甘蔗節水灌溉及高效施肥關鍵技術參數研究

譚宏偉　周柳強　譚俊杰　楊尚東

摘要：【目的】建立適合廣西蔗區生產的甘蔗節水灌溉及高效施肥關鍵技術體系，為實現糖料蔗的高產優質目標奠定基礎。【方法】以甘蔗田間試驗為基礎，采用蔗區土壤養分及水分系統研究法對甘蔗節水灌溉及高效施肥的參數進行探索，對歷時15年的相關研究結果進行總結歸納。【結果】廣西蔗區降雨主要集中在5～9月，春秋季干旱及缺水制約著糖料蔗生產；蔗區土壤飽和持水量38%～61%，土壤永久凋萎點2%～21%，土壤田間持水量6%～42%，土壤有效水含量4%～22%。甘蔗需水量1075.0～1231.0 mm，日需水量3.6～5.9 mm，日耗水強度4.0～6.0 mm。不同生長階段甘蔗吸收氮、磷、鉀量和節水灌溉肥料濃度參數存在較大差異，綜合考慮甘蔗產量質量、降雨時空、灌溉量等因素，優選出節水灌溉肥料水平為：苗期0.10%～0.20%，分蘗期灌0.20%～0.30%，伸長（拔節）期0.20%～0.30%，成熟期灌溉停止施肥。經實際生產證實，不同灌溉方式中以滴灌甘蔗對水分和氮、磷、鉀養分的利用率最高，分別為90.01%、51.32%、30.21%和52.11%；滴灌區采用減量施肥（N 210.00 kg/ha+P2O5 75.00 kg/ha+K2O 210.00 kg/ha）能實現糖料蔗的高產優質目標。【結論】廣西蔗區生產的甘蔗節水灌溉及高效施肥模式為早春土壤濕潤促苗，中期灌溉施肥偶合，后期灌溉防蔗早衰。即甘蔗灌溉頻次9次（春季2次、分蘗期2次、伸長期3次、成熟期2次），灌溉總量900.0～1425.0 m3/ha，每次灌溉量60.0～90.0 m3/ha，用水關鍵節點在春秋季；輕質土壤的滴灌間隔9～12 d，黏壤土的滴灌間隔12～17 d；灌溉肥料水平為甘蔗苗期0.10%～0.20%、分蘗期0.20%～0.30%、伸長（拔節）期0.20%～0.30%、成熟期灌溉不施肥；以氮、鉀肥為主（N∶K2O=1∶1.6）。

關鍵詞： 甘蔗；節水灌溉；高效施肥；參數；廣西蔗區

中圖分類號： S566.107 文獻標志碼：A 文章編號：2095-1191（2016）05-0638-06

Abstract：【Objective】The present experiment was conducted to establish water-saving irrigation and high-efficiency fertilization technique system， in order to lay the foundation for achieving high yield and high quality of sugar crop. 【Method】Based on sugarcane field experiment， the key technical parameters of water-saving irrigation and high-efficiency fertilization were investigated using research method of sugarcane soil nutrient and water system， the experiment took 15 years， its research results were summarized. 【Result】The results showed that， the rainfall of sugarcane planting areas mainly concentrated in the months of May to September， the spring and autumn was drought season， and the water shortage restricted the sugarcane production. In sugarcane planting areas， the soil saturated water-holding capacity ranged from 38% to 61%， the permanent wilting point ranged from 2% to 21%， the field capacity ranged from 6% to 42%， the soil water content ranged from 4% to 22%， the available water capacity ranged from 4% to 22%. The water demand of sugarcane was 1075.0-1231.0 mm， the daily water demand of sugarcane was 3.6-5.9 mm， and daily water consumption intensity of sugarcane was 4.0-6.0 mm. In addition， there were some larger differences between fertilizer concentration parameter and amount of nitrogen， phosphorus and potassium absorbed by sugarcane， considering some factors viz.， yield and quality of cane， rainfall space time， irrigation water amount etc.， so the optimal fertilizer application rates in water-saving irrigation were as follows： 0.10%-0.20% at seedling stage， 0.20%-0.30% at tillering stage， 0.20%-0.30% at elongating stage， but no fertilizer was applied at maturation stage. The actual production confirmed that， among different irrigation methods， drop irrigation made use efficiencies of nitrogen， phosphorus and potassium into be the highest， the use efficiencies of nitrogen， phosphorus and potassium were 90.01%， 51.32%， 30.21% and 52.11%， respectively. And the reducing fertilizer application（N 210.00 kg/ha+P2O5 75.00 kg/ha+K2O 210.00 kg/ha） could achieve high yield and high quality of sugarcane. 【Conclusion】The established water-saving irrigation and high-efficiency fertilization mode suitable for Guangxi sugarcane areas is as follows： moist soils in early spring for promoting growth of seedlings， medium-term fertigation， the late irrigation for preventing premature aging. All that sugarcane irrigation frequency was nine times（irrigating 2 times in spring， 2 times at tillering stage， 3 times at elongating stage， 2 times at maturation stage）， and the irrigation amount is 60.0-90.0 m3/ha every time， total irrigation amount is 900.0-1425.0 m3/ha. And the key seasons for irrigation are spring and autumn， the light soil should be irrigated with drip system at intervals of 9-12 days， the clay loam should be irrigated with drip system at intervals of 12-17 days. Further， the fertilizer application rates in drop irrigation are 0.10%-0.20% at seedling stage， 0.20%-0.30% at tillering stage， 0.20%-0.30% at elongating stage， but no fertilizer is applied at maturation stage. More importantly， the nitrogen-potassium fertilizer（N∶K2O=1∶1.6） is mainly applied.

Key words： sugarcane； water-saving irrigation； high-efficiency fertilization； parameter； sugarcane planting areas in Guangxi

0 引言

【研究意義】廣西現有80%的縣（市、區）種植糖料蔗，主要分布在桂中、桂南及桂西南石灰巖旱坡地區，種植面積達100萬ha，但目前的蔗糖生產仍存在施肥量普遍過量、肥料利用率低等問題（張肇元等，1998；李楊瑞和楊麗濤，2009；譚宏偉，2009）。此外，氣候季節性干旱及缺水也制約蔗糖生產，進而影響其經濟效益。因此，系統研究甘蔗節水灌溉及高效施肥關鍵技術參數，有效解決糖料蔗生產因地形和季節性干旱缺水問題及推廣高效施肥措施，對保障廣西蔗糖產業可持續發展具有重要意義。【前人研究進展】近年來，我國蔗區大力推廣甘蔗噴灌、滴灌、微噴等節水灌溉技術，實施節水灌溉的甘蔗平均產量在120 t/ha以上，較未灌溉的增產20%～40%（李楊瑞等，2014）。花銘隆等（2007）對比分析了節水灌溉（噴灌）、抽水灌溉（漫灌）對甘蔗生長和蔗莖產量的影響，結果表明，采用節水灌溉（噴灌）技術在實際用水量僅為抽水灌溉（漫灌）用水量一半的情況下，依然能滿足甘蔗正常生長的水分需求。李毅杰等（2013）通過研究不同灌溉量對甘蔗生長的影響，發現以甘蔗冠層頂部水面蒸發量的1.00倍作為甘蔗滴灌栽培灌溉量的效果最佳。經福林等（2014）認為，節水灌溉是甘蔗節水節肥的一項重要技術，能有效供給甘蔗不同生長期所需水肥，充分利用有限淡水資源，并提高肥料利用率。譚俊杰（2015）研究表明，滴灌技術可最大化利用灌溉資源，而微灌技術在整體生產成本和灌溉效果方面更具競爭優勢，兩者均適宜在廣西甘蔗生產上推廣應用。目前，制約我國甘蔗生產的施肥管理問題主要表現為：一是甘蔗種植區農民對甘蔗吸收利用礦質營養普遍缺乏了解；二是甘蔗施肥不當導致養分不平衡。為此，李玉潛等（1994）通過計算機模擬優化得出相應的配套施肥方案；譚宏偉等（2011）研究表明，不同施肥條件對甘蔗吸收利用鉀素及土壤中鉀素的移動與平衡均有影響，實際生產中應注重氮、磷、鉀合理配施，提高肥料利用率；吳潔敏等（2015）通過探討甘蔗高糖高產的栽培模式，發現在施肥種類與施肥次數互作方面，施用復合肥使得甘蔗綜合性狀較好，在經濟效益方面以二次施肥比一次施肥高；黃振瑞等（2015）研究發現，適當減少化肥施用量及調整氮、磷、鉀配比，可促進甘蔗分蘗期和伸長期對氮、磷的吸收，提高肥料利用率及甘蔗產量。【本研究切入點】雖然至今已有較多關于甘蔗節水灌溉及高效施肥的研究報道（譚宏偉等，2013，2014），但由于缺乏系統的技術參數設計，且大部分研究結果局限于小區試驗，無法實現大面積推廣應用。【擬解決的關鍵問題】以甘蔗田間試驗為基礎，采用蔗區土壤養分及水分系統研究法對甘蔗節水灌溉及高效施肥的參數進行探索，對歷時15年的相關研究結果進行總結歸納，以期建立適合廣西蔗區生產的甘蔗節水灌溉及高效施肥關鍵技術體系，為實現糖料蔗的高產優質目標奠定基礎。

1 研究方法

采用蔗區土壤養分及水分系統研究法對蔗區節水灌溉及高效施肥的參數進行探索，對本課題組歷時15年的相關研究結果進行總結歸納，具體包括土壤養分及水分狀況測定、各生長階段降雨觀測、土壤田間持水量測定、試驗地養分測定、基于滴灌條件下的甘蔗減量施肥技術研究及甘蔗不同灌溉水量田間試驗。其中，施肥量設3個處理，灌區減量施肥（N 315.00 kg/ha+P2O5 75.00 kg/ha+K2O 300.00 kg/ha），無灌溉區常規施肥（N 345.00 kg/ha+P2O5 90.00 kg/ha+K2O 330.00 kg/ha），減量灌溉施肥（N 210.00 kg/ha+P2O5 75.00 kg/ha+ K2O 210.00 kg/ha）；灌溉量設4個處理，處理1灌溉量60.0～ 90.0 m3/ha，處理2灌溉量105.0～135.0 m3/ha，處理3灌溉量150.0～180.0 m3/ha，處理4灌溉量195.0～240.0 m3/ha。試驗地點設在來賓市興賓區蒙村、南寧市武鳴縣羅圩鎮和崇左市扶綏縣渠黎鎮等廣西主要甘蔗生產區。

2 結果與分析

2. 1 蔗區土壤水分狀況關鍵技術參數

2. 1. 1 甘蔗種植區降雨分布情況 在各試驗點附近收集雨水的結果表明，第一季度平均降雨量288.6 mm，第二季度平均降雨量562.2 mm，第三季度平均降雨量401.7 mm，第四季度平均降雨量129.2 mm，全年平均降雨量1379.7 mm。可見，廣西蔗區降雨主要集中在第二、三季度（5～9月），除部分被甘蔗吸收外，由于降雨集中且強度大，極易形成經流流失，同時造成養分流失（Pocknee and Sumner，1997；Tan et al.，2005）。

2. 1. 2 蔗區耕地土壤質地飽和持水量及永久凋萎點 廣西蔗區土壤質地從黏土至砂土均有分布（張肇元等，1998；譚宏偉等，2003；李楊瑞和楊麗濤，2009），蔗區土壤飽和持水量在38%～61%，蔗區土壤永久凋萎點為2%～21%（表1）。說明蔗區土壤飽和持水量與土壤永久凋萎點間土壤黏粒含量有關，同時土壤黏粒含量又決定了土壤的飽和持水量和永久凋萎點。如黏壤土飽和持水量在44%～55%，土壤永久凋萎點在13%～17%，即飽和持水量和永久凋萎點是設計甘蔗灌溉的重要參數。

2. 1. 3 不同質地土壤的田間持水量及有效水含量 由表2可以看出，廣西蔗區土壤田間持水量為6%～42%，且以黏土田間持水量較高，其保持水分的能力強；而砂土保持水分的能力較差，其田間持水量僅6%～8%。廣西蔗區土壤有效水含量在4%～22%，同樣是黏土有效水含量高于砂土。進一步說明蔗區土壤田間持水量和有效水含量與土壤黏粒含量有關，通常干旱先發生在土壤質地為砂土的蔗區，因此甘蔗不同生長階段的蔗區土壤田間持水量和有效水含量決定每次灌溉量等。

2. 1. 4 不同土壤有機質含量與土壤田間持水量的關系 據37個灌溉田間試驗點的統計結果可知，當蔗區土壤有機質含量在1.5%～2.0%時，不同質地土壤田間持水量差異明顯，土壤田間持水量在6%～30%（表3）。同一土壤質地隨著土壤有機質含量的增加，其土壤田間持水量呈增加趨勢（表4），即蔗區干旱先發生在土壤有機質含量較低的土壤，因此加強土壤肥力建設、增加土壤有機質是一項重要的田間保水工作。

2. 1. 5 不同土壤類型與土壤水含量及有效水含量的關系 由表5可以看出，蔗區不同土壤類型的田間持水量、永久凋萎點、飽和持水量和有效水含量等存在明顯差異。不同土壤類型土壤田間持水量和有效水含量排序均為棕色石灰土>紅壤土>赤紅壤土>磚紅壤土。

2. 2 甘蔗節水灌溉關鍵技術參數

2. 2. 1 甘蔗各生長發育階段對水分的需求 我國甘蔗主產區的年降雨量為1000.0～2000.0 mm，甘蔗全生育期的需水規律為“兩頭少中間多”，即萌芽、分蘗及成熟期需水較少，伸長期需水多。其中，出苗期需水量占全生育期需水總量的8.3%，分蘗期占21.7%，伸長期占56.9%，成熟期占13.0%（試驗區年降雨量1400.0 mm）。根據甘蔗生物特性及各生育期的需水量，廣西春、秋季的蔗區土壤水分均不能滿足甘蔗生長的需求，如春植蔗出苗期的降雨量僅能滿足甘蔗需水量的74.4%，分蘗期僅能滿足甘蔗需水量的68.6%（表6）；而在秋季，甘蔗成熟期的降雨量僅能滿足甘蔗需水量的35.7%，說明秋旱已抑制了甘蔗的生長。

據各灌溉田間試驗點的統計結果可知，甘蔗在各月份每天的需水量分別是：1月1.7～2.1 mm，平均1.9 mm；2月2.8～3.2 mm，平均3.0 mm；3月4.1～5.0 mm，平均4.6 mm；4月6.2～7.3 mm，平均7.0 mm；5月8.4～9.1 mm，平均9.0 mm；6月5.7～6.3 mm，平均6.2 mm；7月3.9～4.6 mm，平均4.3 mm；8月4.8～5.2 mm，平均5.0 mm；9月4.9～5.3 mm，平均5.0 mm；10月5.0～5.5 mm，平均5.1 mm；11月3.3～4.1 mm，平均3.9 mm；12月2.9～3.3 mm，平均3.1 mm。全年累計甘蔗需水量為1075.0～1231.0 mm。

2. 2. 2 甘蔗灌溉量 甘蔗灌溉量由甘蔗需水量、甘蔗日耗水強度、土壤濕潤比、灌水均勻度和水有效利用系數等共同決定。據49個滴灌溉田間試驗點的統計結果顯示，甘蔗日需水量3.6～5.9 mm，甘蔗日耗水強度4.0～6.0 mm，甘蔗遮蔭率對耗水量的修正系數0.8～1.0，遮蔭率（甘蔗垂直投影與地面面積比）30%～

40%，甘蔗需水旺期最大蒸發量4.0～6.0 mm，土壤濕潤比40%～60%；綜合考慮到甘蔗產量質量、降雨時空、灌溉水利用率等因素，優選出節水灌溉以每次灌溉量60.0～90.0 m3/ha為宜。

2. 2. 3 甘蔗微灌施肥制度參數 甘蔗微灌施肥制度由甘蔗灌溉定額、灌溉周期、每次灌溉時間、灌溉次數與灌溉總量等組成。表7列出各種質地土壤的一些參數，以供制定甘蔗灌溉制度時參考。由表8可以看出，不同區域及不同質地土壤的灌溉量和灌溉次數也不一樣。桂北蔗區的每次灌溉量為52.5～127.5 m3/ha，灌溉次數為7～10次；桂中蔗區的每次灌溉量為60.0～112.5 m3/ha，灌溉次數為7～10次；桂南蔗區的每次灌溉量為67.5～135.0 m3/ha，灌溉次數為8～10次。整個生長周期內，廣西蔗區的甘蔗灌溉總量一般在900.0～1425.0 m3/ha，其中，輕質土壤的滴灌間隔為9～12 d，黏壤土的滴灌間隔為12～17 d。

2. 3 甘蔗高效施肥關鍵技術參數

2. 3. 1 甘蔗根系分布特征 甘蔗根系62.0%分布在0～20 cm土層，23.4%分布在20～40 cm土層，8.8%分布在40～60 cm土層，4.4%分布在60～80 cm土層，1.4%分布在80～100 cm土層。這是制定甘蔗灌溉方案必須考慮的關鍵因素。

2. 3. 2 甘蔗優質高產對礦質養分吸收規律 田間試驗結果表明，甘蔗不同生長階段對氮、磷、鉀的吸收量也各不相同（表9）。與其相應的施肥量：施N 300.00～ 315.00 kg/ha，其中滴灌施N 195.00～240.00 kg/ha，其余為土層施肥；施P2O5 75.00～90.00 kg/ha，大部分采用土層施肥，推薦滴灌施P2O5 15.00～30.00 kg/ha；施K2O 270.00～300.00 kg/ha，推薦滴灌施K2O 120.00～150.00 kg/ha，其余采用土層施肥。在此施肥條件下，獲得的甘蔗產量達201.945 t/ha。

2. 3. 3 甘蔗節水灌溉肥料濃度參數 在甘蔗灌溉施肥的肥料水平范圍（0.05%～0.60%）內，綜合考慮甘蔗產量質量、降雨時空、灌溉量等因素，優選出節水灌溉以甘蔗苗期灌溉肥料水平為0.10%～0.20%，分蘗期灌溉肥料水平為0.20%～0.30%，伸長（拔節）期灌溉肥料水平為0.20%～0.30%，成熟期灌溉但停止施肥。

2. 4 甘蔗肥水協調推薦施肥和灌溉設計的應用效果

2. 4. 1 提高水分和養分利用率 研究甘蔗節水灌溉及高效施肥關鍵技術參數，是以提高甘蔗水分和養分利用率為核心，最終實現甘蔗優質高產。由表10可以看出，不同灌溉方式中以滴灌甘蔗對水分和氮、磷、鉀養分的利用率最高，分別為90.01%、51.32%、30.21%和52.11%；其次是微噴，無灌溉方式的利用率最低。

2. 4. 2 實現甘蔗高產優質的目標 在滴灌減量施肥田間試驗中，無灌溉區采用常規施肥（N 345.00 kg/ha+ P2O5 90.00 kg/ha+K2O 330.00 kg/ha），滴灌區采用減量施肥（N 210.00 kg/ha+P2O5 75.00 kg/ha+K2O 210.00 kg/ha），結果表明，滴灌減量施肥（減1/3施肥量）的甘蔗產量183.855 t/ha，無灌溉區甘蔗產量112.980 t/ha，即滴灌減量施肥的甘蔗產量較無灌溉區增產62.73%。在甘蔗品質方面，滴灌減量施肥區的甘蔗品質略優于無灌溉區，如滴灌減量施肥處理蔗糖分（16.77%）較無灌溉區提高了1.16%（絕對值），蔗汁錘度和重力純度也有所增加（表11）。

3 討論

廣西甘蔗90%以上種植在旱坡地上，缺乏水利設施，有效灌溉面積不足10%。廣西全年降雨量雖然充沛，但降雨時空分布不勻，季節性干旱和區域性干旱頻繁，干旱缺水已成為制約廣西甘蔗高產穩產的主要因素（譚宏偉，2003）。滴灌施肥是當今世界上最先進的節水灌溉技術之一，在我國經過多年的發展，已得到廣泛應用（鄧蘭生等，2015；張翠麗等，2015），尤其在旱地蔗區的應用前景十分廣闊。目前，雖然已有較多關于甘蔗節水灌溉及高效施肥的研究報道（譚宏偉等，2013，2014），但由于缺乏系統的技術參數設計，且大部分研究結果局限于小區試驗，無法實現大面積推廣應用。因此，要穩步實現廣西500萬畝優質高產高糖糖料蔗基地建設，就必須系統研究甘蔗節水灌溉及高效施肥關鍵技術參數，盡快建立適合廣西蔗區生產的甘蔗節水灌溉及高效施肥關鍵技術體系，并大面積推廣應用。

本研究結果表明，甘蔗的周年生長需水量為1075.0～1231.0 mm，理論上廣西蔗區降雨1200.0～1400.0 mm能滿足甘蔗對水分的需求，但由于降雨分布不均，且降雨季節主要集中在5～9月，春秋季節干旱及缺水制約糖料蔗生產，因此實現甘蔗高效生產的關鍵是加強春秋季灌溉。進行蔗區灌溉設計前必須了解蔗區耕地土壤飽和持水量、永久凋萎點、土壤水含量、有效水含量和田間持水量等土壤水分特征，然后根據這些水分特征設計灌溉參數。此外，掌握甘蔗需水量、甘蔗日需水量、甘蔗日耗水強度、甘蔗遮蔭率對耗水量的修正系數、遮蔭率、甘蔗垂直投影與地面面積比、甘蔗需水旺期最大蒸騰量、土壤濕潤比等指標，也是設計甘蔗灌溉量和灌溉頻次的關鍵。綜合15年來的研究結果可知，廣西蔗區的甘蔗節水灌溉施肥模式為早春土壤濕潤促苗，中期灌溉施肥偶合，后期灌溉防蔗早衰。即甘蔗灌溉頻次9次（春季2次、分蘗期2次、伸長期3次、成熟期2次），灌溉總量900.0～1425.0 m3/ha，每次灌溉量60.0～90.0 m3/ha，用水關鍵節點在春秋季。

長期以來，由于缺乏甘蔗不同生長階段吸收氮、磷、鉀量和節水灌溉肥料濃度參數，以致于生產上施肥和灌溉存在一定的盲目性。本研究結果表明，甘蔗不同生長階段吸收氮、磷、鉀量和節水灌溉肥料濃度參數是設計甘蔗高效生產肥水協調的關鍵，經田間試驗，發現甘蔗對水分和氮、磷、鉀養分利用率分別為90.01%、51.32%、30.21%和52.11%。這對實現甘蔗高效生產節水節肥，解決甘蔗生產中灌溉設計缺少參數的現狀具有重要意義。

4 結論

廣西蔗區生產的甘蔗節水灌溉施肥模式為早春土壤濕潤促苗，中期灌溉施肥偶合，后期灌溉防蔗早衰。即甘蔗灌溉頻次9次（春季2次、分蘗期2次、伸長期3次、成熟期2次），灌溉總量900.0～1425.0 m3/ha，每次灌溉量60.0～90.0 m3/ha，用水關鍵節點在春秋季；輕質土壤的滴灌間隔9～12 d，黏壤土的滴灌間隔12～17 d；灌溉肥料水平為甘蔗苗期0.10%～0.20%、分蘗期0.20%～

0.30%、伸長（拔節）期0.20%～0.30%、成熟期灌溉不施肥；以氮、鉀肥為主（N∶K2O=1∶1.6）。

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（責任編輯 蘭宗寶）