安东升　刘亚男　严程明　赵宝山　刘洋　李昊儒　窦美安

摘  要：為探明菠萝田间控水减肥效应及确定补充灌溉施肥水平，为粤西地区菠萝生产中节水节肥和提质增效提供依据。研究以金菠萝‘MD-2’为材料，设置无灌溉常规施肥（常规），2个补灌W（–15～–35 kPa）和W（–35～–55 kPa）与3个肥料F（100%）、F（75%）和F（50%）梯度处理（FW、FW、FW、FW、FW、FW），以无灌溉无施肥作为对照（CK）。研究菠萝光合面积、光合效率、干物质积累、经济性状、灌溉水生产力及肥料偏生产力对不同处理的响应。结果表明，补充灌溉施肥能够显著提高菠萝株高、叶长、叶宽、叶片数和植株干物质含量。水肥限制下，叶片数和叶长的减少是单株叶面积下降的主要因素，而光合面积的减小是干物质量下降的主要因素，菠萝植株生长受限来自于肥料减施和因干旱而导致的肥料利用受限。雨季干旱胁迫解除后叶片实际光化学效率（）能够快速恢复，但营养生长期光合面积显著下降的不可逆转仍然导致果实干物质量和产量显著下降。补充灌溉施肥条件下肥料偏生产力表现为F>F>F，而果实田间产量和田间糖锤度均表现为F<F≈F，因此确定F是最佳施肥水平;在F施肥水平下，水分生产力表现为W>W，但果实增产率和田间糖锤度在W和W之间差异不显著。因此，采用FW补充灌溉施肥方式可为菠萝生产中节水节肥和提质增效提供支撑。

关键词：补充灌溉施肥;菠萝;生长;产量;水肥生产力中图分类号：S668.3      文献标识码：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

菠萝[（L.） Merr.]收获面积占全球热带水果的35%。中国菠萝的收获面积和总产量分别居世界第四和第九位，单产比世界平均水平低2.6%，仅达到巴西的55.2%和印度尼西亚的18.3%。广东省菠萝产区主要分布在粤西雷州半岛，种植面积占全国的56%。雷州半岛全年降水量1600～2000 mm，但80%的降水发生在6—9月，时空分布严重不均。通过对雷州半岛中部农田小气候监测显示，从2014年秋季至2020年春季，连续无有效降水日超过90 d的有4 a，超过120 d的有2 a。菠萝主要是旱坡地雨养型种植模式，其耐旱性强和经济效益的限制是造成只重施肥而轻灌溉的主要原因。生产中无灌溉常规施肥的特点是施肥次数少、量大且集中于生长前期，导致菠萝各生育期养分需求与施肥不匹配、肥料利用效率低、限制产量及品质的形成，且浪费，造成环境污染。

随着菠萝水分生理与耐旱耗水特征研究的不断深入，水肥一体化技术也逐渐应用于菠萝生产中。研究表明，菠萝营养生长期、花期、果实发育期、成熟采收期的腾发量和腾发系数分别为2.49、2.83、2.72、2.54 mm/d和0.57、0.86、0.67、0.55。雨养模式下雨季和旱季腾发量范围分别为2.3～2.5 mm/d和0.6～1.0 mm/d。而菠萝正常生长所需月降雨量下限为80～100 mm，90 d内降雨不足15 mm和120 d内降雨不足25 mm，则必须灌溉。与传统施肥相比，滴灌、微喷带和喷灌肥3种灌溉方式肥水一体化处理下，菠萝产量分别增加26.27%、23.11%和6.72%，肥料贡献率分别增加16.31%、14.71%和4.93%。水肥一体化能不同程度地提高‘卡因’‘金菠萝’‘台农’系列等菠萝品种的株高、叶性状、产量构成因素和果实品质，且差异显著。滴灌施肥与常规施肥相比，N、P、K养分利用率分别提高了23.41%、11.39%、33.94%。综上，灌溉和水肥一体化能显著提升菠萝产量和品质。

已有研究重点关注菠萝蒸腾耗水量、不同灌溉模式和水肥一体化对菠萝水肥利用效率、生长发育和产量品质的影响。但在补充灌溉施肥条件下，菠萝光合生理、干物质生产与经济性状的变化，控水及化肥减施效应等方面仍有待进一步研究。鉴于此，本研究以无灌溉无施肥作为对照，研究不同补充灌溉梯度及减量施肥组合，及无灌溉常规施肥下菠萝光合生理、干物质积累和经济性状的响应差异，结合灌溉水生产力及肥料偏生产力系统分析补充灌溉施肥的控水减肥效应，为实现菠萝生产中节水节肥和提质增效提供依据。

 材料与方法

 材料

試验于2017—2018年在中国热带农业科学院湛江实验站综合试验基地进行（21°08′N，110°16′E，海拔16 m），试验地土壤全氮0.12%、有效磷38.33 mg/kg、速效钾373.33 mg/kg、有机质含量2.23%、pH为4.7。菠萝品种选择美国夏威夷菠萝研究所选育的‘MD-2’，选用长度40～ 45 cm、重量400 g左右的大芽苗。滴灌带采用耐特菲姆公司生产的压力补偿滴灌带，口径16 mm、壁厚0.4 mm、滴头间距0.4 m、流量1.6 L/h。试验期间环境背景数据见图1。

方法

1.2.1  实验设计  2017年9月1日完成种植，经2个月缓苗，11月6日开始补充灌溉施肥处理，2月2日遇4℃以下低温，自然成花，无催花处理，7月30日进行测产。试验小区16 m，每个处理重复3次。试验宽窄行种植，宽行0.6 m，窄行0.4 m，中间1条滴灌带，种植密度为每666.67 m种植4000株。试验处理以无灌溉常规施肥作为对照（CK），分为2个补灌梯度，W待土壤水势下降至（–35±5）kPa时补水至（–15±5）kPa，W待土壤水势下降至（–55±5）kPa时补水至（–35±5）kPa，对应的0～20 cm土壤体积含水量的范围W和W则分别为17%～22%和12%～17%，具体补充灌溉日期和补灌量见图2。

肥料分为3个养分梯度，F等同于常规施肥量，换算为N、PO、KO的量分别为264、157、372 kg/hm，F为25%减量施肥，F为50%减量施肥，分5次施入，常规分3次施入，具体的施肥量和施肥日期见表1。

1.2.2  测定项目与方法  环境因子采用Scientific Campbell（数采CR3000）温湿度传感器和雨量筒自动记录冠层上方2 m处的温度和降雨量，获得试验期间日最高温、日最低温和日降水量数据。土壤水势探头监测范围为表土下20 cm，置于2株植株间正中处，每个处理3个位点;同时采用AZS-100便携式墒情巡测仪测定土壤0～20 cm体积含水量，每个小区10个位点。采用超声波流量计记录每次灌溉量。

植株性状和光合生理指标测定。分别于2018年1月22日和5月23日测定营养生长期和生殖生长期内额定光强（PAR）1500 μmol/（m·s）下菠萝D叶从尖端计2/5位点的稳态荧光（）和光下最大荧光（′），计算PSII实际光化学效率=（′–）/′。于1月31日进行营养生长期取样，测定株高、叶长、叶宽、展叶数、单株叶面积和生物量。于7月26日进行生殖生长期取样，洗净分类后在70℃下烘至恒重，测定植株各器官干物质量（g）。以上指标测定选择处于各小区平均生长水平的3株作为重复。

经济性状测定。于7月30日进行经济性状测定，每个重复小区随机取10个果测产量（kg），并取成熟度一致的3个果测定田间糖锤度（Br°）。

  数据处理

采用以下公式计算各指标：PSII实际光化学效率=（′-）/′;单株叶面积（cm）=0.5×（0.5×D叶长×D叶宽）×叶片数;灌溉水生产力（irrigation water productivity， IWP， kg/m）=产量（kg/hm）/灌溉水量（m/hm）;肥料偏生产力（partial factor productivity， PFP， kg/kg）=作物产量（kg/hm）/全生育期养分总投入量（kg/hm）。采用SPSS软件Duncan’s多重比较分析方法进行统计分析。

 结果与分析

  补充灌溉施肥对花前菠萝营养体农艺性状及干物质量的影响

与CK相比，补充灌溉施肥处理能够显著提高菠萝株高、叶片数、D叶长、D叶宽、单株叶面积和干物质量。其中株高、D叶长和地上部分干物质积累表现为F、F>F>常规、CK（图3A，图3B，图3D），相同施肥水平下不同补灌处理之间，D叶宽则表现为常规>CK，且在各补灌施肥处理之间的差异均不显著。而叶片数则表现为在F施肥水平下，W处理叶片数与其他水肥组合处理之间差异不显著，W处理则差异显著（图3A）。单株叶面积表现为FW、FW、FW、FW>FW>FW>常规>CK（图3C）。针对F和F两个施肥水平，地下部分干物质量表现为W>W，且均显著高于FW、常规和CK;在W和W的补灌水平下，均表现为F处理的地下部分干物质量显著低于F和F处理（图3D）。

 补充灌溉施肥对花前和采收时菠萝叶的影响

花前补充灌溉施肥处理的菠萝D叶相对于CK显著增加，但在各处理之间差异不显著，常规与CK之间也差异不显著。采收时各处理菠萝D叶显著高于CK，而在W和W两个灌溉水平下均表现为F施肥水平显著低于F和F施肥水平，但在常规与F和F两个施肥处理之间的差异并不显著。花前对照及各处理菠萝D叶均低于采收（图4）。

补充灌溉施肥对菠萝采收时干物质量的影响

与CK相比，在F和F施肥水平下，W和W两个灌溉水平均能显著提升菠萝各器官干物质量，其中除根干物质量W的提升幅度显著高于W外，其余3个器官干物质量在W和W之间差异均不显著。而对于F施肥水平，W和W的根干物质量显著低于CK，果干物质量显著高于CK，叶干物质量与CK相比差异不显著;而冠芽

干物质量只有W显著高于CK，4个器官干物质量在W和W之间差异均不显著。对于W和W兩个灌溉水平，F和F的果干物质量显著高于F，但冠芽干物质量在3个施肥水平之间差异不显著。与常规处理相比，F和F的根干物质量显著增加，F的根干物质量显著下降，各补充灌溉施肥处理显著增加果干物质量。常规处理中除果干物质量之外的各器官干物质量与CK均差异不显著（表2）。

补充灌溉施肥对菠萝经济性状及水肥生产力的影响

补充灌溉施肥能够显著提升菠萝产量和田间糖锤度，在W和W两个灌溉水平下，增产率均表现为F和F显著高于F，而F和F之间差异不显著;田间糖锤度表现为F和F显著高于F，且在F施肥水平下W显著高于W，而F施肥水平下的W和W与F施肥水平下的W和W之间差异不显著。与CK相比，常规处理显著提高田间糖锤度，但产量提升差异不显著。对于F、F和F三个施肥水平，W的灌溉水生产力分别较W灌溉水平增加11.69、11.60、7.86 kg/m。补充灌溉施肥显著增加肥料偏生产力，且肥料偏生产力随着施肥量的减少而增加（表3）。

  讨论

研究期间季节性干旱情况为：2017年10月18日至2018年4月15日总降水量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日起进入雨季，至7月30日采收，总降水量达953.9 mm。在旱季补充灌溉施肥处理下菠萝的农艺性状（株高、叶长、叶宽、叶片数）和干物质量均显著高于CK。这说明尽管作为景天酸代谢（crassulacean acid metabolism， CAM）途径作物，菠萝具有很强的耐旱能力，但持续的干旱胁迫依然会严重抑制菠萝植株生长和壮苗形成。

研究中W和W对应土壤体积含水量分别为17%～22%和 12%～17%，根据习金根等和陈菁等对‘巴厘’品种的干旱试验结果，W和W两个水平应定义为轻度干旱胁迫和中度干旱胁迫。但本研究结果显示，W和W均不应视作干旱胁迫，这是由于在它们的3个不同施肥水平内，上述农艺性状和干物质指标在W和W之间差异均不显著;但F的株高、叶长和干物质量相对于F和F显著下降，说明非重度胁迫下菠萝对于水分需求并不敏感，其植株生长受限可能是因为肥料减施而非补充灌溉处理。

在水肥限制下，叶片数是影响叶面积的主要因素，与F、F和W、W的组合相比，叶片数在FW下降不显著而在FW下降显著，最终导致FW的单株叶面积显著低于FW，而CK的单株叶面积则显著低于各补充灌溉施肥处理。而相同光合时间下，光合面积与单位叶面积光化学效率共同决定作物干物质量。经过旱季营养生长期，花前相对于F、F和W、W组合的平均水平，CK的PSII实际光化学效率下降11.3%，单株叶面积下降50.3%，而植株总干物质量却下降了32.4%。干物质量下降幅度小于单株叶面积下降幅度，这是由于株高和叶长宽的显著降低减小了株间相互遮挡从而增加了光合面积所致。

本研究中的测定位点为植株光合能力最强的叶位，部分下部叶位因不受遮阴影响而导致其无显著下降甚至出现升高的现象，导致整株水平上PSII实际光化学效率下降幅度小于11.3%，因此光合面积的减小仍是菠萝植株干物质量下降的主要因素。由于菠萝植株叶片解剖结构具有很强的表型可塑性，且长期持续的干旱胁迫并未引起膜损伤，因此干旱胁迫下菠萝的下降幅度远低于C作物甘蔗25%～32%。并且随着进入生殖生长期后雨季土壤含水量的恢复，采收时各处理均呈上升趋势且补充灌溉施肥处理与常规处理相比差异不显著，说明干旱胁迫中受损的菠萝叶片在胁迫解除后能够快速恢复，这是由于PSII反映中心耗散能量避免过氧化损伤，光合色素含量对干旱胁迫不敏感所致。但对于W和W两个灌溉水平，均表现为F显著低于F和F，叶干物质量和果干物质量也表现出相同的变化趋势，说明肥料减施是造成下降，进而影响干物质积累的主要原因。

由于在无养分亏缺时适当干旱胁迫有利于干物质向根系分配，因此在F和F两个施肥水平下，花前和采收的W根干物质量均显著高于W。对于CK，尽管雨季后叶片PSII实际光化学效率能够恢复且果期的施肥能够被有效利用，但进入生殖生长后叶长宽和叶片数基本处于恒定状态，因此光合面积的显著下降已经无法恢复，相对于补充灌溉施肥处理其果干物质量和产量显著下降。土壤水分亏缺直接影响养分离子的迁移，同时通过根系限制降低作物对养分的吸收，因此同样为F施肥水平，CK的产量和肥料偏生产力显著低于W和W。虽然在补充灌溉施肥条件下，F具有较高的肥料偏生产力，但相对于CK，其增产幅度约为F和F的一半，且相对于F和F，F的田间糖锤度显著下降;而F和F的产量差异不显著，且F的肥料偏生产力高于F，因此F施肥水平的减肥增效效果最好。在F施肥水平下，W和W的产量和田间糖锤度均差异不显著，但W的水分生产力比W高11 kg/m，因此，FW水平是补充灌溉施肥的最优选择。

 结论

水肥限制下，光合面积显著减小是旱季菠萝植株干物质下降的主要因素;进入雨季后，尽管叶片光合效率能够快速恢复，但光合面积减小的不可逆转是产量显著下降的主要原因。菠萝对非重度干旱胁迫不敏感，保持红壤20 cm深度土壤水势不低于–60 kPa，对应0～20 cm土壤体积含水量不低于12%，即可满足菠萝生长需求，滴灌施肥条件下可节约肥料用量25%。综上，作为粤西地区主要经济作物，在菠萝生产中采用FW的补充灌溉施肥方式，能够有效应对季节性干旱，促进壮苗形成，实现稳产高效。

参考文献

1. 馬海洋， 石伟琦， 刘亚男， 冼皑敏， 王琚钢. 不同灌溉模式对菠萝产量及水肥利用效率的影响[J]. 热带作物学报， 2016， 37（10）： 1882-1888.MA H Y， SHI W Q， LIU Y N， XIAN A M， WANG J G. Effect of different irrigation and fertilization methods on yield and water and fertilizer use efficiency of pineapple[J]. Chinese Journal of Tropical Crops， 2016， 37（10）： 1882-1888. （in Chinese）
2. CARR M K V. The water relations and irrigation requirements of pineapple （ var. ）： A Review[J]. Experimental Agriculture， 2012， 48（4）： 488-501.