甘蔗氮磷鉀化肥效應研究

李國良，何兆桓，王繼華，楊苞梅，顧 艷，胡偉芳，楊少海

（1.廣東省農業科學院農業資源與環境研究所/農業農村部南方植物營養與肥料重點實驗室/廣東省養分循環利用與耕地保育重點實驗室，廣東 廣州 510640；2.廣東省農業科學院作物研究所，廣東 廣州 510640）

【研究意義】甘蔗是甘蔗屬（Saccharum）植物的總稱，分布于熱帶亞熱帶地區，是我國南方最主要的糖料作物。作物養分需求規律是科學施肥的重要理論依據，隨著作物產量的增加，作物對養分的需求隨之增加[1-3]。氮磷鉀是植物生長發育的必需大量營養元素。每生產1 t甘蔗需要獲取 1.5～2 kg的 N、1～1.5 kg的P以及2～2.5 kg的K[4]。N、P、K的缺乏會嚴重抑制甘蔗生長、降低其生產力[5-6]。因此，氮磷鉀的合理施用是保證甘蔗高產優質高效的關鍵技術措施之一。【前人研究進展】一直以來，我國有關甘蔗科學施肥等方面的系統研究少見報道，謝良商等[7]研究表明在氮磷鉀三要素貢獻率中，氮肥＞鉀肥＞磷肥；林昌華等[8]研究表明磷和氮供應不足是高產甘蔗的主要養分限制因子。前人還在氮磷鉀缺乏條件下甘蔗生長表現的研究中指出，缺氮能使甘蔗葉片黃化，葉尖葉緣未老而先枯，蔗莖細長[6]；缺磷使甘蔗根系細而纖弱，分蘗減少，節間短，葉片窄而短，影響光合作用而蔗糖含量低[9]；缺鉀使甘蔗中脈變紅，老葉顯棕色具有小黑心斑塊，蔗莖細弱，韌皮部硬化，分蘗少，長勢減退，蔗糖含量下降[10]。【本研究切入點】為提高或維持甘蔗產量，提高甘蔗含糖量，解決甘蔗缺素導致的生長受阻問題，施肥是最直接、最快速的手段。然而，近年來甘蔗盲目施肥或不合理施肥問題十分突出，導致養分元素的比例失調，限制了產量和質量水平的進一步提高。【擬解決的關鍵問題】為此，我們結合甘蔗的養分吸收特性，開展甘蔗氮、磷、鉀化肥配施效應田間試驗，分析了氮、磷、鉀對甘蔗農藝性狀、品質、產量和肥料利用率的影響，旨在為甘蔗的合理施肥及提高甘蔗的施肥效益提供理論參考。

1 材料與方法

試驗于2017年3月至2018年1月在廣西壯族自治區南寧市武鳴區鑼圩鎮廣西農業科學院試驗基地（23.24275°N，108.0545°E）進行。

1.1 試驗材料

供試土壤為廣西典型的赤紅壤紅土，耕層0～25 cm土壤理化性狀為：pH 6.2，有機質13.5 g/kg，堿解氮53.4 mg/kg，有效磷18.4 mg/kg，速效鉀112 mg/kg。供試土壤為弱酸性，有效磷和速效鉀含量中上，有機質中下，堿解氮含量缺乏。

1.2 試驗方法

試驗設不施肥（CK）、氮磷鉀（OPT）、不施氮肥（OPT-N）、不施磷肥（OPT-P）和不施鉀肥（OPT-K）5個處理。每個處理3次重復，隨機區組排列。各處理甘蔗全生育期養分用量見表1，全生育期共施肥3次，為基肥、分蘗肥（在基肥后100～110 d施用）和伸長肥（在分蘗肥后60 d左右施用）。試驗用肥料為尿素、過磷酸鈣和氯化鉀。具體肥料分配為：基肥（25%尿素+33.3%過磷酸鈣+5%氯化鉀）、分蘗肥（40%尿素+33.3%過磷酸鈣+65%氯化鉀）、伸長肥（35%尿素+33.4%過磷酸鈣+30%氯化鉀）。

供試品種為桂柳05/136，于2017年3月6日種植，畦長5.5 m、畦寬5.0 m，小區面積27.5 m2。株距0.18 m，每行30段雙芽苗，“品”字型排列，每小區150段雙芽苗，即每小區300株芽苗，種植密度為54 555雙芽段/hm2。

表1 不同施肥處理養分及肥料用量Table 1 Nutrients and fertilizer amounts under various treatments（kg/hm2）

1.3 調查項目及方法

成熟期調查甘蔗商品莖長（按蔗農收獲標準，將甘蔗葉片、頂部去除后，測定商品蔗莖長）、莖徑（采用游標卡尺測定）、有效莖數（條/hm2）。

試驗于2018年 1月6日收獲。收獲期間記錄每小區甘蔗產量，并采集蔗莖樣品分析品質，蔗汁錘度采用WYT（0～80%）手持糖量計測定。

甘蔗收獲期間，調查每小區有效莖數，并隨機選擇6株調查甘蔗莖長和莖粗，采集地上部蔗莖和蔗尾（稍尾，包括部分落葉）測定N、P、K含量，并計算養分吸收情況。

方差分析應用SAS 9.0軟件進行。根據相關文獻[11-13]計算肥料利用效率：

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理對甘蔗生長性狀的影響

表2顯示，CK甘蔗莖長、莖粗、單莖重和有效莖數均最低。與OPT處理相比，OPT-N處理莖長顯著下降0.36 m，莖粗顯著下降0.41 cm，單莖重顯著下降0.34 kg，有效莖數顯著下降5 700條/hm2；OPT-P處理莖長顯著下降0.09 m，莖粗顯著下降0.12 cm，單莖重顯著下降0.14 kg，有效莖數顯著下降3 639條/hm2；OPT-K處理莖長顯著下降0.13 m，莖粗顯著下降0.48 cm，單莖重顯著下降0.15 kg，有效莖數顯著下降3 396條/hm2。結果表明適宜的氮磷鉀施肥水平可顯著增加甘蔗莖長、莖粗、單莖重和有效莖數，為甘蔗高產奠定基礎。

2.2 不同施肥處理對甘蔗葉片和蔗莖養分含量的影響

從不同施肥處理甘蔗葉片和蔗莖養分含量（表3）可知，CK甘蔗葉片和蔗莖N、P、K含量最低，葉片N、P、K含量顯著低于OPT處理0.253、0.03、0.417個百分點，蔗莖N、P、K含量顯著降低0.137、0.032、0.359個百分點，與OPT處理相比，OPT-N處理甘蔗葉片和蔗莖N含量顯著下降0.213、0.107個百分點，OPT-P處理甘蔗葉片和蔗莖P含量顯著下降0.025、0.023個百分點，OPT-K處理甘蔗葉片和蔗莖K含量顯著下降0.376、0.322個百分點。

表2 不同施肥處理甘蔗生長性狀Table 2 Growth characters of sugarcane under various treatments

表3 不同施肥處理甘蔗葉片和蔗莖養分含量（g/kg）Table 3 Nutrient amount of leaves and stems of sugarcane under various treatments

2.3 不同施肥處理對蔗汁錘度的影響

蔗汁錘度可以反映甘蔗糖分含量的大小。圖1顯示，與OPT處理相比，OPT-K處理甘蔗汁錘度顯著下降1.4個百分點，OPT-N和OPT-P處理分別下降0.1、0.9個百分點，CK下降1.1個百分點。表明不施鉀肥顯著降低甘蔗糖分的累積。

圖1 不同施肥處理甘蔗汁錘度Fig.1 Brix in sugarcane of various treatments

2.4 不同施肥處理對甘蔗產量的影響

從不同施肥處理甘蔗產量結果（表4）可知，CK甘蔗產量最低，其次是OPT-N處理。與CK相比，OPT處理顯著增產83.0%，其他缺素處理顯著增產18.7%～36.9%。與OPT處理相比，OPT-N處理顯著減產42.2%，OPT-P、OPT-K處理分別顯著減產16.8%和17.2%。由此表明，不施肥嚴重降低甘蔗產量，不施氮、磷、鉀肥顯著降低甘蔗產量。

表4 不同施肥處理甘蔗產量Table 4 Yield of sugarcane under various treatments

2.5 不同施肥處理對肥料農學效率和利用率的影響

本試驗用差減法計算試驗點氮磷鉀肥的農學效率和肥料利用率。鉀肥利用率為35.6%，農學效率為46.5 kg/kg ，即在甘蔗生產中，每增施 K2O 1 kg可獲得甘蔗46.5 kg。其次是氮肥，當磷、鉀肥達到最佳施用量時，氮肥利用率為27.1%，農學效率為94.4 kg/kg，即在甘蔗生產中，每增施N 1 kg可獲得甘蔗94.4 kg。再者是磷肥，當氮、鉀肥達到最佳施用量時，磷肥利用率為9.0%，農學效率為153.0 kg/kg，即在甘蔗生產中，每增施P2O51 kg可獲得甘蔗153.0 kg。配施氮磷鉀肥與無肥區相比，氮、磷、鉀總養分的農學效率為62.7 kg/kg，即在甘蔗生產中，氮、磷、鉀肥配方達到最佳時，每增施肥料養分量1 kg，可生產甘蔗62.7 kg。

2.6 甘蔗養分收獲指數

養分收獲指數為甘蔗實際所得的蔗莖重量與其上部生物量的比例。由表5可知，OPT處理氮肥、磷肥和鉀肥收獲指數最高。施肥處理均不同程度增加了甘蔗的氮磷鉀肥收獲指數，氮肥收獲指數增幅0.5%～1.1%，磷肥收獲指數增幅4.3%～5.5%，鉀肥收獲指數增幅1.5%～3.6%。各處理氮磷鉀收獲指數均沒有顯著差異，即缺素處理和氮磷鉀處理對收獲指數的影響沒有顯著差異。

表5 不同施肥處理甘蔗養分收獲指數Table 5 Nutrient harvest index of sugarcane under various treatments

3 討論

眾所周知，氮、磷、鉀是植物生長發育所必需的大量營養元素。其中，氮是構成蛋白質的主要成分，是植物需求量最大的礦質養分；磷是細胞結構物質，是磷脂、核酸和核蛋白等的重要組分；鉀參與植物生理生化代謝過程，維持某些代謝酶的活性。然而，土壤養分有效性低往往是限制甘蔗產量的主要因素之一，挖掘作物自身潛力、結合合理施肥措施是提高產量經濟有效的策略。本研究設置不施肥、不施氮肥、不施磷肥、不施鉀肥和配施氮磷鉀肥5個處理，分析不同施肥處理甘蔗生長性狀、養分含量、品質、產量和肥料利用效率的差異。試驗結果表明，在不施肥和不施氮肥條件下，甘蔗農藝性狀（包括莖長、莖粗、單莖重、有效莖數和氮磷鉀養分含量）均顯著下降，甘蔗產量僅為配施氮磷鉀的55.0%和70.6%，而不施磷肥雖然莖長和莖粗均有下降，但未達顯著差異，單莖重、有效莖數和葉片及蔗莖磷含量均顯著下降，甘蔗產量為配施氮磷鉀的85.8%。不施鉀肥甘蔗農藝性狀（包括莖長、莖粗、單莖重、有效莖數和葉片及蔗莖鉀含量）均顯著下降，蔗汁錘度顯著下降，甘蔗產量為配施氮磷鉀的85.7%。表明在土壤堿解氮缺乏，有效磷和有效鉀中上水平條件下，氮是影響甘蔗生長特性和產量的主要限制因子，鉀、磷次之；鉀則是影響甘蔗品質構成尤其是糖分累積的主要限制因子，氮、磷次之；磷主要對甘蔗產量的形成因素（如單莖重和有效莖數）影響比較顯著，對甘蔗莖長、莖粗和品質構成的影響較少。另外，廣西甘蔗種植區土壤肥力總體屬于較低水平[14]，土壤的低鈣、鎂和缺硼限制了甘蔗產量的進一步提高和糖分含量的進一步提升。至于甘蔗配施中微量元素的效應有待日后進一步研究揭示。

肥料農學效率和肥料利用率分別是評價作物施肥增產效應和養分被作物吸收的百分數。本試驗結果表明，甘蔗的磷肥農學效率＞氮肥農學效率＞鉀肥農學效率，甘蔗的鉀肥利用率＞氮肥利用率＞磷肥利用率。甘蔗磷肥農學效率最高，利用率最低，而鉀肥農學效率最低，利用率最高，這與土壤養分供應水平、甘蔗養分吸收特性和養分在甘蔗體內的遷移等有關。我國主要甘蔗種植區土壤多數為酸性紅壤，有效磷鉀含量較低，無法滿足甘蔗正常生長需求[15-17]。在甘蔗生產上，以大量養分平衡型復合肥投入為主，連續長期施用導致磷鉀尤其是磷在土壤中不斷累積，本試驗土壤有效磷鉀處于中上水平，然而，磷肥施入酸性土壤后，水溶性磷易被土壤中的鐵、鋁等固定而降低肥效，磷肥當季利用率處于較低水平，嚴重制約了甘蔗產業的進一步發展[18-20]。甘蔗是一種喜鉀作物，它的整個生育期對主要營養元素的吸收累積總量從大到小依次為鉀＞氮＞磷[21-24]，因此，鉀肥利用率比磷肥利用率高。在不施磷和不施鉀甘蔗產量接近的情況下，磷肥施用量遠遠低于鉀肥施用量，導致磷肥農學效率大于鉀肥農學效率。

4 結論

在土壤有效磷和速效鉀含量中上、堿解氮缺乏的甘蔗地，配施N 375 kg/hm2、P2O5112.5 kg/hm2和K2O 375 kg/hm2，甘蔗產量最高達150.1 t/hm2，甘蔗蔗莖最長最粗，單莖重最大，有效莖數最多，葉片和蔗莖氮磷鉀養分含量最高，蔗汁錘度最高，氮磷鉀農學效率、氮磷鉀肥料利用率和收獲指數均最高。