周慧文 陳榮發(fā) 范業(yè)賡 丘立杭 李楊瑞 吳建明 黃杏

摘 ?要 ?桂糖42號是我國甘蔗推廣面積最大的自育品種，探討該品種的氮肥需求特性，可以為指導(dǎo)該品種在蔗區(qū)科學(xué)管理提供理論依據(jù)。以桂糖42號為供試材料，在分蘗前施用不同水平的氮肥（CK：尿素0 kg/hm2;低水平：尿素150、300 kg/hm2;中水平：尿素450 kg/hm2;高水平：尿素600、750 kg/hm2），研究不同氮肥水平甘蔗內(nèi)源激素含量（GA、CTK、BR和ABA）、產(chǎn)量和糖分的變化特征。結(jié)果表明，不同施肥水平下甘蔗產(chǎn)量順序為150 kg/hm2>300 kg/hm2> 0 kg/hm2>450 kg/hm2>600 kg/hm2>750 kg/hm2，其中150 kg/hm2和300 kg/hm2分別比對照提高了5.40%和2.54%（P<0.01），超過300 kg/hm2施肥量后甘蔗產(chǎn)量呈下降趨勢;不同施肥量下的每公頃含糖量從大到小順序與產(chǎn)量順序相同，但施氮肥多少不同不會對糖分產(chǎn)生影響;經(jīng)濟效益順序為150 kg/hm2>0 kg/hm2>300 kg/hm2>450 kg/hm2> 600 kg/hm2>750 kg/hm2;不同施氮肥水平下GA含量和BR含量的表現(xiàn)一致，在150 kg/hm2施肥條件下達到最高值，隨后隨施氮肥量的增加而呈下降趨勢;ABA則呈相反趨勢，即含量隨著施肥量的增加而增加;而CTK則呈先升高后下降再升高的趨勢。

關(guān)鍵詞 ?甘蔗;氮素;內(nèi)源激素;產(chǎn)量

中圖分類號 ?S566.1 ? ? ?文獻標識碼 ?A

Abstract ?The sugarcane variety GT42 is a home-bred variety which is the most widely planted in China. Its necessary to explore the nitrogen demand of the variety to provide references for the scientific management of the variety in the planting areas. Different nitrogenous levels （CK： 0 kg/hm2， low level： carbamide 150 kg/hm2， 300 kg/hm2， middle level： carbamide 450 kg/hm2， high level： carbamide： 600 kg/hm2， 750 kg/hm2） were applied to the variety before the tiller stage， and the content of endogenous hormone （GA， CTK， BR and ABA）， final yield and sugar content were measured under different nitrogen fertilization level in the tillering stage. The yield under different levels nitrogenous fertilizer from more to less was 150 kg/hm2， 300 kg/hm2， 0 kg/hm2， 450 kg/hm2， 600 kg/hm2， 750 kg/hm2， and the yield at 150 kg/hm2 and 300 kg/hm2 fertilizer level was 5.40% and 2.54% more than the CK， respectively （P<0.01）. And the highest yield was in the 150 kg/hm2 of nitrogen fertilization treatment. The sugar content per hectare was in the same order as the yield， but the nitrogen fertilization levels had no effect on sucrose content. The economic benefit in the order from more to less 150 kg/hm2， 0 kg/hm2， 300 kg/hm2， 450 kg/hm2， 600 kg/hm2， 750 kg/hm2. The variation tendency of the content of GA and BR were the same that reached the maximum at 150 kg/hm2 of nitrogen fertilization level and then decreased with the increase of nitrogen fertilization level. The content of ABA was the opposite， increasing with the increase of nitrogen fertilization level. The content of CTK increased first， decreased then and increased finally.

Keywords ?sugarcane; nitrogen; endogenous hormone; yield

DOI ?10.3969/j.issn.1000-2561.2019.11.007

甘蔗是我國重要的糖料作物和能源作物[1-2]，兼具工業(yè)與食用功能，生產(chǎn)上主要以莖稈為收獲器官。氮是影響甘蔗產(chǎn)量和品質(zhì)的主要營養(yǎng)元素[3]。甘蔗生長過程需要大量氮素，一般土壤中的氮含量通常不能滿足甘蔗對氮素的需求[4]，因此，施用氮肥是為甘蔗補充氮素的重要手段。

目前我國蔗區(qū)氮肥投入過高，普遍存在著多施、濫施氮肥的現(xiàn)象[5]，甘蔗產(chǎn)量也沒有因為施氮肥水平增高而得到相應(yīng)提高[6];長期過量施入氮肥不僅沒有使甘蔗增產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)，還會造成養(yǎng)分流失[7];且過量施氮肥除了會造成農(nóng)業(yè)資料的浪費，還會對農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境造成嚴重威脅[8]。因此研究合理施用氮肥對甘蔗生產(chǎn)和保護環(huán)境具有重要意義。已有前人對合理施用氮素進行了相關(guān)研究。相關(guān)研究表明，合理增施氮肥可以提高甘蔗的有效莖數(shù)和分蘗數(shù)[9]，從而提高甘蔗產(chǎn)量。

陸建明[10]研究發(fā)現(xiàn)3個甘蔗品種（桂選B9、新臺糖22號、桂糖11號）的產(chǎn)量和有效莖數(shù)的表現(xiàn)均為300 kg/hm2尿素>150 kg/hm2尿素>0 kg/hm2尿素。劉亞男等[11]認為以氮肥為基肥，生產(chǎn)中進行高灌溉，可以使甘蔗增產(chǎn)。蔣媛[12]設(shè)低中高3個尿素施用水平[0 kg/hm2、150 kg/hm2 （N150）、300 kg/hm2]，結(jié)果表明在中等尿素施放條件下，甘蔗的產(chǎn)量較高。區(qū)惠平等[7]研究結(jié)果表明長期過量施入氮肥不僅沒有增產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)優(yōu)勢，還會造成養(yǎng)分流失。甘蔗品種桂糖42號的施肥研究僅發(fā)現(xiàn)一例，張璐[13]研究表明使用了氮素比例較高的緩釋肥處理的桂糖42號產(chǎn)量和品質(zhì)大于使用氮素比例較低的復(fù)混肥。結(jié)合前人研究發(fā)現(xiàn)施氮肥對甘蔗影響的2個共性，一是在一定施氮肥水平范圍內(nèi)，甘蔗產(chǎn)量隨著施氮肥量的增加而增加，但超過該范圍后增產(chǎn)效果不明顯，且還會降低甘蔗糖分和品質(zhì);二是不同甘蔗品種對氮的需求量有較大差異。

雖然不同施氮肥量、施用次數(shù)、施用方式等對甘蔗影響相關(guān)研究已經(jīng)有大量報道，但桂糖42號作為廣西推廣面積最大的廣西甘蔗所育成品種，施肥報道相對較少。植物內(nèi)源激素對植株的生長發(fā)育有重要的調(diào)節(jié)作用[14]，目前也未有在不同施氮肥水平下甘蔗內(nèi)源激素的變化特征的相關(guān)研究。本文研究不同施氮肥水平對甘蔗內(nèi)源激素和品質(zhì)的影響，為明確桂糖42號產(chǎn)量與施氮肥量的關(guān)系，指導(dǎo)該品種的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培具有重要的意義。

1 ?材料與方法

1.1 ?材料

桂糖42號為供試材料，廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所丁當基地;氮肥為重慶江北尿素（純N 46%）。

1.2 ?方法

1.2.1 ?試驗設(shè)計 ?試驗在廣西農(nóng)科院甘蔗所隆安丁當基地進行，土壤理化性質(zhì)為：pH 5.8，全氮0.81 g/kg，全磷0.44 g/kg，全鉀6.6 g/kg，有機質(zhì)9.1 g/kg。堿解氮59 mg/kg，有效磷30.1 mg/kg，有效鉀65 mg/kg。采用隨機區(qū)組設(shè)計，每個處理設(shè)3個重復(fù)，試驗地為5行區(qū)，行長7 m，行距1.2 m，每個小區(qū)面積42 m2。設(shè)CK（尿素0 kg/hm2）、150、300、450、600、750 kg/hm2 6個尿素濃度處理。于分蘗初期、盛期及末期采樣進行激素及生理生化指標測定。尿素在分蘗前期結(jié)合小培土施用，施用量分別為0、150、300、450、600、750 kg/hm2。下種期各處理均施用鈣鎂磷肥600 kg/hm2、氯化鉀300 kg/hm2作為基肥。于2017年3月10日下種，下種密度為90 000芽/hm2。田間管理按大田生產(chǎn)進行。

1.2.2 ?調(diào)查項目與方法 ?在分蘗初期、盛期、末期，取樣測定不同施氮肥水平下分蘗芽+1葉內(nèi)源激素赤霉素（GA）、油菜素內(nèi)脂（BR）、細胞分裂素（CTK）和脫落酸（ABA）含量。12月中下旬田間收貨時按小區(qū)測定產(chǎn)量，數(shù)據(jù)以換算成畝產(chǎn)量展現(xiàn);每小區(qū)選擇6株甘蔗測定糖分和純度。

畝產(chǎn)量=小區(qū)產(chǎn)量（kg）×667 m2/小區(qū)面積

內(nèi)源激素含量的測定采用酶聯(lián)免疫吸附法（ELISA），藥盒由中國農(nóng)業(yè)大學(xué)作物化學(xué)控制實驗室提供。

1.3 ?數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2013軟件和DPS V7.05軟件對試驗數(shù)據(jù)進行處理和統(tǒng)計分析。

2 ?結(jié)果與分析

2.1 ?不同施氮肥水平對分蘗期內(nèi)源激素的影響

在甘蔗分蘗前施以不同水平的氮肥，從表1可以看出，GA含量在分蘗前期、中期和后期的含量均高于對照和其他水平的施氮肥量，且在GA含量在150 kg/hm2的施氮肥水平下達到最大值，而后隨著施氮肥量的增加，GA含量下降，最高施氮肥水平下GA的含量達到最低點;同時發(fā)現(xiàn)GA對氮反應(yīng)較為敏感，在分蘗前期各個施氮肥處理下的GA含量均高于CK，但在分蘗后期，除了在150 kg/hm2的施氮肥水平下的GA含量，其余水平的GA含量已回落至與CK相近水平。BR含量的變化趨勢與GA類似，在150 kg/hm2的施氮肥水平下達到最大值，而后隨著施氮肥量的增加，BR含量下降。在分蘗前期、中期和后期，CTK在甘蔗植株內(nèi)的含量始終出現(xiàn)2個峰值，分

別在150、600 kg/hm2的施氮肥水平下達到最高點，但在分蘗后期CTK的含量已經(jīng)遠低于分蘗前期。在分蘗期內(nèi)，ABA在植株內(nèi)的含量逐漸增加，其中，在CK和150 kg/hm2的施氮肥水平下ABA含量處于最低值，當施以300 kg/hm2及其以上濃度的尿素時，ABA含量陡然增高，而后一直維持在較高水平。

2.2 ?不同施氮肥水平對甘蔗產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

不同施氮肥水平對產(chǎn)量的影響如表2所示，在150、300 kg/hm2的施氮肥水平下，甘蔗產(chǎn)量比對照有所提高，分別提高了5.40%和2.45%，差異顯著。其中，施以150 kg/hm2尿素的甘蔗產(chǎn)量最高，而后隨著施氮肥量的增加，產(chǎn)量下降;當施用量超過450 kg/hm2產(chǎn)量已經(jīng)低于施氮肥水平。

甘蔗糖分測定結(jié)果表明，在施氮肥水平為450 kg/hm2下，糖分最高，在施氮肥水平為150 kg/hm2下，糖分最低（表2），但各個施氮肥處理的甘蔗糖分沒有顯著差異也沒有規(guī)律可循，換言之，在甘蔗分蘗前施氮肥對甘蔗后期糖分影響不大。

純度是反映甘蔗品質(zhì)好壞的重要指標[12]。各個施氮肥水平下純度沒有顯著差異，不施氮肥時純度最高，施氮肥水平最高時純度最低。

對每公頃含糖量進行計算后，結(jié)果表明在施氮肥水平為150 kg/hm2時，雖然糖分指標不高，但是由于產(chǎn)量達到最高值，因此含糖量最高;受低產(chǎn)量限制，含糖量在施肥量為300 kg/hm2后會隨著施氮肥水平升高而降低，施氮肥水平最高時每公頃含糖量達到最低值。

2.3 ?各處理之間經(jīng)濟效益分析

對不同施氮肥水平下獲得的經(jīng)濟效益進行比較分析，結(jié)果見表3，在150 kg/hm2施氮肥水平下的經(jīng)濟效益最高，每畝地收獲甘蔗可獲得純收入2870.20元，比不施氮肥多收入70.85元;雖然300 kg/hm2施氮肥水平產(chǎn)量顯著高于對照，但其經(jīng)濟效益低對于對照，而其他處理無論是產(chǎn)量還是經(jīng)濟效益均低于對照。

3 ?討論

3.1 ?施氮肥量對甘蔗產(chǎn)量和糖分的影響

我國當前甘蔗生產(chǎn)的施肥現(xiàn)狀中，存在著因過量施用化肥導(dǎo)致的嚴重環(huán)境問題[15]。研究表明，增加氮肥施用量會增強甘蔗的氮代謝，降低光合作用合成碳氮代謝物使碳氮化合物合成減少，從而抑制可溶性蛋白、可溶性糖、游離氨基酸等利于甘蔗品質(zhì)提升的物質(zhì)合成，因此，過量施用氮肥對甘蔗的產(chǎn)量與品質(zhì)可能并無提高作用[4]。研究合理施用氮肥對指導(dǎo)甘蔗生產(chǎn)和保護環(huán)境具有重要意義。即使是同一品種，施肥量的最佳值也有所不同，如對于新臺糖22號，不同施肥量研究結(jié)果差異比較大，得出最佳施肥量為138～ 430 kg/hm2[4， 11， 16-17]，這可能與不同蔗區(qū)或不同土壤條件地塊有關(guān)。對于其他甘蔗品種的氮素需求范圍也有大量報道，產(chǎn)量最高值大多發(fā)生在150～ 750 kg/hm2的施氮肥條件下[10， 16-20]。本研究結(jié)果表明，甘蔗新品種桂糖42的最佳施肥水平為150 kg/hm2，之后產(chǎn)量隨著施肥水平的增高而下降，這相對于前人研究結(jié)果來說是比較低的施肥水平，雖然施肥量較低，但產(chǎn)量最高值88 516.5 kg/ hm2顯著高于張璐[13]的67 493 kg/hm2;而且本研究還發(fā)現(xiàn)不施肥處理的產(chǎn)量明顯高于高氮處理，推測由3種原因?qū)е逻@種現(xiàn)象發(fā)生：一是可能由于該試驗基地數(shù)十年連續(xù)種植甘蔗，且常年施肥量基本固定，可以供給一定的氮元素;二是環(huán)境和管理的差異所致;三是桂糖42號是個低氮量需求的品種。

氮對甘蔗糖分積累具有較大影響，大部分研究結(jié)果均表明，隨著用氮量的增加，甘蔗蔗糖分下降[4， 20， 21-23]。但也有部分研究表明合理的施肥次數(shù)和施氮肥方式可以增加甘蔗糖分[11， 24-26]。本研究結(jié)果表明，桂糖42號在各個施氮肥水平下，以450 kg/hm2的施氮肥量甘蔗蔗糖分最高，而以150 kg/hm2的施肥量甘蔗蔗糖分最低，其他處理之間差異不明顯，說明施氮肥量150～450 kg/hm2之間時甘蔗蔗糖分是隨著施肥量的增加而增加，超過450 kg/ hm2后甘蔗蔗糖分則呈下降趨勢，研究結(jié)果與前人的研究結(jié)果不完全一致。這可能是由于本研究是一次性施氮肥而且施肥時間較早（分蘗期全部施完），經(jīng)歷了比較“漫長”的代謝過程，讓相對高氮處理的甘蔗植株有足夠時間吸收氮素影響蔗糖合成并通過韌皮部運輸?shù)讲煌瑫r期的節(jié)間，所以過量施用氮肥沒有對甘蔗糖分造成負面影響，反而相對高氮處理的甘蔗蔗糖分較高。在甘蔗生產(chǎn)中，要探索施氮肥的合理濃度和規(guī)律，選擇施用氮肥的合理時間，不能盲目施用肥料以致甘蔗產(chǎn)量、糖分和環(huán)境受到負面影響。

在150 kg/hm2的施氮肥水平下，甘蔗凈收入可達43 053元/hm2，顯著高于張璐[13]的23 538元/hm2，這是因為本研究的甘蔗產(chǎn)量較高，而且本研究施用的肥料為單一氮肥，即尿素，成本低廉（1205.25元/hm2）;而前人使用緩釋肥，成本過高（5997元/hm2）[13]。因此，結(jié)合凈利潤和成本考慮，在肥力較為豐富的土壤上使用單一氮肥低濃度施用可滿足桂糖42號的生產(chǎn)要求。

3.2 ?產(chǎn)量與內(nèi)源激素的變化規(guī)律

本研究中，在各個施氮肥水平下，GA和BR的含量變化趨勢與產(chǎn)量的變化趨勢相似，當它們的含量上升時，產(chǎn)量提高，它們的含量下降時，產(chǎn)量隨之下降，且激素最大值和產(chǎn)量最高點均發(fā)生在150 kg/hm2的施氮肥水平下，而后它們皆隨著施氮肥量的增加而下降;推測原因是GA可以促進細胞伸長、核酸和蛋白質(zhì)的合成[27]，在甘蔗中赤霉素可以調(diào)節(jié)甘蔗植株內(nèi)相關(guān)酶的活性和內(nèi)源激素的變化[28-29]，最終使得甘蔗節(jié)間伸長，達到增產(chǎn)的效果。同時，研究結(jié)果說明，赤霉素含量的高低不影響糖分的積累，因此，在生產(chǎn)上可適當噴施合理濃度的赤霉素來輔助甘蔗增產(chǎn)。近幾年關(guān)于BR在甘蔗上的應(yīng)用較少，但也有前人研究表明噴施合成的油菜素內(nèi)酯，可使甘蔗增糖增產(chǎn)[30-31]。在本研究中，BR含量的變化趨勢與產(chǎn)量變化趨勢一致，皆是先升后降，初步推測是BR也有促進甘蔗增產(chǎn)的作用，具體原因還需進一步探究。

羅慶華等研究發(fā)現(xiàn)ABA含量與甜蕎[32]和水芹[33]的產(chǎn)量和品質(zhì)呈負相關(guān)。本研究得出相似結(jié)果，當施氮肥水平為150 kg/hm2時，ABA含量最低，而產(chǎn)量較高;當施300 kg/hm2及以上濃度的氮肥時，ABA含量增高，而產(chǎn)量降低，結(jié)果與徐國偉等[34]對水稻研究結(jié)果相似。說明高施氮肥水平會使土壤含水量降低，甘蔗根部產(chǎn)生水分脅迫效應(yīng)，不良的生長環(huán)境促使甘蔗合成ABA來使甘蔗適應(yīng)干旱和低溫等多種環(huán)境脅迫的能力[35]，而ABA具有促進植物衰老的作用，從而造成甘蔗在高ABA含量水平下減產(chǎn)。因此在種植甘蔗時，應(yīng)該保持良好的生長環(huán)境和適宜的田間管理。

本研究未發(fā)現(xiàn)CTK的含量與施氮肥水平、糖分和產(chǎn)量的相關(guān)性，在不同施肥水平下的CTK的含量變化的規(guī)律尚未探明，可能是其在植株內(nèi)的生理反應(yīng)較為復(fù)雜，或者是受其他激素影響的結(jié)果。CTK有促進甘蔗分蘗的功能[36]，本研究中CTK的積累隨著分蘗時間的推移而降低，推測是CTK在分蘗前中期促進分蘗發(fā)生的功能。

范業(yè)賡等[37]將甘蔗品種桂選B9的種莖浸泡在不同的植物生長調(diào)節(jié)劑溶液中然后種植，調(diào)查發(fā)現(xiàn)植物生長調(diào)節(jié)劑未對甘蔗品質(zhì)產(chǎn)生顯著影響，本研究同樣未發(fā)現(xiàn)激素含量的變化與桂糖42號有相關(guān)性;而吳建明等[38]和梁闐等[39]的研究發(fā)現(xiàn)用赤霉素噴施甘蔗可以提高甘蔗糖分。因此，用植物激素處理是否可顯著提高甘蔗品質(zhì)以及如何利用植物激素提高甘蔗品質(zhì)還未有統(tǒng)一結(jié)論，還需進一步探究。

4 ?結(jié)論

在甘蔗分蘗期前施用不同濃度的氮肥不會影響甘蔗糖分的積累和純度。隨著施氮肥水平的增加，甘蔗產(chǎn)量呈現(xiàn)增加后下降趨勢，在施氮肥水平為150 kg/hm2時產(chǎn)量達到最大值;結(jié)合產(chǎn)量和凈利潤考慮，施以150 kg/hm2的尿素水平是最佳水平。在甘蔗分蘗期的赤霉素含量和油菜素內(nèi)酯含量的變化趨勢同產(chǎn)量相同，而ABA含量變化趨勢同產(chǎn)量相反，CTK在施氮肥條件下的含量變化規(guī)律尚未明確。

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