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香蕉园化肥施用现状、面源污染风险及其养分综合管理措施

赵凤亮　邹刚华　单颖　丁哲利　吴佩聪　张鹏　朱治强

摘  要：肥料在农业生产中具有重要作用，但过量施用化肥不仅影响作物产量，而且会造成一定环境污染。本文分析世界主要生产国香蕉生产、施肥现状和存在问题，对香蕉园过量施肥带来的面源污染进行总结，并提出减少环境风险的蕉园养分综合管理技术，包括施肥原则、酸性土壤改良、测土配方平衡施肥、新型肥料与灌溉施肥技术，为我国香蕉园科学施肥和面源污染防控提供参考。
关键词：香蕉;施肥;化肥;面源污染;养分综合管理措施
：S668.1      ：A
Current Status of Chemical Fertilizer Application in Banana
Plantation， Environmental Risks and Integrated Nutrient
Management Practices
ZHAO Fengliang1， ZOU Ganghua1， SHAN Ying1， DING Zheli2， WU Peicong1， 3， ZHANG Peng1，4，
ZHU Zhiqiang3*
1. National Agricultural Experimental Station for Agricultural Environment / Environment and Plant Protection Institute， Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences， Haikou， Hainan 571101， China; 2. Haikou Experimental Station， Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences， Haikou， Hainan 571101， China; 3. College of Tropical Crops， Hainan University， Haikou， Hainan 570228， China; 4. Heilongjiang August First Land Reclamation University， Daqing， Heilongjiang 163319， China
Abstract： Although fertilizer application has been important for increasing agricultural productivity， excessive application can negatively impact crop production and lead to environmental pollution. This review analyzed the current status of banana production and fertilization application in major banana-producing countries as well as problems associated with banana fertilization. This paper also summarized non-point source pollution caused by excessive fertilization in banana plantations， and proposed countermeasures to reduce environmental risks integrated nutrient management practices in banana plantations， including fertilization principles， soil acidity remediation， soil testing-based fertilization， and emerging fertilizers and technologies. The aim of the review is to provide useful references for scientific fertilization and non-point source pollution prevention and control in banana plantations.
Keywords： banana; fertilizer application; chemical fertilizer; non-point pollution; integrated nutrient management practices
DOI： 10.3969/j.issn.1000-2561.2020.11.028
熱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[9-21]，化肥平均施用量為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。
中微量元素、有机肥施用不足等施肥措施（表2），不但影响香蕉产量和品质[5]，而且与土壤质量和微生物生态环境密切相关[30]，会间接地影响香蕉对枯萎病等病虫害的抗性[31]。因此，在保证香蕉产量和品质的前提下，为了减少环境污染，促进香蕉产业可持续发展，进行蕉园养分综合管理十分必要和紧迫[32]。
3  蕉园养分综合管理措施
3.1  概要
蕉园养分综合管理措施通过合理地施用无机肥料、有机物料（包括粪肥、生物有机肥、秸秆等），既满足作物生长的需要，又能够提高肥料利用效率、降低环境风险[33]。将传统方法与现代友好的养分施用技术相结合，以提高土壤肥力和满足香蕉全生育期养分需求为核心，保持作物?土壤系统大量元素和微量元素的输入与输出平衡，使养分循环与养分需求及其在土壤中的施用之间保持紧密同步，从而由径流、淋溶、挥发和固定化造成的养分流失，提高了肥料的使用效率。蕉园养分综合管理关键原则是：（1）使输入数量与作物需求匹配;（2）施肥时间与作物生长需求保持同步[32， 34]。
香蕉对矿质营养元素的吸收量顺序为钾>氮>钙≥镁>硫>磷>锰>铁>硼>锌>铜[5， 8]。土壤肥力低是限制香蕉生长和产量的主要制约因素之一，可以通过土壤改良和施肥来改善，但必须把土壤?作物作为整体来考虑。建议多次、少量施肥，而不是少次、多量施肥。借助土壤测试和叶片营养诊断，以便做出有关施肥的种类和比例的正确决定。
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+的最佳比例為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]。
（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，
（3）钾肥用量的确定。钾肥的施用量既要考虑香蕉果实带走的钾，又要考虑土壤供钾水平（表3）。钾肥一般分6～10次施用。香蕉植物中钾的积累也随着生长期的变化而变化，营养生长期、花芽分化期和抽蕾后分别占16.5%、52.6%、30.9%[11]，花芽分化期是钾素关键营养期[45]。
（4）中、微量元素用量的确定。香蕉生产中除了重视氮、磷、钾肥外，还应适当补充中、微量元素，特别是钙、镁等肥料的施用。在不良的环境条件下，缺乏中、微量元素，往往会出现生理病害而影响产量和品质;例如缺镁会导致叶绿素含量降低，从而影响植物的生长[46]。华南地区酸性土壤上施用过磷酸钙和石灰可以为香蕉提供足够的钙，但是也必须添加镁肥。如果可用，在钙和镁缺乏的条件下，白云石、石灰是碳酸钙的更好替代品[45]。
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]。
灌溉施肥是指将液体肥或固体肥料溶解后通过加压灌溉系统，可以同时为作物提供养分和水分的施肥方式[48]，可以优化水分和养分在时间（高频）和空间（精确地放置到根系活动区中的分布）的匹配，较好地满足香蕉生长的需要[49]。蕉园灌溉施肥一般将氮肥（尿素、硝酸铵等）和钾肥（氯化钾、硫酸钾等）溶解后，通过喷带或滴灌系统将养分输送至香蕉植株附近。相关研究表明，灌溉施肥可以使香蕉植株早开花、提高产量和品质[50]，节水40%～70%，肥料施用减少20%～30%[51]，进而提供肥料利用效率。相关研究表明，灌溉施肥因淋溶损失的肥料量低至10%，传统的耕作体系则为50%[6]。
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。
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