缓释肥料棒对香蕉生长、产量及品质的影响

谭宇捷,刘海林,杨红竹,黄丽娜,程世敏,林清火,茶正早,罗 微

(1 海南大学热带作物学院,海口,570228;2 中国热带农业科学院橡胶研究所/农业农村部橡胶树生物学与遗传资源利用重点实验室/中国热带农业科学院土壤肥料研究中心,海口,571101;3 中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所,海口,571101)

香蕉是热带和亚热带地区重要的经济作物之一,在海南省农业经济发展中发挥着重要作用[1]。香蕉为典型的“大水大肥”作物,农户在种植过程中需要多次、大量施肥才能满足香蕉生长、产量和品质的需求[2]。海南省地处热带,高温多雨,施入土壤的养分淋溶损失大,不仅造成肥料养分利用率降低、香蕉产量降低,还影响农户的经济效益,甚至造成一定的农业面源污染问题[3-5]。因此,科学合理施肥是香蕉增产保质的前提,也是促进香蕉产业可持续健康发展的关键因素。

缓释肥料具有省工节本、肥效长,且与作物吸收同步等特点,是目前公认的提高作物肥料利用率、减轻农业生态环境面源污染以及减少劳动力投入的新型肥料,在园艺领域中已广为使用[6-7]。张守仕等[8]、Xiao等[9]研究了袋控缓释肥对桃树养分利用及生长的影响,发现袋控缓释肥不仅可以减少施肥次数,提高养分利用率,还能提高桃树产量和品质。近年来,缓释肥在香蕉生产中得到广泛应用,但主要集中在包膜控释肥料[10]。丁文等[11],龙芳等[12]研究表明,施用包膜缓释肥能减少施肥4～5次,提高香蕉产量和经济效益;曹明等[13]研究表明,与单施化肥相比,施用0%～45%包膜缓释肥,缓释肥比例越高,肥料利用率越高,对香蕉产量和品质提升越大。

包膜控释肥的控释周期长,缓控释性能好,但是该类包膜材料原料以石油化工产品及其衍生物为主,在土壤中难以完全降解,同时存在工艺复杂、生产成本高等缺点[14]。缓释肥料棒是以脲甲醛、普通肥料、黏结剂等为原料压制而成,生产工艺简单,成本低,能够根据植物不同生长时期的养分规律调整配方,可减少施肥次数,提高肥料利用率,促进作物增产,改善作物品质[15-16]。刘海林等[17]、蔡隽等[18]和林清火等[16]研究表明,随着黏结剂和脲甲醛的使用量增加,肥料棒的氮素淋出率逐渐减小。目前,缓释肥料棒已应用于橡胶生产[19],而香蕉领域的应用鲜见相关报道。因此,我们开展缓释肥料棒对香蕉生长、产量和品质影响的研究,以期为肥料棒在香蕉上应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

试验在海南省儋州市中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所五队试验基地进行,供试品种为宝岛蕉6～7片叶二级假植苗,由中国热带农业科学院热作两院种苗组培中心提供。土壤砖红壤,容重1.38 g/cm3,pH值5.28,电导率38.68 μs/cm,有机质8.57 g/kg,全氮0.381 g/kg,速效氮(铵态氮与硝态氮)100.85 mg/kg,速效磷9.25 mg/kg,速效钾92.47 mg/kg。供试肥料为尿素(N≥46%)、氯化钾(K2O≥60%)、复合肥(N-P2O5-K2O为15-15-15)和缓释肥料棒。缓释肥料棒,以脲甲醛(N≥38%)、尿素(N≥46%)、磷酸一铵(N≥46%,P2O5≥61%)、氯化钾(K2O≥60%)、滑石粉、黏结剂等为原料,利用肥料棒液压成型机(ZL 201720776707.0)压制而成,中国热带农业科学院橡胶研究所研制。

1.2 试验设计

设置对照(不施肥);常规施肥,N 300 g、P2O5120 g、K2O 600 g;缓释肥料棒,N 300 g、P2O5120 g、K2O 600 g;缓释肥料棒减施20%,即80%缓释肥料棒,N 240 g、P2O596 g、K2O 480 g等4个处理,单因素完全随机区组试验设计,重复3次。每个小区种植香蕉苗20株,种植密度170株/667 m2。

2018年9月,选取生长一致的香蕉苗种植,待苗成活后施入第一次肥料,其中常规施肥处理以尿素、氯化钾和复合肥为原料混掺,全生育期分21次施用;缓释肥料棒和80%缓释肥料棒全生育期施用5次(见表1)。施肥处理按照宝岛蕉关键生育期氮磷钾分配比例计算肥料用量,即常规施肥大田苗期、旺盛生长期、花芽分化期、抽蕾期、成熟期N∶P2O5∶K2O分别为20∶20∶10、25∶25∶25、25∶25∶30、20∶20∶20、10∶10∶15;缓释肥料棒处理这5个时期N∶P2O5∶K2O分别为20∶8∶20、15∶6∶30、15∶6∶36、15∶6∶30、12∶4.8∶36。

表1 宝岛蕉关键生育期肥料用量及施肥次数

1.3 测定项目与方法

1.3.1 生长指标测定

从宝岛蕉种植后15 d,每个小区选取15株,每隔1个月测量株高、假茎茎围(离地面50 cm处)、新抽生叶片数,共测定8次。

1.3.2 香蕉产量构成因素及品质测定

宝岛蕉成熟后,按小区收获长势一致的香蕉5株,植株按球茎、假茎、叶片、果轴、果实5个部分称量鲜质量;采用四分法采集香蕉球茎、假茎、叶片、果轴样品,称量样品鲜质量后放入烘箱杀青并烘干至恒重,称量各部位干物质质量,粉碎后测定各器官的氮、磷、钾养分,并根据各器官分取倍数,以此计算香蕉各器官的氮磷钾积累量。另外,统计香蕉每梳果指数,每梳选取果实3个测量果指外弧长度和果指径围。取第三梳中间果实4个,称量单果质量和果肉鲜质量,并测量可食率、可滴定酸、可溶性固形物、维生素C含量,可食率(%)=果肉鲜质量/单果质量×100,采用2,6-二氯酚靛酚滴定法测定果实维生素C含量,手持式折光率仪测定果实可溶性固形物含量,酸碱滴定法测定果实可滴定酸含量。另取一部分果实烘干称重,烘干样品用于测定果肉和果皮的氮、磷、钾含量。烘干样品采用H2SO4-H2O2消煮法提取待测液,全氮采用凯氏定氮法,全磷采用紫外分光光度法,全钾采用火焰光度法测定。

1.4 数据分析与处理

采用Excel 2022软件整理数据,采用SPSS 26.0统计软件进行方差分析和多重比较等,采用GraphPad Prism 9软件作图。

2 结果与分析

2.1 对植株生长的影响

由图1可知,各处理香蕉株高和茎围均呈逐步上升趋势,新抽生叶片数则表现为先快速下降后缓慢下降趋势。与对照(不施肥)相比,施肥处理香蕉的株高、茎围和叶片数均有提高。常规施肥和缓释肥料棒处理的香蕉株高和茎围的生长曲线均基本重合,且株高和茎围均大于80%缓释肥料棒处理;两个缓释肥料棒处理的香蕉生长前期新抽叶片数均大于常规施肥,后期则小于常规施肥。进入6月后,香蕉已停止营养生长,各处理香蕉株高表现为常规施肥≈缓释肥料棒>80%缓释肥料棒>对照(不施肥),缓释肥料棒处理与常规施肥间无显著性差异,但缓释肥料棒处理较80%缓释肥料棒处理和对照(不施肥)分别显著提高6.05%和27.43%;常规施肥的香蕉茎围较缓释肥料棒处理增加1.47%,两个处理间差异不显著,而缓释肥料棒处理的香蕉茎围显著大于80%缓释肥料棒处理和对照(不施肥),分别增加5.98%和21.62%。在总叶片数方面,缓释肥料棒处理的总叶片数最多,为28.27片,显著大于其余处理,较对照(不施肥)、常规施肥和80%缓释肥料棒处理分别提高42.27%、6.55%、5.48%。

图1 缓释肥料棒等施肥处理对宝岛蕉生长指标的影响

2.2 对养分吸收的影响

由表2可知,缓释肥料棒处理的整株氮积累最高,为106.72 g/株,较对照(不施肥)、常规施肥、80%缓释肥料棒处理分别提高73.53%、2.36%、5.51%,且与对照(不施肥)差异显著。所有施肥处理中,80%缓释肥料棒处理的果轴和果皮氮积累量最高,分别为1.79和18.85 g/株,与常规施肥和缓释肥料棒处理无显著性差异;缓释肥料棒处理假茎、叶片、果肉的氮积累最高,分别为37.78、8.71、30.67、19.51 g/株,其中球茎氮积累较80%缓释肥料棒处理显著提高43.95%。

表2 缓释肥料棒等施肥处理对宝岛蕉氮、磷、钾积累量的影响

各处理香蕉整株磷素积累量从大到小依次为80%缓释肥料棒≈缓释肥料棒>常规施肥>对照(不施肥)。所有施肥处理中,80%缓释肥料棒处理的果轴、假茎和果皮中磷积累量最高,分别为0.40、4.43和1.36 g/株,较常规施肥分别增加28.20%、24.38%和31.66%,与缓释肥料棒处理无显著性差异。缓释肥料棒处理的球茎、叶片和果肉中磷积累量最高,分别为0.78、2.38和2.15 g/株,其中球茎磷积累量较80%缓释肥料棒处理提高58.53%,且处理间差异显著。

缓释肥料棒处理可增加香蕉整株钾积累量,其中80%缓释肥料棒处理的整株钾积累量最高,为531.85 g/株,较常规施肥显著增加24.40%,80%缓释肥料棒与缓释肥料棒处理间差异不显著。所有施肥处理中,80%缓释肥料棒处理的果轴、球茎、叶片、果皮和果肉钾积累量与常规施肥处理均无显著性差异,而80%缓释肥料棒处理的假茎钾积累量较常规施肥处理提高35.62%,且处理间差异显著。缓释肥料棒处理的球茎和叶片钾积累量最高,其中球茎钾积累量较80%缓释肥料棒处理提高50.57%,且差异显著。

2.3 对产量和产量构成因素的影响

由表3可知,施用缓释肥料棒能显著提高香蕉株产。80%缓释肥料棒处理的单果质量最高,为142.33 g,较对照(不施肥)和常规施肥分别提高45.52%和17.63%,且差异显著。缓释肥料棒处理的果指数最高,为124个,较对照(不施肥)显著提高9.68%,与常规施肥、80%缓释肥料棒处理无显著性差异。常规施肥的果指长、果指围与80%缓释肥料棒处理无显著性差异,但均显著大于缓释肥料棒处理。香蕉株产总体表现为缓释肥料棒>80%缓释肥料棒>常规施肥>对照(不施肥),缓释肥料棒处理株产最高,为21.53 kg,较对照(不施肥)和常规施肥分别增产77.35%和17.20%,两个缓释肥料棒处理的株产差异不显著。

表3 缓释肥料棒等施肥处理对宝岛蕉产量及构成因素的影响

2.4 对品质的影响

由表4可知,缓释肥料棒处理的可食率最高,为56.01%,较对照(不施肥)、常规施肥和80%缓释肥料棒处理分别提高14.56%、10.06%、3.09%,且差异显著。各处理的香蕉可溶性固形物在21.71%～23.05%之间,处理间均无显著性差异。常规施肥的可滴定酸含量最低,为3.66 mg/g,较对照(不施肥)、缓释肥料棒和80%缓释肥料棒处理分别降低67.49%、6.56%、7.29%,且差异显著。各处理的香蕉维生素C含量在0.67～0.79 mg/100 g之间,且处理间无显著性差异。

表4 缓释肥料棒等施肥处理对宝岛蕉品质的影响

3 讨论与结论

3.1 缓释肥料棒对生长的影响

香蕉生长周期长,需肥量大,为保障香蕉的营养需求,传统香蕉栽培过程中施肥次数多,需要大量劳动力,降低了香蕉种植收益[10,20]。缓释肥料棒的比表面积相对较小,肥料溶解速率减慢,养分释放相对较为缓慢,而且添加部分脲甲醛作为氮源,由冷水可溶氮、冷水不溶氮和热水不溶氮组成,兼具速效缓释功能[17,21],其养分释放速率能更好地与香蕉养分吸收规律相吻合[22]。本研究结果表明,常规施肥、缓释肥料棒处理的香蕉茎围和株高生长趋势基本一致,80%缓释肥料棒处理的茎围和株高在生长前期低于常规施肥,但在生长后期,80%缓释肥料棒处理迅速追平常规施肥。可能是80%缓释肥料棒处理的前期肥料释放量不够,香蕉生长随之放缓,但到生长后期,肥料释放量逐渐增加,香蕉生长速度加快;而常规肥是猛而集中的肥料,后期肥效比不上缓释肥。因此,较常规施肥,缓释肥处理的香蕉前期生长较缓慢,后期生长速度加快[23];到抽蕾期停止生长发育时,缓释肥料棒处理较常规施肥的叶片数提高6.55%,在株高与茎围上与常规肥无显著性差异,这与曲均峰等[24]的研究结果类似。

3.2 缓释肥料棒对养分积累的影响

本研究发现,施用缓释肥料棒的香蕉氮、磷和钾吸收都有一定提高,其中80%缓释肥料棒处理表现最为明显,该处理的整株香蕉的磷、钾积累量较常规施肥分别提高14.13%、24.40%。这可能因为缓释肥料棒对磷、钾也具有一定缓释作用,随着时间延长,磷和钾素逐渐释放,能够为香蕉生长缓慢提供养分,相对于其他的磷和钾素被香蕉优先吸收,降低植株在吸收和同化磷和钾素时的能量消耗[13]。在氮素吸收上,缓释肥料棒处理的氮素积累量较常规施肥处理提高2.36%,可能是因为缓释肥料棒能够有效减缓氮素释放,维持氮素有效供给;且缓释肥料棒所含脲甲醛肥料能显著提高土壤硝态氮含量[25],能很好地契合香蕉喜硝态氮的习性[26],从而提高香蕉对氮素的吸收。

3.3 缓释肥料棒对产量和品质的影响

本研究发现,缓释肥料棒处理在常规施肥用量基础上减少20%肥料用量和16次施肥,对香蕉仍表现为增产效应,80%缓释肥料棒处理的香蕉株产也较常规施肥提高17.20%。可能是因为在香蕉生长后期,缓释肥料棒养分释放充足,能够保障香蕉的营养需求,这与曹明等[13]和匡石滋等[27]的研究结果一致。范立春等[28]和杨军芳等[29]研究也发现,缓释氮和尿素混施比例在一定范围内,缓释养分含量越高,玉米和小麦的产量越高。果实品质是当前及未来园艺产业健康发展的核心。丁文等[30]、龙芳等[12]研究表明,缓释肥对香蕉的可溶性固形物、可滴定酸和维生素C含量无显著性差异,这与本试验研究结果相似。

在本试验中,根据香蕉的生长、养分吸收、产量、品质和施肥次数的综合考虑,缓释肥料棒减施20%为该供试条件下最优施肥配方。