量逐漸高于FP；進入果實發育期后（定植330 d后），各處理的干物質量明顯表現為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%，FP較CK增加99.74%。

圖1 不同施肥處理下植株干物質量累積和累積速率

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

從定植到催花這段時期，OPT1和OPT2間干物質累積量無差異，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之間干物質積累量無差異，OPT2和FP間干物質累積量無差異，OPT1顯著低于FP；FP、OPT1和OPT2顯著高于CK，FP、OPT1和OPT2比CK分別高123.95%、91.75%和100.10%。OPT1和OPT2的干物質累積主要發生在花前，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累積比例相當。FP干物質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累積

收獲期時，菠蘿植株各部位干物質所占比例表現為葉>果實>莖根>冠芽>果柄（表3）。OPT2莖根干物質所占比例顯著高于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占比；與CK相比，OPT1處理顯著增加了果實干物質占比，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的占比。

表3 收獲期各部位干物質所占比例 （%）

2.2 不同施肥處理對菠蘿產量和品質的影響

與CK相比，FP、OPT1和OPT2產量均顯著提高（表4）。OPT2產量為82.30 t·hm-2，比CK和FP分別增產95.38%和6.66%；OPT1產量為82.20 t·hm-2，比CK和FP分別增產95.16%和6.53%；FP產量為77.17 t·hm-2，比CK增產83.19%；CK產量為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，FP、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在品質的指標。綜合5個指標，可以看出施肥可以提高菠蘿果實品質，而減量施肥并不會降低菠蘿果實品質。

2.3 不同施肥處理的經濟效益分析

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%，產出與OPT2相當，凈收益最高，分別比CK、FP、OPT2高111.27%、21.33%、5.21%。OPT2模式產出最高，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量與品質的影響

表5 不同施肥處理經濟效益 （萬元·hm-2）

3 討論

3.1 不同施肥處理對菠蘿生物量和產量的影響

作物產量的本質是植物干物質合成、積累和轉運分配的過程［28］，因此提高作物干物質積累量是提高作物產量的一種重要手段。在水稻［29-31］、玉米［32-33］、棉花［34］和咖啡果［35］的研究中均表明，較高的干物質累積量能夠保證作物獲得高產。本試驗結果表明，施肥能夠促進菠蘿生長。FP施肥量過高，與OPT1和OPT2相比在進入快速生長中期后的干物質累積量下降（圖1a），產量也有所減少，表明過高施肥量并不能獲得最高生物量和產量，化肥養分的投入表現出報酬遞減的規律。其原因可能是FP施肥量高，導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，一定程度上促進了植株生長。OPT2植株干物質量增加最多，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，另一方面有機肥加入對土壤理化條件有一定的改善，促進了微生物活動，增加了菠蘿植株養分吸收，有利于植株生長。前人研究表明，有機無機配施能夠提高花生［36］和玉米［37-38］的生物量。劉亞男等［39］研究也發現施用有機肥能夠提高菠蘿生物量，與本研究結果相符。與FP處理相比，OPT1和OPT2處理都有不同程度的增產，這說明化肥減量、化肥減量+有機肥替代具有提高產量的潛力。

不同的施肥方式也影響著菠蘿的產量。馬海洋等［40］通過“3414”試驗常規施肥方式得到卡因目標產量105 t·hm-2，其優化施肥量為N：281.27～436.48 kg·hm-2、P2O5：64.03～121.69 kg·hm-2、K2O：428.59～628.55 kg·hm-2。嚴程明等［41］通過滴灌施肥獲得產量較常規施肥高，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、基礎肥力和施肥方式不同。盧明等［42］在海南省尖峰鎮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］對海南省菠蘿主產區萬寧市和瓊海市土壤采樣調研結果與本試驗地相比，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土壤基礎肥力適當調整。

3.2 不同施肥處理對菠蘿品質的影響

合理的施肥能夠提高菠蘿果實品質。Bhugaloo等［43］研究維多利亞菠蘿發現，當施氮量在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，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，說明適當減少施肥量不會降低菠蘿果實的外觀品質。

研究發現，過量施肥會降低芒果［46］、臍橙［47］、橄欖［48］等果實品質，適量施肥能提高蕃茄［13］和蘋果［15］的品質，有機無機配施能夠提高葡萄品質［49-50］。本試驗結果表明，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］對菠蘿研究結果一致，這可能是施肥促進果實生長產生的稀釋效應。嚴程明等［41］研究發現，滴灌施肥比常規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，產生的稀釋效應基本一致。馬海洋等［51］研究發現，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。鉀是植物體內多種酶的活化劑，參與糖類的合成、運輸和轉運，促進糖分的累積［52］。本試驗中基礎地力中鉀含量較高，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，果實品質無差異，可能是有機肥替代方式、比例和氣候對有機肥礦化速率的影響對2個處理的植株養分吸收并未產生明顯差異。本試驗的不足之處是在等氮量有機替代的基礎上沒有考慮等量的磷和鉀，需要進一步試驗驗證有機替代的方式和比例。

3.3 不同施肥處理對經濟效益的影響

已有研究表明，減量施肥不僅不會減產，而且節約肥料成本，使種植戶的純收入增多。臧小平等［53］對香蕉研究表明，減量施肥產值較常規施肥提高22.50%，純收入增加2.09萬元·hm-2。有機無機配施較常規施肥能夠使獼猴桃［54］果農純收益增加1.07 ～1.84萬元·hm-2；在蘋果［15］研究上，有機無機配施較化肥單施純收益增加14.96%。本試驗結果表明，施肥能夠增加果農收入，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產投比最小，OPT1產投比最高。與其它研究相比，收益增幅和產投比都相一致。

4 結論

施肥能夠促進菠蘿植株干物質量累積，OPT2處理干物質積累量最高，OPT1次之。相較于FP處理，2個優化施肥處理均能保證產量且不降低果實品質。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。綜合產量、品質和經濟收益3方面考慮，OPT1是本試驗條件下理想的菠蘿施肥處理。