黃振瑞等

摘 要 過量施用化肥不僅影響甘蔗的生長發(fā)育，而且導(dǎo)致化肥利用率低和污染環(huán)境。以甘蔗品種新臺糖22號為材料，采用隨機區(qū)組設(shè)計，通過兩年（造）田間試驗，探討優(yōu)化施肥對甘蔗產(chǎn)量效應(yīng)、養(yǎng)分吸收和肥料利用率的影響。結(jié)果表明，優(yōu)化施肥處理（N 345 kg/hm2，P2O5 195 kg/hm2，K2O 240 kg/hm2）甘蔗平均產(chǎn)量高于常規(guī)施肥處理（N 404 kg/hm2，P2O5 296 kg/hm2，K2O 281 kg/hm2）；甘蔗分蘗期和伸長期的氮和磷吸收量顯著高于常規(guī)施肥處理；氮、磷、鉀肥料利用率顯著高于常規(guī)施肥，分別提高6.1%、5.5%和13.3%。適當減少化肥施用量，調(diào)整氮磷鉀配比，可促進甘蔗分蘗期和伸長期對氮和磷的吸收，提高肥料利用率和產(chǎn)量。甘蔗優(yōu)化施肥是一種兼顧經(jīng)濟效益和環(huán)境效益的合理施肥方案，值得推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 甘蔗；優(yōu)化施肥；產(chǎn)量；養(yǎng)分吸收；肥料利用率

中圖分類號 S147.3 文獻標識碼 A

Effect of Optimum Fertilization on Sugarcane Yield，

Nutrient Uptake and Fertilizer Use Efficiency

HUANG Zhenrui1，2， ZHOU Wenling1， JIANG Yong1，

LI Qiwei1， CHEN Qing2 *， ZHANG Fusuo2

1 Guangzhou Sugarcane Industry Research Institute / Guangdong Key Laboratory of Sugarcane Improvement

and Biorefinery， Guangzhou， Guangdong 510316， China

2 College of Resources and Environmental Sciences， China Agricultural University， Beijing 100193， China

Abstract Excessive application of chemical fertilizer not only limits sugarcane growth， but also reduces fertilizer use efficiency and pollutes the environment. In this paper， based on the randomized block design， two years field experiments with cultivar ROC22 were conducted to study the effects of optimum fertilization on the yield of sugarcane， nutrient uptake and fertilizer use efficiency. The results showed that the average sugarcane yield of the optimized fertilization treatment（OPT， N 345 kg/hm2， P2O5 195 kg/hm2， K2O 240 kg/hm2）was a little higher than that of the conventional fertilizer treatment（CON， N 404 kg/hm2， P2O5 296 kg/hm2， K2O 281 kg/hm2）. The contents of nitrogen and phosphorus in shoots at both the tillering and elongation stage of the OPT were significantly higher than those of CON. The average fertilizer use efficiencies of nitrogen， phosphorus， and potassium increased by 6.1%， 5.5% and 13.3% with optimized fertilization treatment compared to the conventional way. These results implied that properly reducing fertilizer dosage and adjusting the ratio of NPK would increase the absorption of nitrogen and phosphorus at both tillering and elongation stage， and finally improve apparent fertilizer use efficiency and sugarcane yield. The optimized fertilization was a both economic and environmental benefits scheme that should be recommended for practical sugarcane production under local conditions.

Key words Sugarcane； Optimum fertilization； Yield； Nutrient uptake； Fertilizer use efficiency

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2015.09.004

甘蔗是世界上最主要的糖料作物，中國是世界第三大甘蔗糖生產(chǎn)國，甘蔗種植面積位于巴西和印度之后，達160萬hm2[1]。與世界許多先進甘蔗生產(chǎn)國及地區(qū)相比，中國甘蔗單產(chǎn)較低，平均單產(chǎn)約70 t/hm2左右，而澳大利亞、泰國、夏威夷、墨西哥等單產(chǎn)較高，約120 t/hm2[2]。當前我國甘蔗生產(chǎn)主要存在施肥量大（尤其是氮肥）、生產(chǎn)成本高、肥料利用率低等問題，不僅造成蔗田土壤質(zhì)量和甘蔗品質(zhì)逐漸下降，而且大量盈余養(yǎng)分不能被作物吸收利用而在較長時間內(nèi)以不同的形態(tài)殘留在土壤或釋放到大氣環(huán)境中，對生態(tài)環(huán)境構(gòu)成巨大的威脅。20世紀90年代以來，隨著中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中肥料用量的急劇增加，由于不合理施用而引起土壤氮素過剩、肥料增產(chǎn)不明顯以及氮、磷大量積累危害生態(tài)環(huán)境的現(xiàn)象日益普遍，這種情況在甘蔗生產(chǎn)中尤為突出。合理施肥，發(fā)展作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)是建立資源節(jié)約型、環(huán)境友好型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系，實現(xiàn)中國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要措施。西歐農(nóng)業(yè)發(fā)達國家自20世紀80年代起，化肥用量就開始下調(diào)[3]。近年來在中國部分地區(qū)也進行了化肥減量試驗研究，不同地區(qū)的實驗結(jié)果顯示，適當減少氮肥用量對作物不會造成顯著減產(chǎn)[4-5]。然而，在甘蔗生產(chǎn)上尚沒有科學合理的優(yōu)化施肥方案。特別是減量施肥，對于如何減，減多少等問題都鮮有相關(guān)研究報道。為此，本研究以農(nóng)民常規(guī)施肥為對照，根據(jù)甘蔗生長發(fā)育和養(yǎng)分需求規(guī)律，采用降低施肥量并調(diào)整氮磷鉀配比的優(yōu)化方案，通過田間對比試驗，研究不同生育時期甘蔗體內(nèi)養(yǎng)分含量狀況，探討優(yōu)化施肥與常規(guī)施肥對甘蔗產(chǎn)量效應(yīng)和肥料利用率的影響，提出研究區(qū)域兼顧環(huán)境和經(jīng)濟效益的合理施肥方案。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 供試土壤 試驗地點位于廣西南寧市賓陽縣，東經(jīng)108°32′～109°15′，北緯22°54′～23°37′。供試土壤為赤紅壤，基本肥力參數(shù)為：pH5.4，土壤有機質(zhì)含量21.3 g/kg，全氮1.3 g/kg，速效磷18.5 mg/kg（鹽酸-氟化銨法），速效鉀134 mg/kg（醋酸銨浸提法）。

1.1.2 供試作物及肥料 以全國栽培面積最大的甘蔗品種新臺糖22號為試驗材料進行兩年（造）田間試驗，第一造試驗時間：2012年3月3日種植，2013年1月15日收獲；第二造試驗時間：2013年3月21日種植，2014年1月28日收獲。蔗種經(jīng)砍成雙芽后品字形擺放，下種量為12 t/hm2，行距1.0 m。供試肥料：復(fù)合肥均為廣西新洋豐肥業(yè)有限公司生產(chǎn)，養(yǎng)分含量（N-P2O5-K2O）有45%和51%兩種，45%配比分別有12-20-13、15-15-15和14-16-15三種，51%配比為25-10-16；尿素（含N 46%）。

1.2 方法

1.2.1 試驗設(shè)計 試驗以甘蔗施肥為考察對象，結(jié)合土壤養(yǎng)分及甘蔗需肥特性，在當?shù)剞r(nóng)民習慣施肥的基礎(chǔ)上優(yōu)化氮磷鉀肥施用量和施用比例，設(shè)3個處理，分別為不施肥（CK）、常規(guī)施肥（CON）和優(yōu)化施肥（OPT）。各處理具體措施為：不施肥處理為空白對照；常規(guī)施肥（CON）按當?shù)剞r(nóng)民施肥習慣，施肥量為N 404 kg/hm2，P2O5 296 kg/hm2，K2O 281 kg/hm2；優(yōu)化施肥（OPT）的施肥量為N 345 kg/hm2，P2O5 195 kg/hm2，K2O 240 kg/hm2，氮肥和鉀肥用量較常規(guī)施肥各減少15%，磷肥減少34%。各個處理3次重復(fù)，隨機區(qū)組排列，小區(qū)面積333.5 m2。具體施肥量和肥料運籌見表1?；试诓シN時施下，兩年試驗的分蘗肥分別于2012年6月6日和2013年6月15日施用，追尾肥分別于2012年8月19日和2013年8月26日施用。其他田間生產(chǎn)管理均按當?shù)貙嶋H生產(chǎn)措施進行，并適時防治病蟲害。

1.2.2 測定項目與方法 植株樣品養(yǎng)分的測定：分別于2012年4月15日（苗期）、6月2日（分蘗期）、9月13日（伸長期）、12月8日（成熟期）在每個小區(qū)隨機取6株生長正常的甘蔗，用自來水洗凈，并用蒸餾水沖洗后，分成葉片、莖、根不同部位，在105 ℃殺青30 min，于70 ℃烘干后稱干重，粉碎過0.15 mm篩，用于養(yǎng)分含量的測定。全氮含量用凱氏定氮法，全磷用鉬銻抗比色法，全鉀用火焰光度計法測定[6]。

產(chǎn)量構(gòu)成因素的調(diào)查：伸長中期，每小區(qū)內(nèi)隨機選取5行，每行連續(xù)調(diào)查20 株甘蔗的株高和莖徑，取平均值作為該小區(qū)甘蔗的株高和莖徑；隨機調(diào)查每個小區(qū)內(nèi)66.7 m2的甘蔗株數(shù)作為有效莖數(shù)，并換算成公頃有效莖數(shù)。

測產(chǎn)方法：在每個小區(qū)內(nèi)隨機砍收66.7 m2的甘蔗，去掉蔗稍及蔗莖上的葉，進行現(xiàn)場稱重實收實測記錄，并計算出公頃產(chǎn)量。

甘蔗蔗糖分的測定：分別于2012年12月28日和2014年1月5日在每個小區(qū)隨機取6株甘蔗，去除蔗稍及蔗莖上的葉，經(jīng)過壓榨后，通過分析蔗汁蔗糖分和蔗渣蔗糖分來測定甘蔗蔗糖分。蔗汁蔗糖分采用一次旋光法，蔗渣蔗糖分采用烘干推算法[7]。

肥料利用率（%）計算方法[8]如下：

氮（磷、鉀）肥料利用率=[（施氮（磷、鉀）肥區(qū)作物地上部分氮（磷、鉀）吸收量-不施氮（磷、鉀）肥區(qū)作物地上部分氮（磷、鉀）吸收量）]/施氮（磷、鉀）肥區(qū)養(yǎng)分氮（磷、鉀）投入量×100%

其中：養(yǎng)分吸收量=甘蔗產(chǎn)量×蔗莖養(yǎng)分含量+葉片干物質(zhì)重×葉片養(yǎng)分含量。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

試驗數(shù)據(jù)用Excel和DPS統(tǒng)計軟件進行分析，多重比較分析采用Duncan方法檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理的甘蔗產(chǎn)量

從表2可以看出，2012～2014年優(yōu)化施肥（OPT）處理的甘蔗產(chǎn)量均最高，其中2013年的產(chǎn)量顯著高于常規(guī)施肥（CON）和對照（CK）。優(yōu)化施肥和常規(guī)施肥兩年甘蔗平均產(chǎn)量分別為80.2和76.7 t/hm2，比對照（56.5 t/hm2）分別增產(chǎn)42.0%和35.9%。從產(chǎn)量構(gòu)成因素來看，優(yōu)化施肥處理對各構(gòu)成因素有一定的促進作用，但效果不顯著，而綜合各因素的作用，2013年的產(chǎn)量顯著高于常規(guī)施肥。由此可見，適當減少施肥量，不會造成甘蔗減產(chǎn)，反而通過氮磷鉀配比的調(diào)整，養(yǎng)分的供應(yīng)更加符合甘蔗生長發(fā)育對養(yǎng)分的需求規(guī)律，促進甘蔗的生長，提高甘蔗產(chǎn)量。

2.2 甘蔗氮磷鉀養(yǎng)分吸收與分配

表3顯示，施肥處理的甘蔗各部位氮含量均高于對照（CK）。除不施肥處理外，施肥處理葉片、莖和根中氮含量苗期無顯著差異；分蘗期和伸長期優(yōu)化施肥（OPT）處理顯著高于常規(guī)處理（CON）；成熟期常規(guī)施肥處理略高于優(yōu)化施肥處理。常規(guī)施肥處理基肥投入量高于優(yōu)化施肥處理，而且比優(yōu)化施肥多施一次氮肥作為追尾肥，因此，苗期和成熟期其甘蔗體內(nèi)氮含量也比優(yōu)化施肥處理的高；而分蘗肥優(yōu)化施肥處理的氮素施用量比常規(guī)施肥處理多42.9%，甘蔗體內(nèi)的氮含量顯著高于常規(guī)施肥處理?？梢姡收狍w內(nèi)氮含量與各處理不同時期氮素投入量緊密相關(guān)。

隨著生長時期的推移，各處理甘蔗體內(nèi)的氮素累積量呈上升趨勢，成熟期達到最大值（圖1）。各施肥處理各時期氮累積量均顯著高于對照（p<0.05），表現(xiàn)為優(yōu)化施肥（OPT）>常規(guī)施肥（CON）>CK。苗期和分蘗期，優(yōu)化施肥處理氮累積量和常規(guī)施肥處理無顯著差異，但伸長期顯著高于常規(guī)施肥處理。這是因為各處理間基肥氮素用量相差不大，而分蘗肥中優(yōu)化施肥處理的氮素用量大，而且該時期為甘蔗的生長旺盛期，干物質(zhì)的積累需要大量的氮素，因此其氮累積量較高?？梢姡蔬\籌方式的不同，對甘蔗不同生育時期氮素的吸收與累積會產(chǎn)生較大影響，進而影響甘蔗產(chǎn)量的形成。

從表4可以看出，施肥處理甘蔗各部位的磷含量均高于對照。從不同施肥處理看，苗期甘蔗葉片、莖和根中磷含量均表現(xiàn)為優(yōu)化施肥高于常規(guī)施肥，差異顯著；分蘗期以后常規(guī)施肥處理的磷含量與優(yōu)化施肥處理的相當或略高。這主要與常規(guī)施肥處理分蘗肥投入大量磷素有關(guān)。

各施肥處理不同時期磷吸收總量顯著高于對照（p<0.05），大小順序為優(yōu)化施肥（OPT）>常規(guī)施肥（CON）>CK（圖2）。分蘗期前優(yōu)化施肥處理磷積累量顯著高于常規(guī)施肥，但分蘗期后隨著大量磷肥的施用，彼此之間的差異也隨之變小。

由不同生長時期不同部位鉀含量的動態(tài)變化（表5）可以看出，各施肥處理的鉀含量均高于對照。不同生長時期不同器官中常規(guī)施肥處理的鉀含量均高于優(yōu)化施肥處理，但差異不顯著。主要與常規(guī)施肥處理鉀素投入量大相關(guān)。

整個生育期鉀的累積量以常規(guī)施肥（CON）最高，優(yōu)化施肥（OPT）次之，顯著高于對照（p<0.05）（圖3）。比較不同施肥處理可知，伸長期前優(yōu)化施肥處理鉀累積量略高于常規(guī)施肥，而成熟期時常規(guī)施肥處理的鉀累積量最高（10.26 g/株），略高于優(yōu)化施肥處理，但無顯著差異。

2.3 施肥處理對品質(zhì)和經(jīng)濟效益的影響

由表6可以看出，2012年和2013年優(yōu)化施肥處理的甘蔗蔗糖分均顯著高于常規(guī)施肥（CON）處理，分別提高0.7%（絕對值，下同）和0.8%。常規(guī)施肥處理糖分較低的原因可能與后期追尾肥施入尿素影響蔗糖積累有關(guān)。2012年和2013年優(yōu)化施肥處理的經(jīng)濟效益較常規(guī)施肥的分別增加6.5%和12.3%，產(chǎn)投比分別是常規(guī)施肥處理的1.28倍和1.33倍。優(yōu)化施肥處理的養(yǎng)分投入量較常規(guī)施肥的少，而其產(chǎn)量又略高于常規(guī)施肥處理，故其效益和產(chǎn)投比均比常規(guī)施肥處理的高?？梢姡瑑?yōu)化施肥的氮磷鉀養(yǎng)分配比和肥料運籌方式有利于提高甘蔗蔗糖分和產(chǎn)投比，增加效益。

2.4 施肥處理對肥料利用率的影響

從表7可以看出，2012年和2013年優(yōu)化施肥的氮肥、磷肥和鉀肥利用率均高于常規(guī)施肥。不同年際間不同施肥處理的肥料利用率變化有所不同。2013年常規(guī)施肥的氮肥、磷肥和鉀肥利用率較2012年均下降，特別是氮肥和鉀肥，下降3～4個百分點；而優(yōu)化施肥的氮肥和磷肥利用率較2012年有所上升，鉀肥利用率略有下降。優(yōu)化施肥氮肥、磷肥和鉀肥利用率兩年平均值分別為26.7%、13.3%和72.8%，較常規(guī)施肥（20.6%、7.8%和59.5%）分別高6.1、5.5和13.3個百分點?？梢姡瑑?yōu)化施肥處理有利于提高肥料利用率，降低生產(chǎn)成本和肥料盈余給環(huán)境帶來的風險。

3 討論與結(jié)論

試驗結(jié)果表明，優(yōu)化施肥分蘗期和伸長期甘蔗體內(nèi)的氮和磷含量明顯高于常規(guī)施肥，說明優(yōu)化施肥的運籌方式有利于甘蔗對氮和磷的吸收，為甘蔗的分蘗、有效莖數(shù)的形成和干物質(zhì)的積累奠定了基礎(chǔ)。另外，成熟期常規(guī)施肥處理甘蔗體內(nèi)較高的氮含量會延遲甘蔗成熟和降低蔗糖分[9-10]，兩年的結(jié)果均表明優(yōu)化施肥處理的甘蔗蔗糖分顯著高于常規(guī)施肥，平均高0.75%（絕對值）。梁計南等[11]的研究也表明，無論是旱地還是水田，氮肥對甘蔗蔗糖分有負作用，較高的氮水平會降低蔗糖分。

本研究結(jié)果表明，與常規(guī)施肥相比較，優(yōu)化施肥處理在減少養(yǎng)分投入的情況下仍能獲得與之相當甚至更高的產(chǎn)量，說明常規(guī)施肥的肥料投入量過大或氮磷鉀配比不合理，而優(yōu)化施肥的氮磷鉀配比更符合甘蔗生長發(fā)育對養(yǎng)分的需求，促進甘蔗生長關(guān)鍵期（分蘗期和伸長期）對氮、磷養(yǎng)分的吸收和干物質(zhì)的積累，從而獲得較高產(chǎn)量。張其然[12]認為，甘蔗施肥配方的比例一般為N ∶ P2O5 ∶ K2O=1 ∶ 0.4 ∶ 0.7。謝恩[13]等研究發(fā)現(xiàn)，甘蔗產(chǎn)量效益最好時的氮磷鉀施肥配比為1 ∶ 0.35 ∶ 0.68。本研究中農(nóng)民常規(guī)施肥配比為1 ∶ 0.7 ∶ 0.7，可以看出磷肥比例過大，而且集中在后期，與甘蔗對養(yǎng)分需求規(guī)律不吻合，不利于甘蔗的分蘗，從而限制了產(chǎn)量水平。而優(yōu)化施肥配比為1 ∶ 0.56 ∶ 0.7，與前人報道較為接近，但考慮該地土壤有效磷含量較低，配方中加大了磷的比例。

氮磷鉀肥優(yōu)化配比不僅可促進甘蔗對養(yǎng)分的吸收利用，實現(xiàn)增產(chǎn)增收，而且可提高肥料利用率和生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本和環(huán)境污染風險。本研究中，在常規(guī)施肥與優(yōu)化施肥模式下，甘蔗產(chǎn)量明顯高于不施肥處理，且優(yōu)化施肥在增產(chǎn)、肥料利用率和環(huán)境保護方面均優(yōu)于常規(guī)施肥處理，這與眾多學者的研究結(jié)果一致[14-16]。當養(yǎng)分施用量已到達產(chǎn)量增加的潛力限度時，過量的養(yǎng)分投入有減小作物產(chǎn)量增加的趨勢[17]，過量施肥一方面造成肥料浪費，致使養(yǎng)分的當季吸收利用率、農(nóng)學利用率降低[18-19]，另一方面大量盈余養(yǎng)分進入環(huán)境，存在著巨大的環(huán)境風險。本試驗中，兩年的結(jié)果均顯示常規(guī)施肥的氮、磷和鉀肥料利用率顯著低于優(yōu)化施肥，而且常規(guī)施肥處理2013年的肥料利用率低于2012年，說明更多的肥料無法被甘蔗吸收利用而進入環(huán)境，埋下了潛在的風險。2012年和2013年兩年常規(guī)施肥和優(yōu)化施肥處理的鉀肥利用率均較高（57.7%～73.1%），可能與甘蔗對鉀的奢侈吸收有關(guān)。

優(yōu)化施肥處理的氮肥和鉀肥投入量為常規(guī)施肥的85%，磷肥投入量為常規(guī)施肥的66%，是一種兼顧經(jīng)濟效益和環(huán)境效益的合理施肥方案，可為防治農(nóng)業(yè)面源污染提供一定的指導(dǎo)作用。與常規(guī)施肥相比，既減少了養(yǎng)分投入量和施肥次數(shù)，又提高了肥料利用率，獲得穩(wěn)定的產(chǎn)量，達到節(jié)肥省工增效的效果，具有一定的推廣應(yīng)用價值。

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