田間補充灌溉施肥對菠蘿生長、產(chǎn)量及水肥生產(chǎn)力的影響

安東升　劉亞男　嚴(yán)程明　趙寶山　劉洋　李昊儒　竇美安

摘? 要：為探明菠蘿田間控水減肥效應(yīng)及確定補充灌溉施肥水平，為粵西地區(qū)菠蘿生產(chǎn)中節(jié)水節(jié)肥和提質(zhì)增效提供依據(jù)。研究以金菠蘿‘MD-2’為材料，設(shè)置無灌溉常規(guī)施肥（常規(guī)），2個補灌W（–15～–35?kPa）和W（–35～–55?kPa）與3個肥料F（100%）、F（75%）和F（50%）梯度處理（FW、FW、FW、FW、FW、FW），以無灌溉無施肥作為對照（CK）。研究菠蘿光合面積、光合效率、干物質(zhì)積累、經(jīng)濟性狀、灌溉水生產(chǎn)力及肥料偏生產(chǎn)力對不同處理的響應(yīng)。結(jié)果表明，補充灌溉施肥能夠顯著提高菠蘿株高、葉長、葉寬、葉片數(shù)和植株干物質(zhì)含量。水肥限制下，葉片數(shù)和葉長的減少是單株葉面積下降的主要因素，而光合面積的減小是干物質(zhì)量下降的主要因素，菠蘿植株生長受限來自于肥料減施和因干旱而導(dǎo)致的肥料利用受限。雨季干旱脅迫解除后葉片實際光化學(xué)效率（）能夠快速恢復(fù)，但營養(yǎng)生長期光合面積顯著下降的不可逆轉(zhuǎn)仍然導(dǎo)致果實干物質(zhì)量和產(chǎn)量顯著下降。補充灌溉施肥條件下肥料偏生產(chǎn)力表現(xiàn)為F>F>F，而果實田間產(chǎn)量和田間糖錘度均表現(xiàn)為F<F≈F，因此確定F是最佳施肥水平;在F施肥水平下，水分生產(chǎn)力表現(xiàn)為W>W，但果實增產(chǎn)率和田間糖錘度在W和W之間差異不顯著。因此，采用FW補充灌溉施肥方式可為菠蘿生產(chǎn)中節(jié)水節(jié)肥和提質(zhì)增效提供支撐。

關(guān)鍵詞：補充灌溉施肥;菠蘿;生長;產(chǎn)量;水肥生產(chǎn)力中圖分類號：S668.3 ?????文獻標(biāo)識碼：A

Effect of Supplementary Fertigation on Pineapple Growth， Yield and Fertigation Production

AN DongshengLIU YananYAN ChengmingZHAO BaoshanLIU YangLI HaoruDOU Meian

1. Zhanjing Experimental Station， Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences， Zhanjiang， Guangdong 524013， China; 2. South Subtropical Crop Research Institute， Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences， Zhanjiang， Guangdong 524091， China; 3. Key Laboratory of Dryland Agriculture， Ministry of Agriculture & Rural Affairs， Beijing， 100081， China; 4. Zhanjiang Experimental and Observation Station for National Long-term Agricultural Green Development， Zhanjiang， Guangdong 524091， China; 5. Guangdong Modern Agriculture （Cultivated Land Conservation and Water-saving Agriculture） Industrial Technology Research and Development Center， Zhanjiang， Guangdong 524013， China

Intensified seasonal drought turns into a crucial factor affecting tropic agricultural production only to pest and disease. From the autumn of 2014 to the spring of 2020， continuous days without effective precipitation exceeding 90 days and 120 days occurred in 4 years and 2 years， respectively. CAM-Cycling pathway makes pineapple a strong drought tolerance crop， but drought stress still restricts the growth and yield of pineapple even if it can live on. Heavy fertilization at the early growth stage without irrigation adopts in the production of pineapple due to the benefit limitation， which results in the decrease of yield and quality， low fertilizer utilization efficiency and farmland pollution. A major objective of this study is to investigate the effect of the supplementary fertigation on pineapple ‘MD-2’ at field condition. Two irrigation levels including W （–15～–35 kPa）， W （–35～–55 kPa） and three fertilize levels including F（100%）， F （75%）， F（50%） were conducted as FW， FW， FW， FW， FW， FWand traditional fertilizer without irrigation to explore the effect on photosynthetic area， PSII quantum use efficiency （）， dry matter production， economic characters and fertigation production， taking non-fertigation as the contrast. The results showed that supplementary fertigation significantly improved the plant height， leaf length， leaf width， leaf number and dry matter production of pineapple. The decrease of leaf number and leaf length was the main factor that reduced the single plant leaf area under fertigation and photosynthetic area reduction resulted in the decrease of dry matter production. The significant difference of single plant leaf area and the aerial part dry matter production represented among the fertilizer levels rather than irrigation levels， confirmed that the adverse effects of pineapple growth under fertigation originated from the fertilizer reduction and limitation of fertilizer usage in drought. The PSII quantum use efficiency （） of pineapple D-leaf without irrigation remained relatively high， which declined only 15% compared with irrigation treatment. Then it recovered after drought stress relieved in rainy season accompanied the reverse of the yellow leaf back to green. This phenomenon inferred that pineapple is insensitive to non-severe drought， the drought damage to pineapple leaf originate from the photoinhibition and photoreaction center regeneration might be the crucial assistance of the recovery. But the irreversible reduction of photosynthetic area determined the decrease of fruit dry matter production and yield at harvest. Partial factor productivity showed F>F>F while the yield and Brix showed F<F≈F， which made F the best fertilizer level. Irrigation water productivity represented W>W， between which no significant difference in yield and Brix was shown under F. Therefore， FW is the appropriate supplementary fertigation pattern for pineapple production. In summary， pineapple is insensitive to non serve drought stress， maintaining the 20 cm depth soil water potential above –60?kPa guarantees the water requirement of pineapple， meanwhile， saves 25% of fertilizer consumption.

supplementary fertigation; pineapple; growth; yield; fertigation productivity

10.3969/j.issn.1000-2561.2022.06.009

菠蘿[（L.） Merr.]收獲面積占全球熱帶水果的35%。中國菠蘿的收獲面積和總產(chǎn)量分別居世界第四和第九位，單產(chǎn)比世界平均水平低2.6%，僅達(dá)到巴西的55.2%和印度尼西亞的18.3%。廣東省菠蘿產(chǎn)區(qū)主要分布在粵西雷州半島，種植面積占全國的56%。雷州半島全年降水量1600～2000 mm，但80%的降水發(fā)生在6—9月，時空分布嚴(yán)重不均。通過對雷州半島中部農(nóng)田小氣候監(jiān)測顯示，從2014年秋季至2020年春季，連續(xù)無有效降水日超過90 d的有4?a，超過120 d的有2?a。菠蘿主要是旱坡地雨養(yǎng)型種植模式，其耐旱性強和經(jīng)濟效益的限制是造成只重施肥而輕灌溉的主要原因。生產(chǎn)中無灌溉常規(guī)施肥的特點是施肥次數(shù)少、量大且集中于生長前期，導(dǎo)致菠蘿各生育期養(yǎng)分需求與施肥不匹配、肥料利用效率低、限制產(chǎn)量及品質(zhì)的形成，且浪費，造成環(huán)境污染。

隨著菠蘿水分生理與耐旱耗水特征研究的不斷深入，水肥一體化技術(shù)也逐漸應(yīng)用于菠蘿生產(chǎn)中。研究表明，菠蘿營養(yǎng)生長期、花期、果實發(fā)育期、成熟采收期的騰發(fā)量和騰發(fā)系數(shù)分別為2.49、2.83、2.72、2.54 mm/d和0.57、0.86、0.67、0.55。雨養(yǎng)模式下雨季和旱季騰發(fā)量范圍分別為2.3～2.5 mm/d和0.6～1.0 mm/d。而菠蘿正常生長所需月降雨量下限為80～100 mm，90 d內(nèi)降雨不足15 mm和120 d內(nèi)降雨不足25 mm，則必須灌溉。與傳統(tǒng)施肥相比，滴灌、微噴帶和噴灌肥3種灌溉方式肥水一體化處理下，菠蘿產(chǎn)量分別增加26.27%、23.11%和6.72%，肥料貢獻率分別增加16.31%、14.71%和4.93%。水肥一體化能不同程度地提高‘卡因’‘金菠蘿’‘臺農(nóng)’系列等菠蘿品種的株高、葉性狀、產(chǎn)量構(gòu)成因素和果實品質(zhì)，且差異顯著。滴灌施肥與常規(guī)施肥相比，N、P、K養(yǎng)分利用率分別提高了23.41%、11.39%、33.94%。綜上，灌溉和水肥一體化能顯著提升菠蘿產(chǎn)量和品質(zhì)。

已有研究重點關(guān)注菠蘿蒸騰耗水量、不同灌溉模式和水肥一體化對菠蘿水肥利用效率、生長發(fā)育和產(chǎn)量品質(zhì)的影響。但在補充灌溉施肥條件下，菠蘿光合生理、干物質(zhì)生產(chǎn)與經(jīng)濟性狀的變化，控水及化肥減施效應(yīng)等方面仍有待進一步研究。鑒于此，本研究以無灌溉無施肥作為對照，研究不同補充灌溉梯度及減量施肥組合，及無灌溉常規(guī)施肥下菠蘿光合生理、干物質(zhì)積累和經(jīng)濟性狀的響應(yīng)差異，結(jié)合灌溉水生產(chǎn)力及肥料偏生產(chǎn)力系統(tǒng)分析補充灌溉施肥的控水減肥效應(yīng)，為實現(xiàn)菠蘿生產(chǎn)中節(jié)水節(jié)肥和提質(zhì)增效提供依據(jù)。

?材料與方法

?材料

試驗于2017—2018年在中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院湛江實驗站綜合試驗基地進行（21°08′N，110°16′E，海拔16 m），試驗地土壤全氮0.12%、有效磷38.33 mg/kg、速效鉀373.33 mg/kg、有機質(zhì)含量2.23%、pH為4.7。菠蘿品種選擇美國夏威夷菠蘿研究所選育的‘MD-2’，選用長度40～ 45?cm、重量400 g左右的大芽苗。滴灌帶采用耐特菲姆公司生產(chǎn)的壓力補償?shù)喂鄮?，口?6 mm、壁厚0.4 mm、滴頭間距0.4 m、流量1.6 L/h。試驗期間環(huán)境背景數(shù)據(jù)見圖1。

方法

1.2.1? 實驗設(shè)計 ?2017年9月1日完成種植，經(jīng)2個月緩苗，11月6日開始補充灌溉施肥處理，2月2日遇4℃以下低溫，自然成花，無催花處理，7月30日進行測產(chǎn)。試驗小區(qū)16?m，每個處理重復(fù)3次。試驗寬窄行種植，寬行0.6?m，窄行0.4 m，中間1條滴灌帶，種植密度為每666.67 m種植4000株。試驗處理以無灌溉常規(guī)施肥作為對照（CK），分為2個補灌梯度，W待土壤水勢下降至（–35±5）kPa時補水至（–15±5）kPa，W待土壤水勢下降至（–55±5）kPa時補水至（–35±5）kPa，對應(yīng)的0～20 cm土壤體積含水量的范圍W和W則分別為17%～22%和12%～17%，具體補充灌溉日期和補灌量見圖2。

肥料分為3個養(yǎng)分梯度，F(xiàn)等同于常規(guī)施肥量，換算為N、PO、KO的量分別為264、157、372 kg/hm，F(xiàn)為25%減量施肥，F(xiàn)為50%減量施肥，分5次施入，常規(guī)分3次施入，具體的施肥量和施肥日期見表1。

1.2.2? 測定項目與方法 ?環(huán)境因子采用Scientific Campbell（數(shù)采CR3000）溫濕度傳感器和雨量筒自動記錄冠層上方2 m處的溫度和降雨量，獲得試驗期間日最高溫、日最低溫和日降水量數(shù)據(jù)。土壤水勢探頭監(jiān)測范圍為表土下20?cm，置于2株植株間正中處，每個處理3個位點;同時采用AZS-100便攜式墑情巡測儀測定土壤0～20 cm體積含水量，每個小區(qū)10個位點。采用超聲波流量計記錄每次灌溉量。

植株性狀和光合生理指標(biāo)測定。分別于2018年1月22日和5月23日測定營養(yǎng)生長期和生殖生長期內(nèi)額定光強（PAR）1500 μmol/（m·s）下菠蘿D葉從尖端計2/5位點的穩(wěn)態(tài)熒光（）和光下最大熒光（′），計算PSII實際光化學(xué)效率=（′–）/′。于1月31日進行營養(yǎng)生長期取樣，測定株高、葉長、葉寬、展葉數(shù)、單株葉面積和生物量。于7月26日進行生殖生長期取樣，洗凈分類后在70℃下烘至恒重，測定植株各器官干物質(zhì)量（g）。以上指標(biāo)測定選擇處于各小區(qū)平均生長水平的3株作為重復(fù)。

經(jīng)濟性狀測定。于7月30日進行經(jīng)濟性狀測定，每個重復(fù)小區(qū)隨機取10個果測產(chǎn)量（kg），并取成熟度一致的3個果測定田間糖錘度（Br°）。

? 數(shù)據(jù)處理

采用以下公式計算各指標(biāo)：PSII實際光化學(xué)效率=（′-）/′;單株葉面積（cm）=0.5×（0.5×D葉長×D葉寬）×葉片數(shù);灌溉水生產(chǎn)力（irrigation water productivity， IWP， kg/m）=產(chǎn)量（kg/hm）/灌溉水量（m/hm）;肥料偏生產(chǎn)力（partial factor productivity， PFP， kg/kg）=作物產(chǎn)量（kg/hm）/全生育期養(yǎng)分總投入量（kg/hm）。采用SPSS軟件Duncan’s多重比較分析方法進行統(tǒng)計分析。

?結(jié)果與分析

? 補充灌溉施肥對花前菠蘿營養(yǎng)體農(nóng)藝性狀及干物質(zhì)量的影響

與CK相比，補充灌溉施肥處理能夠顯著提高菠蘿株高、葉片數(shù)、D葉長、D葉寬、單株葉面積和干物質(zhì)量。其中株高、D葉長和地上部分干物質(zhì)積累表現(xiàn)為F、F>F>常規(guī)、CK（圖3A，圖3B，圖3D），相同施肥水平下不同補灌處理之間，D葉寬則表現(xiàn)為常規(guī)>CK，且在各補灌施肥處理之間的差異均不顯著。而葉片數(shù)則表現(xiàn)為在F施肥水平下，W處理葉片數(shù)與其他水肥組合處理之間差異不顯著，W處理則差異顯著（圖3A）。單株葉面積表現(xiàn)為FW、FW、FW、FW>FW>FW>常規(guī)>CK（圖3C）。針對F和F兩個施肥水平，地下部分干物質(zhì)量表現(xiàn)為W>W，且均顯著高于FW、常規(guī)和CK;在W和W的補灌水平下，均表現(xiàn)為F處理的地下部分干物質(zhì)量顯著低于F和F處理（圖3D）。

?補充灌溉施肥對花前和采收時菠蘿葉的影響

花前補充灌溉施肥處理的菠蘿D葉相對于CK顯著增加，但在各處理之間差異不顯著，常規(guī)與CK之間也差異不顯著。采收時各處理菠蘿D葉顯著高于CK，而在W和W兩個灌溉水平下均表現(xiàn)為F施肥水平顯著低于F和F施肥水平，但在常規(guī)與F和F兩個施肥處理之間的差異并不顯著。花前對照及各處理菠蘿D葉均低于采收（圖4）。

補充灌溉施肥對菠蘿采收時干物質(zhì)量的影響

與CK相比，在F和F施肥水平下，W和W兩個灌溉水平均能顯著提升菠蘿各器官干物質(zhì)量，其中除根干物質(zhì)量W的提升幅度顯著高于W外，其余3個器官干物質(zhì)量在W和W之間差異均不顯著。而對于F施肥水平，W和W的根干物質(zhì)量顯著低于CK，果干物質(zhì)量顯著高于CK，葉干物質(zhì)量與CK相比差異不顯著;而冠芽

干物質(zhì)量只有W顯著高于CK，4個器官干物質(zhì)量在W和W之間差異均不顯著。對于W和W兩個灌溉水平，F(xiàn)和F的果干物質(zhì)量顯著高于F，但冠芽干物質(zhì)量在3個施肥水平之間差異不顯著。與常規(guī)處理相比，F(xiàn)和F的根干物質(zhì)量顯著增加，F(xiàn)的根干物質(zhì)量顯著下降，各補充灌溉施肥處理顯著增加果干物質(zhì)量。常規(guī)處理中除果干物質(zhì)量之外的各器官干物質(zhì)量與CK均差異不顯著（表2）。

補充灌溉施肥對菠蘿經(jīng)濟性狀及水肥生產(chǎn)力的影響

補充灌溉施肥能夠顯著提升菠蘿產(chǎn)量和田間糖錘度，在W和W兩個灌溉水平下，增產(chǎn)率均表現(xiàn)為F和F顯著高于F，而F和F之間差異不顯著;田間糖錘度表現(xiàn)為F和F顯著高于F，且在F施肥水平下W顯著高于W，而F施肥水平下的W和W與F施肥水平下的W和W之間差異不顯著。與CK相比，常規(guī)處理顯著提高田間糖錘度，但產(chǎn)量提升差異不顯著。對于F、F和F三個施肥水平，W的灌溉水生產(chǎn)力分別較W灌溉水平增加11.69、11.60、7.86 kg/m。補充灌溉施肥顯著增加肥料偏生產(chǎn)力，且肥料偏生產(chǎn)力隨著施肥量的減少而增加（表3）。

? 討論

研究期間季節(jié)性干旱情況為：2017年10月18日至2018年4月15日總降水量66.7 mm，其中5?d日降水量4～10?mm，11 d日降水量1～ 4?mm，10 d日降水量<1 mm，154 d無降水;2018年4月16日起進入雨季，至7月30日采收，總降水量達(dá)953.9 mm。在旱季補充灌溉施肥處理下菠蘿的農(nóng)藝性狀（株高、葉長、葉寬、葉片數(shù)）和干物質(zhì)量均顯著高于CK。這說明盡管作為景天酸代謝（crassulacean acid metabolism， CAM）途徑作物，菠蘿具有很強的耐旱能力，但持續(xù)的干旱脅迫依然會嚴(yán)重抑制菠蘿植株生長和壯苗形成。

研究中W和W對應(yīng)土壤體積含水量分別為17%～22%和?12%～17%，根據(jù)習(xí)金根等和陳菁等對‘巴厘’品種的干旱試驗結(jié)果，W和W兩個水平應(yīng)定義為輕度干旱脅迫和中度干旱脅迫。但本研究結(jié)果顯示，W和W均不應(yīng)視作干旱脅迫，這是由于在它們的3個不同施肥水平內(nèi)，上述農(nóng)藝性狀和干物質(zhì)指標(biāo)在W和W之間差異均不顯著;但F的株高、葉長和干物質(zhì)量相對于F和F顯著下降，說明非重度脅迫下菠蘿對于水分需求并不敏感，其植株生長受限可能是因為肥料減施而非補充灌溉處理。

在水肥限制下，葉片數(shù)是影響葉面積的主要因素，與F、F和W、W的組合相比，葉片數(shù)在FW下降不顯著而在FW下降顯著，最終導(dǎo)致FW的單株葉面積顯著低于FW，而CK的單株葉面積則顯著低于各補充灌溉施肥處理。而相同光合時間下，光合面積與單位葉面積光化學(xué)效率共同決定作物干物質(zhì)量。經(jīng)過旱季營養(yǎng)生長期，花前相對于F、F和W、W組合的平均水平，CK的PSII實際光化學(xué)效率下降11.3%，單株葉面積下降50.3%，而植株總干物質(zhì)量卻下降了32.4%。干物質(zhì)量下降幅度小于單株葉面積下降幅度，這是由于株高和葉長寬的顯著降低減小了株間相互遮擋從而增加了光合面積所致。

本研究中的測定位點為植株光合能力最強的葉位，部分下部葉位因不受遮陰影響而導(dǎo)致其無顯著下降甚至出現(xiàn)升高的現(xiàn)象，導(dǎo)致整株水平上PSII實際光化學(xué)效率下降幅度小于11.3%，因此光合面積的減小仍是菠蘿植株干物質(zhì)量下降的主要因素。由于菠蘿植株葉片解剖結(jié)構(gòu)具有很強的表型可塑性，且長期持續(xù)的干旱脅迫并未引起膜損傷，因此干旱脅迫下菠蘿的下降幅度遠(yuǎn)低于C作物甘蔗25%～32%。并且隨著進入生殖生長期后雨季土壤含水量的恢復(fù)，采收時各處理均呈上升趨勢且補充灌溉施肥處理與常規(guī)處理相比差異不顯著，說明干旱脅迫中受損的菠蘿葉片在脅迫解除后能夠快速恢復(fù)，這是由于PSII反映中心耗散能量避免過氧化損傷，光合色素含量對干旱脅迫不敏感所致。但對于W和W兩個灌溉水平，均表現(xiàn)為F顯著低于F和F，葉干物質(zhì)量和果干物質(zhì)量也表現(xiàn)出相同的變化趨勢，說明肥料減施是造成下降，進而影響干物質(zhì)積累的主要原因。

由于在無養(yǎng)分虧缺時適當(dāng)干旱脅迫有利于干物質(zhì)向根系分配，因此在F和F兩個施肥水平下，花前和采收的W根干物質(zhì)量均顯著高于W。對于CK，盡管雨季后葉片PSII實際光化學(xué)效率能夠恢復(fù)且果期的施肥能夠被有效利用，但進入生殖生長后葉長寬和葉片數(shù)基本處于恒定狀態(tài)，因此光合面積的顯著下降已經(jīng)無法恢復(fù)，相對于補充灌溉施肥處理其果干物質(zhì)量和產(chǎn)量顯著下降。土壤水分虧缺直接影響?zhàn)B分離子的遷移，同時通過根系限制降低作物對養(yǎng)分的吸收，因此同樣為F施肥水平，CK的產(chǎn)量和肥料偏生產(chǎn)力顯著低于W和W。雖然在補充灌溉施肥條件下，F(xiàn)具有較高的肥料偏生產(chǎn)力，但相對于CK，其增產(chǎn)幅度約為F和F的一半，且相對于F和F，F(xiàn)的田間糖錘度顯著下降;而F和F的產(chǎn)量差異不顯著，且F的肥料偏生產(chǎn)力高于F，因此F施肥水平的減肥增效效果最好。在F施肥水平下，W和W的產(chǎn)量和田間糖錘度均差異不顯著，但W的水分生產(chǎn)力比W高11 kg/m，因此，F(xiàn)W水平是補充灌溉施肥的最優(yōu)選擇。

?結(jié)論

水肥限制下，光合面積顯著減小是旱季菠蘿植株干物質(zhì)下降的主要因素;進入雨季后，盡管葉片光合效率能夠快速恢復(fù)，但光合面積減小的不可逆轉(zhuǎn)是產(chǎn)量顯著下降的主要原因。菠蘿對非重度干旱脅迫不敏感，保持紅壤20?cm深度土壤水勢不低于–60 kPa，對應(yīng)0～20 cm土壤體積含水量不低于12%，即可滿足菠蘿生長需求，滴灌施肥條件下可節(jié)約肥料用量25%。綜上，作為粵西地區(qū)主要經(jīng)濟作物，在菠蘿生產(chǎn)中采用FW的補充灌溉施肥方式，能夠有效應(yīng)對季節(jié)性干旱，促進壯苗形成，實現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)高效。

參考文獻

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