緩釋肥料棒對香蕉生長、產量及品質的影響

譚宇捷,劉海林,楊紅竹,黃麗娜,程世敏,林清火,茶正早,羅 微

(1 海南大學熱帶作物學院,?？?570228;2 中國熱帶農業科學院橡膠研究所/農業農村部橡膠樹生物學與遺傳資源利用重點實驗室/中國熱帶農業科學院土壤肥料研究中心,?？?571101;3 中國熱帶農業科學院熱帶作物品種資源研究所,?？?571101)

香蕉是熱帶和亞熱帶地區重要的經濟作物之一,在海南省農業經濟發展中發揮著重要作用[1]。香蕉為典型的“大水大肥”作物,農戶在種植過程中需要多次、大量施肥才能滿足香蕉生長、產量和品質的需求[2]。海南省地處熱帶,高溫多雨,施入土壤的養分淋溶損失大,不僅造成肥料養分利用率降低、香蕉產量降低,還影響農戶的經濟效益,甚至造成一定的農業面源污染問題[3-5]。因此,科學合理施肥是香蕉增產保質的前提,也是促進香蕉產業可持續健康發展的關鍵因素。

緩釋肥料具有省工節本、肥效長,且與作物吸收同步等特點,是目前公認的提高作物肥料利用率、減輕農業生態環境面源污染以及減少勞動力投入的新型肥料,在園藝領域中已廣為使用[6-7]。張守仕等[8]、Xiao等[9]研究了袋控緩釋肥對桃樹養分利用及生長的影響,發現袋控緩釋肥不僅可以減少施肥次數,提高養分利用率,還能提高桃樹產量和品質。近年來,緩釋肥在香蕉生產中得到廣泛應用,但主要集中在包膜控釋肥料[10]。丁文等[11],龍芳等[12]研究表明,施用包膜緩釋肥能減少施肥4～5次,提高香蕉產量和經濟效益;曹明等[13]研究表明,與單施化肥相比,施用0%～45%包膜緩釋肥,緩釋肥比例越高,肥料利用率越高,對香蕉產量和品質提升越大。

包膜控釋肥的控釋周期長,緩控釋性能好,但是該類包膜材料原料以石油化工產品及其衍生物為主,在土壤中難以完全降解,同時存在工藝復雜、生產成本高等缺點[14]。緩釋肥料棒是以脲甲醛、普通肥料、黏結劑等為原料壓制而成,生產工藝簡單,成本低,能夠根據植物不同生長時期的養分規律調整配方,可減少施肥次數,提高肥料利用率,促進作物增產,改善作物品質[15-16]。劉海林等[17]、蔡雋等[18]和林清火等[16]研究表明,隨著黏結劑和脲甲醛的使用量增加,肥料棒的氮素淋出率逐漸減小。目前,緩釋肥料棒已應用于橡膠生產[19],而香蕉領域的應用鮮見相關報道。因此,我們開展緩釋肥料棒對香蕉生長、產量和品質影響的研究,以期為肥料棒在香蕉上應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗在海南省儋州市中國熱帶農業科學院熱帶作物品種資源研究所五隊試驗基地進行,供試品種為寶島蕉6～7片葉二級假植苗,由中國熱帶農業科學院熱作兩院種苗組培中心提供。土壤磚紅壤,容重1.38 g/cm3,pH值5.28,電導率38.68 μs/cm,有機質8.57 g/kg,全氮0.381 g/kg,速效氮(銨態氮與硝態氮)100.85 mg/kg,速效磷9.25 mg/kg,速效鉀92.47 mg/kg。供試肥料為尿素(N≥46%)、氯化鉀(K2O≥60%)、復合肥(N-P2O5-K2O為15-15-15)和緩釋肥料棒。緩釋肥料棒,以脲甲醛(N≥38%)、尿素(N≥46%)、磷酸一銨(N≥46%,P2O5≥61%)、氯化鉀(K2O≥60%)、滑石粉、黏結劑等為原料,利用肥料棒液壓成型機(ZL 201720776707.0)壓制而成,中國熱帶農業科學院橡膠研究所研制。

1.2 試驗設計

設置對照(不施肥);常規施肥,N 300 g、P2O5120 g、K2O 600 g;緩釋肥料棒,N 300 g、P2O5120 g、K2O 600 g;緩釋肥料棒減施20%,即80%緩釋肥料棒,N 240 g、P2O596 g、K2O 480 g等4個處理,單因素完全隨機區組試驗設計,重復3次。每個小區種植香蕉苗20株,種植密度170株/667 m2。

2018年9月,選取生長一致的香蕉苗種植,待苗成活后施入第一次肥料,其中常規施肥處理以尿素、氯化鉀和復合肥為原料混摻,全生育期分21次施用;緩釋肥料棒和80%緩釋肥料棒全生育期施用5次(見表1)。施肥處理按照寶島蕉關鍵生育期氮磷鉀分配比例計算肥料用量,即常規施肥大田苗期、旺盛生長期、花芽分化期、抽蕾期、成熟期N∶P2O5∶K2O分別為20∶20∶10、25∶25∶25、25∶25∶30、20∶20∶20、10∶10∶15;緩釋肥料棒處理這5個時期N∶P2O5∶K2O分別為20∶8∶20、15∶6∶30、15∶6∶36、15∶6∶30、12∶4.8∶36。

表1 寶島蕉關鍵生育期肥料用量及施肥次數

1.3 測定項目與方法

1.3.1 生長指標測定

從寶島蕉種植后15 d,每個小區選取15株,每隔1個月測量株高、假莖莖圍(離地面50 cm處)、新抽生葉片數,共測定8次。

1.3.2 香蕉產量構成因素及品質測定

寶島蕉成熟后,按小區收獲長勢一致的香蕉5株,植株按球莖、假莖、葉片、果軸、果實5個部分稱量鮮質量;采用四分法采集香蕉球莖、假莖、葉片、果軸樣品,稱量樣品鮮質量后放入烘箱殺青并烘干至恒重,稱量各部位干物質質量,粉碎后測定各器官的氮、磷、鉀養分,并根據各器官分取倍數,以此計算香蕉各器官的氮磷鉀積累量。另外,統計香蕉每梳果指數,每梳選取果實3個測量果指外弧長度和果指徑圍。取第三梳中間果實4個,稱量單果質量和果肉鮮質量,并測量可食率、可滴定酸、可溶性固形物、維生素C含量,可食率(%)=果肉鮮質量/單果質量×100,采用2,6-二氯酚靛酚滴定法測定果實維生素C含量,手持式折光率儀測定果實可溶性固形物含量,酸堿滴定法測定果實可滴定酸含量。另取一部分果實烘干稱重,烘干樣品用于測定果肉和果皮的氮、磷、鉀含量。烘干樣品采用H2SO4-H2O2消煮法提取待測液,全氮采用凱氏定氮法,全磷采用紫外分光光度法,全鉀采用火焰光度法測定。

1.4 數據分析與處理

采用Excel 2022軟件整理數據,采用SPSS 26.0統計軟件進行方差分析和多重比較等,采用GraphPad Prism 9軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 對植株生長的影響

由圖1可知,各處理香蕉株高和莖圍均呈逐步上升趨勢,新抽生葉片數則表現為先快速下降后緩慢下降趨勢。與對照(不施肥)相比,施肥處理香蕉的株高、莖圍和葉片數均有提高。常規施肥和緩釋肥料棒處理的香蕉株高和莖圍的生長曲線均基本重合,且株高和莖圍均大于80%緩釋肥料棒處理;兩個緩釋肥料棒處理的香蕉生長前期新抽葉片數均大于常規施肥,后期則小于常規施肥。進入6月后,香蕉已停止營養生長,各處理香蕉株高表現為常規施肥≈緩釋肥料棒>80%緩釋肥料棒>對照(不施肥),緩釋肥料棒處理與常規施肥間無顯著性差異,但緩釋肥料棒處理較80%緩釋肥料棒處理和對照(不施肥)分別顯著提高6.05%和27.43%;常規施肥的香蕉莖圍較緩釋肥料棒處理增加1.47%,兩個處理間差異不顯著,而緩釋肥料棒處理的香蕉莖圍顯著大于80%緩釋肥料棒處理和對照(不施肥),分別增加5.98%和21.62%。在總葉片數方面,緩釋肥料棒處理的總葉片數最多,為28.27片,顯著大于其余處理,較對照(不施肥)、常規施肥和80%緩釋肥料棒處理分別提高42.27%、6.55%、5.48%。

圖1 緩釋肥料棒等施肥處理對寶島蕉生長指標的影響

2.2 對養分吸收的影響

由表2可知,緩釋肥料棒處理的整株氮積累最高,為106.72 g/株,較對照(不施肥)、常規施肥、80%緩釋肥料棒處理分別提高73.53%、2.36%、5.51%,且與對照(不施肥)差異顯著。所有施肥處理中,80%緩釋肥料棒處理的果軸和果皮氮積累量最高,分別為1.79和18.85 g/株,與常規施肥和緩釋肥料棒處理無顯著性差異;緩釋肥料棒處理假莖、葉片、果肉的氮積累最高,分別為37.78、8.71、30.67、19.51 g/株,其中球莖氮積累較80%緩釋肥料棒處理顯著提高43.95%。

表2 緩釋肥料棒等施肥處理對寶島蕉氮、磷、鉀積累量的影響

各處理香蕉整株磷素積累量從大到小依次為80%緩釋肥料棒≈緩釋肥料棒>常規施肥>對照(不施肥)。所有施肥處理中,80%緩釋肥料棒處理的果軸、假莖和果皮中磷積累量最高,分別為0.40、4.43和1.36 g/株,較常規施肥分別增加28.20%、24.38%和31.66%,與緩釋肥料棒處理無顯著性差異。緩釋肥料棒處理的球莖、葉片和果肉中磷積累量最高,分別為0.78、2.38和2.15 g/株,其中球莖磷積累量較80%緩釋肥料棒處理提高58.53%,且處理間差異顯著。

緩釋肥料棒處理可增加香蕉整株鉀積累量,其中80%緩釋肥料棒處理的整株鉀積累量最高,為531.85 g/株,較常規施肥顯著增加24.40%,80%緩釋肥料棒與緩釋肥料棒處理間差異不顯著。所有施肥處理中,80%緩釋肥料棒處理的果軸、球莖、葉片、果皮和果肉鉀積累量與常規施肥處理均無顯著性差異,而80%緩釋肥料棒處理的假莖鉀積累量較常規施肥處理提高35.62%,且處理間差異顯著。緩釋肥料棒處理的球莖和葉片鉀積累量最高,其中球莖鉀積累量較80%緩釋肥料棒處理提高50.57%,且差異顯著。

2.3 對產量和產量構成因素的影響

由表3可知,施用緩釋肥料棒能顯著提高香蕉株產。80%緩釋肥料棒處理的單果質量最高,為142.33 g,較對照(不施肥)和常規施肥分別提高45.52%和17.63%,且差異顯著。緩釋肥料棒處理的果指數最高,為124個,較對照(不施肥)顯著提高9.68%,與常規施肥、80%緩釋肥料棒處理無顯著性差異。常規施肥的果指長、果指圍與80%緩釋肥料棒處理無顯著性差異,但均顯著大于緩釋肥料棒處理。香蕉株產總體表現為緩釋肥料棒>80%緩釋肥料棒>常規施肥>對照(不施肥),緩釋肥料棒處理株產最高,為21.53 kg,較對照(不施肥)和常規施肥分別增產77.35%和17.20%,兩個緩釋肥料棒處理的株產差異不顯著。

表3 緩釋肥料棒等施肥處理對寶島蕉產量及構成因素的影響

2.4 對品質的影響

由表4可知,緩釋肥料棒處理的可食率最高,為56.01%,較對照(不施肥)、常規施肥和80%緩釋肥料棒處理分別提高14.56%、10.06%、3.09%,且差異顯著。各處理的香蕉可溶性固形物在21.71%～23.05%之間,處理間均無顯著性差異。常規施肥的可滴定酸含量最低,為3.66 mg/g,較對照(不施肥)、緩釋肥料棒和80%緩釋肥料棒處理分別降低67.49%、6.56%、7.29%,且差異顯著。各處理的香蕉維生素C含量在0.67～0.79 mg/100 g之間,且處理間無顯著性差異。

表4 緩釋肥料棒等施肥處理對寶島蕉品質的影響

3 討論與結論

3.1 緩釋肥料棒對生長的影響

香蕉生長周期長,需肥量大,為保障香蕉的營養需求,傳統香蕉栽培過程中施肥次數多,需要大量勞動力,降低了香蕉種植收益[10,20]。緩釋肥料棒的比表面積相對較小,肥料溶解速率減慢,養分釋放相對較為緩慢,而且添加部分脲甲醛作為氮源,由冷水可溶氮、冷水不溶氮和熱水不溶氮組成,兼具速效緩釋功能[17,21],其養分釋放速率能更好地與香蕉養分吸收規律相吻合[22]。本研究結果表明,常規施肥、緩釋肥料棒處理的香蕉莖圍和株高生長趨勢基本一致,80%緩釋肥料棒處理的莖圍和株高在生長前期低于常規施肥,但在生長后期,80%緩釋肥料棒處理迅速追平常規施肥?？赡苁?0%緩釋肥料棒處理的前期肥料釋放量不夠,香蕉生長隨之放緩,但到生長后期,肥料釋放量逐漸增加,香蕉生長速度加快;而常規肥是猛而集中的肥料,后期肥效比不上緩釋肥。因此,較常規施肥,緩釋肥處理的香蕉前期生長較緩慢,后期生長速度加快[23];到抽蕾期停止生長發育時,緩釋肥料棒處理較常規施肥的葉片數提高6.55%,在株高與莖圍上與常規肥無顯著性差異,這與曲均峰等[24]的研究結果類似。

3.2 緩釋肥料棒對養分積累的影響

本研究發現,施用緩釋肥料棒的香蕉氮、磷和鉀吸收都有一定提高,其中80%緩釋肥料棒處理表現最為明顯,該處理的整株香蕉的磷、鉀積累量較常規施肥分別提高14.13%、24.40%。這可能因為緩釋肥料棒對磷、鉀也具有一定緩釋作用,隨著時間延長,磷和鉀素逐漸釋放,能夠為香蕉生長緩慢提供養分,相對于其他的磷和鉀素被香蕉優先吸收,降低植株在吸收和同化磷和鉀素時的能量消耗[13]。在氮素吸收上,緩釋肥料棒處理的氮素積累量較常規施肥處理提高2.36%,可能是因為緩釋肥料棒能夠有效減緩氮素釋放,維持氮素有效供給;且緩釋肥料棒所含脲甲醛肥料能顯著提高土壤硝態氮含量[25],能很好地契合香蕉喜硝態氮的習性[26],從而提高香蕉對氮素的吸收。

3.3 緩釋肥料棒對產量和品質的影響

本研究發現,緩釋肥料棒處理在常規施肥用量基礎上減少20%肥料用量和16次施肥,對香蕉仍表現為增產效應,80%緩釋肥料棒處理的香蕉株產也較常規施肥提高17.20%?？赡苁且驗樵谙憬渡L后期,緩釋肥料棒養分釋放充足,能夠保障香蕉的營養需求,這與曹明等[13]和匡石滋等[27]的研究結果一致。范立春等[28]和楊軍芳等[29]研究也發現,緩釋氮和尿素混施比例在一定范圍內,緩釋養分含量越高,玉米和小麥的產量越高。果實品質是當前及未來園藝產業健康發展的核心。丁文等[30]、龍芳等[12]研究表明,緩釋肥對香蕉的可溶性固形物、可滴定酸和維生素C含量無顯著性差異,這與本試驗研究結果相似。

在本試驗中,根據香蕉的生長、養分吸收、產量、品質和施肥次數的綜合考慮,緩釋肥料棒減施20%為該供試條件下最優施肥配方。