热带地区约占全球陆地面积的36%[1],主要分布于亚太地区、中南美洲及非洲地区。热带农业面临的最大挑战是土地退化,包括土壤酸化侵蚀、肥料不合理施用等[2]。因土地不合理利用,农业生态系统支持、供应、调节和文化服务功能正逐步变弱[3]。香蕉在热带和亚热带地区种植面积超过1000万hm2,总产量约1.38亿t[4];是仅次于水稻、小麦和玉米的发展中国家第四大作物[5]。据2017年世界粮农组织（FAO）统计结果,香蕉生产前六位的国家分别是印度、中国、印度尼西亚、巴西、厄瓜多尔和菲律宾（图1）。我国是仅次于印度的第二大香蕉生产国,种植面积从1961年的1.3万hm2增长至2017年的40万hm2;单产由13.5 t/hm2增至30 t/hm2,总产量占世界总产量的10%左右。然而,由于受高温、强降雨等气候条件和肥料不合理施用等因素的影响,土壤有机质含量低、矿化快,土壤质量下降,养分容易发生流失,严重影响了香蕉产业的可持续发展,迫切需要加强香蕉园养分管理[2,6]。
1 香蕉园化肥施用状况
1.1 世界各国香蕉园化肥施用量
世界范围内香蕉园施肥差异很大,拉丁美洲有些地区氮肥施用量高达N 500~1300 t/hm2[7];然而,在非洲肥料投入很低,存在土壤养分矿化比较严重,有些地区氮肥施用量低至N 150 kg/hm2,磷肥仅为P2O5 40 kg/hm2[5, 8]。根据文献统计与分析结果[9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21],化肥平均施用量为N (473±242)kg/hm2、P2O5 (120±89.7)kg/hm2、K2O (887±670)kg/hm2,产量为(47.8±20.7)t/hm2。印度、巴西、巴基斯坦和澳大利亚等国家的氮肥推荐用量在N 250~ 500 kg/hm2、磷肥为P2O5 50~250 kg/hm2（表1）,我国香蕉园施肥量高于世界平均水平。
1.2 我国香蕉主产区化肥施用量
2017年我国香蕉总产量为1335万t,按照产量由大到小的顺序依次是广东、广西、海南、云南和福建。香蕉是典型的“大水大肥”作物,生长迅速,产量高,根浅不耐干旱,实际生产中蕉园施肥量低则500~750 kg/hm2,高则900~ 1016 kg/hm2[11, 22],甚至高达1300 kg/hm2[4]。根据实地调查和文献统计（图2）,我国香蕉园化肥平均施用量分别为N (755±271)kg/hm2、P2O5 (399± 443)kg/hm2、K2O (1442±649)kg/hm2,海南省蕉园氮肥、磷肥和钾肥施用量均高于其他省份。肥料以尿素、复合肥、氯化钾/硫酸钾为主,施肥方式多为地表撒施和喷带喷施;施肥量差异较大,主要依靠种植户的经验。有机肥施用严重不足,仅为化肥氮的10%~20%,有些种植户甚至不施用有机肥。
2 香蕉园施肥存在问题
由于受香蕉品种、地力条件和气候等多种因素的影响,香蕉园推荐施肥量差异很大。可以确定的是超过合理的肥料施用量,会对香蕉生产造成不利影响。Torres等[23]通过田间试验研究了施氮量与香蕉植株氮含量之间的关系,发现施氮量为483 kg/hm2处理植株氮含量最高。Pttison等[12]研究结果显示,350 kg/hm2施氮处理与减施处理（180 kg/hm2）相比,每串香蕉重量差异不显著,然而前者氮肥利用率却只有后者的一半。在非洲坦桑尼亚的研究表明,在相同的施氮量条件下,通过牛粪代替50%的尿素,香蕉获得最高的产量[5]。何应对等[24]通过在海南澄迈县的研究发现,氮肥减施30%~40%的处理在香蕉营养生长期植株株高、茎围及青叶数分别优于对照14.2%、16%和19.8%,而且土壤铵态氮积累量低。
大量未被香蕉吸收的养分通过径流、淋溶等途径损失至周边环境中,造成土壤酸化、水体富营养化、全球变暖等一系列环境问题[25]。Armour等[26]通过在澳大利亚连续2 a的研究指出,在氮肥投入为N 710 kg/hm2和1065 kg/hm2条件下,淋溶损失量分别为N 246 kg/hm2和641 kg/hm2。Munoz-Carpena等[27]的研究结果表明,香蕉整个生长期内土壤淋溶液硝态氮浓度50~120 mg/L;淋溶损失量为N 202~218 kg/hm2,占氮投入量的48%~52%。Zhu等[4]研究了海南香蕉园N2O排放通量为6.39~12.80 kg/hm2,并且与尿素施用量、温度和土壤铵根离子含量显著正相关。Veldkamp等[28]通过对香蕉园氮气态损失的研究结果表明,氮氧化物的排放对肥料施用的时间和地点有强烈的时空依赖性,火山灰土Andisol比始成土Inceptisol多,N2O和NO排放量总和分别占施氮量（N 360 kg/hm2）的1.26%~2.91%和5.09%~ 5.66%。Prasertsak等[29]研究发现,氨挥发、淋失或反硝化占施氮量的25%。因此,香蕉过量施肥也会带来严重的环境污染风险。
表2 香蕉园施肥存在的问题Tab. 2 Problems in banana fertilization |
| 项目Item | 现状或存在问题Status quo or problems |
|---|---|
| 大量元素肥料 | 没有按照香蕉养分需求,对氮磷钾进行合理的配比,盲目施用等量匹配比的复合肥 |
| 中微量元素肥 | 忽视钙、镁、硫、锰、铁、硼等中微量元素的补充,甚至不施 |
| 有机肥 | 施用量不足,高品质的粪肥、生物有机肥欠缺 |
| 施肥量 | 化肥用量偏高,远大于香蕉实际需求量 |
| 施肥时间 | 凭借人为经验,没有根据香蕉生长发育时期不同的养分需求量进行合理分配 |
| 施肥方法 | 以地表撒施为主,条施、带状施肥、灌溉施肥推广不足 |
3 蕉园养分综合管理措施
3.1 概要
3.2 有机物料土壤改良技术
香蕉喜欢深厚的土壤,酸性至中性pH,富含有机物质,质地中等,排水良好。当土壤呈酸性时,建议施用有机物料和石灰调节土壤pH,提高土壤缓冲能力。Zhang等[30]研究发现在pH 3.7的铁铝土上施用2.7 t/hm2的石灰可以增加土壤的pH和养分利用率,并提高香蕉产量。然而,施用石灰是提高土壤pH的常用方法,但是长期施用石灰会产生一些负面影响,比如降低了土壤中可交换的Mg2+浓度[35,36]。有机改良剂,如有机肥料、堆肥和生物炭,也可有效改善土壤酸度并提高土壤质量[37,38],降低可交换的Al3+浓度[36],并增加了酸性土壤中的养分（Ca2+和Mg2+）浓度[39]。此外,有机改良剂可改变土壤微生物组的结构[40]。因此,蕉园应重视有机肥的施用。
3.3 测土配方平衡施肥
蕉园施用的化肥种类包括：尿素、硫酸铵、单过磷酸钙,磷酸一铵、磷酸二铵、氯化钾、硫酸钾盐、硝酸钙、硫酸镁、硫酸锌、硼砂等。另外,施用控释尿素可以降低施用率和施用频率,并提高香蕉的产量以及氮的利用效率。每种肥料可以单独使用,并且大多数可以不同比例混合或配制成香蕉专用复合肥料。然而,有证据表明,苗期硝酸盐比铵态氮更好,NO3-∶NH4+的最佳比例为9∶1[41]。
蕉园种植土壤差异较大,有的是连续种植,有的是由林地改种香蕉;土壤类型也有砂土、黏土等差异。因此,香蕉种植前进行测土配方施肥十分必要。根据土壤样品的养分含量测定分析结果,结合区域蕉园土壤养分诊断指标以及不同香蕉品种各生产期的营养特性,科学确定蔬菜对各种养分的需求量,合理施用各种肥料。
（1）氮肥用量的确定。香蕉的营养需求随作物品种、位置（气候）和产量目标而变化。肥料的施用量通常会随着的降雨和温度升高而增加。在香蕉移植前按照采集0~20 cm耕作层的土壤测定其碱解氮含量,结合香蕉目标产量,确定氮肥推荐数量（表3）。按照香蕉60 t/hm2的产量目标,每生产1 t香蕉N、P、K、Ca和Mg需要分别为4.6、0.41、15、2.5和1.2 kg[42]。化肥氮应按照少施、多次的原则分6~10次施用;从整个生长期的分配来看,营养生长期施肥量占45%~50%,花芽分化期施肥量占20%~25%[43]。化肥氮实际施用量应当用推荐用量减去有机肥氮投入量。与化肥提高土壤有效氮、磷和钾含量相比,通过有机肥提高0~40 cm耕作层有机质含量更有利于香蕉产量的提高[30]。叶片营养诊断也是判断香蕉营养丰缺重要工具,尤其是在花芽分化和果实膨大初期[44]。
表3 土壤碱解氮和速效钾分级及肥料推荐用量[45]Tab. 3 Fertilizer commendation does according to soil alkali-hydrolyzable N and available K |
| 碱解氮 /(mg•kg-1) | 氮肥推荐用量 N/(kg•hm-2) | 速效钾 /(mg•kg-1) | 钾肥推荐用量 K2O/(kg•hm-2) |
|---|---|---|---|
| >180 | 420~480 | >300 | 600~675 |
| 150~179 | 480~540 | 200~299 | 675~750 |
| 120~149 | 540~600 | 150~199 | 750~825 |
| 90~119 | 600~660 | 100~149 | 825~900 |
| 60~89 | 660~720 | 50~99 | 900~975 |
| <60 | 720~780 | <50 | 975~1050 |
（2）磷肥用量的确定。由于我国华南地区香蕉种植区土壤以红壤、砖红壤为主,对磷的固定能力强,磷肥利用率较低,磷肥用量比其吸收量大得多。通常认为土壤速效磷含量>20 mg/kg为适量,<20 mg/kg为低量,<10 mg/kg为严重缺乏。凡属香蕉丰产,稳产园的土壤养分多在上列各项指标的较高水平,处于缓坡低丘陵的香蕉园,应重视土壤培肥,以获取香蕉优质丰产稳产。
3.4 新型肥料与灌溉施肥技术
缓控释肥料是采用先进的包膜材料与包膜技术生产的一种新型化学肥料,养分释放速率与作物吸收规律能更好地相吻合。由于香蕉施肥量大、生长期长、施肥次数多,农民习惯施用的肥料利用率低,施用缓控释可以提高肥效、降低化肥使用量、减少施肥次数[47]。
4 结论
我国香蕉园化肥施用量远大于其他国家推荐用量,不仅造成香蕉生产成本的增加,而且造成一定的农业面源污染。因此,应按照农业农村部“一控、两减、三基本”治理农业面源污染的原则,建立适用于我国的蕉园养分综合管理体系,包括施肥总体原则、有机物料土壤改良、测土配方平衡施肥、新型肥料与灌溉施肥技术等。另外,为了减少香蕉园化肥用量、减少面源污染,除了注意技术层面的问题,还应当改变我国香蕉种植零散、规模小的现状,大力培育香蕉产业新型经营主体,提升产业化发展水平。
致谢
感谢巴西圣保罗州立大学Thiago Assis Rodrigues Nogueira教授对本文英语部分所作的润色与修订。