灌溉施肥技术作为一项强调水肥协同互作效应的技术模式,正成为我国现代农业研究的热点和重要发展方向。大量研究表明,灌溉施肥技术,尤其是滴灌施肥技术能够调控灌水器流量、滴灌带铺设密度、灌溉下限而达到精准调控作物根区土壤水分含量[1-2],并可灵活调控施肥量、施肥时期与种类,影响土壤水肥时空分布,满足作物不同生育期对水分和养分的需求,以提高作物产量与品质[3⇓⇓-6],提高水肥利用效率[7⇓⇓⇓-11]、经济效益,改善土壤生态环境,提高土壤有机质[12]、养分含量[13]、土壤微生物多样性[14⇓⇓⇓-18],并减少养分淋洗[19-20],降低面源污染的目的,最终实现农业高产高效绿色发展。
菠萝是全世界产量仅次于香蕉和芒果的第三大热带水果,总产量占全球热带水果的20%,并主导着热带水果的贸易,近10 a来,为适应市场需求,菠萝的总产量和种植面积呈上升趋势,分别增加40%和31%,我国近10 a来种植面积和总产量也分别增加47%和28%（FAO,2018）。与此相反,菠萝单产却发展缓慢,处于较低水平,2018年世界菠萝平均单产仅为22.94 t/hm2,仅比2008年提高7%,是最高产的1/5（印度尼西亚平均单产122.8 t/hm2）,而我国大陆产区平均单产则仅为21.4 t/hm2,低于世界平均水平（FAO,2018）。随着可耕种面积的不断减少和市场需求的不断提高,菠萝单产低已成为制约菠萝产业发展的首要问题。干旱胁迫会限制菠萝生长发育、产量和品质[21⇓⇓⇓-25]。而全球80%以上的菠萝生产依然采用雨养型栽培[26]。在季节性干旱较明显的热带亚热带地区,虽全年降雨量较为丰沛,但时空分布极其不均匀。我国华南地区,近30 a来,在秋冬季长达6个月时间里,降雨量仅占全年降雨量的21.3%[27],秋冬是我国菠萝营养生长和果实膨大的关键时期,无灌溉栽培限制着菠萝生长发育、产量和品质。同时,受限于雨养栽培管理模式和机械化程度不高,我国菠萝施肥管理较为粗放,导致养分利用效率偏低、过量施肥、资源浪费严重和土壤生态环境恶化,并进一步限制了菠萝产量和品质的提升。
因此,推动菠萝灌溉施肥技术的发展非常有必要,本文简要阐述了国内外近年来菠萝灌溉施肥技术研究进展,并根据我国实际情况提出展望,为菠萝灌溉施肥技术的推广应用和进一步深入研究提供理论参考。
1 菠萝灌溉施肥技术发展的必要性
1.1 华南地区季节性干旱时空分布特征
华南地区盛行海洋性季风气候,虽降雨总量丰沛,但时空分布不均,存在年际间、季节间的差异性和季内分布的脉冲性,地域分布的不平衡性,兼之辐射强、气温高,作物腾发强烈,季节性、区域性干旱十分突出,华南地区是我国五大气象干旱中心之一,也是我国气候变化敏感区和脆弱区之一,严重制约农业生产的潜力。从时空分布上看,华南地区总体以秋旱和冬旱为主,其次为春旱,夏旱发生频率较低,1981—2010年的30 a间,华南地区降雨量年均为1664.3 mm,而10月至次年3月总降雨量仅占全年的21.3%,且季节性干旱程度存在显著的逐年加重趋势,雨季降雨量逐年增加,旱季降雨量逐年减少[27]。从空间分布上看：（1）广东省以秋旱和冬旱为主,其次为春旱,干旱程度存在显著的逐年增加趋势,21世纪初期相对20世纪后半叶,秋、冬季EDP值增幅23%,粤北和粤西地区严重,省内区域性干旱加重趋势明显,东南部沿海地区干旱程度较严重,但珠三角和粤西等地在21世纪成为省内新的干旱中心[28],其中粤西地区的徐闻县,年均降雨量仅有1334.8 mm,但年均蒸发量则达1934.0 mm,是粤西地区干旱最严重,生态脆弱度最高的地区,以冬春连旱和秋旱为主,是广东省典型的季节性干旱区[29];（2）福建省各类型干旱以小旱为主,主要发生在夏季和秋冬季,其中夏旱发生频率最高,夏旱和秋冬旱均以厦门为最重,宁德地区最少[30];（3）海南省虽年降雨量丰沛（2000~2400 mm）,但季节性和地域性分布严重不均,雨季（5—10月）降雨量占全年的80%,且降雨量以五指山为界,东北部降雨量较多,西南部较少,导致海南省冬春干旱频发,西南部昌江、乐东等地区干旱尤为严重[31];（4）广西总体以冬旱为主,春旱次之,冬旱基本覆盖广西全境,春旱以广西西北地区为最重[32]。
我国菠萝主要分布于海南-雷州半岛、桂南、粤东-闽南和滇西南4个区域,海南和广东两省的菠萝年产量占全国年产量的90%[33],目前海南省规模化菠萝种植主要位于东方、昌江、乐东、澄迈和陵水等地,广东省菠萝种植主要集中于粤西地区,其中又以徐闻县为优势区,是华南地区冬春干旱较为严重的区域,而秋冬则是我国菠萝营养生长和果实发育的关键期,无灌溉栽培模式使我国菠萝在关键期长时间处于干旱胁迫状态下。
1.2 干旱胁迫对菠萝生长发育的影响
菠萝虽耐旱,在长时间干旱胁迫下不易死亡,但菠萝的生长将会减缓,甚至停止[21-22],对菠萝生长发育和产量产生重要影响。大量研究表明,菠萝的生长与土壤水分含量呈正相关,Kadzimin等[34]在盆栽试验中研究发现,与土壤水势为‒0.1 MPa时相比,土壤水势为‒1.0 MPa和‒1.5 MPa时,菠萝全株干重分别下降27.6%和32.4%。当土壤水势低于‒1.5 MPa时,根系伸长停止,白根数量减少,根系占全株的比例显著下降。陈菁等[24]研究发现,当土壤（粘土）含水量为13.39%（田间持水量的40%）时,菠萝出现枯萎症状,叶片出现红紫色;当土壤含水量为6.60%（田间持水量的20%）时,菠萝出现严重枯萎症状,大部分叶变为红紫色,D叶叶绿素含量比对照下降34.2%,D叶长度下降18.5%,宽度下降8.8%。习金根等[23]的研究也发现,地上部株高和株干重与水分含量呈正相关,充足供水（田间持水量的90%±5%）下,菠萝株高、叶宽、株干重和果干重均要高于轻度胁迫（田间持水量的60%±5%）,显著高于重度胁迫（田间持水量的30%±5%）。同时,干旱胁迫也会降低菠萝的品质,在花芽分化期至果实生长时期遇干旱,果实发育和糖分累积受到限制,过早成熟,果肉组织不充实饱满,呈蜂窝状,水分少,味淡,商品价值低[25]。
1.3 我国菠萝水肥管理现状
我国菠萝生产主要以散户小规模经营方式为主,通常分布在水电供应条件较差的丘陵坡地上,灌溉条件有限,再加上思想认识上的片面性,绝大部分小规模经营菠萝园依然采用雨养管理模式,机械化程度不高,菠萝产期、产量和品质多受限于自然条件。规模化种植农场或企业更重视菠萝生产的高品质、高产量、高经济效率、高灌溉施肥效率以及自动化管理水平,正积极地应用灌溉施肥技术,其中尤以海南省为最,除此之外,少部分小规模经营农场也在尝试使用喷灌、喷水带等灌溉技术。但总体上,我国菠萝生产仍以雨养栽培为主。
受限于雨养栽培管理模式和机械化程度不高,我国菠萝施肥存在较多问题。（1）季节性干旱导致施肥时间的不确定性以及肥料利用效率偏低,严程明等[35]研究表明,常规雨养管理下菠萝氮肥利用率为10.5%,钾肥为38.9%,尚低于全国平均水平,滴灌施肥下钾肥利用效率提升至72.9%;（2）施肥方式粗放,生长周期内施肥次数2~3次,以撒施为主,且施肥多集中于前期,菠萝果实发育期养分供应困难;（3）水肥耦合困难,过量施肥现象严重,据严程明等[36]在徐闻县的调查显示,当地菠萝周年生产氮、磷、钾投入量分别为760.4、695.3、645.5 kg/hm2,按照养分平衡计算,相当于单产100 t/hm2（根据周柳强等提出的每生产1000 kg菠萝需吸收氮7.22 kg计算）的氮肥投入量,而我国大陆菠萝目前平均单产仅为21.4 t/hm2（FAO,2018）;（4）肥料养分比例不合理,普遍存在偏施氮肥、磷肥,而忽视钾肥和中微量元素肥料的情况;（5）施肥不灵活,存在“一刀切”现象,不同品种均采用相同施肥方法,缺素后再施肥补救;（6）盲目注重产量和经济效益,忽视菠萝园生态环境保护,郭继阳等[37]针对海南菠萝主产区的土壤现状调研发现,菠萝园土壤酸化现象严重,土壤有机质含量普遍较低,在240份调查土样中,pH<4.5的强酸性土壤占比达78.33%,55.83%的调研地块有机质含量处于缺乏状态（<2.0%）。
改善菠萝生产中的水肥管理现状,大力发展“以水促肥,以肥促产,水肥高效耦合、协同互作”的灌溉施肥模式非常迫切。
1.4 灌溉施肥技术对菠萝生长发育的影响
研究人员经过前期研究发现,灌溉施肥在促进菠萝生长、产量、品质、水肥利用效率和经济效益等方面具有显著的效果。谢盛良等[38]在湛江市徐闻县果树研究所标准化种植示范基地开展‘巴厘’菠萝喷灌水肥一体化试验示范发现,在整个生长周期,植株每月抽叶数比对照多2~10片,单果重比对照增加43.6%,产量增加43.6%,商品果率达90.2%,比对照提高10.8%。严程明等[35,39 -40],与雨养型栽培相比,滴灌施肥下（旱季累计补充灌溉16次共144 mm）,‘巴厘’菠萝叶片数、叶面积指数（LAI）、茎大小和全株干物质累积量显著提高,增产39.04%,商品果率提高11.51%,净收入提高69 670元/hm2,增长92.07%,产出投入比由2.00:1上升到2.97:1,N、P、K肥料养分利用率分别提高了23.41%、11.39%和33.94%。刘传和等[41]在‘神湾’菠萝上的研究也发现,滴灌施肥条件下,菠萝自然抽蕾时的青叶数、叶长、叶宽以及株高明显高于雨养型管理,菠萝果实的果长、果径、单果鲜重、折算单产显著增加,果实的可溶性固形物、蔗糖、可滴定酸含量显著提高。
可见,在菠萝上应用灌溉施肥技术对于缓解季节性干旱胁迫、促进菠萝增产增收增效具有较高的可行性,同时也是菠萝产业现代化发展的必然趋势。
2 菠萝灌溉施肥方式研究进展
现代灌溉方式主要有微灌（滴灌和微喷灌）、喷灌（喷灌机、摇臂式喷灌）和微喷带灌溉等。与传统灌溉方式相比,现代灌溉方式具有节约资源、提高效率等优点[42],但各方式之间也具有一定的优劣差异。
2.1 对菠萝产量和水肥利用效率的影响
滴灌具有更高的节水、节肥增产增效潜力,在香蕉[43]、马铃薯[44]、龙眼[45]、桃[46]、葡萄[47]等多种南北果树、大田作物上均得到充分证实。马海洋等[48]在菠萝上的小规模试验研究也发现,与微喷带灌溉施肥和喷灌施肥相比,滴灌施肥产量、经济效益、水肥利用效率最高,产量分别提高2.57%和18.32%,经济效益分别提高5.2%和67.2%,但在小规模条件下,与微喷带灌溉施肥差异不明显。Patra等[49]在西孟加拉邦恒河冲积平原连续三季（2005-07、2007-09、2009-11）的研究发现,与微喷灌、渗灌和地表漫灌相比,滴灌在提高产量、经济效益和水资源利用效率方面整体优于微喷灌和地下滴灌。
2.2 劳动效率和自动化程度
微灌所需的压力小,相同泵压可以维持大面积区域均匀灌溉,便于实现自动化管理,但微灌的滴头或微喷头易堵塞,对水源和肥料的要求较高,且在高温干旱季节,滴头的出水速度低于水分蒸发速度,在地表会形成盐斑。大型指针式喷灌机灌溉施肥自动化程度高,效率快,可实现全自动灌溉施肥,但灌溉施肥的均匀性较难掌控,受风的影响较大,且需地势开阔,中间无阻挡物,适合规模化菠萝生产应用。直立式喷灌和微喷带出水量大,相同泵压下维持灌溉面积较小,灌溉速度快,需不断开关阀门交替灌溉,且灌溉施肥均匀性难以掌控,自动化程度低,适宜小规模种植应用。
2.3 设备成本
滴灌和喷灌机成本较高,滴灌主要分为首部设施、田间管道设施和滴灌带三部分,首部设施和田间管道设施为固定设施,滴灌带为一次性耗材。根据严程明前期在菠萝上的调查和示范,滴灌首部设施含水泵、过滤器（三级过滤）、水池、施肥池等,整体15 000~20 000元,田间管道设施6000~7000元/hm2,滴灌带3000~4000元/hm2,滴灌首次成本投入较高,但后期成本投入主要为滴灌带更换,单位面积成本随种植面积的增加而逐步降低。指针式喷灌机每米500~600元,一个跨度为100 m（灌溉3 hm2）的喷灌机需50 000~ 60 000元,最长跨度为327 m（灌溉33 hm2）的喷灌机则需150 000~200 000元,首次投资成本较高。直立式喷灌和微喷带在菠萝上的管道和喷水器投资成本为1500~2000元/hm2,但菠萝后期封行后,叶片会阻挡微喷带灌溉水的喷射扩散。
综合以上考虑,小规模菠萝种植可以选择直立式喷灌,中等以上规模种植可以选择滴灌或喷灌机,但具体应用需根据实际需求和地形条件而定。
3 菠萝耗水规律及灌溉技术研究进展
3.1 菠萝耗水规律研究进展
耗水规律的研究是作物灌溉制度建立的理论基础,但目前针对菠萝耗水规律的研究相对较少,且在不同地区、不同栽培管理方式下,菠萝的耗水规律存在较大的差异。雨养型管理与补充灌溉管理、灌溉方式和灌溉量、覆盖方式、生育期均对菠萝的耗水规律产生重要影响。
菠萝腾发量主要由作物蒸腾量和棵间蒸发量组成,菠萝种植于季节性干旱地区,雨养型栽培条件下,菠萝的蒸腾量受气候的影响较大,耗水量存在季节性变化。San-José等[50]在委内瑞拉（9°38° N和63°37° W,海拔195 m）针对雨养型栽培菠萝连续监测5个干湿季节（雨-旱-雨-旱-雨季交替）,发现菠萝季节平均日蒸腾量依次为(2.5±0.5)、(0.6±0.1)、(2.4±0.5)、(1.0±0.1)、(2.2±0.4) mm,雨季菠萝日蒸腾量高于旱季。而菠萝棵间蒸发量则受气候和植株叶面积的双重影响,Cahyonol等[51]根据印度尼西亚Great Giant Pineapple公司3.2万hm2菠萝种植园区（4°49°07 S和105°13°13 E,海拔46 m）近30 a的气象数据以及该公司提供的生产数据,研究发现,低温雨季（11月—次年5月）小苗棵间蒸发量为1.6~ 1.8 mm/d,高温旱季（6月—10月）为1.8~ 2.5 mm/d,而大苗周年棵间蒸发量低于小苗,在低温雨季棵间蒸发量仅为1.0~1.1 mm/d,旱季为1.1~1.5 mm/d;Cahyonol等[52]进一步利用土壤水平衡法研究发现,在当地旱季（6月—10月）5个月时间内,幼苗（移植0—3月）需补充灌溉164.6 mm,中等苗（移植4—10月）需补充灌溉31.2 mm,大苗（移植10个月以上）需补充灌溉12.5 mm。
补充灌溉能够在一定程度上改变气候对菠萝耗水规律的影响,菠萝的腾发量与生育期相关性增强。Pedro等[53]在巴西炎热潮湿的Paraiba省（7°14° S和35°59° W,海拔85 m）,利用水分平衡法研究当地主栽菠萝品种‘Pérola’的腾发量,在旱季利用喷灌每周灌溉14 mm的条件下,发现整个周期菠萝腾发量（ETC）以营养生长后期[(4.6±0.5)mm/d]最高,开花期[(4.3±0.5)mm/d]次之,随后为营养生长前期[(4.1±0.7)mm/d],果实发育期[(3.8±0.3)mm/d]耗水量最低。整个监测期（从移植至收获）平均耗水量为3.5 mm/d,总耗水量为1421 mm,参考作物腾发量（ET0）4.74 mm/d,全生育期腾发系数（Kc）为0.88±0.06。
同样采用旱季补充灌溉,Camilo等[54]在古巴经过连续3个生长周期的研究发现,以开花期耗水速率最快,腾发量（ETC）为2.83 mm/d,腾发系数（KC）达0.86;其次为果实发育期,腾发量（ETC）为2.72 mm/d,腾发系数（KC）达0.67;营养生长期和采收期腾发量（ETC）分别为2.49 mm/d和2.54 mm/d。各时期腾发系数同样为：开花期>果实发育期>营养生长期>采收期,分别为0.86、0.67、0.57和0.55。
不同管理方式对菠萝的耗水特性也存在着影响,Allen等[55]提出,菠萝在覆草情况下,3个时期的腾发系数（Kc）均为0.5,在覆膜喷灌下,生长初期腾发系数值为0.5,生长中期KC值和生长后期KC值均为0.3,同样条件下,覆膜喷灌改为覆膜滴灌,生长中期KC值和生长后期KC值可降为0.1。
3.2 菠萝灌溉技术研究进展
灌溉涉及到灌溉量、灌溉频率、灌溉临界点以及会影响到土壤水分含量和分布的农艺措施,合理的灌溉方法对于菠萝生长发育、产量、品质以及水分利用效率具有重要影响。
3.2.1 灌溉量和灌溉频率对菠萝生长的影响 Chapman等[56]研究发现,滴灌条件下,相同灌溉量不同灌溉频率（2次/月~2次/周）,菠萝D叶重、D叶面积、全株干重和鲜果重随着灌溉频率的增加而显著提高。不同灌溉量也会对菠萝品质和水分利用效率产生影响,滴灌条件下,Souza等[57-58]设置4个灌溉梯度（50%、75%、100%、125% ETC）,发现随灌溉量的增加,菠萝水分利用效率（EUA）、出芽率和果皮韧性（RFCC）呈下降趋势,而果实可溶性固形物（SST）、可滴定酸（ATT）、糖酸比（SST/ ATT）显著提升,果汁酸度呈上升趋势,但灌溉量对菠萝果实抗坏血酸（AA）和产量无显著影响。Patra等[49]针对菠萝微灌开展系统研究,发现与微喷灌和地下灌溉相比,滴灌的菠萝产量和水分利用效率最高,当灌溉量为100%棵间蒸发量时,滴灌菠萝产量最高,可达56.86 t/hm2,当灌溉量为60%棵间蒸发量时,滴灌菠萝水分利用效率最高,可达70.22 kg/(hm2·mm)。而在相同灌溉方式下,灌溉量对菠萝产量无明显影响,水分利用效率同样随灌溉量的增加而下降,与Souza等[57-58]的研究结果较一致。
3.2.3 灌溉水增氧对菠萝生长发育的影响 滴灌情况下增加灌溉水中的氧气有助于促进菠萝的生长发育。澳大利亚昆士兰大学Dhungel等[61]利用空气注射器将空气按照灌溉水的12%体积注射入滴灌系统中（滴头流量1.2 L/h）,结果表明,加氧滴灌对于菠萝产量、水分利用效率和作物健康均有一定的促进作用,与对照（滴灌不加氧）和不灌溉处理相比,根系密度分别提高了18.7%和110.6%,收获期株高、植株干物重、叶面积指数和叶片叶绿素含量均有所提高,菠萝总产量分别提高了27.3%和47.9%,商品果产量分别提高了5.9%和11.1%,果实品质有所提高但不显著。疫霉病菌（Phytophthora）感染率显著下降,加氧滴灌、对照和不灌溉处理的疫霉病菌感染率分别为3.0%、4.9%和10.5%。陈新明等[62]的研究也发现,加氧灌溉对菠萝的产量、品质和水分利用效率具有重要影响,与对照相比,加氧灌溉水分利用效率提高17.2%,田间产量增加4.3%,并增加了果实的糖度。除此之外,加氧灌溉使土壤呼吸增加了100%。
近年来,由于滴灌施肥增产增效显著,菠萝滴灌施肥技术得到现代化种植园的青睐,但针对菠萝灌溉方法方面的研究尚不充分,对菠萝滴灌条件下的灌溉量、灌溉频率、灌溉水盐度、灌溉临界点以及灌溉水增氧等方面开展了较深入的研究。但对滴灌带的铺设密度、滴头流量以及配套的覆膜方式、起垄方式等研究较少,而这些因素均会对滴灌效果产生影响,值得进一步研究。除此之外,微喷灌、喷灌、膜下喷灌和膜下滴灌均具有各自不同的优势,其在菠萝上的灌溉应用也值得深入研究。
4 菠萝养分管理技术研究进展
菠萝生长周期长,产量高,需肥量大,其生育期可以分为营养生长期、花芽分化期、果实发育期和芽苗生长期,品种种类繁多。了解和掌握菠萝养分吸收规律是菠萝进行合理施肥的关键,科学的水肥管理是菠萝高产、优质、高效的重要保障。
4.1 菠萝养分需求量
菠萝品种、管理方式不同,需肥量也存在差异,具体可参考表1。通常情况下,植株生长中等的‘皇后’类品种,需肥量较小,而植株生长较健旺的‘卡因’类品种需肥量大且耐肥水。但灌溉施肥方式得到改善情况下,菠萝对养分的吸收能力也会得到相应提升,需肥量增加。以‘巴厘’品种为例,滴灌施肥条件下,菠萝氮、磷、钾养分吸收量比常规雨养栽培分别提高28.5%、62.5%和30.1%。因此,在制定施肥制度时,需要充分考虑菠萝的品种和管理方式。
表1 收获期不同菠萝品种养分积累量Tab. 1 Nutrient accumulation of different pineapple varieties at harvest period g/plant |
| 品种 Varieties | N | P | K | Ca | Mg | S | 文献 Reference | 备注 Note |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 巴厘 | 5.32 | 0.52 | 12.80 | [35] | 滴灌施肥 | |||
| 巴厘 | 4.14 | 0.32 | 9.84 | [35] | 雨养栽培 | |||
| 巴厘 | 3.54 | 0.33 | 7.31 | [65] | 雨养栽培 | |||
| 卡因 | 5.54 | 0.60 | 11.24 | [65] | 雨养栽培 | |||
| 金菠萝 | 5.01 | 0.99 | 11.25 | 4.49 | 0.44 | [67] | ||
| Vitoria | 8.81 | 2.09 | 17.52 | 2.52 | 2.47 | 2.62 | [66] | 喷灌施肥 |
| 台农17 | 5.01 | 0.99 | 11.25 | 4.49 | 0.44 | [67] |
4.2 菠萝养分吸收规律
菠萝主要可分为4个生长阶段,分别为缓慢生长期、快速生长期、催花-谢花期和果实发育期,但各品种生长周期和养分吸收能力存在较大差异,在相同生育阶段,不同品种的养分吸收量和吸收比例各不相同。‘巴厘’品种养分吸收的高峰期位于第2阶段（快速生长期）,N、P、K吸收比例分别达到50.8%、45.8%和54.6%,随后逐渐下降,在第3阶段（催花-谢花期）时,N、P、K吸收比例降为20.2%、17.8%和12.3%,在果实发育期N、P、K的吸收量占比较小,主要依靠前期的积累[68]。而‘卡因’品种具有2个高峰期,第1个高峰期位于快速生长期,N、P、K吸收比例分别达到46.3%、46.0%和51.5%,第2个高峰期位于果实发育期,吸收比例分别达23.4%、32.1%和32.1%[69],远高于‘巴厘’的果实发育期,在果实发育期给‘卡因’种供应养分对于增产具有积极意义。
表2 ‘巴厘’不同生长发育阶段N、P、K养分吸收比例[35]Tab. 2 Nutrient uptake ratio at different growth stages of yellow mauritius pineapple[35] |
| 处理 Treatments | 旺长初期 Vigorous growth | 催花期 Flower forcing | 开花期 Flowering | 大果期 Fruit | 收获期 Harvest |
|---|---|---|---|---|---|
| 雨养栽培 | 1.00:0.09:2.44 | 1.00:0.08:2.42 | 1.00:0.06:2.32 | 1.00:0.08:2.33 | 1.00:0.08:2.38 |
| 滴灌施肥 | 1.00:0.08:3.21 | 1.00:0.08:2.40 | 1.00:0.8:2.66 | 1.00:0.11:2.65 | 1.00:0.10:2.40 |
4.3 菠萝施肥技术研究进展
4.3.1 氮、磷、钾施肥模型的研究进展 近年来,国内外针对菠萝施肥模型的研究逐渐增多,针对主栽品种‘卡因’和‘台农4号’建立了氮、磷、钾施肥量与产量三元二次模型,具体可参照表3。除此之外,我国针对‘巴厘’也开展了相关研究,石伟琦等[67]根据施肥与产量三元二次模型推荐‘巴厘’菠萝优化施肥组合为氮（N）448 kg/hm2、磷（P2O5）81 kg/hm2、钾（K2O）594 kg/hm2,相应产量为91.3 t/hm2。施肥模型的研究对于指导菠萝合理施肥具有重要意义,但菠萝对养分的吸收受到品种、土壤理化性质和管理模式综合影响,目前相关结论多是基于局部地区少部分品种的研究,且多是雨养栽培模式下,灌溉施肥模式下的相关研究较少,目前我国主栽品种依然以‘巴厘’和‘卡因’为主,但其他新型优质品种如‘金菠萝’与‘台农’系列等则备受规模化种植园的青睐,种植比例逐渐提升,管理方式也有较大改善,菠萝施肥模型还需要结合新的品种、管理方式进行进一步研究。
表3 菠萝施肥量与产量三元二次方程模型Tab. 3 Ternary quadratic model of pineapple fertilization and yield |
| 设计 Design | 产量与养分方程模型 Equation model | 优化施肥组合 Optimized fertilization | 土壤本底情况 Soil conditions | 品种 Varieties | 文献 Reference | 备注 Note | 管理方式 Style |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| (1/2) 43 | Y=37.05+1.14×10‒1N‒1.15×10‒2 N2+3.34×10‒2K‒4.25×10‒5N2; R2=0.81 (P<0.001)（施磷量对产量影响不显著）。 | N、K2O施肥量分别为498、394 kg/hm2时产量最高。 | 速效磷7.5 mg/dm3;交换性钾58.5 mg/dm3;有机质17.0 g/kg。 | 卡因 | [70] | 式中N为施氮量（N,kg/hm2）;K为施钾量（K2O,kg/hm2);Y为产量（t/hm2)。 | 雨养栽培 |
| 3414 | Y=83.634+0.007N‒0.226P+0.103K‒0.000049N2+0.000129P2‒ 0.000027K2+0.000987NP‒ 0.000087NK‒0.00031PK; R2=0.981**。 | 氮（N）281.27~ 436.48 kg/hm2、磷（P2O5）64.03~ 121.69 kg/hm2、钾(K2O) 428.59~ 628.55 kg/hm2。 | 全氮0.9 g/kg;速效磷5.0 mg/kg;速效钾130.4 mg/kg;有机质23.0 g/kg。 | 卡因 | [71] | 式中N为施氮量（N,kg/hm2）;K为施钾量（K2O,kg/hm2);Y为产量（t/hm2)。 | 雨养栽培 |
| 311A | Y=750.94+29.78N+37.79P+ 14.27K‒0.22N2‒0.85P2‒0.14K2+0.12NP‒0.16NK‒0.72PK; F=38.87,R=0.9985。 | N、P2O5、K2O施肥量分别为720.6、240.0、900.0 kg/hm2时产量最高（37.7 t/hm2）。 | 全氮0.71 g/kg;速效磷33.1 mg/kg;速效钾47.48 mg/kg;有机质23.0 g/kg。 | 台农4号 | [72] | 式中N为施氮量（N,kg/hm2）;K为施钾量（K2O,kg/hm2);Y为产量（t/hm2)。 | 雨养栽培 |
4.3.2 菠萝施肥频率的研究进展 Ribeiro等[73]在滴灌施肥条件下,分别设置4个施氮频率（菠萝生长周期内施氮4次、7次、27次和54次）和4个施钾频率（菠萝生长周期内施4次、9次、35次和70次）,研究发现,施氮频率对‘Pérola’菠萝产量、果重和品质（SS、TA、SS/TA）无显著影响,施钾频率以4~9次为佳,施钾频率过高不利于产量和品质的提升。石伟琦等[74-75]在常规施肥下,将氮肥分0~4次施入菠萝园,发现施氮2次以上,随施氮频率的增加,菠萝产量显著提升,但可滴定酸（TA）、可溶性固形物（SS）和Vc含量呈下降趋势。综上说明,施氮、钾频率对菠萝产量和品质会产生一定影响,但并不是频率越高越好。
4.3.3 菠萝其他优化施肥技术的研究进展 臧小平等[76]提出菠萝果实发育期滴灌施尿素112.5 kg/hm2或硫酸钾270 kg/hm2可比不施肥分别增产22.5%和28.9%,同时,洪克前等[77-78]研究还发现,在果实发育期适当增施氮肥和钾肥可有效改善‘巴厘’菠萝储藏品质,氮肥以施尿素225 kg/hm2,钾肥以施硫酸钾900 kg/hm2储藏品质最佳。Sossa等[79]提出N、K施肥组合为每株10 g N+11.6 g K,1.6 g N+11.6 g K和5.8 g N+6.6 g K时,有利于‘Sugarloaf’菠萝生长和产量提升。张江周等[80]的研究发现,在常规雨养栽培条件下,随着施肥量的增加,菠萝的产量呈增加趋势,肥料农学利用效率则呈下降趋势,在不显著减产和影响果实品质的前提下,以提高肥料农学效率为目的,可在传统施肥量的基础上减量20%。
综上所述,目前针对菠萝养分管理技术的研究,关注较集中的还是常规雨养栽培管理模式下的少部分主栽品种,对于近年来出现的优质新品种的研究相对较少,灌溉施肥模式下的养分吸收规律、施肥模型以及其他施肥参数的研究也比较少,除此之外,功能性配方肥的研究也相对滞后。
5 菠萝灌溉施肥技术研究展望
目前我国菠萝灌溉施肥技术的研究和应用正处于起步阶段,面临的问题较多,主要存在的问题有：（1）灌溉施肥技术评价指标体系不健全,不同灌溉施肥方式的优缺点比较不充分,难以因地制宜选择合适的灌溉施肥模式;（2）灌溉参数研究尚不充分,灌溉主要凭经验,灌溉制度体系不健全;（3）与灌溉施肥技术相配套的养分吸收规律、施肥模型、土壤养分迁移规律以及养分综合管理技术研究不充分,难以根据相应情况制定精准、科学的施肥制度;（4）菠萝灌溉施肥技术的研究和应用链接尚未打通。
5.1 健全菠萝灌溉施肥技术评价指标体系,合理筛选灌溉施肥方式
实现农业生产的高产高效绿色发展是未来农业发展的客观需求和发展方向,因此,在注重作物增产增收的同时,还需要考虑生态环境的和谐、友好发展。大量研究表明,灌溉施肥技术可调控土壤水、肥状况,在促进作物增产增效的同时,还可改善生态环境,提高土壤养分、有机质含量,改善土壤微生物多样性,并影响土壤温室气体排放,减少养分淋洗,降低面源污染等。目前菠萝灌溉施肥方式和方法的筛选主要评价指标是增产增效,对生态环境的影响评价较少,针对不同灌溉施肥方式,有必要将土壤微生态指标也一同纳入到系统评价体系中。
5.2 加强菠萝现代灌溉技术下耗水规律研究,建立灌溉模型
作物耗水量与栽培方式、品种、灌溉方式和气候特征等均紧密相关,目前我国有关菠萝耗水规律的研究尚不充分,尤其是现代灌溉施肥技术条件下菠萝的耗水特征。基于我国菠萝灌溉技术发展的需要,有3个方面值得进一步研究：（1）针对我国特定气候、土壤、品种、栽培和灌溉方式,开展系统的研究,明确菠萝标准条件下不同时期腾发量（ETC）和腾发系数（KC）;（2）针对不同灌溉施肥方式和不同菠萝品种,确定合适的灌溉量、灌溉频率、滴灌带铺设方式和覆膜方式等;（3）建立通用灌溉模型,能够根据气象数据、土壤湿度和灌溉方式方法快速制定灌溉制度,指导菠萝灌溉。
5.3 加强菠萝灌溉施肥条件下养分吸收规律研究,建立施肥模型
目前针对我国主栽品种‘巴厘’和‘卡因’雨养栽培条件下的养分吸收规律的研究相对较充分,并建立了相关的三元二次施肥模型,但灌溉施肥条件下的养分吸收规律和施肥模型研究较少,且目前优质新品种如‘金菠萝’与‘台农’系列的占比也在增加,不同品种不同主产区的施肥模型还需要进一步研究。
5.4 加强菠萝灌溉施肥条件下土壤养分迁移规律研究,提高施肥利用效率
土壤养分迁移直接影响到作物根系对养分的吸收、养分利用效率和作物生长发育。土壤养分迁移规律主要取决于灌溉施肥方式、方法（灌溉量、灌溉频率、灌溉时间、灌溉施肥次序、滴头流量、灌水器铺设密度和覆膜方式等）、土壤质地和养分种类,明确土壤养分迁移规律对于指导合理灌溉施肥具有重要意义,但目前有关菠萝灌溉施肥条件下养分迁移规律的系统研究尚不充分,值得进一步研究。
5.5 加强菠萝灌溉施肥条件下养分综合管理技术研究
养分综合管理技术的研究主要包括施肥方式、施肥量、施肥频率、施肥比例、施肥时期、养分种类、肥料种类、施肥浓度和肥料助剂添加等方面,与常规雨养栽培模式相比,灌溉施肥技术条件下,施肥方式和方法发生巨大改变,菠萝的养分吸收规律也会发生动态变化,目前菠萝养分综合管理技术的结论主要是基于常规雨养栽培模式、水肥耦合困难状态下的研究,针对现代灌溉施肥技术条件下的养分综合管理技术的研究尚不充分,无法满足菠萝现代化管理中精准施肥的需求。
除此之外,同步推进功能多样化的水溶性配方肥和灌溉施肥设备的研究与开发,将养分综合管理技术包含于水溶性肥料产品和现代化灌溉施肥设备中,精简生产一线的实施难度,并将技术推广工作由科研院校+政府机构两方承担向科研院校+政府机构+企业+基地四方承担转化,打通菠萝灌溉施肥技术从研究到生产的链接可能也是未来需要重点关注的方向。