優化施肥對甘蔗產量、養分吸收及肥料利用率的影響

黃振瑞等

摘 要 過量施用化肥不僅影響甘蔗的生長發育，而且導致化肥利用率低和污染環境。以甘蔗品種新臺糖22號為材料，采用隨機區組設計，通過兩年（造）田間試驗，探討優化施肥對甘蔗產量效應、養分吸收和肥料利用率的影響。結果表明，優化施肥處理（N 345 kg/hm2，P2O5 195 kg/hm2，K2O 240 kg/hm2）甘蔗平均產量高于常規施肥處理（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施肥處理；氮、磷、鉀肥料利用率顯著高于常規施肥，分別提高6.1%、5.5%和13.3%。適當減少化肥施用量，調整氮磷鉀配比，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量。甘蔗優化施肥是一種兼顧經濟效益和環境效益的合理施肥方案，值得推廣應用。

關鍵詞 甘蔗；優化施肥；產量；養分吸收；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國及地區相比，中國甘蔗單產較低，平均單產約70 t/hm2左右，而澳大利亞、泰國、夏威夷、墨西哥等單產較高，約120 t/hm2[2]。當前我國甘蔗生產主要存在施肥量大（尤其是氮肥）、生產成本高、肥料利用率低等問題，不僅造成蔗田土壤質量和甘蔗品質逐漸下降，而且大量盈余養分不能被作物吸收利用而在較長時間內以不同的形態殘留在土壤或釋放到大氣環境中，對生態環境構成巨大的威脅。20世紀90年代以來，隨著中國農業生產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、肥料增產不明顯以及氮、磷大量積累危害生態環境的現象日益普遍，這種情況在甘蔗生產中尤為突出。合理施肥，發展作物高產優質是建立資源節約型、環境友好型農業生產體系，實現中國農業可持續發展的重要措施。西歐農業發達國家自20世紀80年代起，化肥用量就開始下調[3]。近年來在中國部分地區也進行了化肥減量試驗研究，不同地區的實驗結果顯示，適當減少氮肥用量對作物不會造成顯著減產[4-5]。然而，在甘蔗生產上尚沒有科學合理的優化施肥方案。特別是減量施肥，對于如何減，減多少等問題都鮮有相關研究報道。為此，本研究以農民常規施肥為對照，根據甘蔗生長發育和養分需求規律，采用降低施肥量并調整氮磷鉀配比的優化方案，通過田間對比試驗，研究不同生育時期甘蔗體內養分含量狀況，探討優化施肥與常規施肥對甘蔗產量效應和肥料利用率的影響，提出研究區域兼顧環境和經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108°32′～109°15′，北緯22°54′～23°37′。供試土壤為赤紅壤，基本肥力參數為：pH5.4，土壤有機質含量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：復合肥均為廣西新洋豐肥業有限公司生產，養分含量（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 試驗設計 試驗以甘蔗施肥為考察對象，結合土壤養分及甘蔗需肥特性，在當地農民習慣施肥的基礎上優化氮磷鉀肥施用量和施用比例，設3個處理，分別為不施肥（CK）、常規施肥（CON）和優化施肥（OPT）。各處理具體措施為：不施肥處理為空白對照；常規施肥（CON）按當地農民施肥習慣，施肥量為N 404 kg/hm2，P2O5 296 kg/hm2，K2O 281 kg/hm2；優化施肥（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施肥各減少15%，磷肥減少34%。各個處理3次重復，隨機區組排列，小區面積333.5 m2。具體施肥量和肥料運籌見表1。基肥在播種時施下，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。其他田間生產管理均按當地實際生產措施進行，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]。

產量構成因素的調查：伸長中期，每小區內隨機選取5行，每行連續調查20 株甘蔗的株高和莖徑，取平均值作為該小區甘蔗的株高和莖徑；隨機調查每個小區內66.7 m2的甘蔗株數作為有效莖數，并換算成公頃有效莖數。

測產方法：在每個小區內隨機砍收66.7 m2的甘蔗，去掉蔗稍及蔗莖上的葉，進行現場稱重實收實測記錄，并計算出公頃產量。

甘蔗蔗糖分的測定：分別于2012年12月28日和2014年1月5日在每個小區隨機取6株甘蔗，去除蔗稍及蔗莖上的葉，經過壓榨后，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）肥區作物地上部分氮（磷、鉀）吸收量-不施氮（磷、鉀）肥區作物地上部分氮（磷、鉀）吸收量）]/施氮（磷、鉀）肥區養分氮（磷、鉀）投入量×100%

其中：養分吸收量=甘蔗產量×蔗莖養分含量+葉片干物質重×葉片養分含量。

1.3 數據統計分析

試驗數據用Excel和DPS統計軟件進行分析，多重比較分析采用Duncan方法檢驗。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理的甘蔗產量

從表2可以看出，2012～2014年優化施肥（OPT）處理的甘蔗產量均最高，其中2013年的產量顯著高于常規施肥（CON）和對照（CK）。優化施肥和常規施肥兩年甘蔗平均產量分別為80.2和76.7 t/hm2，比對照（56.5 t/hm2）分別增產42.0%和35.9%。從產量構成因素來看，優化施肥處理對各構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年的產量顯著高于常規施肥。由此可見，適當減少施肥量，不會造成甘蔗減產，反而通過氮磷鉀配比的調整，養分的供應更加符合甘蔗生長發育對養分的需求規律，促進甘蔗的生長，提高甘蔗產量。

2.2 甘蔗氮磷鉀養分吸收與分配

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；分蘗期和伸長期優化施肥（OPT）處理顯著高于常規處理（CON）；成熟期常規施肥處理略高于優化施肥處理。常規施肥處理基肥投入量高于優化施肥處理，而且比優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氮含量也比優化施肥處理的高；而分蘗肥優化施肥處理的氮素施用量比常規施肥處理多42.9%，甘蔗體內的氮含量顯著高于常規施肥處理。可見，甘蔗體內氮含量與各處理不同時期氮素投入量緊密相關。

隨著生長時期的推移，各處理甘蔗體內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），表現為優化施肥（OPT）>常規施肥（CON）>CK。苗期和分蘗期，優化施肥處理氮累積量和常規施肥處理無顯著差異，但伸長期顯著高于常規施肥處理。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，干物質的積累需要大量的氮素，因此其氮累積量較高。可見，氮肥運籌方式的不同，對甘蔗不同生育時期氮素的吸收與累積會產生較大影響，進而影響甘蔗產量的形成。

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為優化施肥高于常規施肥，差異顯著；分蘗期以后常規施肥處理的磷含量與優化施肥處理的相當或略高。這主要與常規施肥處理分蘗肥投入大量磷素有關。

各施肥處理不同時期磷吸收總量顯著高于對照（p<0.05），大小順序為優化施肥（OPT）>常規施肥（CON）>CK（圖2）。分蘗期前優化施肥處理磷積累量顯著高于常規施肥，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施肥處理的鉀含量均高于優化施肥處理，但差異不顯著。主要與常規施肥處理鉀素投入量大相關。

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

2.3 施肥處理對品質和經濟效益的影響

由表6可以看出，2012年和2013年優化施肥處理的甘蔗蔗糖分均顯著高于常規施肥（CON）處理，分別提高0.7%（絕對值，下同）和0.8%。常規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。2012年和2013年優化施肥處理的經濟效益較常規施肥的分別增加6.5%和12.3%，產投比分別是常規施肥處理的1.28倍和1.33倍。優化施肥處理的養分投入量較常規施肥的少，而其產量又略高于常規施肥處理，故其效益和產投比均比常規施肥處理的高。可見，優化施肥的氮磷鉀養分配比和肥料運籌方式有利于提高甘蔗蔗糖分和產投比，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年優化施肥的氮肥、磷肥和鉀肥利用率均高于常規施肥。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%，較常規施肥（20.6%、7.8%和59.5%）分別高6.1、5.5和13.3個百分點。可見，優化施肥處理有利于提高肥料利用率，降低生產成本和肥料盈余給環境帶來的風險。

3 討論與結論

試驗結果表明，優化施肥分蘗期和伸長期甘蔗體內的氮和磷含量明顯高于常規施肥，說明優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、有效莖數的形成和干物質的積累奠定了基礎。另外，成熟期常規施肥處理甘蔗體內較高的氮含量會延遲甘蔗成熟和降低蔗糖分[9-10]，兩年的結果均表明優化施肥處理的甘蔗蔗糖分顯著高于常規施肥，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。

本研究結果表明，與常規施肥相比較，優化施肥處理在減少養分投入的情況下仍能獲得與之相當甚至更高的產量，說明常規施肥的肥料投入量過大或氮磷鉀配比不合理，而優化施肥的氮磷鉀配比更符合甘蔗生長發育對養分的需求，促進甘蔗生長關鍵期（分蘗期和伸長期）對氮、磷養分的吸收和干物質的積累，從而獲得較高產量。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]等研究發現，甘蔗產量效益最好時的氮磷鉀施肥配比為1 ∶ 0.35 ∶ 0.68。本研究中農民常規施肥配比為1 ∶ 0.7 ∶ 0.7，可以看出磷肥比例過大，而且集中在后期，與甘蔗對養分需求規律不吻合，不利于甘蔗的分蘗，從而限制了產量水平。而優化施肥配比為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。

氮磷鉀肥優化配比不僅可促進甘蔗對養分的吸收利用，實現增產增收，而且可提高肥料利用率和生產效率，降低生產成本和環境污染風險。本研究中，在常規施肥與優化施肥模式下，甘蔗產量明顯高于不施肥處理，且優化施肥在增產、肥料利用率和環境保護方面均優于常規施肥處理，這與眾多學者的研究結果一致[14-16]。當養分施用量已到達產量增加的潛力限度時，過量的養分投入有減小作物產量增加的趨勢[17]，過量施肥一方面造成肥料浪費，致使養分的當季吸收利用率、農學利用率降低[18-19]，另一方面大量盈余養分進入環境，存在著巨大的環境風險。本試驗中，兩年的結果均顯示常規施肥的氮、磷和鉀肥料利用率顯著低于優化施肥，而且常規施肥處理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境，埋下了潛在的風險。2012年和2013年兩年常規施肥和優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。

優化施肥處理的氮肥和鉀肥投入量為常規施肥的85%，磷肥投入量為常規施肥的66%，是一種兼顧經濟效益和環境效益的合理施肥方案，可為防治農業面源污染提供一定的指導作用。與常規施肥相比，既減少了養分投入量和施肥次數，又提高了肥料利用率，獲得穩定的產量，達到節肥省工增效的效果，具有一定的推廣應用價值。

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